AGREGADOS LIGEROS Carreño Ospina, Laura Catalina1, Erazo Riaño, David Julian2, Oliveros Guerra, Heriberto Andrés3, Pita Tamayo, Jessica Juliana4 Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Colombia e-mail: {lccarrenoo, haoliverosg, haoliverosg, djerazor, jjpitat}@unal.edu.co
RESUMEN Los materiales de construcción como el concreto y el asfalto, por la función que pueden llegar a cumplir en las distintas obras civiles que se pueden realizar, se caracterizan por ser rígidos, pero en los últimos años, se han venido haciendo diferentes practicas de aligeramiento de las estructuras, como lo logran con los fotocasetones, generalmente en materiales livianos, como el icopor y la guadua. Con diferentes estudios se concluyó que, además de las forma que se le podía dar a estos materiales para ser mas liviano con la misma resistencia, era aligerar uno de los componentes con mayor importancia en la producción de estos dos materiales anteriormente mencionados, los agregados. Hay diferentes formas de aligerarlos que serán descritas a lo largo de este documento.
PALABRAS CLAVE: Agregados, concreto, mezcla, materiales de construcción, procesos. ABSTRACT The building material like the concrete and the asphalt, for its function that can get to do in the different civil works can be performed, are characterized by being rigid, but in recent years, it have been doing a lot of practices to lighten lighten the structures, as they succeed with “foto“foto -casetones” generally with lightweight materials, the styrofoam and bamboo. With different studies concluded that, in addition to the form tha could be given to this material to be lighter for the same strength, was li ghten one component of most i mportance in de production of these two aforementioned materials, the aggregates. There are various forms to lighten that it will be described throughout this document.
KEY WORDS: Aggregates, concrete, mixture, building materials, processes.
1.
INTRODUCCIÓN
Antiguamente se creía que los agregados -también llamados áridos- tenían una influencia poco importante dentro del concreto pues se pensaba que no intervenían directamente en las reacciones químicas de este, pero en los últimos años, se ha descubierto que es el componente con mayor porcentaje de participación, ya sea por sus propiedades como por sus di versas caracterí sticas que afectan la plasticidad, durabilidad, resistencia, durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios
volumétricos y peso unitario del concreto endurecido; siendo lo última la mayor preocupación actualmente. Se ha empezado a intentar disminuir el peso unitario del concreto por medio de agregados ligeros, los cuales pueden producirse a partir de diversos procesos en lo que se debe tener en cuenta su composición, por medio de la petrografía, definiendo el comportamiento que estos pueden llegar a tener.
2.
DESARROLLO
En una mezcla de concreto, el 75% del volumen lo constituyen los agregados; con este término, se agrupan las arenas, gravas naturales y la piedra triturada, con la cual se elaboran también morteros y concretos especiales, como los concretos ligeros, pesados y de alto rendimiento. Bajo la denominación de áridos artificiales, se denominan los subproductos industriales o urbanos que reúnen las condiciones para su utilización en la fabricación de concretos. Los agregados no solamente son componentes del concreto; una clasificación sobre su uso, permite hablar de agregados para concretos y morteros, agregados para concretos asfálticos, agregados para carreteras, agregados para aplicaciones industriales, agregados ligeros, entre otros. El tema de clasificación al cual se enfoca este artículo es agregados ligeros.
2.1 Agregados ligeros Estos son los agregados finos o gruesos que, por su baja densidad, se utilizan en la fabricación de concreto estructural ligero, de baja masa volumétrica y resistencia limitada a la compresión, constituidos predominantemente por expansión, calcinación o fusión incipiente de productos tales como escorias de altos hornos, arcillas comunes, diatomitas, cenizas, volantes, lutitas y pizarras, o bien, mediante otros tratamientos de materiales naturales tales como piedra pómez, perlitas, tezontles, escoria y tobas. A diferencia de otros concretos que obtienen su ligereza a base de formar una estructura porosa, ya sea por medio de agentes químicos o agentes espumosos mezclados mecánicamente, los concretos de agregados ligeros poseen un peso volumétrico reducido, por los agregados mismos que intervienen en su elaboración, los cuales en la mayoría de los casos son elementos con estructura porosa y de muy bajo peso unitario volumétrico.
productos residuales de hornos a gran temperatura.Si no es así, el contenido de carbón parcialmente quemado, hace que el agregado se expanda al entrar en contacto con el cemento, disminuyendo la resistencia del concreto y aumentando los cambios de volumen por contracción o humedad, por esta razón la cantidad de material combustible no debe exceder el 10%. Si el agregado es para concreto reforzado, se debe tener en cuenta que si el contenido de sulfuro es muy alto al exponerse a la humedad, los efectos de corrosión serían muy perjudiciales, por esto es determinante el uso o no de este tipo de agregado.
2.2.2 Escoria Espumosa Bajo el producto de altos hornos de hierro y utilizando una cantidad limitada de agua, se produce el enfriamiento rápido de la escoria líquida formando una estructura porosa muy similar a la piedra pómez de origen natural, un ejemplo claro se puede observar en la Figura 1. El uso excesivo de agua puede llegar a cambiar la estructura del agregado, es decir, cuando el enfriamiento se efectúa con demasiada agua la escoria que se obtiene es granulada, la cual no tiene un buen comportamiento para concretos ligeros. Una de las características más importantes de este agregado, consiste en su acción cementante al entrar en contacto con cal o cemento portland.Como consecuencia a esta propiedad, se obtiene una mayor resistencia en el concreto, además, su contracción por secado y movimiento de humedad evitan el posterior curado en autoclave.
2.2 Tipos de agregados ligeros 2.2.1 Clinker Los agregados clinker son de origen mineral y contienen carbón, calcita, colín y piritas.Este ha tenido muy buenos resultados cuando no contiene material de alta combustión y cuando son
Figura 1. Estructura porosa, similar a la piedra pómez. La escoria espumosa es normalmente usada en bloques de concreto y plantillas para techos.
Por las características anteriormente mencionadas, ha tenido aceptación como concreto colado en obra. También ha sido aplicado para la fabricación de unidades reforzadas pre-coladas de casa y edificios.Existen otros métodos más complejos y elaborados para producir escoria espumosa, pero básicamente se derivan del enfriamiento básico. Independientemente de la manera en que se produzca, el producto final debe ser triturado y tamizado para poder ser utilizado como agregado ligero.
2.2.3 Arcilla o Pizarra Expandida Todos los agregados ampliados de la pizarra y de la arcilla son hechos calentando los materiales preparados al punto de la fusión donde llegan a ser suaves y se amplían debido a los gases que se amplían encerrados. A excepción de un producto hecho de la pizarra, la materia prima se procesa al tamaño deseado antes de que se caliente. En algunos casos las partículas están cubiertas con un material de un punto más alto de la fusión para prevenir la aglomeración durante la calefacción. El producto obtenido es sometido a trituración y graduación para poder usarlo como agregado. Algunas veces, mediante procesos especiales como los hornos giratorios, el material que se produce puede presentar una estructura adecuada para usarse directamente en el concreto. Como sucede con otros concretos el hecho a base de arcilla o pizarra expandida desarrolla resistencias que dependen no sólo de la resistencia del agregado sino de su compactación que a su vez depende de la forma y granulometría del mismo, en la Figura 2 se puede ver el proceso para la produccion de este tipo de forma ilustrativa.
Figura 2. Proceso arcilla expandida. Una de las propiedades más importantes de la arcilla o pizarra expandida está en función de una correcta y cuidadosa graduación y buena
compactación, para así obtener resistencias a la compresión bastante altas (ver Tabla 1). CONCRETOS ESTRUCTURALES Estructuras Cemento (Kg/m3) Arena (m3/m3) Agua (lt/m3) Densidad seca (Kg/cm2) Resistencia media a la compresión (Kg/cm2) Asentamiento (cm)
Premodelados
Bloques
350
320
270
0.700
0,15
190
170
130
1725
1370
1400
250
200
90
4a7 1a4 0a1 Tabla 1. Características concretos con Arcilla expandida
2.2.4 Concreciones de Ceniza de Combustible Pulverizado La ceniza que proviene del combustible pulverizado principalmente de las plantas termoeléctricas, es procesada a altas temperaturas en donde por medio de fusión forma concreciones esféricas porosas de una resistencia bastante llamativa. Las características de este agregado son muy especiales, si bien es cierto, la contracción por secado y los movimientos de humedad observados para los concretos en donde se usa este material son similares a los que usan arcillas expandidas, el aislamiento térmico que posee es un 50%, mejor que el del concreto normal; además de la alta resistencia que lo caracteriza. Por las propiedades anteriormente mencionadas, las concreciones de ceniza de combustible pulverizada son usualmente usadas en miembros estructurales de concreto reforzado, fabricación de losas para muros o techos o como plantillas. Este concreto está limitado en su uso por las cantidades de combustible no quemado y los porcentajes de sulfatos, los cuales deben ser reducidos al máximo para obtener un mejor agregado. Usualmente, se usa la inclusión de aire durante la fusión para eliminar estos componentes.
2.2.5 Vemiculita Exfoliada
2.3.2 Proporción de cemento.
Mica con alto contenido de magnesio, la cual se dilata fácilmente al aplicar calor formando una estructura escamosa laminar de carácter blando y frágil. Este agregado es usado básicamente en enyesados y rellenos para dar un aislamiento térmico mayor en losas o bloques de concreto.
La resistencia y el peso volumétrico no varían linealmente con el aumento de cemento de hecho pueden obtenerse concretos más resistentes con menor cantidad de cemento Por lo general, el peso volumétrico y la resistencia del concreto dependen más de su grado de compactación, es decir, que un concreto con alto contenido de cemento y bajo grado de compactación puede ser menos resistente que uno con menor contenido de cemento pero vigorosamente compactado.
2.2.6 Perlita Expandida Producto del rápido enfriamiento de la lava, normalmente de aspecto vidrioso debido a su alto contenido en sílice. Cuando se lleva al punto de fusión, se expande para formar un material poroso muy ligero. Es generalmente usado en enyesados, acabados, plantillas y bloques divisorios. No es recomendado usar perlita para concreto reforzados debido a su baja resistencia.
2.2.7 Pómez Piedra de alta porosidad y de estructura vidriosa con alto contenido en sílice y muy bajo en calcio y magnesio. La resistencia de sus partículas es bastante baja mientras que su absorción es alta. Para su uso en concretos es necesarios cribarlo y lavarlo para eliminar impurezas como polvo volcánico y arcillas. Algunas veces, este agregado es llevado a un punto de fusión incipiente con el fin de obtener un material un poco más resistente y de mejores propiedades físicas.
2.3 Factores que influyen en la resistencia y peso volumétrico de los concretos de agregados ligeros 2.3.1 Granulometría de los agregados. Ya que la resistencia del concreto depende principalmente de los agregados, la granulometría es un factor importante a considerar, pues afecta no sólo a la resistencia sino que también al peso volumétrico del mismo, si el agregado es fino, y su cantidad usada disminuye, así mismo, disminuyen el peso y la resistencia. Agregados con granos de 0 a 1 mm pueden usarse teniendo en cuenta que,al menos, un 30% de la mezcla debe ser fina, y para garantizar una mejor resistencia, parcialmente se puede sustituir parte de la mezcla con arena.
2.3.3 Cantidad de Agua y Consistencia La trabajabilidad es uno de los factores más importantes en las mezclas de concretos. Tanto los concretos normales como los de agregados ligeros deben llenar completamente los moldes o formas donde se vacían y deben adaptarse a las formas de estas, recubriendo totalmente el refuerzo; esto solo se logra cuando el concreto elaborado posee buena consistencia. A diferencia de los concretos normales, en los concretos con agregados ligeros no existe un método exacto que permita determinar la consistencia. La cantidad de agua afecta en menor grado a los concretos ligeros que a los otros, debido al alto grado de absorción de los agregados; la resistencia que se requiera obtener en un concreto ligero, no puede lograrse sin una adecuada cantidad de agua, la cual es difícil de precisar pues la absorción de los agregados dificulta su determinación.
2.3.4 Métodos de mezclado La resistencia de los concretos de agregados se ve afectada también por el tipo de mezcla que se use. Cuando se usa una mezcladora de tipo positivo la resistencia obtenida es de 30% a 100%, mayor que en las mezcladoras de tipo gravedad.La primera debe usarse cuando la cantidad de finos es del 30% al 50%, y la segunda cuando el contenido de finos es bajo. La resistencia final de los concretos de agregados ligeros también se ve influenciada por la secuencia en que se mezclan los materiales que los integran.
2.3.5 Método de compactación La resistencia y el peso volumétrico de los concretos de agregados ligeros dependen también
de la compacidad, que a su vez depende de la densidad, contenido de finos, contenido de cemento y consistencia de la mezcla. Los concretos de granulometría continua son generalmente compactados por vibración; en los concreto sin finos se usa varillado o apisonado.
2.3.6 Curado Debe tenerse mucho cuidado en el curado que se le dé a los concretos de agregados ligeros. Los concretos con agregados porosos cuando no se someten a un curado adecuado pierden su contenido de agua y ya que la hidratación no es completa se produce un desintegración del material. Los concretos frescos son sensibles al viento y al sol, por lo que deben ser protegidos contra estos agentes mediante un almacenamiento adecuado y aspersión de agua, que no debe aplicarse prematuramente pero sí mantenerse por lo menos durante una semana.
2.5 Aplicaciones del concreto ligero El concreto ligero ha hecho posible llevar a cabo diseños que no se hubieran podido realizar por razones de peso. El concreto ligero induce al ahorro de materiales (ver Figura 3) en consecuencia al ahorro de energía y materia prima en la producción del material de construcción, además por su condición de aislamiento, contribuye a un ahorro de energía para el acondicionamiento de la temperatura en el interior de la edificación.
2.4 Características de los agregados y concretos ligeros Las características de los agregados ligeros varían de manera importante, así como las características que estos le dan al concreto. Las características de aislamiento de los concretos ligeros son mejores comparadas con los concretos pesados.El valor de aislamiento de los materiales más pesados es cerca de cuatro veces más que la del concreto ordinario; los agregados ligeros tienen mayor y más rápida absorción de agua. Todos los agregados ligeros a excepción de las pizarras, las arcillas y escoria expandidas, producen concretos de alta compresión, además, presentan características que los hacen manejables. Los agregados ligeros permiten que las densidades en los concretos ligeros oscilen entre 300 y 1850 kg/m3, los rangos resistencia varían entre 0,3 a 40 MPa. Todos los agregados ligeros producen concretos diferentes, las propiedades de cada concreto se ven afectadas por granulometría del agregado, contenido del cemento y relación aguacemento. Las mezclas son más ásperas, lo que permite disminuir la inclusión del aire disminuyendo el requerimiento de agua. Estos concretos requieren de 12% a 14% menos de agua de mezclado. Para la misma resistencia, el módulo elástico de un concreto ligero es menor que la de uno normal entre 24% y 50%, lo que ocasiona que las deformaciones sean mayores.
Figura 3: Bloques de concreto ligero.
3.
CONCLUSIONES
La producción de agregados ligeros es netamente artificial, resultado de actividad industrial. Una clara característica de este importante componente del concreto, es su porosidad que hace que su densidad sea mucho menor a la del concreto normal. Los concretos elaborados con los agregados ligeros presentan características de mucha utilidad para la ingeniería estructural, por ejemplo se pueden desarrollar obras que necesiten de materiales livianos. Hay muchos métodos que se pueden utilizar para aligerar las estructuras sin que estas sean menos resistentes a los diferentes tipos de solicitaciones que se pueden presentar a comparación de las estructuras totalmente rígidas, que actualmente no se emplean de forma significativa.
4.
BIBLIOGRAFÍA
[1] AGREGADOS Ronald Campos CisnerosAvailable: http://www.monografias.com/trabajos55/agregado s/agregados.shtml. [2] CONCRETOS DE AGREGADOS LIGEROS Available: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/2702/Capitu lo3.pdf [3] CONCRETOS LIGEROS Available: http://www.imcyc.com/ct2009/jul09/tecnologia.ht m [4] LOS AGREGADOS EN LA CONSTRUCCION Available: http://www.elconstructorcivil.com/2010/12/losagregados-en-la-construccion.html [5] CONCEPTOS GENERALES SOBRE LOS AGREGADOS - Luis Octavio González Salcedo Available: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmi ra/materiales/pdf/cap6/amplia/conceptos%20gener ales%20agregados.pdf [6] AGREGADOS TIPOS , IMPORTANCIA Y USOS EN LA CONSTRUCCION Available: http://www.buenastareas.com/ensayos/AgregadosTipos-Importancia-y-Usos/3878915.html [7] CONCRETOS LIGEROSAvailable: http://civilgeeks.com/2011/09/22/concreto-ligero/ [8] HORMIGONES CON AGREGADOS LIVIANOS Available: http://www.fceia.unr.edu.ar/materialescivil/Mono grafias/03.01.03Hormigones%20con%20Agregados%20Livianos. PDF
