Cap. 02 - Agregados Para Mortero y Concreto

CONCRETO SIMPLE ING. GERARDO A. RIVERA. L.

41 2. AGREGADOS PARA MORTERO O CONCRETO

CAPÍTULO 2 AGREGA A GREGADOS DOS PARA PA RA MORTERO O CONCRETO

2. 1 GENERALIDADES. GENERALIDA DES. Los morteros o los concretos hidráulicos están constituidos en un alto porcentaje por agregados (50-80% en volumen), por lo tanto, éstos no son menos importantes que la pasta del cemento endurecida, el agua libre, el aire incorporado, el aire naturalmente atrapado, o los aditivos; por el contrario, gran parte de las características de las mezclas de mortero o de concreto, tanto en estado plástico como en estado endurecido, dependen de las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser estudiadas para obtener morteros o concretos de buena calidad y económicos.

2. 2 DEFINICIÓN. Los agregados también llamados áridos son aquellos materiales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, que aglomerados por el cemento Portland en presencia de agua forman un todo compacto (piedra artificial), conocido como mortero o concreto. Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar, todos aquellos materiales que teniendo una resistencia propia suficiente (resistencia de la partícula), no perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y características de las mezclas y garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland. En general, la mayoría son materiales inertes, es decir, que no desarrollan ningún tipo de reacciones con los demás componentes de las mezclas, especialmente con el cemento; sin embargo, existen algunos agregados cuya fracción más fina presenta actividad en virtud de sus propiedades hidráulicas colaborando con el desarrollo de la resistencia mecánica, tales como: las escorias de alto horno de las siderúrgicas, los materiales de origen volcánico en donde hay sílice activo, entre otros. Pero hay algunos otros agregados, que presentan elementos nocivos o eventualmente inconvenientes que reaccionan afectando la estructura interna del concreto y su durabilidad, como por ejemplo, los que presentan elementos sulfurados, los que contienen partículas pulverulentas más finas o aquellas que se encuentran en descomposición latente como algunas pizarras.

2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS. A GREGADOS. En general los agregados se han clasificado de varias maneras a través del tiempo, pero principalmente desde los puntos de vista de su procedencia, densidad, tamaño, forma y textura.



2.3.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU PROCEDENCIA. De acuerdo con el origen de los agregados, según su procedencia ya sea de fuentes naturales o a partir de productos industriales, se pueden clasificar de la siguiente manera: 2.3.1.1 Agregados naturales. Son aquellos procedentes de la explotación de fuentes naturales tales como: depósitos de arrastres fluviales (arenas y gravas de río) o glaciares (cantos rodados) y de canteras de diversas rocas y piedras naturales. Pueden usarse tal como se hallen o variando la distribución de tamaños de sus partículas, si ello se requiere. Todas las partículas que provienen de los agregados tienen su origen en una masa mayor la que se ha fragmentado por procesos naturales como intemperismo y abrasión, o mediante trituración mecánica realizada por el hombre, por lo que gran parte de sus características vienen dadas por la roca madre que le dió su origen. De acuerdo a la geología histórica; estos se transforman por fenómenos internos de la tierra, al solidificarse y enfriarse el magma (masa de materias en fusión), se forman las rocas originales o ígneas y posteriormente, por fenómenos geológicos externos, tales como la meteorización, con el tiempo se forman las rocas sedimentarias, al sufrir la acción de procesos de presión y temperatura forman el tercer grupo de las denominadas rocas metamórficas, esto se conoce como el ciclo geológico que esta en permanente actividad. ROCAS IGNEAS: La mayor parte de la corteza terrestre está formada por rocas ígneas y las demás proceden de ellas, por lo que se les llama rocas originales, endógenas ó magmáticas por proceder del magma. En la tabla No. 2.1 se presenta la clasificación de las rocas ígneas según la velocidad de solidificación del magma y el lugar de la corteza terrestre donde ocurre esta consolidación.

Foto No 2.1 Muestra de roca ígnea.



DENOMINACIÓN Intrusivas, abisales o plutónicas.

VELOCIDAD DE SOLIDIFICACIÓN Lenta

Filonianas o hipoabisales

Media

Extrusivas, efusivas o volcánicas

Rápida

LOCALIZACIÓN Consolidadas a gran profundidad Consolidadas a profundidad media Consolidación cerca o sobre la superficie (por alguna erupción).

Tabla No.2.1 Clasificación de las rocas ígneas según su velocidad de consolidación y localización (origen). 2.9.18

De acuerdo a la velocidad de enfriamiento del magma, se obtiene una textura dada, la cual incide en la capacidad de adherencia del material. A baja velocidad de enfriamiento, los granos o cristales son grandes, a velocidad alta son pequeños y si el enfriamiento es instantáneo quedan las partículas porosas (piedra pómez debida a la erupción de un volcán). ROCAS SEDIMENTARIAS: Son las más abundantes en la superficie terrestre (75%); están formadas por fragmentos de rocas ígneas, metamórficas u otras sedimentarias. Su origen puede darse por dos procesos: por descomposición y desintegración de las rocas mencionadas, en un proceso de erosión, transporte, depositación y consolidación; o por precipitación o depositación química (carbonatos). Los agentes que transportan y depositan se describen en la tabla No. 2.2.

Foto No 2.2 Muestra de roca sedimentaria.

Estos agentes arrastran los materiales dándoles forma y tamaño característicos a los depósitos, dichos factores contribuyen en la calidad del material a usarse en las mezclas. Por el tamaño de las partículas y de acuerdo al grado de consolidación del depósito se pueden clasificar según la tabl a No. 2.3



AGENTE TRANSPORTE Agua Río Lago Mar Hielo

Glaciar

Aire

Viento

DEPÓSITO Depósitos aluviales de canto rodado, grava, arcilla, limo, etc. Depósitos lacustres de estratos horizontales. Depósitos marinos que dependen de vientos y mareas. Mezcla de toda clase de materiales y tamaños por su sistema de formación. Dunas o barbajanes (Arena), Loess (Limo).

Tabla No. 2. 2 Clasificación de rocas sedimentarias según el agente geológico externo. DEPÓSITO INCONSOLIDADO Cantos Gravas Arenas Limos Arcillas

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS mm . 256 – 64 64 – 5 5 – 0,074 0,074 – 0,002 < 0,002

2.9.18

DEPÓSITO CONSOLIDADO DE ROCAS. Conglomerado muy grueso. Conglomerado. Arenisca. Limolitos. Arcillolitas o argilitas. (Según compactación).

Tabla No. 2.3 Clasificación de los depósitos de rocas sedimentarias.

2.9.16

ROCAS METAMORFICAS:

Ellas provienen de rocas ígneas y sedimentarias, las cuales experimentan modificaciones en sólido debido a grandes presiones que sufren los estratos profundos, temperaturas elevadas que hay en el interior, y emanaciones de los gases del magma; según la incidencia de estos factores el metamorfismo pueden ser: Foto No 2.3 muestra de roca metamórfica.

Metamorfismo de contacto:

Debido a la intrusión del magma y al calor aportado por éste, la formación de la roca es originada por transformación iónica y porque se presenta una fluidez que permite modificar sin fragmentar los cristales que se alargan y adelgazan. Metamorfismo regional o dinámico:

Se denomina regional porque generalmente ocupa grandes extensiones y se presenta a gran profundidad en condiciones de altas presiones de confinamiento, combinadas con reacciones químicas que originan una reagrupación molecular para conformar una roca más densa en su estructura. Según el grado de metamorfismo, se obtienen estructuras foliadas (esquistadas) o masivas, las cuales inciden en la forma, tamaño y textura de las partículas del agregado.



En la tabla No. 2.4 se muestra la clasificación de los agregados naturales según el tipo de roca. Grupo Basáltico Andesita Basalto Porfiritas básicas Diabasa Dolerita Epidiorita

Grupo Pedernalino

Grupo Gábrico

Horsteno Pedernal

Diorita básica Gneis básico Gabro Peridotita Serpentina Hornblenda-roca

Grupo Granítico

Grupo Arenisco

Grupo Hornofélsico

Gneis Granito Granodiorita Sienita

Arenisca Aglomerado Brecha Tufa

Rocas que se alteran al contacto de toda clase excepto el mármol.

Grupo Calizo

Grupo Porfirítico

Grupo Cuarzoso

Dolomita Caliza Mármol

Dacita Felsita Pórfido Traquita

Arcilla refractaria Areniscas cuarzosas Cuarcita recristalizada

Grupo Esquistoso Filita Esquisto Pizarra

Tabla No. 2. 4 Clasificación de los agregados naturales según el tipo de roca.

2.9.16

2.3.1.2 Agregados artificiales. Por lo general, los agregados artificiales se obtienen a partir de productos y procesos industriales tales como: arcillas expandidas, escorias de alto horno, clinker, limaduras de hierro y otros, comúnmente estos son de mayor o menor densidad que los agregados corrientes Actualmente se están utilizando concretos ligeros o ultraligeros, formados con algunos tipos de áridos los cuales deben presentar ciertas propiedades como son: forma de los granos compacta, redondeada con la superficie bien cerrada, ninguna reacción perjudicial con la pasta de cemento ni con el refuerzo, invariabilidad de volumen, suficiente resistencia a los fenómenos climatológicos; además deben de tener una densidad lo menor posible, con una rigidez y una resistencia propia suficientemente elevada y ser de calidad permanente y uniforme. Los agregados ligeros más utilizados son los producidos con arcilla y pizarra expandida (incluyendo la arcilla pizarrosa y la pizarra arcillosa). Es de anotar que se han desarrollado con bastante éxito agregados ligeros en Alemania (con arcilla y pizarra), y España (con arcilla expandida conocida comercialmente como ARLITA).



Estos agregados ligeros poseen características tales como: baja densidad, aislante, resistente, no tóxico e incombustible. Es utilizado en la fabricación de hormigón ligero estructural; aislamiento de cubiertas, suelos y terrazas; rellenos ligeros aislantes y resistentes y prefabricados (desde el bloque más ligero hasta el panel más grande). La pequeña densidad aparente de los granos se debe siempre a su gran porosidad (hasta un 50% de su volumen y más). La constitución porosa de cada uno de los granos se consigue mediante un tratamiento a altas temperaturas (en general 1100°C o mayores, según la temperatura de sinterización del material - Sinterizar: Conglomerar o soldar metales pulverulentos sin alcanzar la temperatura de fusión). La inclusión del aire se efectúa generalmente por: A) Formación de gases de determinados componentes de la materia prima o de aditivos mezclados. Una parte de los gases originados quedan encerrados en la masa viscosa y la expanden. B) Mezcla de materia prima reblandecida o ya fundida con agua o vapor. El vapor encerrado o un gas formado en ésta mezcla, origina al enfriarse, una estructura celular. C) Combustión de componentes de la materia prima.

2.3.1.2.1 Fabricació n de agregados ligeros o u ltra – ligeros. Los áridos ligeros o ultraligeros deben presentar una superficie bien cerrada y muy impermeable. Una condición para que esto se cumpla es que, después de la inclusión de aire, los granos tengan ya el tamaño deseado y no deban triturarse posteriormente. Según la materia prima disponible, son corrientes los siguientes procesos de preparación:

Foto No 2.4 Muestra de agregado ligero.



A) Preparación por la vía seca.

En la obtención de la pizarra expandida, el material se tritura hasta el punto preciso para que los granos después de la inclusión de aire alcancen el tamaño deseado. La forma puntiaguda del material primitivo permanece en el posterior proceso de aireación. Otra posibilidad consiste en moler finamente primero el material inicial, preformándolo después al tamaño necesario. La materia prima en forma de terrones se hace pasar por una trituradora, siguiendo a un molino, en donde se efectúa el molido fino. Si el material esta muy húmedo (estado plástico), debe secarse previamente. El granulado se consigue rociando con agua a la que se le han añadido a veces elementos especiales, en un plato granulador; ahí se forman gránulos esféricos de diámetros bastante similares. El tamaño puede determinarse variando la velocidad de giro del plato, así como la inclinación de su eje, para que los granos no se peguen pueden espolvorearse con un mineral antes de introducirse al horno. B) Preparación por la vía húmeda.

En éste proceso de preparación de arcilla expandida, de pizarra arcillosa expandida y de arcilla pizarrosa expandida, se tritura el material en varias etapas, se homogeniza y se hace una masa plástica moldeable. De ésta masa, mediante prensado, se obtienen piezas cilíndricas, cuyas dimensiones tienen ya en cuenta el volumen debido a la expansión del aire; o bien el material pasa directamente a un tambor de secado antes del horno, allí se proporciona mediante la rotación del tambor el tamaño deseado de las partículas. Para la uniformidad del árido ligero es importante que la homogeneidad del material inicial sea suficiente; debido a esto, se recomienda una explotación vertical de la materia prima cuando tiene disposición horizontal, en capas. Si la arcilla contiene compuestos cálcicos que no pueden separarse, los componentes calcáreos deben triturarse y distribuirse muy bien, de lo contrario se presenta el peligro que los áridos no mantengan un volumen invariable y al apagarse la cal viva formada durante el proceso de expansión, destruya el hormigón. Una vez preparada la materia prima la expansión del granulado preformado se realiza empleando alguno de los procedimientos siguientes: - Expansión en horno tubular rotatorio. - Expansión en horno vertical (procedimiento de corriente de circulación). - Expansión en la cinta de sinterizar.

Los áridos ligeros producidos en Alemania se obtienen en la mayoría de casos según el procedimiento del horno rotativo.



- Procedimiento del horno rotativo

Los hornos tubulares rotativos utilizados en la inclusión del aire para los áridos ligeros se asemejan notablemente a los usados en la cocción del clinker en la fabricación del cemento Portland. La combustión se realiza mediante polvo de carbón, gas natural o aceites minerales. Este horno consiste en un tubo largo, revestido de material refractario, con el eje de giro inclinado ligeramente respecto a la horizontal. La introducción del material se realiza en forma continua, por el extremo superior no calentado. En algunos casos se dispone de un tambor de secado delante del horno giratorio y un tambor de refrigeración detrás; debido al lento movimiento de giro y de la ligera pendiente del tubo el material se desplaza, en sentido contrario a los gases de combustión, en dirección al extremo inferior donde tiene lugar la combustión. Después del secado que tiene lugar previamente, al aumentar el calor se forman gases y tiene lugar un reblandecimiento; por medio de un buen manejo del horno (control en la alimentación del material, velocidad de giro y temperatura) se consigue conectar entre sí ambos procesos: formación de gases y reblandecimiento, de manera tal que en cada caso se produzca precisamente el grado de expansión más adecuado a las propiedades principales del árido en cuestión, tales como: resistencia, elasticidad, y densidad. En general el horno se alimenta de material preclasificado, si éste durante la preparación, no ha adquirido unas formas redondeadas, como por ejemplo en la obtención de arcilla expandida, los granos adquieren la forma redondeada y cerrada, y según los casos una película sinterizada bastante impermeable, debido a que el avance en el horno giratorio se realiza rodando y también al reblandecimiento creciente del material por la temperatura de expansión, que llega cerca del límite de sinterización. La expansión en los áridos más pequeños que entran al horno es mayor ya que al girar en el horno estos tienden a ir a la superficie. - Expansión en el horno vertical según el proceso de corriente de circulación.

Este proceso es muy empleado en Alemania, para la obtención de arcilla expandida, a pesar de que se puede expandir también pizarra arcillosa. En este procedimiento, los granos de arcilla redondeados producidos previamente mediante un plato granulador llegan en cargas sucesivas a un horno de cuba vertical, después de pasar por un tambor de secado; en este punto el chorro de gases en combustión, se interrumpe por el centro de la parte inferior de la cámara de combustión, alcanza al material y lo arrastra hacia arriba, hasta que el empuje de expansión del gas es menor que la fuerza de gravedad. El material cae rodando en la base de la cámara en forma de tolva, donde recibe de nuevo el chorro de humos y se ve otra vez empujado hacia arriba. El proceso se repite varias veces, la combustión dura en total 40 s; el proceso necesita aproximadamente un minuto por operación, incluyendo el tiempo para la carga y extracción del material.



A diferencia de muchos áridos obtenidos en hornos tubulares rotatorios, la masa unitaria de los áridos obtenidos por este procedimiento, es casi independiente de su tamaño, por el tratamiento uniforme a que ha sido sometido cada uno de los granos. - Expansión del agregado ligero en la cinta de sinterizar.

En la obtención de áridos ligeros en cinta de sinterizar se mezclan combustibles con la materia prima, siempre y cuando no contenga ya de origen, suficientes componentes combustibles (como por ejemplo algunas cenizas volantes); estos combustibles son en la mayoría de los casos, carbón molido o coque. La fabricación de áridos para concreto armado ligero es adecuada, tan sólo si se realiza la sinterización de granos a los que se les ha dado previamente una forma conveniente, puesto que sólo así puede conseguirse un grano redondeado con la superficie cerrada. La sinterización de material no previamente conformado, que debe romperse después de la combustión, da granos angulosos con poros bien abiertos, con la forma a menudo rara y poca resistencia. Los hormigones obtenidos con estos componentes se compactan muy difícilmente y poseen una resistencia muy baja en comparación con su masa unitaria. Los granos dispuestos en una capa uniforme en la cinta de sinterizar llegan a los quemadores de gas o aceite, después de pasar por dispositivos de secado y calefacción. La combustión que alcanza inicialmente a la superficie, atraviesa todo el grueso de la capa; los gases originados se introducen en los granos en estado caliente plástico y los expanden. Propiedades de los áridos ultraligeros o ligeros.

A continuación se mencionará solo las propiedades de los agregados ligeros o ultraligeros que influyen de manera apreciable en el hormigón, antes del fraguado, en el endurecimiento o después de ellos. A) Forma y tamaño de los granos; condiciones de la superficie de los mismos.

La forma de los granos influye en la granulometría del árido y como en el hormigón normal en la manejabilidad de la mezcla, en el contenido de cemento y la cantidad de agua en la mezcla. Un grano de cantos redondeados proporciona ventajas solamente al hormigón fresco; así como en el hormigón normal la adherencia se presenta mejor con granos de cantos angulosos (como la piedra triturada), y por lo tanto mejora su resistencia, de igual manera se comportan los áridos ligeros. La superficie de los granos influye sobre la superficie del hormigón y sobre la adherencia del árido con la pasta de cemento en el hormigón ya fraguado. El tamaño de los granos también influye en las propiedades de la mezcla, ya que en su elaboración, al aumentar el tamaño puede disminuir su densidad, rigidez y resistencia, por lo que el diámetro no debe ser mayor a 25 mm (1"); para alta resistencia se recomienda que éste no sobrepase los 19 mm (3/4").



B) Densidad aparente, densidad real y porosidad de los granos.

La densidad aparente de los áridos es una de sus principales cualidades, por que influye en la densidad y en la resistencia de los hormigones con ellos elaborados. La densidad aparente de un grano se define como la relación entre la masa de dicho grano y el volumen encerrado dentro de la superficie que lo envuelve. Este volumen abarca tanto el volumen del material sólido como el de los poros contenidos en el interior del grano. La reducción de la densidad aparente depende del proceso de elaboración del grano, ella varía entre 1/3 y 2/3 del valor de los áridos considerados normales. La obtención de la densidad aparente del árido se efectúa basados en el principio de Arquímedes (volumen desalojado). La densidad real de un árido se define como la relación entre la masa y el volumen de la parte sólida; todos los poros pueden eliminarse mediante un molido fino. La densidad real de los áridos varía entre límites relativamente estrechos (2,6 a 3,0 kg/dm3). En la mayoría de las arcillas y pizarras expandidas está alrededor de 2,7 kg/dm 3. La porosidad es el valor numérico de la relación entre el espacio ocupado por los poros y el volumen encerrado dentro de la superficie del grano; esta propiedad define el contenido de poros de dicho grano, en los áridos fabricados en Alemania se encuentran valores entre el 50% al 75% del volumen, para la fracción con diámetros entre 8-19 mm; para granos de tamaño 2 mm la porosidad oscila entre 30% y 50% en volumen. C) Masa unitaria del árido.

La masa unitaria del árido se define como el cociente entre la masa de una cantidad de árido y el volumen ocupado por el mismo incluidos en aquel todos los poros, tanto los propios de los granos como los que quedan en el amontonamiento. No representa ninguna característica fija del material, puesto que además de depender de la humedad depende de la compacidad del amontonamiento. Para estos agregados, se pueden obtener valores de masa unitaria entre 0,40 y 0,80 kg/dm 3, para granos comprendidos entre 8 y 19 mm. D) Módulo de elasticidad y resistencia propia de los granos.

Como en el concreto normal, en el hormigón ligero la resistencia depende en forma decisiva no sólo de la calidad de la pasta de cemento, sino también de la calidad del grano y sobre todo, de la rigidez de los áridos. El módulo de elasticidad y la resistencia propia de los granos son, por ello, características importantes del árido.



E) Absorción de agua.

Los áridos ligeros debido a su estructura porosa, tienen una mayor capacidad de absorción que los agregados normales. La absorción de agua de los áridos debe de tenerse en cuenta al verter el agua de amasado, puesto que influye en la manejabilidad del hormigón, en la eficaz relación agua / cemento, en la resistencia y la densidad del hormigón y en propiedades del hormigón que están en dependencia con ellas, como la deformabilidad en función del tiempo (retracción y fluencia). La absorción de agua es la relación entre el agua absorbida en un tiempo determinado y la masa seca del árido. F) Resistencia al congelamiento y deshielo.

Los agregados ligeros para hormigón, que muy a menudo están expuestos a cambios de congelación y descongelación cuando todavía están húmedos, deben poseer una resistencia suficiente; la cantidad de agregados destruidos por esta razón debe ser menor al 4%. El aumento de un 10% en volumen que sufre el agua en los poros al congelarse, es una de las causas que puede dañar los áridos ligeros; los áridos en los que la totalidad de sus poros se llenan de agua corren especial peligro. Por fortuna, aún después de mucho tiempo sumergidos dentro del agua, los poros de las partículas del agregado ligero no se llenan en su totalidad, y los huecos restantes que quedan con aire, sirven para absorber el aumento de volumen ocasionado por el hielo. G) Propiedades térmicas.

El coeficiente de dilatación de los áridos y su relación con el coeficiente de dilatación de la pasta de cemento influyen en las presiones internas que aparecen en el hormigón al variar la temperatura. No se han establecido valores cuantitativos de dilatación térmica, pero se presume que debe ser similar que para los ladrillos (por ser materiales cerámicos). Una de las ventajas del hormigón ligero armado respecto al normal es su mejor comportamiento como aislante térmico, esto se debe a la menor conductividad térmica de los áridos ligeros, por la porosidad de los mismos. Debido a la alta temperatura alcanzada en su fabricación los áridos ligeros son muy refractarios. H) Ingredientes perjudiciales.

Los agregados no deben reblandecerse con el agua, ni descomponerse, ni formar combinaciones desfavorables con los elementos del cemento; no deben influir negativamente sobre la hidratación ni amenazar la protección contra la corrosión del refuerzo. Según la cantidad y distribución pueden ser nocivos los siguientes componentes: polvos capaces de entrar en suspensión, materias de origen orgánico, determinados componentes de azufre, elementos con tendencia al reblandecimiento, la hinchazón o el enmohecimiento, combustibles y materiales que puedan favorecer la corrosión, como por ejemplo cloruros. Si no se esta seguro, que no existen materias desfavorables en cantidad peligrosa, deben analizarse los áridos.



2.3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU DENSIDAD. Depende de la cantidad de masa por unidad de volumen y del volumen de los poros, ya sean agregados naturales o artificiales. Esta distinción es necesaria porque afecta la densidad del concreto (ligero, normal o pesado) que se desea producir, como lo indica la tabla No. 2.5. TIPO DE CONCRETO

MASA UNITARIA APROX. DEL CCTO. kg/m 3

MASA UNITARIA DEL AGREGADO kg/m 3

Ultraligero

500 – 800

Ligero

950 – 1350 1450 – 1950

480 –1040

Normal

2250 – 2450

Pesado

3000 – 5600

EJEMPLO DE UTILIZACIÓN

EJEMPLO DE AGREGADO

Concreto para aislamiento.

Piedra pómez Ag. Ultraligero.

Rellenos y mampostería no estruct. Ccto. Estructural

Perlita Ag. Ultraligero.

1300 – 1600

Ccto. Estruct. Y no estruct.

Agregado de río o triturado.

3400 – 7500

Ccto. Para Hematita, barita, proteger de coridón, magnetita. radiación gamma ó X, y contrapesos

Tabla No. 2.5 Clasificación de los agregados según su masa unitaria. 2.9.16

2.3.3 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU TAMA ÑO. La forma más generalizada de clasificar los agregados es según su tamaño, el cual varía desde fracciones de milímetros hasta varios centímetros de sección; ésta distribución del tamaño de las partículas, es lo que se conoce con el nombre de GRANULOMETRÍA. De acuerdo con la clasificación unificada, los suelos se dividen en suelos finos (material de tamaño inferior a 0,074 mm o 74 µm-tamiz No. 200) y suelos gruesos (material de tamaño superior o igual a 0,074 mm o 74 µm-tamiz No. 200); para la elaboración de mezclas de mortero o de concreto se emplean los suelos gruesos y se limita el contenido de suelo fino. La fracción fina de los suelos gruesos, cuyas partículas tienen un tamaño inferior a 4,76 mm (tamiz No. 4) y no menor de 0,074 mm o 74 µm (tamiz No. 200), es lo que comúnmente se denomina AGREGADO FINO; y la fracción gruesa, o sea aquellas partículas que tienen un tamaño superior a 4,76 mm (tamiz No. 4), es lo que normalmente se llama AGREGADO GRUESO.



GRAVA: Agregado grueso de tamaño máximo mayor o igual a 20 mm. GRAVILLA: Agregado grueso de tamaño máximo menor a 20 mm.

La grava y la gravilla son resultantes de la desintegración natural y abrasión de las rocas o del procesamiento de conglomerados débilmente ligados. ARENA: Agregado fino resultante de la desintegración natural y abrasión de las rocas o del

procesamiento de conglomerados débilmente ligados. GRAVA TRITURADA O TRITURADO: Agregado grueso resultante de la trituración artificial de

la roca. ARENA MANUFACTURADA O ARENA TRITURADA: Agregado fino resultante de la trituración

artificial de la roca, piedra o escoria (residuo mineral de hierro). ESCORIA DE ALTO HORNO: Producto no metálico, constituido esencialmente por silicatos y

aluminosilicatos de calcio y de otras bases, que se produce en forma líquida o fluida simultáneamente con el hierro en un alto horno. Una clasificación más específica es la que aparece en la tabla No. 2.6 donde se muestra los nombres más usuales de las fracciones y su aptitud para morteros o concretos según el tamaño de sus partículas. TAMAÑO EN mm.

DENOMINACIÓN MÁS COMÚN

CLASIFICACIÓN

< 0,002 0,002 – 0,074

Arcilla Limo

Fracción muy fina Fracción fina

0,074 – 4,76 #200 - #4

Arena

Agregado fino

4,76 – 19,1 #4 – ¾” 19,1 – 50,8 ¾” – 2” 50,8 – 152,4 2” – 6”

Gravilla

> 152,4 6”

Rajón, Piedra bola

Grava

USO COMO AGREGADO DE MEZCLAS No recomendable No recomendable Material apto para mortero o concreto Material apto para concreto

Agregado grueso

Material apto para concreto

Piedra

Concreto ciclópeo

Tabla No. 2.6 Clasificación de los agregados según el tamaño de sus partículas.



2.3.4 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL. La presencia de partículas alargadas o aplanadas puede afectar la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad de las mezclas, porque tienden a orientarse en un solo plano lo cual dificulta la manejabilidad; además debajo de las partículas se forman huecos de aire y se acumula agua perjudicando las propiedades de la mezcla endurecida. Por otro lado, la textura superficial de las partículas del agregado influye en la manejabilidad y la adherencia entre la pasta y el agregado, por lo tanto, afecta la resistencia (en especial la resistencia a la flexión). La norma NTC 174 limita la cantidad total de partículas alargadas y aplanadas presentes en el agregado a máximo 50%, sin embargo el ICPC (Instituto Colombiano de Productores de Cemento) recomienda que la cantidad total de éstas partículas no debe ser mayor al 15%. PARTICULA LARGA: Es aquella cuya relación entre la longitud y el ancho es mayor de 1,5. PARTICULA PLA NA: Es aquella cuya relación entre el espesor y el ancho es menor de 0,5.

FORMA Redondeadas Irregular

Escamosa Angular

Alongadas

DESCRIPCIÓN Totalmente desgastada por el agua o completamente limada por frotamiento. Irregularidad natural, o parcialmente limitada por frotamiento y con orillas redondeadas. Material en el cual el es pequeño en relación a las otras dos dimensiones. Posee orillas bien definidas que se forman en la intersección de caras más o menos planas. Material normalmente angular en el cual la longitud es considerablemente mayor que las otras dos dimensiones.

EJEMPLO Grava de río o playa, arena del desierto, playa. Otras gravas, pedernales del suelo o de excavación. Roca laminada. Rocas trituradas de todo tipo, escoria triturada.

Tabla No. 2. 7 Clasificación de las partículas del agregado según su forma. 2.9.16

La clasificación de las partículas del agregado según su textura superficial se basa en el grado en que la superficie de una partícula es pulida o mate, suave o áspera; es preciso describir el tipo de aspereza. La textura depende de la dureza, el tamaño del grano y las características porosas de la roca original (las rocas densas, duras y de grano fino generalmente tienen superficies con fracturas suaves), así como del grado en que las fuerzas que actúan sobre la superficie de la partícula han modificado sus características.



TEXTURA Vítrea Lisa Granular Áspera

Cristalina Apanalada

CARACTERÍSTICAS Fractura concoidal.

EJEMPLO Pedernal negro, escoria vítrea. Desgastada por el agua, o liso Gravas, pizarras, mármol, debido a la fractura de roca algunas reolitas. laminada o de grano Fractura que muestra granos más o Arenisca. menos uniformemente redondeados. Fractura áspera de roca con granos Basalto, felsita, pórfido, finos o medianos que contienen caliza. constituyentes cristalinos no fácilmente visibles. Contiene constituyentes cristalinos Granito, Gabro, Gneis. fácilmente visibles. Con poros y cavidades visibles Pómez, escoria espumosa, arcilla expandida.

Tabla No. 2. 8 Clasificación de las partículas del agregado según su textura superficial.

2.9.16

2.4 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGREGADO. Tal como se expresó en la definición de agregado, la mayoría de los áridos son inertes. Sin embargo desde hace algún tiempo se han observado reacciones entre agregado y pasta de cemento (algunas dañinas).

2.4.1 EPITAXIA. Mejora la adherencia entre ciertos agregados calizos y la pasta de cemento, a medida que transcurre el tiempo; lo cual favorece el desarrollo de las propiedades en el concreto endurecido.

2.4.2 REACCIÓN ÁLCALI-AGREGADO. Esta es una reacción desfavorable porque origina esfuerzos de tensión dentro de la masa endurecida del mortero o del concreto; dichos esfuerzos pueden causar fallas en la estructura debido a que la resistencia a la tensión del mortero o del concreto es baja, del orden de un 10% de su resistencia a la compresión. La reacción más común se produce entre los óxidos de sílice (SiO 2) en sus formas inestables y los óxidos alcalinos de la pasta de cemento (Na 2O y K2O). Esta reacción que es del tipo sólidolíquido, produce un gel hinchable que aumenta de volumen a medida que absorbe agua, lo cual origina presiones internas en el concreto que conducen a la expansión, agrietamiento y ruptura de la pasta de cemento, esto se conoce como reacción álcali-sílice, ya que también existe otra reacción similar entre algunos tipos de caliza dolomítica y los álcalis del cemento, en lo que se llama una reacción álcali-carbonato, que es menos frecuente.



Cuando se presuma que los agregados contienen sílice inestable activo (estado vítreo, criptocristalino, microcristalino y amorfo), debe de tenerse en cuenta este fenómeno. Las rocas que por lo general contienen sílice activo son: rocas silicosas como pedernal (con ópalo y/o calcedonia), calizas y dolomitas silíceas; rocas volcánicas ácidas e intermedias (como vidrio volcánico) como las riolitas, latitas, dacitas, andesitas y sus respectivas tobas; algunas formas de cuarzo criptocristalino, microcristalino ó cristalino intensamente deformado. Para detectar la presencia de sílice activo se deben efectuar los ensayos de reactividad potencial por el método químico descrito en la norma NTC 175 o la prueba de expansión del mortero por el método de las barras descritos en la norma ASTM C-227, además de un análisis petrográfico de acuerdo a la norma ASTM C-295.

2.5 PROPIEDADES FÍSICAS. 2.5.1 GRANULOMETRÍA. Es la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de agregados; se determina mediante el análisis granulométrico que consiste en dividir una muestra representativa del agregado en fracciones de igual tamaño de partículas; la medida de la cuantía de cada fracción se denomina como granulometría. El análisis granulométrico consiste en hacer pasar el agregado a través de una serie de tamices que tienen aberturas cuadradas y cuyas características deben de ajustarse a la norma NTC 32. Actualmente la designación de tamices se hace de acuerdo a la abertura de la malla, medida en milímetros o en micras. La norma NTC 32, incluye algunos tamices intermedios que no cumplen la relación 1:2 de la abertura, pero se usan frecuentemente para evitar intervalos muy grandes entre dos mallas consecutivas. Por fines prácticos, la serie de tamices que se emplea en agregados para morteros o concreto se ha establecido de manera que la abertura de cualquier tamiz es aproximadamente la mitad de la abertura del tamiz inmediatamente superior, esto es relación 1:2; en la tabla No. 2.9 se incluyen tamices que no cumplen esta relación, pero son de uso frecuente para determinar mejor la granulometría, principalmente de la fracción gruesa. El tamizado debe efectuarse cumpliendo con la norma NTC 77 en la que se describe el tamaño de la muestra a ensayar y el procedimiento a seguir para realizar un análisis granulométrico. Los resultados deben expresarse en la forma tabulada, como se muestra en la tabla No. 2.10.



Foto No 2.5 Tamices para ensayo de granulometría.

DESIGNACION ICONTEC DESIGNACION A.S.T.M. --6” --5” --4 ½” * 101,6 mm 4” * 90,5 mm 3 ½” 76,1 mm 3” * 64,0 mm 2 ½” * 50,8 mm 2” 38,1 mm 1 ½” * 25,4 mm 1” 19,0 mm ¾” * 12,7 mm ½” 9,51 mm 3/8” 4,76 mm No. 4 2,38 mm No. 8 1,19 mm No. 16 No. 30 595 µm No. 50 297 µm No. 100 149 µm No. 200 74 µm * Tamices que no cumplen la relación 1:2. Tabla No. 2. 9 Tamices más empleados en un análisis granulométrico. 2.9.7 Y 2.9.16



Para la Tabla 2.10 Tenemos lo siguiente: Columna (1): Esta columna indica la serie de tamices empleada en el análisis granulométrico en orden descendente (en la tabla se muestran unos a manera de ejemplo). Column a (2): Aparece indicado la masa retenida en cada tamiz (obtenido en el laboratorio) (Xi). Column a (3): En ella se expresa cada valor Xi de la columna (2) como porcentaje de la masa total de la muestra XT de acuerdo a la siguiente fórmula: Yi=Xi*100 / XT Column a (4): En esta se indica el acumulado de los porcentajes retenidos en cada tamiz: Por ejemplo: Z1=Y1, Z2=Y1+Y2, Z3=Y1+Y2+Y3,...hasta Zn=100% Columna (5): Con base en el porcentaje retenido acumulado en cada tamiz se determina el porcentaje que pasa también por cada tamiz: ti=100-Zi. Este porcentaje que pasa es el más utilizado para hacer la representación gráfica de la granulometría.

mm

TAMIZ - pulg. (1)

MASA RETENIDA g (2) X1

% RETENIDO (3)

% RETENIDO ACUMULADO (4)

38,1 mm Y1 Z1 1 ½” 25,4 mm X2 Y2 Z2 1” 19,0 mm X3 Y3 Z3 ¾“ 12,7 mm X4 Y4 Z4 ½“ 9,51 mm X5 Y5 Z5 3/8 “ 4,76 mm X6 Y6 Z6 No. 4 Fondo X7 Y7 100% TOTAL XT 100% Tabla No. 2. 10 Determinación de la granulometría de agregados.

% PASA (5) t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Curvas granulométricas. Para una mejor comprensión e interpretación de los resultados se acostumbra a representar gráficamente el análisis granulométrico en la curva denominada granulométrica o línea de cribado. En la curva de granulometría se representa generalmente sobre el eje de las ordenadas el porcentaje pasa, en escala aritmética; y en las abscisas la abertura de los tamices en escala logarítmica. En la figura No. 2.1 se representa, a manera de ejemplo, la granulometría dada en la tabla No. 2.11.



mm 9,51 4,76 2,38 1,19 0,595 0,297 0,149 0,074

TAMIZ - pulg.

3/8” No. 4 No. 8 - No. 16 No. 30 No. 50 - No. 100 - No. 200 Fondo TOTAL

MASA RETENIDA g 0 127,8 575,1 617,7 277,0 276,8 149,1 85,2 21,3 2130

% RETENIDO

% RETENIDO ACUMULADO

% PASA

0 6 27 29 13 13 7 4 1 100

0 6 33 62 75 88 95 99 100 ---

100 94 67 38 25 12 5 1 0 ---

Tabla No. 2.11 Análisis granulométrico.

ABERTURA 9.51

4.76

2.38

3/8"

No. 4

No. 8

1.19

0.595

0.297

No. 16

No. 30

No. 50

0.149

0.074

100 90 80 70 A 60 S A 50 P %40

30 20 10 0 No. 100 No. 200

T A M I CES Figura No. 2.1 Curva granulométrica.

Además de las ventajas ya nombradas de la curva granulométrica, es posible obtener del análisis granulométrico, algunos factores que constituyen una caracterización más de la distribución de tamaños del agregado.



Módulo de finu ra. El módulo de finura es un factor empírico que permite estimar que tan fino o grueso es un material. Esta definido como la centésima parte del número que se obtiene al sumar los porcentajes retenidos acumulados en la siguiente serie de tamices: 149 µm(No.100), 297µm(No.50), 595µm(No.30), 1,19mm(No.16), 2,38mm(No.8), 4,76mm(No.4), 9,51mm(3/8"), 19mm(3/4"), 38,1mm(1½") y los tamices siguientes cuya abertura está en relación de 1 a 2. El módulo de finura se puede calcular a cualquier material, sin embargo se recomienda determinar el módulo de finura al agregado fino y según su valor, este agregado se puede clasificar tal como se presenta en la tabla No. 2.12. MODULO DE FINURA Menor que 2,00 2,00 – 2,30 2,30 – 2,60 2,60 – 2,90 2,90 – 3,20 3,20 – 3,50 Mayor que 3,50

AGREGADO FINO Muy fino o extra fino Fino Ligeramente fino Mediano Ligeramente grueso Grueso Muy grueso o extra grueso

Tabla No. 2.12 Clasificación del agregado fino de acuerdo con el valor del módulo de finura.

2.9.14.

Tamaño Máximo. Está definido como la menor abertura del tamiz que permite el paso de la totalidad del agregado. De manera práctica representa el tamaño de la partícula más grande que tiene el material. Tamaño Máximo Nominal. El tamaño nominal máximo de las partículas es el mayor tamaño del tamiz, listado en la norma aplicable, sobre el cual se permite la retención de cualquier material. Es más útil que el tamaño máximo porque indica de mejor manera el promedio de la fracción gruesa, mientras que el tamaño máximo solo indica el tamaño de la partícula más grande de la masa de agregados, la cual puede ser única. El tamaño máximo y el tamaño máximo nominal se determinan generalmente al agregado grueso únicamente.



Existen varias razones para especificar límites en las granulometrías y el tamaño máximo del agregado. La granulometría y el tamaño máximo afectan las proporciones relativas de los agregados, así como la cantidad de agua y cemento necesarios en la mezcla y también la manejabilidad, la economía, la porosidad y la contracción del concreto. Las variaciones en la gradación pueden afectar seriamente la uniformidad de una mezcla a otra. En general, los agregados deben de tener partículas de todos los tamaños con el fin de que las partículas pequeñas llenen los espacios dejados por las partículas más grandes, de ésta forma se obtiene un mínimo de huecos o sea una máxima densidad; como la cantidad de pasta (agua más cemento) que se necesita para una mezcla es proporcional al volumen de huecos de los agregados combinados, es conveniente mantener este volumen al mínimo. Especificaciones granulométricas. En la norma NTC 174 se dan las especificaciones granulométricas, tanto para agregado grueso como para agregado fino a utilizar en concretos y en la norma NTC 2240 la especificación granulométrica de agregado fino a utilizar en morteros. En las tablas Nos. 2.13, 2.14 y 2.15 se muestran las especificaciones más utilizadas. TAMIZ 2” 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” No. 4 No. 8

AGREGADO No. 3 % PASA 100 95 – 100

AGREGADO No. 4 % PASA --100 95 – 100

35 – 70

AGREGADO No. 5 % PASA ----100 90 – 100

25 – 60 10 – 30 0–5

0 – 10 0–5

20 – 55 0 – 10 0–5

Tabla No. 2.13 Especificaciones granulométricas para agregado grueso (más utilizadas). 2.9.7

TAMIZ 3/8” No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50 No. 100

-

(9,51 mm) (4,76 mm) (2,38 mm) (1,19 mm) (595 µm) (297 µm) ( 149 µm)

AGREGADO FINO % PASA 100 95 – 100 80 – 100 50 – 85 25 – 60 10 – 30 2 – 10

Tabla No. 2.14 Especificaciones granulométricas para agregado fino a utilizar en concreto. •

2.9.7

Se recomienda adicionalmente, que entre dos mallas consecutivas (de las especificadas anteriormente) no se retenga más del 45% del material y para que la mezcla sea manejable, cohesiva y presente un buen acabado más del 15% debe pasar por la malla No.50 y más de un 4% por la malla No.100.



TAMIZ 3/8” No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50 No. 100

-

(9,51 mm) (4,76 mm) (2,38 mm) (1,19 mm) (595 µm) (297 µm) ( 149 µm)

ARENA NATURAL % PASA 100 95 – 100 70 – 100 40 – 75 10 – 35 2 – 15 ---

ARENA MANUFACTURADA % PASA 100 95 – 100 70 – 100 40 – 75 20 – 40 10 – 25 0 – 10

Tabla No. 2.15 Especificaciones granulométricas para agregado fino a utilizar en morteros.

2.9.7

* Se recomienda adicionalmente, que entre dos mallas consecutivas (de las especificadas anteriormente) no se retenga más del 50% del material y no más del 25% entre las mallas No.50 y No.100.

Sin embargo, no siempre es posible que la distribución granulométrica del agregado disponible, cumpla con las especificaciones granulométricas dadas; por lo tanto es aconsejable combinar los agregados disponibles de tal manera que la granulometría resultante garantice un mínimo de vacíos, se sugiere tomar como referencia las curvas ideales corregidas propuestas por FULLER o WEYMOUTH, las cuales se presentan en las tablas Nos. 2.16 y 2.17 o los valores recomendados por ASOCRETO tabla No. 2.18

FULLER MALLA

TAMAÑO MAXIMO (mm) 50,8 38,1 25,4

Pulg.

76,1

19,1

3”

100,0

2”

81,0

100,0

1 ½”

69,8

86,1

100,0

1”

56,5

69,6

80,8

100,0

¾”

48,5

59,7

69,4

85,8

100,0

3/8”

33,4

41,1

47,8

59,0

68,8

No. 4

22,7

27,9

32,5

40,1

46,8

No. 8

15,2

18,6

21,6

26,7

31,2

No. 16

9,8

12,0

14,0

17,1

20,1

No. 30

6,0

7,3

8,6

10,5

12,4

No. 50

3,3

4,1

4,7

5,7

6,8

No. 100

1,4

1,7

2,0

2,4

2,8

Tabla No. 2.16 Gradaciones ideales corregidas de agregados para concreto (% que pasa por cada malla). 2.9.11.



WEYMOUTH MALLA

TAMAÑO MAXIMO (mm) 50,8 38,1 25,4

Pulg.

76,1

3”

100,0

2” 1 ½”

--80,5

100,0 91,2

100,0

---

---

---

1”

19,1

100,0

¾” 3/8”

61,7 46,0

70,9 53,2

78,1 59,0

89,8 68,2

100,0 76,2

No. 4

34,3

39,5

43,9

51,1

57,0

No. 8 No. 16

25,0 17,3

28,9 20,0

31,9 22,2

37,0 25,8

41,2 28,6

No. 30

11,2

12,9

14,2

16,6

18,4

No. 50 No. 100

6,2 2,1

7,0 2,4

7,9 2,7

9,3 3,1

10,0 3,4

Tabla No. 2.17 Gradaciones ideales corregidas de agregados para concreto (% que pasa por cada malla). 2.9.11.

TAMIZ

Pulgadas

3½ 3 2½ 2 1½ 1 ¾ ½ 3/8 No.4 No.8 No.16 No.30 No.50 No.100

LIMITE DE LOS PORCENTAJES QUE PASAN LOS SIGUIENTES TAMAÑOS MAXIMOS

mm

90,6mm (3 ½”)

76,1mm (3“)

64,0mm (2 ½“)

50,8mm (2“)

38,1mm (1 ½“)

25,4mm (1“)

19,0mm (3/4“)

12,7mm (½“)

9,51mm ( 3/8“)

90,6 100 76,1 94 91 100 64,0 89 83 94 91 100 50,8 82 73 87 80 92 88 100 38,1 74 62 78 68 83 75 90 85 100 25,4 64 50 68 55 72 60 78 68 87 80 100 19,0 58 42 62 47 65 51 71 58 78 68 90 85 100 12,7 50 34 53 37 57 41 62 47 68 55 78 68 87 80 100 9,51 45 29 48 32 51 35 56 40 62 47 71 58 78 68 90 85 100 4,76 36 20 38 22 40 24 44 27 48 32 56 40 62 47 71 58 78 68 2,36 28 13 30 15 32 16 34 18 38 22 44 27 48 32 55 40 61 46 1,18 22 9 23 10 25 11 27 13 30 15 34 18 38 22 44 27 48 32 600µ 17 6 18 7 20 8 21 9 23 10 27 13 30 15 34 19 38 22 300µ 14 4 14 4 15 5 17 8 18 7 21 9 23 10 27 13 30 15 150µ 11 3 11 3 12 4 13 4 14 5 17 6 18 7 21 9 23 10

Tabla No. 2.18 Rangos granulométricos recomendados por ASOCRETO (% que pasa por cada malla). 2.9.2.



2.5.2 DENSIDAD. Las partículas del agregado están conformadas por masa del agregado, vacíos que se comunican con la superficie llamados poros permeables o saturables y vacíos que no se comunican con la superficie, es decir que quedan en el interior del agregado llamados poros impermeables o no saturables; de acuerdo con lo anterior tenemos tres densidades a saber: DENSIDAD REAL: Masa promedio de la unidad de volumen de las partículas del agregado, excluyendo sus poros permeables o saturables y los no saturables o impermeables. DENSIDAD NOMINAL: Masa promedio de la unidad de volumen de las partículas del agregado, excluyendo únicamente los poros permeables o saturables. DENSIDAD APARENTE: Masa promedio de la unidad de volumen de las partículas del agregado, incluyendo tanto poros permeables o saturables como poros impermeables o no saturables (volumen aparente o absoluto).

Si la masa de agregado se determina con material seco tendríamos densidad aparente seca, pero si la masa del agregado se determina con material saturado y superficialmente seco (S.S.S), tendríamos densidad aparente saturada. De los tres tipos de densidades antes definidas, la DENSIDAD APARENTE es la que se emplea en el cálculo de mezclas, porque se parte que el material primero se satura, es decir, todos los poros permeables de cada partícula quedan llenos de agua y el agua adicional a éste estado (agua libre) es la que reacciona con el cemento; si la densidad del agregado que se toma en el diseño es la aparente saturada las masas que se calculen del agregado serán masas saturadas, pero si se toma para dosificación de mezclas la densidad aparente seca las masas que se determinen del agregado serán masas secas. La densidad aparente del agregado fino se halla de acuerdo con la norma NTC 237; el ensayo consiste en tomar cierta cantidad del material en estado S.S.S, se coloca en un matraz (o probeta) con agua y se determina su masa luego se pone a secar hasta masa constante; por diferencia de masas y con base en el volumen desalojado se determina la densidad aparente.

Foto No 2.6 Ensayo de densidad de agregado fino



La densidad aparente del agregado grueso se determina de acuerdo con la norma NTC 176; el ensayo consiste en tomar una muestra del agregado en estado S.S.S (saturado y superficialmente seco), se determina su masa en el aire y sumergido en el agua, luego se pone a secar hasta masa constante; por diferencia de masas y con base en el volumen desalojado se calcula la densidad aparente. La densidad aparente no es una medida de la calidad del agregado, sin embargo una densidad baja puede indicar un agregado de estructura porosa, de mala calidad; la mayor parte de los agregados de masa normal tienen una densidad que varía generalmente entre 2,4 y 2,8 kg/dm³.

2.5.3 ABSORCIÓN Y HUMEDAD. La absorción (porcentaje de agua necesaria para saturar los agregados o el hormigón expresada con respecto a la masa de los materiales secos) y la humedad, deben determinarse de acuerdo con las normas NTC 176, 237 y 1776, de manera que la cantidad de los materiales en la mezcla pueda controlarse y se establezca las masas correctas de cada uno de ellos. La estructura interna de las partículas de un agregado está conformada por materia sólida y por poros o huecos los cuales pueden contener agua o no. Las condiciones de humedad en que se puede encontrar un agregado serán: SECO: Ningún poro con agua. HUMEDO NO SATURADO: Algunos poros permeables con agua. SATURADO Y SUPERFICIALMENTE SECO (S.S.S) : Todos los poros permeables llenos de agua y el material seco en la superficie. HUMEDO SOBRESATURADO: Todos los poros permeables contienen agua y además el material tiene agua en la superficie (agua libre).

Dependiendo de las condiciones de humedad que tenga el agregado, puede quitar o aportar agua a la mezcla (porque se considera que el agregado se satura y el agua libre es la que reacciona con el cemento). Si la humedad del agregado es mayor que la absorción, el material tiene agua libre y está aportando agua a la mezcla; pero si por el contrario la humedad del agregado es menor que la absorción, el agregado le va a quitar agua a la mezcla para saturarse. Esto es importante para poder definir la cantidad de agua de mezcla y no alterar la relación agua-cemento. De otra parte, el agregado fino aumenta de volumen cuando esta húmedo, la humedad superficial mantiene separadas las partículas produciendo el aumento de volumen conocido como "hinchamiento o expansión del agregado fino". La expansión varía con la humedad y con la granulometría, las arenas finas se expanden más que las gruesas para una humedad dada; la expansión es baja para humedades bajas (cercanas a 0%) o humedades altas (mayores al 15%) y el hinchamiento es alto (algunas veces hasta un 40%) para humedades intermedias (entre 4 y 8%). Como la mayor parte de las arenas se entregan húmedas pueden ocurrir grandes variaciones en las cantidades de las mezclas si se hacen de acuerdo con el volumen (volumen suelto); por esta razón no se recomienda la dosificación por volumen.



2.5.4 MASA UNITARIA. La masa unitaria de un material es la masa del material necesaria para llenar un recipiente de volumen unitario. En la masa unitaria además del volumen de las partículas del agregado se tiene en cuenta los vacíos que hay entre partículas. La masa unitaria puede determinarse compactada o suelta; la masa unitaria compactada se emplea en algunos métodos de dosificación de mezclas y la masa unitaria suelta sirve para estimar la cantidad de agregados a comprar si estos se venden por volumen (volumen suelto) como ocurre comúnmente. La masa unitaria se determina de acuerdo con la norma NTC 92 y su valor para agregados normales varía generalmente entre 1,30 y 1,80 kg/dm 3, siendo mayor para un mismo material el valor de la masa unitaria compactada. El ensayo consiste en llenar un recipiente normalizado en forma estandarizada; la masa unitaria se determina como el cociente entre la masa del agregado que contiene el recipiente y el volumen del recipiente. Si el recipiente se llena dejando caer libremente el material desde una altura no mayor de 5 cm por encima de su borde, la masa unitaria determinada es suelta; pero si el llenado se realiza en tres capas, compactando el material, la masa unitaria ser compactada. El método de compactación puede ser vibrado proporcionando 50 caídas normalizadas del recipiente por capa y se emplea para agregados de tamaño máximo entre 38 y 100 mm – 1 ½" y 4"; o apisonado dando 25 golpes estándar por capa, para agregados de tamaño máximo menor o igual a 38 mm – 1½ ".

Foto No 2.7 Ensayo de masa unitaria.



2.5.5 RESISTENCIA. La resistencia al desgaste de un agregado se usa con frecuencia como indicador general de la calidad del agregado; esta característica es esencial cuando el agregado se va usar en concreto sujeto a desgaste como en el caso de los pavimentos rígidos. El método de prueba más común es el ensayo en la máquina de “Los Ángeles” (norma NTC 93 y 98); la prueba consiste en colocar una muestra del material con la carga abrasiva dentro de un tambor de acero y poner a girar la máquina (30 a 33 rpm) un cierto número de revoluciones (la carga abrasiva y el número de revoluciones depende de la granulometría del material); luego se retira el material de la máquina, se lava sobre el tamiz No. 12 (1,68mm), el material retenido se pone a secar hasta masa constante y se halla su masa. Las especificaciones limitan el porcentaje de desgaste a máximo 40%. Pa - Pb Porcentaje de desgaste = ----------- * 100 Pa

(2.1)

Donde: Pa = Masa de la muestra seca antes del ensayo (g). Pb = Masa de la muestra seca retenida en el tamiz No. 12 (g).

Foto No 2.8 Máquina de los Ángeles. La resistencia a la acción del clima, es decir al intemperismo, de las partículas del agregado, se ha tratado de determinar con el ensayo de solidez o sanidad (norma NTC 126), aunque esta prueba no es representativa para climas tropicales el ensayo se emplea ampliamente.



El ensayo consiste en sumergir una muestra del material en una solución saturada de sulfato de sodio o magnesio (preparada de acuerdo con la norma), el material se deja sumergido durante un período de 16 a 18 horas, teniendo la precaución que la superficie de la solución quede 15 mm por lo menos por encima de la muestra. Posteriormente se retira la muestra y se deja la solución escurrir durante 15 minutos, luego se pone a secar hasta masa constante. Todo este proceso se denomina un ciclo; a los agregados para concretos o morteros las especificaciones exigen 5 ciclos y las pérdidas máximas permitidas, ponderadas de acuerdo con la granulometría del material son las siguientes: - Agregado fino: Sulfato de sodio Sulfato de magnesio

Pérdida máxima = 10% Pérdida máxima = 15%

- Agregado grueso: Sulfato de sodio Sulfato de magnesio

Pérdida máxima = 12% Pérdida máxima = 18%

La dureza de las partículas del agregado influye en la resistencia del concreto, si el material está compuesto por una cantidad apreciable de partículas blandas la resistencia del hormigón se verá afectada desfavorablemente. La dureza de las partículas del agregado grueso se determina con el ensayo de rayado (norma NTC 183); el cual consiste en someter cada partícula del agregado grueso, de acuerdo con la cantidad mínima de la muestra especificada, a un rayado con una aguja de bronce de di metro 1,59 mm aplicando una fuerza de 1 kg. Las partículas se consideran blandas si durante el rayado se forma en ellas una ranura sin desprendimiento de metal de la aguja o si se separan partículas de la masa rocosa. La cantidad de partículas blandas presentes en el agregado grueso debe ser como máximo 5,0%.

2.6 SUSTANCIAS PERJUDICIALES. Las sustancias perjudiciales que pueden estar presentes en los agregados son: suelo fino (limos o arcillas), impurezas orgánicas (materia vegetal en descomposición), carbón de piedra , lignito y partículas livianas o blandas. La mayor parte de las especificaciones limitan las cantidades permisibles de estas sustancias.

2.6.1 SUELO FINO. El suelo fino (material que pasa el tamiz No. 200- 74 µm) puede estar presente como polvo o puede estar recubriendo las partículas del agregado, aún cuando delgadas capas de limo o arcilla cubran las partículas, puede haber peligro porque debilitan la adherencia entre la pasta de cemento y las partículas del agregado, perjudicando la resistencia y la durabilidad de las mezclas. Si están presentes algunos tipos de limos y arcillas en cantidades excesivas, el agua necesaria en la mezcla puede aumentar considerablemente.



La cantidad de suelo fino presente en el agregado se puede determinar por el método de lavado (norma NTC 78); el ensayo consiste en tomar el material seco hasta masa constante, lo colocamos en un recipiente y agregamos agua limpia de tal forma que todo el material quede recubierto, se agita la muestra enérgicamente para que el suelo fino quede en suspensión en el agua, luego se hace pasar el agua a través del tamiz No. 200 (74 µm). Se repite la operación el suficiente número de veces hasta que el agua salga limpia, posteriormente se seca el material que quedó en el recipiente más el que retuvo el tamiz y se determina su masa. B-C A=

(2.2)

* 100 B

Donde: A = Material que pasa el tamiz No. 200 - 74 µ m B = Masa seca del material antes del ensayo (g). C = Masa seca del material después del ensayo (g).

Las especificaciones limitan el contenido de suelo fino a los siguientes valores: - Agregado fino

A ≤ 3,0% A ≤ 5,0%

para concreto sujeto a desgaste. para cualquier otro caso (incluyendo morteros).

En el caso de arena manufacturada los límites pueden aumentarse a 5% y 7% respectivamente. - Agregado grueso

A ≤ 1,0% A ≤ 1,5%

para cualquier caso. para triturado.

Una prueba muy empleada para determinar la cantidad de suelo fino presente en el agregado fino es el ensayo de "equivalente de arena" (norma MOP Designación E 35-62), el cual consiste en verter una solución de trabajo (solución stock de cloruro de calcio diluida en agua) preparada de acuerdo a la especificación, en un recipiente cilíndrico estandarizado hasta una altura de 4 pulg. Luego se coloca una cantidad determinada de arena (pasante del tamiz No. 4 - 4,76mm) secada en el horno hasta masa constante y se deja en reposo 10 minutos. Se tapa el cilindro y se agita vigorosamente dando 90 ciclos en 30 s, después se quita el tapón del cilindro y se lavan las paredes con solución de trabajo hasta completar una altura de 15 pulg. y se deja en reposo 20 minutos, se determinan los niveles superiores de arcilla y arena. Lect. nivel superior de la arena Equiv. Arena =

* 100 Lect. nivel superior de la arcilla

(2.3)



Se recomienda que el agregado fino tenga un equivalente de arena mínimo del 70%.

Foto No 2.9 ensayo de equivalente de arena

2.6.2 IMPUREZAS ORGÁNICAS. La materia orgánica suele consistir por lo general en productos de la descomposición de materia vegetal (sobre todo ácido tónico y sus derivados) y se manifiesta en forma de humus o margas orgánicas. La materia orgánica puede interferir las reacciones químicas de hidratación, retrasar el fraguado y el endurecimiento del concreto, en algunos casos descomponerse produciendo deterioro afectando la durabilidad del hormigón. El azúcar puede impedir el fraguado del cemento durante algunos días. Las impurezas orgánicas pueden afectar la adherencia pasta agregado disminuyendo la resistencia. La determinación del contenido de materia orgánica presente en el agregado fino se realiza de acuerdo con la norma ICONTEC 127; el ensayo se realiza colocando una muestra de arena en un recipiente cilíndrico con una solución de hidróxido de sodio, de tal manera que la cantidad de arena sea aproximadamente 130 cm 3 y solución más arena después de agitado 200 cm 3; se tapa el frasco y se agita vigorosamente dejando luego en reposo durante 24 horas, al cabo de este tiempo se compara el color que ha tomado la solución de la muestra con un color patrón establecido previamente. Si la muestra tiene un color más claro que el patrón, el agregado fino no presenta cantidades perjudiciales de materia orgánica, pero si el color que toma la muestra es más oscuro que el patrón puede suceder que la arena tenga cantidad apreciable de materia orgánica (que perjudican el concreto) o sustancias minerales (no perjudiciales del hormigón) que produzcan la coloración más oscura. En caso de duda, se procede a realizar un ensayo de resistencia a la compresión de morteros según la norma NTC 579; la prueba consiste en lavar parte de la arena con solución de hidróxido de sodio al 3% hasta que un nuevo ensayo colorimétrico produzca un color más claro, luego se lava con agua para eliminar la solución; con ella se prepara un mortero con relación agua-cemento de 0,60 y agregando arena hasta obtener una fluidez de 100 ± 5%, con este mortero se elaboran una serie de cubos de 50mm de lado llenándolos en 2 capas y apisonando 20 veces en cada capa.



Se repite este procedimiento con arena sin tratar; si la resistencia a la compresión promedio obtenida a los 28 días en los cubos hechos con arena sin tratar es como mínimo el 95% de la resistencia obtenida en cubos hechos con arena tratada se considera que la arena puede utilizarse sin peligro alguno.

Foto No 2.10.- Determinación del contenido de materia orgánica.

2.6.3 PARTÍCULAS DELEZNABLES. El carbón de piedra o lignito, terrones de arcilla u otros materiales que se desmoronan fácilmente afectan la resistencia y la durabilidad del concreto; si estas impurezas están cerca de la superficie pueden reventarse, desintegrarse o producir manchas. La cantidad de partículas deleznables o terrones de arcilla presentes en los agregados se determina de acuerdo con la norma NTC 589 y la prueba consiste en colocar el material (de acuerdo a las fracciones especificadas por la norma) en un recipiente, se cubre con agua pura 24 horas; las partículas que puedan desmenuzarse con los dedos hasta reducirlas a material fino se consideran partículas deleznables o terrones de arcilla. La especificación permite como máximo de partículas deleznables y terrones de arcilla en el agregado fino tanto para morteros como para concretos 1,0%, y para agregado grueso 0,25%.

2.6.4 PARTÍCULAS LIVIANAS. Las partículas livianas afectan la resistencia y la durabilidad del concreto así como la manejabilidad de las mezclas y pueden producir concretos de mala apariencia.



La cantidad de partículas livianas que contenga el agregado se determina de acuerdo con la norma NTC 130, el material se coloca en un recipiente con un líquido pesado de densidad 2,00 g/cm3 cuyo volumen mínimo debe ser 3 veces el del agregado, se agita vigorosamente para que las partículas livianas floten luego se vierte cuidadosamente el líquido en un segundo recipiente pasándolo previamente por un colador; se debe tener la precaución que solamente las partículas que floten sean las retenidas por el colador. Se repite la operación devolviendo el líquido que ha pasado el colador al recipiente inicial, se agita enérgicamente y se vuelve a hacer pasar a través del colador hasta que se note que no haya partículas que floten en el líquido; posteriormente se lavan las partículas retenidas en el colador con tetracloruro de carbono hasta remover de ellas el líquido pesado, se dejan secar y se halla su masa. La cantidad permitida de partículas livianas es: - Morteros Porcentaje máximo permisible en el agregado fino = 0,5%

- Concretos Los porcentajes máximos permisibles tanto para agregado fino como para agregado grueso son: 0,5% cuando es importante la apariencia de la superficie del concreto y 1,0% para cualquier otro caso.

2.6.5 PARTÍCULAS BLANDAS. Las partículas blandas son perjudiciales porque afectan la resistencia y la durabilidad del concreto y puede producir reventones, si son quebradizas pueden romperse durante el mezclado y aumentar por tanto la demanda de agua para una misma manejabilidad. La cantidad de partículas blandas se determina mediante el ensayo de dureza al rayado (norma NTC 183), visto anteriormente.

2.7 BENEFICIO DE AGREGADOS. El término "beneficio de agregados" se emplea para describir la mejora en la calidad de los agregados mediante la remoción de las sustancias perjudiciales. Algunos de los procesos que se usan son: tamizado, lavado, trituración y separación en medios pesados. El tamizado se emplea generalmente para eliminar partículas de tamaños indeseables ya sea muy grandes, muy pequeñas o intermedias; mediante el tamizado podemos producir la gradación deseada.



El lavado se hace para eliminar materia orgánica o suelo fino ya sea presente en polvo, adherido a los agregados o en forma de terrones. Por lavado también podemos eliminar exceso de arena muy fina. La trituración puede usarse para reducir la cantidad de partículas blandas presentes en el agregado o para disminuir de tamaño algunas partículas y hacerlas utilizables. La separación en medios pesados se emplea para eliminar sustancias perjudiciales cuya densidad es significativamente menor que la densidad del material de buena calidad. Desafortunadamente con cualquier proceso se pierde algo de material aceptable y la eliminación de partículas perjudiciales puede ser difícil o costosa.

2.8 MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS. Los agregados deben manejarse y almacenarse de manera que sea mínima la segregación (separación del material en fracciones) y se evite la contaminación con sustancias perjudiciales. Los montones de los almacenamientos deben formarse por capas de espesor uniforme y no ser muy altos porque se produce segregación; cuando se deja caer material de bandas transportadoras o cucharones el viento puede llevarse las partículas más finas lo que debe evitarse en lo posible. Cuando el material se almacena en silos estos deberán ser circulares o casi cuadrados, sus fondos deberán tener una inclinación no menor de 50 grados con la horizontal de todos los lados hacia la salida central. Al cargar los silos los materiales deben caer verticalmente sobre la salida, si el material cae sobre los costados formando ángulo puede producirse segregación. Para evitar la segregación y variaciones en la granulometría se deben almacenar por separado los agregados de acuerdo con su tamaño, así por ejemplo: agregado de tamaño máximo 1 ½" en una parte, agregado de tamaño máximo 1" en otra y la arena en otra; si se tienen diferentes arenas también se deben separar.

2.9 REFERENCIAS. 2.9.1 ARANGO T., Jesús H. Artículo: Posibilidades del concreto liviano en Colombia. Memorias técnicas: III Reunión del concreto. Cartagena (Colombia). 1990. 2.9.2 ASOCIACION COLOMBIANA DE PRODUCTORES DE CEMENTO, (ASOCRETO), Colección básica del concreto. Tecnología y propiedades. Bogotá (Colombia). 2000.



2.9.3 ASSO, Orus. Materiales de construcción. La Habana, Cuba: Editorial científico técnica. 1977. 2.9.4 CANDEL VILA, Rafael. Geología práctica. Barcelona (España): Ediciones Omega S.A. 1958. 2.9.5 Código colombiano de construcciones sismo-resistentes. Decreto 1400 de 1984. Capítulo C.3 Bogotá (Colombia). 1984. 2.9.6 FERNANDEZ R., CUJAR G., FERNANDEZ G., RIVERA G. Análisis de agregados del área de Popayán usados en la fabricación de mezclas de concreto. Popayán (Colombia): Universidad del Cauca. 1987. 2.9.7 ICONTEC. Normas técnicas colombianas para el sector de la construcción - I. Bogotá (Colombia): Legis editores s. a. 1989 2.9.8 ICPC. Gráficos para el control de calidad y el manejo de agregados. Nota técnica, 3ed. Medellín (Colombia). 1990. 2.9.9 ICPC. Guía para la utilización de agregados de peso normal en el concreto. Nota técnica, 3ed. Medellín (Colombia). 1989. 2.9.10 ICPC. Selección y uso de agregados para concreto. Nota técnica No. 7. Medellín (Colombia). 1976. 2.9.11 ICPC, SOLINGRAL. (Colombia). 1974.

Manual de dosificación de mezclas de concreto.

Medellín

2.9.12 LEGGET / KARROW. Geología aplicada a la ingeniería civil. México: McGRAW-HILL. 1986. 2.9.13 NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE NSR/98, Asociación colombiana de ingeniería sísmica. Bogotá (Colombia). 1998. 2.9.14 MENA F., Víctor Manuel y LOERA P., Santiago. Guía para fabricación y control de concreto en obras pequeñas. México: UNAM. 1972. 2.9.15 MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS. Normas de ensayo para materiales de carreteras tomo II. Bogotá (Colombia). 1962. 2.9.16 NEVILLE, A. M. Tecnología del concreto tomo I y II. México: Instituto mexicano del cemento y del concreto. Primera edición, tercera reimpresión. 1980. 2.9.17 PAYA PEINADO, Miguel. Hormigón vibrado y hormigones especiales. Ediciones CEAC. 12º Edición. 1979.

España:



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Cap. 02 - Agregados Para Mortero y Concreto

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