Agregados o Aridos

Ingeniería Civil CAPITULO II “La peor decisión, es la indecisión” 

B enjamín enjamín Fran F ranklin klin

I.AGREGADOS O ÁRIDOS 1. PRE-REQUISITOS Para la compresión adecuada de este tema se tiene en cuenta conocimiento de geología y química básica.

2. GENERALIDADES Los agregados son el mayor constituyente del concreto, generalmente componen más del 70 por ciento del material en un metro cubico de concreto y son los que hacen que este sea un material económico de construcción. En la elaboración de concreto de masa normal, usado en la mayoría de construcciones, los agregados frecuentemente son obtenidos de arenas naturales y de depósitos de grava. La fuente de los materiales debe estar localizada a una distancia del sitio de trabajo. Cada una de ellas puede variar en la mineralogía de sus componentes o las condiciones físicas de sus partículas, tales como la distribución de tamaños, la forma y la textura.

(AS OCR E TO, TO, 2010 2010)) 3. DEFINICIÓN Los agregados son cualquier sustancia solida o partículas añadidas intencionalmente al concreto que ocupan un espacio rodeado por pasta de cemento, de tal forma, que en combinación con esta proporcionan resistencia mecánica, al mortero o concreto en estado endurecido y controlan los cambios volumétricos que normalmente tienen lugar durante el fraguado del cemento, c oncreto Curso: Tecnología del concreto

1

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil así como los que se producen por las variaciones en el contenido de humedad

2010) 0) de las estructuras. (AS OCR E TO, 201 La calidad de los agregados está determinada por el origen, por su distribución granulométrica, densidad, forma y superficie. Se han clasificado en agregado grueso y agregado fino, fijando un valor en tamaño de 4,76 mm (N° 04) a 0.075 mm (N° 200)   para el fino o arena y de 4,76 mm en adelante para el

TO, 2010 2010)) grueso. (A S OCR E TO, 1. Origen de los agregados naturales Son productos de procesos naturales que involucran condiciones especiales de temperatura y de presión, así como también, efectos meteorización o intemperismo y erosión.

1.1. Estructura de la tierra tierra La división más simple de la estructura de la tierra se hace según la variación de las características físicas, tales como, densidad y estado, en cuatro grandes zonas, a saber: La primera es el núcleo central, la cual casi con seguridad es sólida, no se conoce su composición, pero probablemente es ferro-níquel. La segunda esta alrededor del núcleo central, probablemente compuesta por ferroníquel, pero tiene propiedades de líquido a alta temperatura. La tercera es el manto, que ocupa la mayor parte del volumen y está formado por silicato de magnesio. El manto se conforma por tres capas que tienen diferentes propiedades físicas, la más importante de ellas es la denominada capa de baja velocidad, por cuanto permite una fácil exploración geofísica. La cuarta es la corteza de la tierra, la cual tiene un

c oncreto Curso: Tecnología del concreto

2

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil así como los que se producen por las variaciones en el contenido de humedad

2010) 0) de las estructuras. (AS OCR E TO, 201 La calidad de los agregados está determinada por el origen, por su distribución granulométrica, densidad, forma y superficie. Se han clasificado en agregado grueso y agregado fino, fijando un valor en tamaño de 4,76 mm (N° 04) a 0.075 mm (N° 200)   para el fino o arena y de 4,76 mm en adelante para el

TO, 2010 2010)) grueso. (A S OCR E TO, 1. Origen de los agregados naturales Son productos de procesos naturales que involucran condiciones especiales de temperatura y de presión, así como también, efectos meteorización o intemperismo y erosión.

1.1. Estructura de la tierra tierra La división más simple de la estructura de la tierra se hace según la variación de las características físicas, tales como, densidad y estado, en cuatro grandes zonas, a saber: La primera es el núcleo central, la cual casi con seguridad es sólida, no se conoce su composición, pero probablemente es ferro-níquel. La segunda esta alrededor del núcleo central, probablemente compuesta por ferroníquel, pero tiene propiedades de líquido a alta temperatura. La tercera es el manto, que ocupa la mayor parte del volumen y está formado por silicato de magnesio. El manto se conforma por tres capas que tienen diferentes propiedades físicas, la más importante de ellas es la denominada capa de baja velocidad, por cuanto permite una fácil exploración geofísica. La cuarta es la corteza de la tierra, la cual tiene un

c oncreto Curso: Tecnología del concreto

2

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil espesor que varía desde 65 Km. bajo las montañas hasta 5 Km. debajo

2010) del océano. (AS OCR ETO, 2010)

Fig. 1 “Estructura de la tierra ” Fuente: Google

1.2. Ciclo de las Rocas La actividad en el interior de la tierra es mucho mayor a lo que se puede imaginar. A través de las eras geológicas, se han presentado cambios que son responsables de la formación y transformaciones de las rocas que se utilizan hoy en la elaboración de concreto. Las rocas ígneas se han formado bajo la superficie terrestre a diferentes profundidades a partir del enfriamiento de una solución fundida. También se han fundido y siguen

c oncreto Curso: Tecnología del concreto

3

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil formando en la actualidad por consolidación de lavas expulsadas sobre la superficie terrestre. (AS OCR E TO, 2010)

Cuando estas rocas aparecen en la superficie de la tierra por desgaste de los materiales que las cubren o por erupción volcánica, quedan expuestas en un medio completamente diferente de aquel en que se han formado y por acción de los agentes atmosféricos (agua, variación de temperatura, oxigeno, anhídrido de carbono), se descomponen, proceso conocido como el nombre de meteorización. A causa de este proceso, los materiales resultantes son movilizados por agentes de erosión (agua y hielo) hasta ser depositados y consolidados, originándose así las rocas sedimentarias.

(AS OCR E TO, 2010)

Fig. 2 “Ciclo de las Rocas” Fuente: Google

Curso: Tecnología del concreto

4

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 

Rocas ígneas, constituyen la mayor parte de la porción solida de la tierra y de ellas, como quedo expuesto antes, se derivan los otros grupos de rocas. Estas se forman po el enfriamiento y solidificación del magma.



Rocas sedimentarias estas están compuestas de material que provienen de la desintegración y descomposición por meteorización y transporte de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Estos materiales son transportados por el agua y el viento a las zonas llamadas cuencas sedimentarias.



Rocas metamórficas,  proceden de la transformación de otras rocas solidas preexistentes en un proceso que involucran altas temperaturas y presiones en el interior de la tierra.

1.3. Petrografía y mineralogía La calidad de los agregados se pueden evaluar mediante comparación con otros ya conocidos, cuando se realizan exámenes visuales y análisis litológicos (Tamaño de las rocas).  Las técnicas para ejecutar el análisis petrográfico se encuentran descritas en la norma  AS TM C-295.   Por otra parte, el carácter mineralógico de los agregados está dado por las características mineralógicas de la roca madre de donde provengan y pueden ayudar a conocer mejor la calidad del material en una situación determinada. En este caso la norma ASTM C-294 describe los minerales más comunes de los agregados y los 3 tipos de rocas ya mencionados.

Curso: Tecnología del concreto

5

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 1.4. Clasificación de los agregados La clasificación de los agregados para concreto, generalmente se hace desde el punto de vista de su procedencia, tamaño y densidad.

Según su Origen Pueden ser naturales o artificiales. Los agregados naturales se obtienen de la explotación de depósitos de arrastres fluviales( arenas, gravas de ríos), o glaciares(cantos rodados) y de canteras de diversas rocas y piedras naturales. Los agregados artificiales son las que se obtienen a partir de procesos industriales, tales como, arcillas expandidas, escorias de alto horno, Clinker, etc.  (AS OCR E TO, 2010) PORFIRÍTICO (Roca

BASÁLTICOS(Roca

GÁBRICO (Roca Ígnea)

Ígnea)

Ígnea)

Diorita Básica

 Apilita

 Andesita

Gneis Básico

Dacita

Basalto

Gabro

Felsita

Porfiritas Básicas

Hornoblenda-Roca

Grafiro

Doleritas

Norita

Queratofiro

Epidiorita

Periodotita

Microgranito

Lamprófico

Picrita

Porfiro

Cuarzo-dolerita

Serpentina

Cuarzo-porfirita

Espilita

Reolita Taquita

Curso: Tecnología del concreto

6

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil GRANITICO (Roca Ígnea)

 ARENISCA (Roca

ESQUISTOSO(Roca

Gneis

Sedimentaria)

Metamórficas)

Granito

 Arcosa

Filita

granodiorita

Grawaca

Esquisto

granulita

 Arenisca

Pizarra

pegmatita

Tufa

Rocas fracturadas

PERDERNALIO (Mineral

CALIZA(Roca

CUARZOSO (Mineral

dentro de las Silices-

Sedimentaria)

dentro de las Silices-

Silex(SiO2))

Dolomita

Silex(SiO2))

Horsteno

Caliza

 Arcilla Refractaria

Pedernal

Mármol

Cuarcita Cristalizada

cuarzo-diorita sienita

HORNO FÉLSICO (Roca

 AGREGADOS

Metamórficas)

 ARTIFICIALES

Rocas Metamórficas, Excepto Mármol Tabla 1 “Clasificación de los agregados según su origen” Fuente: ASOCRETO, 2010

Según su tamaño La forma más empleada para clasificar los agregados naturales es según su tamaño, el cuál varía desde fracciones de milímetros hasta varios centímetros en sección transversal. La distribución de tamaños se conoce con el nombre de granulometría. Como se muestra en la siguiente tabla.

(AS OCR E TO, 2010) Tamaño De Las

Curso: Tecnología del concreto

Denominación corriente

7

Clasificación como

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil Partículas en mm (Tamiz)

agregado para concreto

152.4 Rajón De Piedra Bola

>6”

Tabla 2 “Clasificación según su procedencia” Fuente: ASOCRETO, 2010

PROPIEDADES DE AGREGADOS Depende en gran parte de la calidad de la roca madre de la cual procede, por lo que para su evaluación el examen petrográfico es la gran utilidad. Sin embargo, es posible conocer sus propiedades por medios de ensayos de laboratorios, determinados por organismos normalizadores, tales como el ASTM. (ASOCRETO,

 2010) Curso: Tecnología del concreto

8

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 

Criterios para la elección de los agregados Debido a las propiedades de los agregados empleados en la elaboración de concreto afectan a las características de este, es importante seleccionarlos cuidadosamente. Teniendo en cuenta los siguientes puntos: 

Carácter de trabajo,  las condiciones que se deben cumplir los agregados para presas de concreto, son diferentes a las que se usan para pavimentos en este material, en las presas, las propiedades importantes del agregado son las que tienen efecto en el contenido de agua de la mezcla y las propiedades térmicas del concreto resultante. En pavimentos, la resistencia a la flexión es lo más importante por lo cual la forma de las partículas es lo relevante.



Condiciones climáticas,  especial atención debe prestar a la mineralogía y solidez de los agregados usados en concreto colocados en medios ambientes agresivos, con el objetivo de prevenir problemas de rompimiento o deterioración.



Factores que afectan la durabilidad,  en las condiciones de abrasión y erosión severas, son los agregados que proporcionan la resistencia y no la matriz de cemento, por lo cual en estructuras hidráulicas i de drenaje, las características más importantes de ellos son la dureza, forma de partículas granulometría.



Economía, Los factores de costo como efecto del costo del agregado sobre el precio del concreto, sobre los costos de construcción, costo de mantenimiento entre otros.

Curso: Tecnología del concreto

9

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil TOMA DE MUESTRAS Y RECEPCIÓN El muestreo se define como la operación de remoción de una parte conveniente en tamaño para el ensayo, de un todo que es de un volumen mucho más grande, de forma tal que la proporción y distribución de las calidades a ser ensayadas son las mismas en la parte removida y el volumen total. La norma ASTM D75 expone algunas técnicas para el muestreo que son efectivas para asegurar que las muestras de ensayo de agregados sean representativas del suministro de volumen del cual son obtenidas. Tamaño Máximo (mm.) 25

Masa mínima (kg) 13 25 50

Tabla 3 “Masas mínimas de las muestras para ensayos” Fuente: ASOCRETO, 2010

Como se ve en la tabla 3, la muestra puede ser bastante grande, especialmente cuando es necesario conocer las propiedades del agregado grueso, de modo que es necesario reducirla antes del ensayo. En todas las etapas de reducción es preciso retener el carácter representativo de la muestra, con el objeto de que la ensayada, tenga las mismas propiedades de la principal. Existen 3 formas de reducir el tamaño de la muestra, la cual en este texto nos interesa la de partición por cuartos. (A S OCR ETO, 2010)

Partición por cuartos: La muestra principal se mezcla hasta que tenga aspecto uniforme, en el caso de agregado fino se humedece para evitar la segregación. El material se amontona en forma de cono y a continuación se revuelve con una pala para forma de nuevo un cono. Esto se repite dos veces, depositando siempre el material en la cúspide del cono, de modo que la caída de partículas se distribuya uniformemente sobre la circunferencia de la base, luego es aplanar el cono, y Curso: Tecnología del concreto

10

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil dividirlo en cuartos. Se descartan dos opuestos, para que los otros dos formen la muestra, o si todavía es demasiado, se reduce nuevamente mediante una partición. (AS OCR E TO, 2010)

Propiedades químicas Las exigencia químicas que se deben de hacer a los agregados para evitar su reacción en la más del concreto, son las de evitar sustancias presentes agresivas y componentes geológicos o mineralógicas agresivas, entre las cuales la más frecuente parece ser la sílice activa. 

Epitaxia,  la única reacción química favorable de los agregados, conocida hasta el momento, es la llamada epitaxia. De menor adherencia entre ciertos agregados calizos y la pasta del cemento, a medida que transcurre el tiempo.



Reacción álcali-agregado,  la sílice activa, presenta en algunos agregados, reaccionan con los álcalis del cemento produciendo expansiones, destrucción de la masa y perdida de características resistentes. Las rocas que por lo general la contienen son las silíceas, como el pedernal (Mineral perteneciente a la Silex-Color negro), calizas y dolomitas(Mineral compuesto de Carbonato de calcio(CaCO3  ) y Magnesio); y las volcánicas acidas a intermedias, como las riolitas (Roca Ígnea que contiene feldespatos, cuarzo), latitas(Rocas Volcánicas-con Feldespatos potásicos), etc. Para detectar la presencia de  S ÍL IC E es necesario efectuar ensayos de reactividad potencial.

Curso: Tecnología del concreto

11

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil Propiedades físicas Las propiedades de los agregados están definidas por las características tanto de las partículas individuales como por las características del material combinado. Estas propiedades pueden describirse a su vez según sus características física, químicas y mecánicas. Las propiedades físicas que tienen mayor importancia en el comportamiento mecánico de las mezclas del concreto son: granulometría o gradación, densidad, porosidad, masa unitaria o forma y texturas de las partículas.

- Forma y textura superficial de las partículas La forma de las partículas individuales de los agregados, determinan como podrá aglomerarse el material para obtener una configuración densa así como la movilidad de las piedras dentro de una mezcla. A la hora de juzgar el material, hay que tener presente dos consideraciones: la angularidad   y la foliación. La trituración de rocas produce partículas angulares con esquinas afiladas. Debido a la meteorización, las esquinas de las partículas se rompen creando partículas sub-angulares. Cuando las partículas dan vueltas al ser arrastrados por el agua, las esquinas pueden volverse completamente redondeadas. Generalmente, las partículas de agregado angular dan lugar a capas de materiales con mayor estabilidad que las redondeadas, dado que su forma hace más complicado que puedan deslizarse. La foliación describe la relación entre las dimensiones más pequeñas y más grandes de las partículas del agregado. La rugosidad de la superficie de las partículas desempeña un papel importante en la forma en que el agregado se compacta y se fija con el material aglomerante. Los agregados con una textura rugosa son más difíciles de compactar para que adopten una configuración densa que los agregados suaves. Normalmente, la textura rugosa mejora la capacidad de Curso: Tecnología del concreto

12

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil aglomeración e incrementa la fricción entre las partículas. Por regla general, la arena y la grava naturales tienen una textura suave mientras que los agregados obtenidos por trituración una textura rugosa. Para preparar concreto de cemento portland, es deseable utilizar partículas de agregados redondeadas y suaves, para facilitar el trabajo con el hormigón fresco durante las operaciones y mezcla. Sin embargo, es más aconsejable emplear partículas angulares y rugosas en el concreto asfaltico y para las bases de cimentación , con el fin de incrementar la estabilidad de los materiales una vez colocados en su lugar - Tenacidad, dureza y resistencia a la abrasión La capacidad de los agregados para resistir el efecto dañino de las cargas está relacionada con la dureza de las partículas del agregado y se describe mediante la tenacidad o la resistencia a la abrasión. El agregado debe resistir ala trituración, la degradación y la desintegración. Cuando se acumula formando montones, cuando se mezcla para obtener concreto de cemento portland, cuando se coloca y compacta o cuando se ve sometido a cargas. La prueba de abrasión Los A ngeles (AS TM C131) , evalúa la tenacidad y la resistencia a la abrasión de los agregados. En esta prueba, una muestra de agregados mezclados con una distribución de tamaño fijo se coloca en un gran tambor de acero con bolas de acero de tamaño estándar que actúan como carga abrasiva. El tambor se hace girar normalmente durante 500 revoluciones. Después, el material se extrae de la máquina y se pasa a través de un tamiz que retiene todo el material original. El porcentaje de pérdida de peso será el número de abrasión LA. Este ensayo es una prueba empírica que no posee base científica.

- Absorción

Curso: Tecnología del concreto

13

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil  Aunque los agregados son inertes, pueden capturar agua y aglomerantes asfalticos en los huecos superficiales. La cantidad de agua que absorbe el agregado es importante en el diseño del concreto de cemento portland, ya que la humedad capturada en los huecos del agregado no estará disponible para mejorar la facilidad de trabajar el concreto y para reaccionar con el cemento. La absorción también es importante para el concreto asfaltico, ya que el asfalto absorbido no estará disponible para actuar como aglomerante. Por tanto, los agregados altamente absorbentes requieren mayores cantidades de aglomerante asfaltico, lo que resulta que la mezcla sea menos económica. Existen 4 condiciones de humidificación para una partícula de un agregado. Completamente seca quiere decir que el agregado no contiene ninguna humedad, cuando el agregado esta secado al aire puede contener algo de humedad pero el estado de saturación no está cuantificado. En una condición de saturación con superficie seca (SSD) , los huecos del agregado están llenos de humedad pero el área superficial principal de las partículas del mismo está seca. La absorción se define como la humedad contenida en la condición S S D .

PROBLEMA EN CLASE - Gravedad específica Las características de peso-volumen de los agregados no son un indicador importante de la cualidad del agregado, pero sin que son importantes en el diseño de mezclas de concreto. La densidad , la masa por unidad de volumen, podría utilizarse para estos cálculos. Sin embargo, la gravedad específica, la densidad de un material dividida entre la densidad de un volumen igual de agua destilada, se emplea más comúnmente. - Resistencia Curso: Tecnología del concreto

14

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil La resistencia del agregado es importante, generalmente en el concreto de alta resistencia y en la capa superficial de los pavimentos sometidos a un tráfico intenso. La resistencia de los agregados a la tracción varía entre 0.7 MPa y 16 Mpa (100 psi y 2300 psi), mientras que la resistencia a compresión esta entre 35 MPa y 350 MPa (5000 psi y 50000 psi) (Meining er y Nichols , 1990; B arck s dale, 1991) . - Granulometría y tamaño máximo La granulometría describe la distribución de tamaños de las partículas del agregado. Esta distribución es un atributo importante de los agregados. Los agregados de gran tamaños son económicamente ventajosos en el concreto de cemento portland y el concreto asfaltico; ya que poseen menor área superficial y, por tanto, requieren menor aglomerante. Sin embargo, las mezclas del agregado grueso, ya sean de concreto asfáltico o de concreto de cemento portland son mas toscas y es más difícil trabajar con ellas en el punto de colocación. Por tanto, una serie de consideraciones de construcción, como la capacidad de equipos, las dimensiones de los elementos constructivos, el espacio disponible entre los elementos de la armadura de acero y el espesor de capas, limitan el tamaño máximo de las partículas del agregado. Se utilizan 2 definiciones para describir el tamaño máximo de partícula en mezclas de agregados.

Tamaño máximo del agregado: Es el tamaño del tamiz más pequeño a través del cual puede pasar el 100% de las partículas de la muestra del agregado. Tamaño máximo nominal del agregado: Se define como un número más del primer tamiz que puede retener el 10% del material. Análisis granulométrico:

Curso: Tecnología del concreto

15

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil La granulometría del agregado se evalúa haciéndole pasar a través de una serie de tamices. Los tamices retienen todas las partículas que sean más grandes que los agujeros, mientras que las partículas más pequeñas pasarán a través del mismo. Los resultados del análisis granulométrico se describen mediante los porcentajes acumulados de agregados que pasan a través de, o que son retenidos por un tamaño de tamiz especifico. Los porcentajes se redondean al número entero más próximo, salvo sí el porcentaje que pasa el tamiz de 0.075 mm (N°200) es inferior al 10%, en cuyo caso se redondea al múltiplo del 0.1% más próximo. Los resultados se dibujan en una gráfica semi-logaritmica. En lo siguiente se muestra una tabla que muestra los tamices con su abertura que se utilizan en un ensayo granulométrico.

Curso: Tecnología del concreto

16

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil

Tabla 1: Tamices con su respectiva abertura en mm. (Fuente: Mamlouk-Zaniewski,2009)

PROBLEMA Sustancias nocivas en los agregados Una

sustancia

nociva

es

cualquier

material

que

afecta

adversamente a la calidad del concreto de cemento o concreto asfaltico fabricado con un agregado. En lo siguiente mostramos las principales sustancias nocivas y sus efectos sobre el concreto de cemento portland.

Tabla 1: Principales sustancias nocivas y sus efectos sobre el concreto Portland (Fuente: Mamlouk-Zaniewski, 2009)

Modulo de Finura El modulo de finura es una medida de la granulometría de los agregados y se utiliza principalmente en el diseño de mezclas de Curso: Tecnología del concreto

17

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil concreto de cemento portland. El módulo de finura es igual a la centésima parte de la suma del porcentaje de peso acumulado retenido en los tamices de 0.15 mm, 0.3 mm, 0.6 mm, 1.18 mm, 2.36 mm, 4.75 mm, 9.5 mm, 19 mm, 37.5 mm, 75 mm y 150 mm (N° 100, 50, 30, 16, 8 y 4

Curso: Tecnología del concreto

18

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil

Fig. 3 “Límites Granulométricos según Nch-165(Norma Chilena 165) ” Fuente: Google

Curso: Tecnología del concreto

19

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil Módulo de finura Es un índice, para determinar características granulométricas de los agregados. Se acostumbra a usar referencia en las arenas , aunque su principio teórico se extiende a cualquier material granular. Este parámetro fue sugerido por el ya legendario A brams . (A S OC R E TO, 2010) Se define como el número que se obtiene al dividir por 100 la suma de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices de la serie normalizada. El valor de este módulo es mayor, cuando el agregado disminuye de tamaño. Se interpreta, como la indicación del tamiz en que, supuestamente, quedaría retenido o pasaría el 50% del material.  (A S OCR E TO, 2010)

Ingeniería Civil Módulo de finura Es un índice, para determinar características granulométricas de los agregados. Se acostumbra a usar referencia en las arenas , aunque su principio teórico se extiende a cualquier material granular. Este parámetro fue sugerido por el ya legendario A brams . (A S OC R E TO, 2010) Se define como el número que se obtiene al dividir por 100 la suma de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices de la serie normalizada. El valor de este módulo es mayor, cuando el agregado disminuye de tamaño. Se interpreta, como la indicación del tamiz en que, supuestamente, quedaría retenido o pasaría el 50% del material.  (A S OCR E TO, 2010) Para ello se debe dar el N° 1 al tamiz menor, y luego ir haciendo crecer ese número, que será al módulo de finura, conforme se van sucediendo los variados tamices mayores de la serie que se esté empleando. Como se puede comprender, conocer el módulo de un material no da una idea de la granulometría del mismo, sino la relación a un tamiz intermedio donde se cumple la condición citada. Por esta razón, pude haber agregados de una granulometría muy diferente y tener todos ellos el mismo módulo de finura. (AS OCR E TO, 2010)

Especificaciones de las curvas de granulometría En el caso del concreto (Cemento+Agregados+Agua), la compresión de este, no es independiente de la granulometría del agregado. Para lograr una buena compactación cuando se encuentra en estado plástico, se requiere una adecuada manejabilidad sin segregación, que solo se obtiene con una granulometría tal que permita compacta la mezcla a la máxima densidad con su uso moderado de energía. En este punto, es conveniente anotar que las granulometrías ideales sólo existen a nivel teórico, difícilmente se puede reproducir en la práctica, de tal manera que una buena granulometría se refiere al aprovechamiento eficiente de Curso: Tecnología del concreto

20

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil condiciones técnicas y económicas para obtener el resultado deseado. Para tal efecto, casi todas las especificaciones granulométricas contemplan dos curvas. La primera, define el límite superior y la segunda el inferior, dentro de las cuales cualquier granulometría es buena. La norma  A S TM C33  o la norma E-060(NTP-

400.037) , especifican un par de curvas límites para agregado fino, que deben utilizarse para concreto (No Mortero)  y 10 pares de curvas para agregados grueso según su tamaño máximo nominal.

TAMIZ

Porcentaje que pasa %

mm

pulg.

9.51

3/8

100

4.76

N° 4

95-100

2.38

N° 8

80-100

1.19

N° 16

50-85

0.595

N° 30

25-60

0.297

N° 50

10-30

0.149

N° 100

2-10

Tabla 4 “Husos Granulométricos Agregado Fino -ASTM C33” Fuente: ASOCRETO, 2010

Curso: Tecnología del concreto

21

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil

Fig. 4 “Husos Granulométricos Agregado Grueso -ASTM C33-TM: 1 ½” ” Fuente: ASOCRETO, 2010



Textura La textura superficial es áspera en las piedras obtenidas por trituración y lisa y en los cantos rodados de rio, quebrada o mar. Se divide a las superficies en términos de si es pulida, mate o suave o áspera, ligado a la dureza, tamaño, forma y estructura de la roca original. Es deseable que las partículas tengan superficie áspera para que haya buena adherencia con la pasta de cemento, especialmente en los concretos de resistencia superior a los 28 MPa(285 Kg/cm²), a 28 días de edad. Sin embargo, haciendo los ajustes necesarios en el diseño de la mezcla, con otros tipos de textura en los agregados también se puede hacer un buen concreto.   (ASOCRETO,

 2010) 

Densidad Es una propiedad del agregado que depende directamente de la roca original de donde proviene y está definida como la relación entre la masa y el volumen de una masa determinada. En el caso de los agregados que se utilizan

para

la

elaboración

de

concreto,

es

necesario

definir

cuidadosamente el término densidad, puesto que generalmente entre sus Curso: Tecnología del concreto

22

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil partículas hay cavidades o poros que pueden estar vacíos, parcialmente saturados o llenos de agua dependiendo de la permeabilidad interna. Los poros saturables son aquellos que están conectados con el exterior, mientras que los no saturables son los que están en el interior de las partículas y no están conectados con la superficie.  (A S OCR E TO, 2010)

1. Densidad absoluta: Relación entre la masa de las partículas y su volumen absoluto, el cual incluye exclusivamente el volumen de masa sólida, o sea, se excluye todos los poros saturables. 

Densidad absoluta = − Dónde: Ps: Masa seca de la masa m Vm: Volumen ocupado por la masa m Vp: Volumen de los poros (saturables y no saturables)

2. Densidad nominal:  Es la relación que existe entre la masa de las partículas y el volumen nominal, que es el que ocupan las partículas de ese material, incluyendo los poros no saturables. 

Densidad nominal= − Dónde: Ps: Masa de m Vm: Volumen ocupado por la masa m Vps: Volumen de los poros saturables

Curso: Tecnología del concreto

23

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 3. Densidad aparente: Denominada así a la relación entre la masa de las partículas y su volumen aparente, incluye el volumen de los poros saturables y no saturables que hay dentro de las partículas. Esta es la más importante, debido a que con ella se determina la masa de agregado requerido para un volumen unitario de concreto, porque los poros interiores dentro de las partículas de agregados van a ocupar un volumen dentro de la masa de concreto y porque el agua que se aloja dentro de los poros saturables no hace parte del agua de mezcla; entendiéndose por agua de mezcla tanto el agua de hidratación del cemento como el agua libre que en combinación con el cemento, produce la pasta lubricante de los agregados.



Densidad aparente=  Dónde: Ps: Masa seca de m Vm: Volumen ocupado por la masa m



Porosidad y Absorción De las varias porosidades que se reconocen en un agregado, se suele medir la porosidad superficial o saturable mediante el ensayo indirecto de la absorción de agua, descritos en la norma  A S TM C 127 y C 128.  Cuanto más poroso es el agregado, menos resistencia mecánica tiene, por lo tanto, cuanto menor sea la absorción, es más compacto de mejor calidad. Desde el punto de vista de la porosidad y la capacidad de absorción de agua, el grano de agregado puede presentar las siguientes posibilidades: 1. Absolutamente seco, con todos los poros vacíos, internos y superficiales.

Curso: Tecnología del concreto

24

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 2. Seco al aire o exteriormente, con la parte de la masa y de los poros internos llenos. 3. Saturado y superficialmente seco, con toda la masa y los poros internos y de superficie llenos, pero con la superficie seca. 4. Húmedo, cuando además de llenos todos sus poros, internos y superficiales, y de saturada toda su masa, se acumula humedad en la superficie.

Fig. 4 “4 Condiciones de saturación de un  agregado” ” Fuente: ASOCRETO, 2010

De acuerdo al estado de saturación que se encuentro uno otro se hace la corrección y ajuste de diseño de mezcla. En el caso de que el material a emplear se encuentre en condiciones húmedas, hay que rebajar la cantidad de agua de amasado que incorpora en mezcla y en los caso de estar absolutamente seco, o parcialmente seco se debe de incrementar el agua de amasado. (A S OCR E TO, 2010) Según lo anterior, la capacidad de absorción de las partículas de agregado se puede determinar fácilmente por diferencia de pesos, entre el saturado y superficialmente seco, expresado como un porcentaje de la masa seca. (A S OCR E TO, 2010)

% ó =

Curso: Tecnología del concreto

(  )

25



∗ 100 … … . ()

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil Dónde: Psss: Masa de la muestra saturada y superficialmente seca Ps: Masa seca de la muestra.



Masa Unitaria La conexión entre la masa del material que cabe en un determinado recipiente y el volumen de ese, da una cifra llamada masa unitaria. Si la colocación del agregado dentro del recipiente se ha hecho por simple efecto de la gravedad, desde una cierta altura de caída, se denomina masa unitaria suelta. Cuando la colocación se ha hecho en capas, posteriormente compactadas por golpes de una barra metálica, se le nombra masa unitaria compacta. La masa unitaria compacta es otro buen índice para conocer la calidad del agregado, puesto que cuanto mejor sea la granulometría mayor es su valor numérico. En general, las partículas cuya forma se aproxima a la cúbica o a la esférica, producen mayor masa unitaria. Por otra parte, es una característica física que se puede medir fácilmente siguiente procedimiento descrito e las normas ASTM C20. Es suficiente con conseguir un recipiente cilíndrico, cuyas dimensiones de la sección sean del mismo orden de magnitud de su altura y que tenga entre 5 y 10 litros de capacidad. Ese recipiente se llena con 3 capas de agregado y cada una de ellas se compacta par que el material quede bien acomodado. Finalmente se nivela con la parte superior del recipiente y se mida la masa dividiéndola por el volumen, logrado la masa unitaria apisonada. Las masas unitarias sueltas pueden servir para relacionarlo con la densidad y dar una idea del volumen natural de vacíos que produce el agregado en su acomodo, y al mismo tiempo se relaciona con aspectos de la forma y textura. Existe un fenómeno que puede afectar los volúmenes de material

Curso: Tecnología del concreto

26

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil durante el transporte y almacenamiento de la arena, conocido como abultamiento o expansión, el cual consiste en un aumento de volumen para determinado masa de arena, causado por la presión del agua entre partícula y partícula, cuando se encuentra húmeda, o sea con agua libre en la superficie. (AS OCR E TO, 2010)



Gravedad específica Las características de peso-volumen de los agregados no son un indicador importante de la cualidad del agregado, pero sí que son importantes en el diseño de mezclas de concreto. La densidad , la masa por unidad de volumen, podría utilizarse para estos cálculos. Sin embargo, la  g ravedad

específica,   la masa de un material dividida entre la masa de un volumen igual de agua destilada, se emplea más comúnmente, Se definen cuatro tipos de gravedad específica, basándose en cómo se consideran los huecos existentes en las partículas del agregado. Tres de estos tipos (gravedad especifica en estado seco,   gravedad especifica en  estado saturado con

 s uperficie s eca  y gravedad especifica aparente) están ampliamente aceptadas y se emplean en el diseño de mezclas de concreto de cemento portland y de concreto asfaltico   (Mamlouk-Zaiewski, 2009) . Estas magnitudes se definen de la forma siguiente:

 í    = =

 ( +  +  )

Curso: Tecnología del concreto

(   í ) ∗ 

……..()

 í  = =

 

  (   í) ∗ 

 +  ( +  +  )

27

……..()

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil  í  = =

 ( +  )

  (    ) ∗ 

……..()

 :   ó  :   ó  :    ℎ     :    ℎ     :      ℎ     á  ó   :    

 Actualmente, no hay ningún método estándar que permita determinar directamente la gravedad específica efectiva de los agregados. El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos ha definido un método para determinar esta magnitud para los agregados que absorben más de un 2.5% de agua. La gravedad específica y la absorción de los agregados gruesos se determinan de acuerdo con la especificación  A S TM C127 . En este procedimiento, se impregna una muestra representativa del agregado durante 24 horas y se le pesa suspendida en agua. A continuación, se seca hasta la condición SSD y vuelve a pesarse. Por último, la muestra se seca hasta el peso original y se pesa de nuevo. La gravedad específica y la absorción se determinan como sigue:  (Mamlouk-Zaiews ki , 2009) .

 í    =  í  =  í  =

  

    

……..()

……..() ∗100……..()

 A: Peso seco Curso: Tecnología del concreto

28

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil B: Peso SSD C: Peso sumergido

 A S TM C128  define el procedimiento para determinar la gravedad específica y la absorción de los agregados finos. Una muestra representativa se impregna en agua durante 24 horas y se vuelve a secar hasta alcanzar la condición SSD. Se coloca una muestra de 500 gramos en el material SSD dentro de un picnómetro ( Botella de gravedad específica, es un frasco con un cierre sellado de vidrio que dispone de un tapón provisto de un finísimo capilar, de tal manera que puede obtenerse un volumen con gran precisión-matraz de volumen constante); después se añade agua a la marca de volumen constante del picnómetro y se vuelve a determinar el peso. A continuación, la muestra se seca y se pesa (Mamlouk-Zaiewski,

 2009) . La gravedad específica y la absorción quedan determinadas por las formulas siguientes:

 í    =  í  =

 í  =

 ó(%) =

  

  +

 +   +

……..()

……..()

∗100……..()

∗100……..()

 A: Peso seco. B: Peso del picnómetro lleno de agua. C: Peso del picnómetro lleno de agregado y agua. S: Peso en condición SSD de la muestra

Curso: Tecnología del concreto

29

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 

Peso unitario huecos del agregado Para establecer las proporciones de las mezclas para concreto de cemento portland, es necesario conocer el peso unitario del agregado a granel. De acuerdo con el procedimiento A S TM C 29, un contenedor rígido de volumen conocido se rellena de agregado, compactándose el agregado mediante varillas de apisonamiento, una máquina de sacudidas o una pala

(Mamlouk-Zaiewski, 2009) . El peso unitario del agregado a granel se determina como:

 =

 

……..()

Dónde:;  :    :   

Si la gravedad específica en estado seco del agregado (  ) (AS TM C127o

C128) es conocida, el porcentaje de huecos entre partículas de agregados puede determinarse como sigue.      % = ∗ 100 =  ∗ 100 = ∗ 100 = ∗ 100 … … . . ()    ∗  

Curso: Tecnología del concreto

30

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil Propiedades Mecánicas Dureza:  Propiedad que depende de la constitución mineralógica, la estructura y procedencia del agregado. En la elaboración de concreto sometidos a elevadas tasas de desgate por roce o abrasión, como aplicaciones en pavimentos o revestimientos en canales, la dureza del agregado grueso es una propiedad decisiva para la selección de materiales.  (A SOC R E TO, 2010) El ensayo de los Ángeles es una medida de la degradación de los materiales normalizados. (AS TM C-131)

Resistencia: El agregado grueso, en mayor medida que el fino, va a resultar relacionado con el comportamiento de las resistencias del concreto, por su aporte en tamaños de grano de la mezcla. En tal sentido, una de las posibilidades de ruptura de la masa es por medio del agregado grueso. De esta manera, la resistencia de los agregados cobra importancia y se debe buscar que este nunca falle antes de que la pasta de cemento endurezca. La falla a través del agregado grueso se produce bien sea porque tiene una estructura pobre entre los granos que constituyen las particulas o porque previamente se le han inducido fallas a sus partículas durante el proceso de explotación (especialmente cuando este se hace por voladura) o por un inadecuado proceso de trituración. Adicionalmente, cuando se aumenta la adherencia por la forma o textura superficial del agregado al buscar una alta resistencia en el concreto, también aumenta el riesgo de que las partículas del agregado fallen antes de la pasta de cemento endurecido.  (A S OCR E TO, 2010)

Tenacidad: Tenacidad o resistencia a la falla por impacto es una propiedad que depende de la roca de origen y se debe tener en cuenta ya que tiene mucho que ver con el manejo de los agregados porque si estos son débiles ante las cargas de

Curso: Tecnología del concreto

31

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil impacto, se puede alterar su granulometría y también disminuir la calidad del concreto que con ellos se elabore. (AS TM C131)

Adherencia: Interacción que existe en la zona de contacto agregado  – pasta, la cual es producida por fuerzas de origen físico  – químico. Entre más adherencia se logre entre la pasta y de cemento endurecida y los agregados, mayor será la resistencia del concreto. Depende de la calidad de la pasta de cemento y en gran medida del tamaño, forma, rigidez y textura de las partículas del agregado, especialmente cuando se trata de resistencia a flexión. Hoy en día no se conoce ningún método que permita medir la buena o mala adherencia de los agregados, pero es claro que aumenta con la rugosidad superficial de las partículas.

(AS OCR E TO, 2010) Sustancias Perjudiciales Contenido de Arcillas: La presencia excesiva de tamaños muy pequeños en la grava y en la arena puede afectar el comportamiento deseado de la mezcla de concreto, perjudicando el fraguado y la adquisición de resistencia mecánica de este. Esto afecta que puede plantear la mayor avidez de agua y con ella crear una pasta fina que envuelva los granos de agregados y dañe sus condiciones de adherencia. (AS OCR E TO, 2010)

Sales solubles: El elevado contenido de sulfatos o de cloruros, ya que estos afectan al cemento produciendo reacciones expansivas que agrietan y desmoronan su masa. (AS OCR E TO, 2010)

Materia orgánica: Lo que más perjudica son la materia orgánica no visible porque no se puede remover ni sacar que las visibles (ramas o raíces). Interfiere con las reacciones químicas y hidratación del cemento.  (A S OCR ETO, 2010)

Curso: Tecnología del concreto

32

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil CUESTIONARIO 1. Problemas: 1.1. Una muestra de arena tiene las siguientes propiedades Masa húmeda: 625.2 gr. Masa Seca: 589.9 gr.  Absorción: 1.6 % Se pide determinar

a) Contenido total de humedad. b) Contenido de humedad libre. 1.2. Una muestra de arena tiene las siguientes propiedades Contenido de humedad Libre: 7% Masa Seca: 825.7 gr.  Absorción: 2 %

Determinar: a) Contenido de humedad. b) Determinar masa húmeda

1.3. Un cubo rígido se rellena de agregado y este se apisona para determinar su peso unitario. Los datos obtenidos son los siguientes: Volumen del cubo: 1/3 pie³ Peso del cubo vació: 18.5 lb. Peso del cubo lleno de agregado grueso seco y apisonado: 59.5 lb a) Calcule el peso unitario del agregado seco apisonado b) Si la gravedad específica en estado seco del agregado es 2.63, calcule el porcentaje de huecos del agregado. Curso: Tecnología del concreto

33

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 1.4. Se realiza una prueba de análisis granulométrico en una muestra de agregado fino, obteniendo los siguientes datos.

TAMIZ mm.

4,75

2,36

2,00

1,18

0,60

0,30

0,15

MATERIAL RETENIDO(gr)

0

33,2

56,9

83,1

151,4

40,4

72

0,075 Bandeja

58,3

15,6

Calcule el porcentaje en cada tamiz y dibuje la curva granulométrica, además dibuje los husos granulométricos, realizándose un análisis de este material. (HOJA SEMI LOGARÍTMICA)

Huso granulométrico para agregado fino-ASTM

1.5. Calcule el módulo de finura del problema anterior, e indique según la norma si está dentro de los límites para el diseño de concreto. 1.6. Una muestra de agregado húmedo pesa 19.682 N. Después de secar la muestra en un horno, pesa 18.365 N. La absorción de este agregado es del 4.8%. Calcule el porcentaje de agua libre en la muestra húmeda original.

Curso: Tecnología del concreto

34

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna

Ingeniería Civil 1.7. Una muestra de agregado fino tiene las siguientes propiedades: Masa húmeda: 521.0 gr. Masa seca: 491.6 gr  Absorción: 2.5 % 1.8. Utilice la siguiente información para determinar el porcentaje de humedad total y libre: Masa húmeda: 627.3 gr. Masa de arena seca: 590.1 gr  Absorción: 1 % 1.9. Un agregado grueso utilizado como base para un pavimento tiene una densidad objetivo en estado seco de 124.9 lb/pie³ en el lugar de instalación. Se va a disponer y compactar en un área de reparación rectangular de una calle de 1000 pies x 52 pies x 6”. El agregado grueso contiene un 2.7% de humedad. Si el porcentaje de compactación es del 95%. ¿Cuántas toneladas de agregado serán necesarias? 1.10. Se realiza un prueba de medición de la gravedad específica y de la absorción, en un agregado fino, obteniéndose los siguientes datos: Masa de arena en estado SSS = 500 gr Masa de picnómetro con solo agua = 623 gr Masa de picnómetro con arena y agua = 938.2 gr Masa de arena seca = 495.5 gr Calcule los valores de gravedad especifica( en estado seco, SSS y aparente), además calcule la absorción.

2. Para Investigar: Las preguntas de investigación se evaluarán al final de cada capítulo y es opcional para cualquier estudiante que desee presentar un informe para subir puntos adicionales, sin embargo cualquiera de estas preguntas puede venir en cualquiera de sus evaluaciones. INVESTIGAR: Averiguar importancia, etc. Curso: Tecnología del concreto

definiciones,

35

normas,

clasificación,

usos,

Docente: Ing. Gabriel Cachi Cerna