INFLUENCIA DEL AGREGADO EN EL CONCRETO INTRODUCCION El concreto de uso común, o convencional, se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales, cemento, esenciales, cemento, agua agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora un cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo. Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como concreto, se introduce de manera simultánea un quinto participante representado por el aire. La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta característica característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el aspecto, comportamiento aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que es el concreto endurecido. En este proceso en el que el concreto pasa de un estado fluido a solido depende de distintas características, por ejemplo, en estado fresco dependerá de su consistencia o fluidez y esto determinara en gran parte su trabajabilidad, en estado solido dependerá de su resistencia, asi como estas existen otras propiedades que determinan la calidad final de nuestro concreto. El concreto tiene un sin numero de variables de las cual dependerá su resistencia final, y siendo el agregado el componente muy representativo, ya que este representa del 60 al 80 por ciento del volumen y del 70 al 85 por ciento del peso en el concreto, veremos cual es la influencia de este en el concreto. 1. INFLUENCIA POR LA TEXTURA La textura del agregado afecta las propiedades del concreto fresco más que el concreto endurecido. Si hablamos de un ahorro en cemento es más factible cuando se utiliza agregado liso y redondeado en lugar de agregado áspero
angular o alargado. La mayoría de las arenas naturales y la grava de los lechos de los ríos o costas son lisas y redondeadas y son excelentes agregados. Los agregados angulares y ásperos tienen una proporción más alta de superficie a volumen que agregados lisos y redondeados por lo que requieren mas pasta de cemento para producir una mezcla viable, pero estos tienen mejores características de enlace. Una superficie lisa puede mejorar la trabajabilidad, las partículas rugosas incrementan la demanda de agua para una trabajabilidad dada reduciendo de esta forma la resistencia y la durabilidad. Sin embargo, una superficie más rugosa genera un vínculo más fuerte entre la pasta y el agregado creando una mayor resistencia. La textura afecta la adherencia entre las partículas gruesas y la matriz de mortero reflejándose en la variación de la resistencia. Las partículas rugosas tienden a generar mayores resistencias que las partículas lisas (Kaplan, 1959) Aunque la textura superficial afecta la trabajabilidad, su influencia no es tan representativa como la que tiene la gradación y la forma de los agregados (Galloway, 1994) 2. INFLUENCIA POR LA FORMA La forma de los agregados incide en el comportamiento del concreto. La experiencia ha demostrado que aquellos que presentan formas que se acercan a la del cubo, entre los triturados, y a la esfera en el caso de los rodados ofrecen mejor trabajabilidad y en alguna medida mayor durabilidad que aquellos de forma aplanada o alargada. A mayor contenido de vacíos el concreto requiere más pasta de cemento. Se ha encontrado que el requerimiento de pasta de cemento se reduce alrededor de 4% a 5% cuando se utiliza agregado cúbico en vez de agregado alargado y aplanado (Hudson, 1998)
FRESCO
La forma de las partículas afecta la trabajabilidad y colocación del concreto en estado fresco. El requerimiento de pasta de cemento de la mezcla de concreto está asociado a la superficie específica de los agregados. Las partículas con una superficie específica menor como las de forma cúbica o redondeada requieren menos pasta de cemento para alcanzar la misma trabajabilidad que una mezcla de concreto producida con agregados de mayor superficie específica como aquellos que contienen partículas elongadas y aplanadas (Shilstone, 1999). Adicionalmente, las partículas aplanadas, alargadas, angulares y rugosas al acomodarse tienen un alto contenido de vacíos, que hacen que la mezcla requiera de más arena para proporcionar un concreto manejable. Cuando esto sucede, la finura de la mezcla de agregados es mayor, es decir que tiene una superficie específica mayor, y por ende el requerimiento de pasta incrementa (Legg, 1998) Además de tener un efecto directo sobre la trabajabilidad de la mezcla, las partículas aplanadas, alargadas, angulares y rugosas producen mezclas que dificultan el acabado superficial del concreto, así como su compactación. La demanda de agua en una mezcla de concreto también esta influenciada por la forma y textura de los agregados. Una demanda mayor de agua para obtener una trabajabilidad dada, reduce la resistencia y aumenta la exudación del concreto.
ENDURECIDO
La durabilidad está asociada a un contenido bajo de agua, por esta razón los agregados angulares, aplanados y alargados afectan negativamente la durabilidad del concreto ya que incrementan la demanda de agua. A pesar de que se ha observado que concretos fabricados con agregados con diferentes formas y un contenido de cemento dado pueden alcanzar niveles de resistencia similares, algunos autores aseguran que los concretos producidos con agregados de forma redondeada y cúbica tienden a producir mayores resistencias que agregados alargados y aplanados (Shilstone, 1990).
3. INFLUENCIA POR LA GRANULOMETRIA La clasificación o distribución de tamaño del agregado es una característica importante porque determina el requisito de pasta para hormigón trabajable. Este requisito de pasta es el factor que controla el coste, ya que el cemento es el componente más caro. Por lo tanto, es deseable minimizar la cantidad de pasta consistente con la producción de hormigón que se puede manipular, compactar y terminar proporcionando la resistencia y durabilidad necesarias. La cantidad necesaria de pasta de cemento depende de la cantidad de espacio vacío que debe llenarse y de la superficie total que debe cubrirse. Cuando las partículas son de tamaño uniforme, la separación es la más grande, pero cuando se utiliza un intervalo de tamaños, se llenan los espacios vacíos y se reduce el requisito de pasta. Cuanto más se llenan estos vacíos, menos resistente será el concreto, por lo tanto, es necesario un compromiso entre la viabilidad y la economía. 4. INFLUENCIA POR EL CONTENIDO DE HUMEDAD El contenido de humedad de un agregado es un factor importante cuando se desarrolla la relación agua / material de cemento adecuada. Todos los agregados contienen algo de humedad basado en la porosidad de las partículas y la condición de humedad del área de almacenamiento. El contenido de humedad puede oscilar entre menos de un por ciento en grava y hasta 40 por ciento en arenisca muy porosa y pizarra expandida. El agregado se puede encontrar en cuatro estados de humedad diferentes que incluyen seco al horno (SH), secado al aire (SA), seco en superficie saturada (SSS) y húmedo. De estos cuatro estados, sólo (SH) y (SSS) corresponden a un estado de humedad específico y pueden utilizarse como estados de referencia para calcular el contenido de humedad. Para calcular la cantidad de agua que el agregado agregará o restará a la pasta, deberán calcularse las tres cantidades siguientes: capacidad de absorción, absorción efectiva y humedad superficial. La mayoría de los agregados gruesos almacenados se encuentran en el estado (SA) con una absorción de menos de un por ciento, pero la mayoría de los
agregados finos a menudo se encuentran en estado húmedo con humedad superficial hasta un cinco por ciento. Esta humedad superficial sobre el agregado fino crea una película gruesa sobre la superficie de las partículas que las empuja aparte y aumenta el volumen aparente. Esto se conoce comúnmente como bulking y puede causar errores significativos en la proporción del volumen. bulking - hinchamiento – aumento del volumen aparente de una cantidad de arena en condición húmeda con respecto al volumen de la misma cantidad seca o completamente inundada. 5. INFLUENCIA POR LA DENSIDAD Y POROSIDAD Una propiedad de los agregados que resulta ser de vital importancia es la densidad, ya que si se emplea un material con una buena densidad (≥ 2.25) el concreto resultante podría ser mayor o igualmente denso, lo cual tendrá una influencia directa sobre el peso volumétrico y la resistencia a la compresión del mismo. El volumen que ocupa un agregado según su peso es un indicador de las características del mismo en cuanto a ligereza, porosidad y permeabilidad, propiedades que pueden afectar al concreto en un mayor requerimiento de cemento para una resistencia específica y con esto una influencia directa sobre la economía de la mezcla.
Por otro lado, es conocido que a mayor porosidad mayor fuerza de adhesión, de manera que los agregados gruesos con una mayor densidad y resistencia al desgaste presentan una menor porosidad, y como consecuencia menor adherencia y cantidad de finos que pasan por la malla N° 200 6. INFLUENCIA DEL TAMAÑO MAXIMO NOMINAL el tamaño máximo del agregado (TMN) para las gravas, afectan las porciones relativas de los agregados, así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, la economía y la durabilidad del concreto. Cuando los agregados son muy gruesos, pueden producir mezclas rígidas; mientras que aquellos
agregados que no poseen una gran deficiencia o exceso de algún tamaño y tienen una curva granulométrica suave, producirán resultados más satisfactorios en las propiedades del concreto fresco (Kosmatka y Panarese 1992).
El efecto del tamaño máximo del agregado en la resistencia también es conocido. La tendencia observada indica que mientras que el TMN disminuye, la resistencia decrece. Este fenómeno se ha observado para gravas de 75.0, 37.5, 19.0 y 9.5 mm (3”, 1½”, ¾”, y ⅜”) .
Conforme aumenta el tamaño máximo del agregado, disminuye la cantidad de pasta de cemento requerida. Debido a que la relación agua / cemento puede ser disminuida, para una trabajabilidad dada (slump y consistencia) y contenido de cemento, la resistencia del concreto aumenta conforme aumenta el tamaño del agregado. Sin embargo con agregados de mayor tamaño, la reducción en el área superficial total del agregado y el aumento de los esfuerzos internos tienden a disminuir la resistencia. Este efecto es apreciado únicamente en mezclas ricas ( con mas de 380 Kg de cemento / m3 ), en concretos con bajo contenido de cemento el incremento es continuo. 7. INFLUENCIA DEL MODULO DE FINURA En el agregado fino hay dos elementos que deben ser considerados, por un lado el módulo de finura (MF), y por el otro la continuidad en los tamaños, ya que algunas arenas pueden tener módulos de finuras aceptables (entre 2.2 y 3.1) y carecer de alguna clase granulométrica. Si consideramos únicamente el módulo de finura, pueden obtenerse dos condiciones desfavorables: una de ellas existe cuando el módulo de finura es mayor a 3.1 (arena gruesa), en donde puede ocurrir que las mezclas sean poco trabajables, faltando cohesión entre sus componentes y requiriendo mayores consumos de cemento para mejorar su trabajabilidad; la otra condición es cuando el módulo de finura es menor a 2.2 (arena fina), en este
caso puede ocurrir que los concretos sean pastosos y que haya mayores consumos de cemento y agua para una resistencia determinada, y también una mayor probabilidad que ocurran agrietamientos de tipo contracción por secado (Uribe 1991). Por último, en el agregado grueso un contenido excesivo de materiales finos puede provocar problemas similares en el concreto a los que suele causar una arena con un módulo de finura menor a 2.2. Por medio de la prueba de pérdida por lavado se puede determinar este contenido, cuyo resultado se expresa como un porcentaje de la muestra. 8. INFLUENCIA POR LAS PROPIEDADES QUIMICAS DEL AGREGADO REACCION ALCALI AGREGADO La combinación del cemento con el agua en el seno del concreto genera un medio altamente alcalino donde las partículas de agregado se encuentran inmersas. En estas condiciones, algunos agregados reaccionan químicamente con el medio de contacto, dando lugar a la formación de un gel que, al absorber agua, se expande y crea presiones capaces de desintegrar el concreto. Estas reacciones químicas, denominadas genéricamente álcali-agregado, han sido causa del deterioro prematuro de importantes estructuras de concreto en diversas partes del mundo. La reacción álcali-agregado (RAA) es un agente o agentes que atacan al concreto endurecido fabricado con un determinado tipo de agregados, donde al transcurrir el tiempo y como consecuencia de la exposición al medio ambiente y ante la presencia de sodio y potasio, más humedad, presión ambiental y temperatura, alrededor de la partícula gruesa generan factores que dan origen a un expansión gradual de la pasta hasta se produce el fisuramiento y desintegración de la estructura, por lo tanto el concreto pierde resistencia y se disminuye el modulo de elasticidad del concreto, y los mas grave del caso, el concreto disminuye ostensiblemente la durabilidad.
