FCC CONSTRUCCIÓN DE CENTROAMÉRICA
AGREGA DO G RUES O PARA CO NCRE TO ANÁLISIS DE LA NORMA ASTM C1 17 UTILIZADA EN LA ESPECIFICACION PARA PA RA AGREGADOS DE CONCRETO SEGÚN ASTM C33
ING. HUMBERTO MORENO
AGREGA DO GRUES O PARA CONCRETO ANÁLISIS DE LA NORMA ASTM C117 UTILIZADA EN LA ESPECIFICACION PARA AGREGADOS DE CONCRETO SEGÚN ASTM C33
INTRODUCCIÓN
El presente estudio tiene como objetivo hacer un análisis de la norma ASTM C117, utilizada en la especificación para agregados de concreto según la norma ASTM C33. La norma ASTM C117 es utilizada en la norma ASTM C33 como un indicador de la presencia de sustancias nocivas para el concreto. Estudiaremos las implicaciones de esta norma, la intención de los autores de la norma ASTM C33 de utilizarla como referencia para conocer las sustancias nocivas al concreto, cuál es el alcance de la misma. A su vez analizaremos cómo es aplicada esta norma mundialmente y la compararemos frente a otras normas a nivel internacional. Para este análisis estaremos utilizando referencias y estudios actuales de la norma, que estaremos anexando al presente estudio.
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La norma ASTM C33 define el Agregado Fino en el punto número 5 de la norma. Luego en el punto número 6 define la gradación según los siguientes límites: Tamiz (Especificación E11)
Porcentaje que pasa
9.5-mm (3/8 in)
100
4.75-mm (No.4)
95-100
2.36-mm (No.8)
80-100
1.18-mm (No.16)
50-85
600-m (No.30)
25-60
300-m (No.50)
5-30
150-m (No.100)
0-10
En el punto 7 define cuáles son las Sustancias Nocivas para el Agregado Fino (Ver Tabla 1)
Una de estas sustancias nocivas es definida como El Material Más Fino que el Tamiz No.200. Como se puede apreciar para el Agregado Fino utilizado en concretos que no están expuestos a abrasión, el límite de porcentaje que pasa el tamiz No.200 es 5.0%, y hace la salvedad en la parte inferior de la tabla que si es utilizada arena manufacturada, y el polvo de la trituración está libre de arcilla, los límites pueden incrementarse de un 5 % a un 7%.
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La norma ASTM C33 define el Agregado Grueso en el punto número 9 de la norma. En el punto número 10 define la gradación según la tabla 2. (Ver en página 6) Posteriormente en el punto 11 de la norma, define cuáles son las sustancias nocivas para el agregado grueso, y las clasifica clasifica según el tipo o lugar de colocación del concreto. Una de estas sustancias nocivas es el Material que Pasa por el Tamiz No.200, y se restringe el porcentaje que pasa por el Tamiz No.200 según la Tabla 3 (Ver en página 7) La tabla 3 permite modificar la restricción de 1% permitido de Material que Pasa el Tamiz No. 200, si el material está libre de arcilla, hasta un 1.5%. Si se conoce que la fuente de agregado fino contiene menos que el porcentaje máximo permitido de Material que Pasa el Tamiz No.200, se procede a calcular el porcentaje permitido según la fórmula L=1+[(P)/(100-P)](T-A), donde P es igual al porcentaje de arena en el concreto como porcentaje del total de agregado, T es igual al límite encontrado en la Tabla 1 en el agregado fino, y A es igual al monto actual en el agregado fino. Como se puede apreciar la fórmula está directamente relacionada al agregado fino. Y a su vez relacionado con la cantidad de arcilla que pueda contener. El punto 6.3 de la norma ASTM C33 dice lo siguiente: “Si “Si el agregado fino no cumple con los requisitos de granulometría, podrá cumplir con los requisitos de esta sección, si el suplidor puede demostrar al comprador o especificador que el concreto de la clase especificada, hecho con el agregado fino bajo consideración, tiene propiedades relevantes (Ver Nota 4) al menos igual al concreto hecho con los mismos ingredientes, con la excepción que el agregado fino referenciado, sea seleccionado de una fuente teniendo un registro de comportamiento aceptable en construcciones de concreto similares”. La Nota 4 hace referencia a las propiedades relevantes consideradas en el estudio de la ASTM STP 169D “Significado de Pruebas y Propiedades del Concreto, y Materiales para hacer Concreto” El punto 11.3 de la norma ASTM C33 dice lo siguiente: “El agregado grueso teniendo resultados de prueba que excedan los límites especificados en la Tabla 3, se considerarán que cumple los requisitos de esta sección, demostrando al comprador o al especificador que el concreto hecho con agregado similar de la misma fuente ha dado resultados satisfactorios de servicio, cuando ha sido expuesto de manera similar a la que se encuentran, o en la ausencia de registro de servicio demostrable, siempre que el agregado produce concreto con propiedades relevantes. (Ver Nota 4 – misma referencia que el punto 6.3) Tomando en cuenta estas observaciones, podemos notar que la limitación principal por parte de los autores de la norma ASTM C33, es en base al contenido de arcilla que pueda tener el material que pasa por el tamiz No.200. Principalmente en el caso del agregado fino. De igual forma, la Norma ASTM C117 puede ser considerada como referencia, una vez que pueda demostrarse que los resultados prueben que el concreto no se vea afectado, y que mantiene las propiedades relevantes.
En el documento de la ASTM Stock No.: STP 169D “Significado de Pruebas y Propiedades del Concreto, y Materiales para hacer Concreto” editado por Joseph Lamond & James Pielert, encontramos consideraciones importantes respecto a la norma ASTM C117
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En el capítulo 31, Stephen Foster define Sustancia Nociva como todo aquel material en el agregado que es nocivo para el concreto. Por ejemplo la la Tabla 3 de ASTM C33 “Especificación de Agregados para Concreto, especifica especifica una lista de las siguientes sustancias nocivas: nocivas: • • •
Grumos de arcilla Partículas Friables Material Más Fino que Tamiz No.200
Material más Fino que el Tamiz No.200 “Las partículas que pasan el tamiz de 75m, están generalmente asociadas con limo y arcillas. El Material Más Fino que el Tamiz No.200 incluye también el material fino que se encuentra en la arena o depósitos de grava, así como el polvo que resulta de la trituración y el proceso mecánico limo y arcillas al que es sometido el agregado. Si este material ( limo ) se adhiere a las partículas de agregado grueso, durante el proceso, puede crear problemas, si provee mucho más fino de lo pensado durante el mezclado del concreto, o resultar en una pobre enlace entre el agregado y la pasta de cemento una vez endurecido el concreto. Si este material es esencialmente libre de minerales de arcilla o esquisto (como es usual en el polvo de la trituración), puede presentarse en grandes cantidades sin tener un efecto adverso en el concreto. El material fino procedente de la producción de la trituración de piedras (polvo de trituración) está reportado no ser perjudicial y aún más ser beneficioso para alcanzar la resistencia a compresión en las mezclas de concreto”.
Según el mismo documento, se procede a explicar lo perjudicial que puede ser el efecto de las arcillas en la producción de concreto. Puede generar gran demanda de agua en el mezclado, colocación colocación del concreto Una vez colocado este exceso de d e agua puede generar fisuras de contracción Además puede afectar la resistencia final, al aumentar la relación de agua/cemento Los cambios de volúmenes pueden ocasionar micro-fisuras • • • •
Esta información está relacionada con la información encontrada en el Boletín E1-07, de la ACI (American Concrete Institute) “Agregados para Concreto” en el punto 3.9 donde se definen las sustancias perjudiciales. perjudiciales. En este documento se hace nuevamente referencia referencia a lo perjudicial que que puede ser para el concreto, la presencia de arcillas y/o limos.
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En la Publicación del “ACI Material Journal” de Julio/Agosto de 2006 , encontramos el estudio preparado por Pedro Quiroga, titulado “Mezclas de Concreto Utilizando Grandes Cantidades de Microfinos” Primero se define Microfinos: como las partículas que pasan el Tamiz 75m (No.200). En el inicio de la investigación Pedro Quiroga, miembro del ACI, afirma que las especificaciones del ASTM C33 son muy severas al limitar el contenido de material más fino que el Tamiz Tamiz No.200, una vez comprobado que estos contenidos, mejoran las propiedades y el desempeño de los resultados del concreto y a su vez reducen el costo de las mezclas en aquellas que son utilizadas, como se muestra en la investigación que anexamos a este documento. En otros países asegura, que se han fijado los límites de material más fino que el Tamiz No. 200 superiores al 20%, y comúnmente se ha establecido alrededor de 15%. También asegura que la investigación y la experiencia de campo, han mostrado una buena calidad del concreto con trabajabilidad apropiada y acabados que pueden s er realizados con Agregado Fino Manufacturado con altos contenidos de material que pasa el tamiz no.200 (microfinos). Pedro Quiroga utiliza el término “Agregado Fino Manufacturado” diciendo que el mismo es proveniente de la trituración y está libre de arcillas y/o limos. Una vez presentado el estudio, ent re sus conclusiones encontramos: 1. Una buena calidad de concreto fue realizada con la utilización de AFM con porcentajes mayores al 15%. De hecho los concretos hechos con AFM, superaron el concreto hecho con arena natural en términos de esfuerzo, resistencia a la penetración del ion clorídeo y abrasión. 2. Algunos materiales más finos que el Tamiz No.200 no fueron adecuados para el concreto, y es importante que antes de utilizar este material fino, se pueda determinar mediante pruebas una buena caracterización de los mismos. Se recomienda utilizar la prueba del azul de metileno y la demanda de agua para la evaluación de la c antidad de microfinos utilizada.
El ICAR (International Center for Aggregates Research) ha realizado dos Investigaciones: ICAR 107-1 “Caracterización de Agregado Fino (más fino que el Tamiz 200) para desempeño en el Concreto” y la investigación ICAR 401 “Utilizando las Características de los Agregados para Minimizar el Contenido de Cemento en el Concreto de Cemento Portland ” En el ICAR 107-1 dice: “Algunas arenas pueden ser incluidas y tener un buen desempeño en el concreto, con finos finos mayores al 20% que pasa el tamiz no.200. Siendo esto cierto, para finos que están libres de arcillas nocivas y minerales” Más adelante se añade: “Cuando se utiliza agregados de forma irregular, propios de trituración de agregados, ha sido demostrado que incluyendo mucho material fino, puede reducir el requerimiento de agua en c oncreto súper-plastificado”.
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La angulosidad de los partículas finas que pasan el tamiz no.200, libre de arcillas, tiene efectos positivos en las mezclas: menor requerimiento de agua, mayor esfuerzo debido a la menor cantidad de agua requerida y a la interacción entre la pasta y el agregado, decrece la porosidad y una mayor trabajabilidad. De hecho dice el Informe, muchos países incluidos India, Australia y España todas han incrementado el límite permitido de microfinos, arriba del 20 por ciento para la inclusión en el concreto. Sin embargo para que Estados Unidos aumente el límite permitido de material que que pasa el tamiz no.200, es es necesario entender los efectos que los mismos tienen en el concreto, y esto a su vez requiere que se entienda cada característica del material más fino que pasa el tamiz no.200 termina diciendo el documento Según el Libro “Advanced Concrete Technology Technology – Constituent Materials” Materials” los límites de finos según la norma británica EN 12620 permite un máximo de 11% para la combinación de finos proveniente del agregado grueso y el agregado fino. Sin embargo una vez se exceda el 3% la especificación Europea requiere la prueba para determinar la presencia de partículas de arcilla, según el Informe ICAR 401. En este Informe ICAR 401, hacen recomendaciones para modificar el ASTM C33, algunas de las cuales las presentamos a continuación (Ver Anexo) • •
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El límite para agregado a gregado fino, aumentarlo al 20%. Recomiendan para todo aquel agregado fino que pasa el tamiz no.200 un 7%, debe ser probado con el ensayo de Azul de Metileno. Los microfinos deben ser vistos como parte del volumen de la pasta, en vez de ser visto como parte del agregado fino. Una vez considerado esto, la relación agua cemento al ser la misma, el contenido de cemento podría reducirse significativamente creando una mejor relación de costo en la mezcla.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. Las restricciones que propone la ASTM C33 para el Material Más Fino que el Tamiz No.200, considerado Material Nocivo para el Concreto, pueden ser evaluadas para su implementación de acuerdo a las nuevas investigaciones realizadas. 2. La Norma abre la posibilidad de realizar pruebas para evaluar la utilización de agregados que no cumplan con los requisitos de la ASTM C117. Al comprender la naturaleza de la norma, y a la orientación que los autores plasmaron, vemos que la misma no puede ser utilizada como restrictiva, sino más bien como guía. 3. Lo más importante que sale a relucir tanto en la norma ASTM C33, como en las investigaciones realizadas, es evitar que estos finos, sean arcillas o limos, los cuales son s on verdaderamente perjudiciales para el concreto. 4. Una vez definido mediante pruebas que el material que pasa el tamiz no.200, está libre arcillas o limos, se puede tener la seguridad que el material no va a ser perjudicial al concreto, podríamos a su vez recomendar que el porcentaje total de finos que pase dicho tamiz, no sea mayor al 10%.
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