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Tecnologa del hormign Pgina 1/25
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL Facultad Regional Santa Fe
Ctedra: Tecnologa del Hormign - Ingeniera Civil Profesor: Ing. Ma.
Fernanda Carrasco UNIDAD 3. ROCAS Y AGREGADOS PARA HORMIGONES
INTRODUCCIN El agregado es el material granular, generalmente
inerte, resultante de la desintegracin natural y/o desgaste de
rocas, o que se obtiene mediante la trituracin de ellas, de
escorias siderrgicas convenientemente preparadas para tal fin o de
otros materiales suficientemente duros, que permiten obtener
partculas de forma y tamaos estables, destinadas a ser empleadas en
hormigones (IRAM 1627:1997).
La importancia del uso de los tipos y calidad correctos del
agregado (rido) no se puede subestimar. Los agregados fino y grueso
ocupan cerca del 60 % al 75 % del volumen del hormign (70 % a 85 %
de la masa) e influyen fuertemente en las propiedades tanto en
estado fresco como endurecido, en las proporciones de la mezcla y
en la economa del hormign (Tabla 1).
Algunos depsitos naturales de agregado, llamados de gravas de
mina, consisten en grava y arena que se pueden usar inmediatamente
en el hormign, despus de un procesamiento mnimo. La grava y la
arena naturales normalmente se excavan o dragan de la mina, del ro,
del lago o del lecho marino. La piedra triturada se produce
triturando la roca de cantera, roca redondeada, guijarros o gravas
grandes. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada
tambin se usa como agregados fino y grueso. Los agregados
frecuentemente se lavan y se gradan en la mina o en la planta. Se
puede esperar alguna variacin en el tipo, calidad, limpieza,
granulometra (gradacin), contenido de humedad y otras
propiedades.
El hormign reciclado o el hormign de desperdicio triturado es
una fuente viable de agregados y una realidad econmica,
especialmente donde los buenos agregados son escasos. Se pueden
utilizar equipos convencionales de trituracin de piedras y se han
desarrollado nuevos equipos para reducir el ruido y el polvo.
Tabla 1. Propiedades del hormign influenciadas por las
caractersticas de agregado. PROPIEDAD DEL HORMIGN PROPIEDAD
RELEVANTE DEL AGREGADO Resistencia Resistencia , textura
superficial, tamao mximo, forma de la partcula,
limpieza Peso Unitario Densidad, tamao mximo, granulometra,
forma de la partcula Mdulo de Elasticidad Mdulo de elasticidad,
coeficiente de Poisson Creep y Contraccin Mdulo de elasticidad,
forma, granulometra, limpieza tamao mximo,
minerales arcillosos Conductividad trmica Conductividad trmica
Resistencia a la congelacin y deshielo
Porosidad, permeabilidad, sanidad, resistencia a la traccin,
estructura de poros, grado de saturacin, textura y estructura,
minerales arcillosos
Resistencia a la abrasin Dureza Resistencia a la temperatura
Coeficiente de dilatacin trmica Reaccin lcali-agregado Presencia de
constituyentes silceos deletreos Resistencia al mojado y secado
Estructura de poros, mdulo de elasticidad Economa Forma, graduacin,
tamao mximo, procesamiento requerido, disponibilidad Calor
especfico Calor especfico
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Por otro lado, los agregados son los materiales que en mayor
medida el ingeniero puede manejar en la obra. El cemento viene
totalmente elaborado con las caractersticas con las cuales se va a
utilizar, por lo cual se lo puede aceptar o rechazar, y entonces en
este ltimo caso, elegir una marca o procedencia diferente. Con los
aditivos qumicos se da la misma circunstancia. En el caso del agua,
esta tiene que cumplir condiciones fsico-qumicas para su
utilizacin, si esto no sucede se debe cambiar la fuente. Pero los
agregados se prestan a manipuleo o procesamientos, que permiten
utilizar a estos materiales en condiciones ptimas: pueden ser
clasificados en distintas fracciones para lograr una composicin
granulomtrica adecuada, utilizando esas fracciones en proporciones
diferentes a las que naturalmente lo componan. Los agregados pueden
tener impurezas no deseables (polvo, materia orgnica, sales, etc.)
que pueden ser eliminadas por medio del lavado. El ingeniero debe
tener un claro concepto de lo que es un buen agregado y como sus
propiedades influyen sobre las del hormign (Tabla 1).
CLASIFICACIN DE LOS AGREGADOS Clasificacin por peso por unidad
de volumen o densidad a granel Normales: Son los agregados de uso
ms generalizado, y en el 90 % de las construcciones se los utiliza.
El peso unitario est comprendido entre 1000 a 1800 kg/m3.
Livianos: Su peso unitario est por debajo de los 1000 kg/m3 (700
a 800 kg/m3) y con su uso se obtienen hormigones livianos.
Pesados: Tienen un peso unitario superior a los 2000 kg/m3 y
provienen de rocas que contienen elementos pesados, por ejemplo,
hierro, bario, plomo. Se los emplea para la elaboracin de
hormigones pesados para pantallas contra radiaciones.
Clasificacin por su Composicin Mineralgica Se da una
clasificacin de los agregados naturales segn el tipo de roca:
gneas, sedimentarias, o metamrficas.
Clasificacin por el Mtodo de Obtencin Segn el procedimiento de
produccin, los agregados pueden clasificarse como: naturales o
artificiales. En la segunda categora se incluyen los agregados
producidos con minerales tratados trmicamente, por trituracin y por
reciclado.
Clasificacin por su Tamao (IRAM 1627:1997) Agregado grueso: es
el agregado que de acuerdo con su tamao nominal, queda retenido en
el tamiz IRAM 4,75 mm (N 4).
Agregado fino: es el agregado que pasa por lo menos el 95% el
tamiz IRAM 4,75 mm (N 4), y queda retenido en el tamiz IRAM 75 m (N
200).
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REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA HORMIGN Los requisitos de
calidad establecidos para los agregados se pueden separar en dos
grupos:
Grupo A: Las partculas deben ser duras, resistentes y durables.
Grupo B: Las partculas deben estar limpias, libres de impurezas, de
tamao y forma adecuadas.
Si el material en estudio no renen algunas de las caractersticas
del Grupo A, no podr ser empleado como agregados para hormign, por
ser estas caractersticas determinantes, y no es posible
modificarlas. Si en cambio no se cumplen las condiciones del Grupo
B, las mismas se pueden corregir, por lavado o cribado.
Caractersticas del Grupo A Resistencia La resistencia del
agregado puede evaluarse de dos formas, dependiendo si se conoce la
roca madre, o si se trata de materiales naturales granulares
sueltos. En el primer caso pueden realizarse ensayos de compresin
de la roca sobre probetas cbicas o cilndricas en estado saturado y
con la direccin de aplicacin de la carga paralela a los plano de
clivaje. Un valor recomendado de resistencia a compresin es de 60
MPa. La resistencia a traccin es dbil y est comprendida entre 1 y 8
MPa.
Cuando se presentan agregados de los cuales no se pueden obtener
probetas, se debe plantear otra forma de evaluacin. En el caso de
agregados finos, es posible realizar un ensayo de resistencia
estructural, que consiste en moldear probetas de mortero de arena
en estudio y comparar los valores de resistencia de esta serie de
mortero con una serie patrn de idnticas caractersticas, elaborada
con arena normal (IRAM 1633:1965).
En el caso de los agregados gruesos no existen ensayos
normalizados, pero desde el punto de vista prctico, se puede
resolver de igual forma, comparando con un hormign elaborado con un
agregado grueso de reconocidas buenas caractersticas. En este caso
las dos series tienen idntica relacin a/c, tipo de arena, contenido
de cemento y proporciones entre agregado fino y grueso.
Partculas Blandas Otro aspecto que debe considerarse cuando se
explota una cantera, es que en el proceso de trituracin y produccin
de agregados con frecuencia se incorporan partculas de menor
resistencia, por que poseen fisuras o se encuentran alterados sus
minerales. Por este motivo, existen en el agregado partculas
blandas o descompuestas (IRAM 1644:1967), que en el hormign
constituyen puntos dbiles y concentradores de tensiones. Para la
determinacin del contenido de partculas blandas o descompuestas se
separan aquellas partculas en las que se nota un cambio de
coloracin o de textura y se prueba su resistencia con un martillo
liviano o tambin en forma manual. Las partculas descompuestas ceden
con relativa facilidad a la prueba manual de su resistencia y son
separadas. Para los agregados finos, se incluyen en esta
clasificacin a pizarras, yeso, mica, fragmentos escamosos
desmenuzables o partculas cubiertas de pelculas superficiales.
Dureza - Desgaste La dureza de los agregados es una
caracterstica que cobra importancia en obras tales como conductos,
canales y vertederos de diques en los cuales el agua transporta
materia slida en suspensin, o en los disipadores de energa por
problemas de cavitacin, o en playas industriales y pavimentos,
sometidos a la accin de neumticos. La dureza del hormign esta
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vinculada principalmente a la dureza de las partculas de los
agregados, en especial del grueso. Existe un ensayo de frotamiento
para realizar, sobre muestras de rocas y medir la prdida de
material frente a un determinado nmero de vueltas, es el ensayo de
Los ngeles (IRAM 1532:2000).
Durabilidad La durabilidad puede definirse como la propiedad que
presentan los materiales de resistir las acciones del medio
ambiente (humedad, gases, temperatura), o tambin como una cualidad
del material de conservar sus propiedades en el transcurso del
tiempo. Si se pretende que el hormign sea un material durable,
debern serlo tambin los agregados que lo componen, ya que estos
constituyen aproximadamente el 75% de su volumen.
Los principales mecanismos que provocan la destruccin de las
rocas y de los hormigones son los fenmenos de congelacin -
deshielo, los de mojado-secado en soluciones salinas o agua, y las
reacciones qumicas con algunos compuestos del cemento. Las rocas y
los agregados presentan una estructura con poros cuyos tamaos varan
considerablemente. Algunos son observados a simple vista y otros
son extremadamente pequeos, de aproximadamente 4m. Estos ltimos
presentan el mayor inters por la implicancia en los mecanismos de
rotura, como as tambin los poros vinculados con el exterior ya que
permiten que el agua se introduzca dentro del agregado.
Cuando la temperatura del material desciende debajo de 0 C, el
agua presente en los poros comienza a congelarse generndose un
aumento de volumen del orden del 10%. Este incremento de volumen
provoca un aumento en la presin hidrulica del agua sin congelarse,
que origina tensiones de traccin, que pueden llegar destruir el
hormign.
Otro mecanismo que genera una fuerte accin destructiva son las
aguas con sales en solucin, que se introducen en la estructura
porosa de los agregados, cristalizan cuando se produce el secado
por evaporacin, incrementndose el volumen y generando presiones
internas de cristalizacin.
Mediante la inmersin de los agregados (ciclos) en soluciones de
sulfatos de sodio o magnesio, se obtiene una manera fcil y prctica
de verificar la estabilidad de las rocas, evaluando la resistencia
que poseen ante la presin de cristalizacin de los sulfatos. El
valor que se analiza es la prdida mxima despus de cinco ciclos de
inmersin y secado.
El Reglamento admite que cuando el material, si no cumple los
lmites de este ensayo y no existen antecedentes de obras
construidas con dicho material con 10 aos de vida til, se lo puede
admitir si el hormign verifica el ensayo de congelacin y
deshielo.
El factor de durabilidad del hormign (FD), luego de ser sometido
a los ciclos de congelacin y deshielo, no debe disminuir
sensiblemente (FD = 80% a 300 ciclos). Este factor es la relacin
entre los mdulos de elasticidad dinmico, despus y antes del ensayo.
El ensayo es sumamente largo y requiere un equipamiento
costoso.
En cambio, en los basaltos el agua provoca el hinchamiento de
arcillas que se encuentran en su interior, con importantes
expansiones. En algunas estructuras ejecutadas con basaltos
contaminados con arcilla, se ha alterado el hormign luego de ms de
20 aos de servicio, por el desarrollo de tensiones de traccin
elevadas que se originan por la expansin del agregado.
Los estudios se basan en observaciones microscpicas, difraccin
por rayos X para identificar los minerales secundarios, y ensayos
acelerados de durabilidad por inmersin en etilenglicol (analizndose
la prdida de material luego de 30 das de inmersin) y ciclos de
humedecimiento y secado.
La durabilidad como consecuencia de las posibles reacciones del
agregado con el cemento se analiza en el punto de sustancias
reactivas.
Los problemas de durabilidad de origen qumico ms importantes,
resultan de la reaccin entre
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la slice activa, presente en algunos agregados y los lcalis
contenidos en el cemento. Tambin, se han identificado algunas
reacciones expansivas como ser la pirita (SFe), que en presencia de
hidrxido de calcio se transforma en sulfato ferroso y luego
hidrxido frrico, causando reventones y manchas.
La existencia de fisuras tipo mapa en algunas estructuras, llev
durante los aos 1940 a relacionarlos con las expansiones causadas
por la reaccin entre los lcalis contenidos en el cemento (xidos de
sodio y potasio) con ciertas formas reactivas de slice contenidas
en los agregados. Las distintas formas de la slice tienen
diferentes grados de reactividad, dependiendo del grado de
cristalizacin, de la porosidad interna, del tamao de los cristales
y de las deformaciones internas de los cristales. El palo es la
forma ms reactiva de la slice, ya que es amorfo y altamente poroso.
Los factores que controlan la reaccin son: la naturaleza y
porcentaje de slice presentes, el tamao de las partculas del
material reactivo, el porcentaje de lcalis (considerando no solo
los porcentajes iniciales incorporados por el cemento sino tambin
los de los aditivos y los posteriores que pueden incorporarse corno
ser los presentes en suelos o aguas de contacto) y la presencia de
humedad y temperatura.
En Argentina existen rocas potencialmente reactivas y ha sido
observada la reaccin en distintas estructuras de servicio
(pavimentos, aeropuertos). Pueden definirse tres zonas de agregados
reactivos: la Mesopotamia, la Patagonia y la Costa Atlntica
Bonaerense.
El primer ensayo a realizar es la determinacin de la presencia
de slice reactiva a travs de un examen petrogrfico (IRAM
1649:2008). El ensayo de la barra de mortero (IRAM 1637:1992) es
para determinar la reactividad fsica del agregado. Se utiliza el
agregado, con una granulometra prescripta, en barras de mortero de
cemento de alto contenido de lcalis y arena. Existe otro ensayo,
NBRI (IRAM 1674:1997), donde las barras se mantienen 14 das en una
solucin de Na(OH) a 80 C, y la expansin debe ser menor de 0.11
%.
Caractersticas del Grupo B Material que pasa el tamiz de 75 m
(polvo): Los agregados deben de estar limpios, el polvo es un
material formado por partculas menores que el tamiz IRAM 75 m (N
200). Por diversas circunstancias el polvo se adhiere a la
superficie de las partculas de agregado. Es frecuente que las
arenas de lechos de ros o playas estn impregnadas de este material
fino. Estas partculas pueden aparecer entre los agregados en el
proceso de trituracin. Otro de los orgenes ms frecuentes de su
presencia en obras de importancia se debe a que los agregados son
transportados mediante palas de arrastre con la incorporacin de
partculas del suelo.
Algunas veces el polvo no se encuentra separado de las partculas
sino que esta adherido firmemente. Esta adherencia se incrementa
cuando el agregado es de trituracin, ya que la superficie es
rugosa. Tambin cuando el agregado se encuentra expuesto a la
intemperie y se moja alternativamente con la lluvia. Todo esto hace
que la pelcula superficial resulte difcil de desprender durante el
mezclado. La adherencia de la pasta a la superficie de los
agregados, que da origen a la aglomeracin, se realiza a travs de la
pelcula de polvo, disminuyendo la resistencia de la interfaz, por
lo cual la resistencia mecnica del hormign disminuye, y en
especial, la resistencia a traccin.
El concepto mencionado es importante en hormigones para
pavimentos, no slo por la disminucin de la resistencia a la flexin,
sino tambin por las variaciones volumtricas. Las partculas finas
por el proceso de exudacin, llegan a la superficie del hormign
formando, una pelcula de polvo, cemento y agua fcilmente
desgastable. Esta pelcula tambin debilita la unin entre hormigones
de distintas edades. Adems, para conformar el hormign, la pasta
debe rodear y unir a todas las partculas, por lo que la cantidad de
pasta va a depender de la superficie total de las partculas. Cuando
los agregados varan su contenido de polvo, incrementndolo, la pasta
no alcanza para lubricar adecuadamente todas las partculas. En
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consecuencia se debe aumentar el volumen de la misma: aumentando
el contenido cemento, el contenido de agua de mezclado, o ambos,
manteniendo constante la relacin a/c.
Sustancias Perjudiciales Otro de los factores que afectan la
limpieza de los agregados, principalmente los gruesos, son los
terrones de arcilla. Segn IRAM 1512:2006, se tratan como partculas
desmenuzables, los materiales arcillosos se acumulan frecuentemente
en las grietas de las canteras. La arcilla es un material que posee
fuerte poder cementante, y los terrones son una acumulacin de
partculas cuyo tamao medio oscila entre 5 y 15 m. Cuando el
agregado con los terrones arcillosos es empleado en una estructura
de hormign pueden presentarse dos variantes:
Durante el mezclado con agua los terrones se disgregan,
transformndose en polvo de alta superficie especfica.
Los terrones no se disgregan al mezclarse con el agua y quedan
como tales. En condiciones hmedas dentro de la masa de hormign al
cabo de unos das pierden su poder cementante convirtindose en
partculas blandas.
Materia Orgnica Otro tipo de impureza es la materia orgnica, en
su mayora de origen hmico la cual retarda los procesos de
hidratacin del cemento. Esto trae aparejado una demora en el
fraguado y un retardo en la adquisicin de resistencia,
desconociendo si el hormign alcanzar la resistencia prevista en los
clculos para poder seguir avanzando en las etapas constructivas
programadas. En las arenas naturales la determinacin del contenido
de materia orgnica debe efectuarse siempre, mientras que en los
agregados gruesos se realizar solamente si se aprecia una porcin
apreciable de partculas finas. En este ltimo caso la determinacin
se realizar sobre el retenido en el tamiz de 4,75 mm.
El ensayo consiste en colocar la muestra de arena en una solucin
de hidrxido de sodio al 3%, agitar y dejar reposar durante 24
horas. Los granos de arena sedimentan y la solucin toma distintas
tonalidades de acuerdo con el grado de contaminacin. Comparando la
coloracin tomada con una escala colorimtrica estndar, se puede
obtener una valoracin de la cantidad de materia orgnica
presente.
Sales Solubles La presencia de sales solubles en los agregados
origina diversos problemas en el hormign. Segn su composicin qumica
los sulfatos reaccionan con el aluminato triclcico del cemento
provocando expansiones, los cloruros atacan las armaduras y
elementos metlicos embebidos en el hormign y los carbonatos o los
bicarbonatos aumentan el pH del hormign lo que puede ocasionar un
retardo del proceso de hidratacin. Adems, deben mencionarse algunos
problemas de orden esttico ya que el agua solubiliza las sales y al
evaporarse las arrastra a la superficie, provocando manchas
denominadas eflorescencia.
Considerando que el contenido total de sales es el que influye
sobre las caractersticas del hormign, se hace necesario controlar
no slo el porcentaje aportado por los agregados sino tambin el que
incorporan los aditivos y el agua de mezclado. Este criterio es el
adoptado por CIRSOC 201, con el inconveniente de tener que conocer
los materiales y las proporciones en que intervienen en la mezcla
para poder realizar el estudio.
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Otras Impurezas Comprenden partculas livianas, carbonosas y
arcilla, estas impurezas traen aparejado, sino son convenientemente
limitadas, una reduccin en la seccin til del hormign y problemas
originados por concentracin de tensiones. Las materias carbonosas
merecen un comentario adicional, son partculas desmenuzables, poco
resistentes y algunas veces contienen azufre. Generalmente son de
un color oscuro que puede llegar a modificar el aspecto del hormign
por la presencia de manchas oscuras en la superficie.
FORMA DE LOS AGREGADOS Partculas lajosas y elongadas La forma de
la partcula tiene suma importancia en la trabajabilidad. Las
partculas con formas chatas y alargadas (lajas) y aquellas finas y
alargadas (elongadas) son muy difciles de mover, pues se traban y
la trabajabilidad del hormign se ve reducida.
Si se realiza una estructura con este tipo de agregado, las
lajas tienen incidencia en las propiedades del hormign. Durante la
compactacin del hormign, una laja o partcula elongada al apoyarse
sobre otras dos partculas cortas deja un vaco, y al estar colocada
horizontalmente, donde tienen, menor resistencia, una excesiva
presencia de las mismas puede provocar, una vez endurecido el
hormign una notable disminucin de la resistencia a la flexin.
Adems, durante la compactacin dentro de la masa de hormign existe
un movimiento ascendente de agua, al encontrar una laja, en general
no la rodea y queda retenida debajo de la laja. Al evaporarse el
agua quedar el vaco correspondiente. Tambin, en estructuras de poco
espesor y de gran superficie, como por ejemplo losas o pavimentos,
las lajas que se encuentran cercanas a la superficie y trabajando
como una viga simplemente apoyada cargada en el centro de la luz,
cuando la carga de trnsito acta, se quiebran y salta.
Se debe tratar de que el agregado est constituido por partculas
de formas cbicas y esfricas.
Se puede establecer una clasificacin de la forma de las
partculas como:
Redondeada: totalmente desgastadas por el agua o completamente
limadas por frotamiento (grava de ro, arena del desierto o de
playa).
Irregular: irregularidad natural, o parcialmente limadas por
frotamientos con bordes redondeados.
Escamosa: material en el cual el espesor es pequeo en relacin a
las otras dos dimensiones.
Angular: posee orillas bien definidas que se forman en la
interseccin de caras ms o menos planas (rocas trituradas).
Elongadas: material generalmente angular en el que la longitud
es considerablemente mayor que las otras dos dimensiones.
Figura 1. Formas de los agregados
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Textura Superficial La textura superficial de las partculas es
otro aspecto a analizar en el agregado, y se basa en el grado en
que la superficie de una partcula es: pulida o lisa; suave o spera.
La textura spera produce una mayor fuerza de adhesin entre las
partculas y la pasta de cemento endurecida. Tambin influyen sobre
el contenido de agua de un hormign en estado fresco, especialmente
cuando se trata de agregado fino.
GRANULOMETRA La distribucin del tamao de partculas o la
granulometra de un agregado es la caracterstica que ms influye en
la cantidad de pasta, para obtener una determinada trabajabilidad.
Considerando que el cemento es el ms costoso de los componentes es
preferible minimizar su uso, disminuyendo la cantidad de pasta sin
afectar la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad del
hormign. La importancia de la granulometra del agregado se aprecia
si se considera al hormign como un conjunto no muy compacto de
partculas adheridas entre s con una pasta de cemento que tambin
llena los vacos existentes entre las mismas. La cantidad de pasta
necesaria depender entonces del volumen de vacos y del rea
especfica de las partculas.
Cuando las partculas presentan un tamao uniforme, el volumen de
pasta es elevado (figura 2 a), que se reduce sensiblemente cuando
se utilizan distintos tamaos (figura 2 b), o cuando se anula el
tamao mximo (figura 2 c). Si bien para cada tamao de partculas
existe una distribucin terica de tamao que provoca un mnimo espacio
de vacos, las muestras no son las ms trabajables por lo cual hay
que llegar a una solucin de compromiso entre la trabajabilidad y la
economa.
El criterio de dosificacin de hormigones de cemento portland se
diferencia del empleado para mezclas asflticas, donde se busca con
exclusividad la granulometra que origina el menor porcentaje de
vacos que son llenados con asfalto. Un porcentaje de asfalto muy
superior al necesario para llenar los vacos puede ocasionar una
alta deformabilidad de las mezclas por accin de las cargas y/o de
la temperatura. En los hormigones por razones de trabajabilidad,
siempre es recomendable que el porcentaje de pasta sea mayor que
los vacos del agregado fino y que el de mortero sea superior al del
agregado grueso.
Figura 2. Representaciones esquemticas de la granulometra de
agregados: a) tamao uniforme, b) granulometra continua, c)
reemplazo de tamaos pequeos por tamaos grandes, d) granulometra
discontinua y e) granulometra sin finos.
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ANLISIS GRANULOMTRICO Definicin y Tamices de Ensayo Es la
distribucin por tamao de las partculas que constituyen un material
granular y se establece para una serie determinada de tamices el
material que pasa o queda retenido en forma acumulada.
Los tamices son de aberturas cuadradas formadas por alambres que
se cruzan y las dimensiones que se especifican corresponden a la
distancia entre los alambres. Existen diferentes series de tamices,
e IRAM adopt la serie americana Standard. Tyler (USA) estudi por
primera vez el problema en forma racional y tom como tamiz bsico
para la serie el que tiene 200 mallas por pulgada lineal. Al fijar
un dimetro a los alambres, la abertura de dicho tamiz resulta de 75
m. La serie de tamices IRAM que se emplean para hormigones y su
correspondiente de la ASTM, que se detalla a continuacin en la
Tabla 2.
ASTM designa los tamices para agregados gruesos por la abertura
de la malla en pulgadas, y para los correspondientes a las arenas,
por el nmero de aberturas por pulgada cuadrada. La Norma IRAM lo
hace en milmetros y para los tamices con aberturas menores que 1 mm
en micrones.
Tabla 2. Serie de Tamices IRAM y ASTM Abertura
IRAM ASTM 75.0 mm 3 63.0 mm 2 (*) 50.0 mm 2 (*) 37.5 mm 1 26.5
mm 1 (*) 19.0 mm 13.2 mm (*) 9.5 mm 3/8 4.75 mm N 4 2.36 mm N 8
1.18 mm N 16 600 m N 30 300 m N 50 150 m N 100 75 m N 200
Nota: Los tamices indicados con (*) no forman la serie Abrams o
del mdulo de finura.
Representacin Granulomtrica El anlisis granulomtrico puede ser
graficado en el plano X-Y, tomando como abscisa los lados de las
aberturas de malla de los tamices, en escala logartmica; y como
ordenada el porcentaje de material que pasa o es retenido en forma
acumulada respecto del total. Al emplear una escala logartmica para
representar la abertura de malla, resulta que la separacin entre
tamices de la serie normal o de Abrams, es constante e igual a
logaritmo de dos, ya que:
Abertura tamiz N = 2 x Abertura tamiz(N-1)
Iog (Abertura tamiz N) = log (2) + log [Abertura tamiz(N-1)]
Las curvas lmites establecidas en Argentina por el CIRSOC 201,
expresadas en porcentaje mximo que pasa acumulado, en masa, se
detallan en las Tablas 3 y 4.
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Tabla 3. Granulometra de agregados finos (% que pasa)
Porcentaje mximo que pasa, en masa Tamices de mallas cuadradas
IRAM
1501, parte II 76 Granulometra A Granulometra B Granulometra
C
9,5 mm 100 100 100 4,75 mm 95 100 100 2,36 mm 80 100 100 1,18 mm
50 85 100 600 m 25 60 95 300 m 10 30 50 150 m 2 10 10
Figura 3. Granulometra de agregados finos
Tabla 4. Granulometra del agregado grueso (% que pasa).
Porcentajes en masa que pasan por los tamices IRAM de mallas
cuadradas Tamao nominal 63,0 mm 53,0 mm 37,5 mm 26,5 mm 19,0 mm
13,2 mm 9,5 mm 4,75 mm 2,36 mm
53,0 a 4,75 100 95 a 100 - - - 35 a 70 - - - 15 a 30 - - - 0 a 5
- - - 37,5 a 4,75 - - - 100 95 a 100 - - - 35 a 70 - - - 10 a 30 0
a 5 - - - 26,5 a 4,75 - - - - - - 100 95 a 100 - - - 25 a 60 - - -
0 a 10 0 a 5 19,0 a 4,75 - - - - - - - - - 100 90 a 100 - - - 20 a
55 0 a 10 0 a 5 13,2 a 4,75 - - - - - - - - - - - - 100 90 a 100 40
a 70 0 a 15 0 a 5 53,0 a 26,5 100 90 a 100 35 a 70 0 a 15 - - - 0 a
5 - - - - - - - - - 37,5 a 19,0 - - - 100 90 a 100 20 a 55 0 a 15 -
- - 0 a 5 - - - - - -
Figura 4. Granulometra del agregado grueso (% que pasa).
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Tamao de los agregados Para dosificar los hormigones es preciso
conocer el tamao de las partculas. Al colocar partculas dentro de
un recipiente y llenarlo, existe una cantidad de espacios llenos y
un conjunto de espacios vacos entre partculas. La cantidad de
partculas y de vacos dependen de la distribucin de tamaos y de la
forma de las primeras. El mximo de vacos para partculas esfricas se
produce cuando el dimetro de las mismas es nico. En estas
condiciones se tiene 50 % del volumen lleno y otro 50 % de volumen
de vacos. La pasta debe rodear y unir a las partculas y llenar los
espacios vacos, por lo que se deduce que el volumen de pasta est
relacionado con la distribucin de tamaos de las partculas.
Los vacos logrados, pueden rellenarse con partculas ms pequeas a
fin de reducir el volumen de pasta. En consecuencia para lograr
hormigones de gran estabilidad volumtrica, bien graduados y
econmicos, es necesario emplear agregados perfectamente graduados,
donde las ms pequeas van haciendo de rodamiento a las mayores. La
mezcla tendr as una mayor movilidad y ser ms trabajable. Si las
partculas fuesen esferas de distinto dimetro, caso ideal, ello
arrojara un mnimo contenido de cemento a emplear.
Tamao Mximo de los Agregados El tamao mximo del agregado,
influye en los requisitos de pasta y la granulometra ptima tambin
depende de dicho tamao. Se define como tamao mximo nominal al que
resulta igual a la abertura de la malla del menor tamiz de la serie
normal a travs de la cual pasa en forma acumulada el 95 % del peso
total del material o valor inmediato superior (IRAM 1627:1997). El
tamao nominal es aquel indicado por los dos tamices extremos, que
representan al agregado en estudio, y en funcin de este, se
establecen las curvas lmites para agregados gruesos.
La adopcin del mayor tamao mximo nominal posible, tiene que ser
compatible con las caractersticas de las estructuras a ejecutar. El
CIRSOC 201 indica que el tamao mximo del agregado no debe exceder:
1/5 de la menor dimensin del elemento estructural, 1/3 del espesor
de la losa o 3/4 de la mnima separacin libre horizontal o vertical
de armaduras o entre dos grupos de barras paralelas en contacto
directo, o del mnimo recubrimiento.
El tamao mximo del agregado es aquel que corresponde a la
abertura de la malla del menor tamiz (no necesariamente de la serie
normal) a travs de la cual pasa en forma acumulada el 100 % del
peso total del material.
Los efectos de la variacin del tamao mximo en el hormign fresco
son: a) Consumo de pasta, b) Segregacin, y c) Asentamiento y
exudacin. En el hormign endurecido, slo se analizar el efecto sobre
la resistencia mecnica.
Efecto sobre el consumo de pasta de cemento
Conforme se incrementa el tamao mximo disminuye el desarrollo
superficial de los agregados y se reduce la proporcin de pasta de
cemento que se requiere para integrar una mezcla de hormign.
Segregacin
Cuando la mezcla de hormign se encuentra en movimiento y
adquiere velocidad, los agregados que contiene, deben mantenerse
agrupados por efecto de la viscosidad de la pasta de cemento que
acta como elemento Iigante. Para el caso de una pasta con
determinada, viscosidad, la fuerza de retencin, que se genera por
friccin en cada partcula de agregado depende de su forma, textura y
desarrollo superficial. Al mismo tiempo cada partcula adquiere por
inercia una fuerza que la impulsa a separarse de la mezcla, con una
magnitud que depende de su masa. Por lo tanto la fuerza de retencin
se incrementa con el cuadrado del dimetro de las partculas y la
segunda con el cubo del mismo. Resulta as que al aumentar el tamao
de las partculas se incrementa ms la fuerza de separacin que la de
retencin.
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Resistencia Mecnica
En hormigones de baja resistencia el incremento del tamao mximo
trae aparejado la posibilidad de reducir el consumo de agua con el
consiguiente incremento de la resistencia. En cambio en hormigones
de alta resistencia, el aumento del tamao mximo incrementa la
microfisuracin alrededor de las partculas mayores y reteniendo
agua, de manera que la interfaz agregado-pasta se debilita,
reduciendo la resistencia.
Mdulo de Finura del Agregado Este concepto expresa en forma
prctica el grosor o finura del material, y no se puede usarlo para
tener una idea de la distribucin de tamaos de partculas del mismo.
Dos agregados con distintas granulometras pueden tener el mismo
mdulo de finura. Abrams, define como mdulo de finura al nmero que
resulta de dividir por 100 la suma de porcentajes retenidos en
forma acumulada en los 10 tamices de la serie normal (IRAM 75 mm
(3), IRAM 37.5 mm (1 1/2), IRAM 19 mm (3/4), IRAM 9,5 mm (3/8),
IRAM 4,75 mm (N4), IRAM 2,36 mm (N8), IRAM 1,18 mm (N16), IRAM 600
m (N 30), IRAM 300 m (N 50), IRAM 150 m (N 100)). El mdulo de
finura puede oscilar entre 0 y 10. Para los agregados finos, vara
de 2,4 a 3,2; aunque las arenas de la zona del Ro de la Plata
tienen un valor de 1,6. Para los agregados gruesos, el mdulo est
comprendido entre 6 a 9. Las mezclas de agregados fino y grueso
tienen un mdulo de finura entre 3,2 y 6. Debe mencionarse que a los
fines prcticos se emplea el mdulo de finura para definir a las
arenas, y sirve como parmetro de diseo de mezclas de hormign en los
mtodos racionales de dosificacin.
Granulometras Continuas Un nmero importante de ensayos han
permitido establecer granulometras con las que se obtiene la mxima
resistencia a compresin y la mxima compacidad del hormign. Estas
curvas granulomtricas son denominadas curvas ideales. Se debe tener
en cuenta que los factores principales que rigen la granulometra
deseada del agregado son: la superficie del agregado, que determina
la cantidad de agua necesaria para humedecer todos los cuerpos
slidos; el volumen relativo ocupado por el agregado; la
trabajabilidad de la mezcla; la tendencia a la segregacin.
El inters en que el agregado ocupe un volumen relativo tan
grande como sea posible tiene un carcter econmico, pues el agregado
es ms barato que la pasta de cemento. Se ha supuesto tambin que al
crecer la cantidad de partculas slidas que pueden empacarse en un
volumen dado de hormign se eleva su resistencia. Esta teora de
densidad mxima ha llevado a utilizar curvas granulomtricas de forma
parablica, como las de Fuller, cuya expresin matemtica est en
funcin de (abertura de la malla correspondiente al tamiz i) y del
tamao mximo del agregado.
% que pasa en tamiz i = 100 (/Tmx)
Otra curva utilizada es la parbola de Bolomey, donde es la
abertura de la malla correspondiente al tamiz i, Tmax es el tamao
mximo del agregado y a es un parmetro que depende de la
consistencia del hormign y del tipo de agregado utilizado.
% que pasa en tamiz i = a + (100 a) (/Tmx)
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Figura 5. Curvas de Fuller y Bolomey
Otras experiencias han llevado a desechar el empleo de las
curvas ideales reemplazndolas por franjas granulomtricas, criterio
que ha sido adoptado por los reglamentos (figuras 3 y 4). Adems
debe recordarse el problema econmico, ya que el hormign debe
elaborarse con materiales disponibles y de produccin barata, de
modo que no es conveniente imponer lmites estrechos a la
granulometra de los agregados. Si los agregados no verifican los
lmites especificados no implica que los mismos no puedan emplearse
en la elaboracin de un hormign, sino que se requiere ms pasta y ser
ms propenso a segregarse.
Hay que mencionar, sin embargo, la importancia de la graduacin
sobre la trabajabilidad de la mezcla y en la terminacin del
hormign. La curva granulomtrica a adoptar para las arenas depende
de la forma y la textura de las partculas. Una arena de partculas
lisas y redondeadas, puede dar resultados satisfactorios con una
granulometra ms gruesa que la que podra permitirse para una arena
de partculas angulosas y con superficies speras (arena
triturada).
Granulometras Discontinuas Se definen como granulometras
discontinuas aquellas en las cuales se omite uno o ms tamaos
intermedios de partculas. Pueden ser empleadas para elaborar
hormigones ms econmicos cuando es necesario combinar agregados para
obtener curvas continuas. Sin embargo, esta falta de tamao puede
ocasionar severos problemas de segregacin en mezclas con alta
trabajabilidad. Por tal motivo, se recomienda su empleo en
hormigones muy consistentes. En una pila de partculas redondeadas
de igual tamao d1 siempre existe contacto entre las mismas y el
volumen de vacos es independiente del dimetro, ya que depende
exclusivamente de la disposicin de los centros. Para una disposicin
cbica el volumen de vacos es igual al 47,60 % y para la disposicin
octadrica o tetradrica es igual al 25,90 %. El contacto entre las
partculas queda impedido cuando actan partculas separadoras. El
efecto separador depender de la disposicin de las partculas y del
dimetro de las partculas separadoras. Existen otras partculas
denominadas de relleno y escurridizas. En la figura 6 se
esquematiza la disposicin de las partculas mencionadas. Con los
mtodos convencionales de colocacin pueden entonces, emplearse
curvas granulomtricas discontinuas en las que falten una o ms
fracciones, siendo estas las que corresponden a los tamaos
comprendidos entre el de las partculas principales y el de las de
relleno. La curva granulomtrica discontinua, a pesar de lograr
hormigones con buena compacidad y resistencia, disminuye la
docilidad de la mezcla con respecto a las curvas continuas.
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Figura 6. Disposicin de las partculas
Mezcla de agregados Importancia de una granulometra continua
Muchos investigadores llegaron a la conclusin que lograda la
mxima compacidad se podan obtener hormigones de buena calidad, as
surgen las curvas granulomtricas ideales de Fuller, Bolomey y otros
que tratan de acercarse a tal condicin.
Asociando la compacidad con el mayor tamao mximo compatible con
la estructura y lo obtenible en yacimientos (condicin que nos dara
la menor superficie especfica) y con una excelente granulometra,
podemos decir que solucionamos uno de los factores de mayor
importancia que conducen al logro de un hormign de calidad.
La granulometra de los agregados influye sobre:
a) trabajabilidad de la mezcla fresca b) resistencia mecnica c)
resistencia a los agentes climticos d) resistencia qumica e)
economa
De all la importancia de lograr granulometras compactas. En
general podemos decir que para cada tipo de obra, existe una
granulometra caracterstica u ptima.
La necesidad de lograr una granulometra deseada, o que se
encuentre dentro de entornos granulomtricos establecidos, induce a
las mezclas de dos o ms agregados, de tal forma que el aporte de
stos, en el total, conformen una granulometra prxima a la
buscada.
Mtodo grfico (Mtodo de Rothfuchs)
Para resolver una mezcla de agregados por este mtodo se procede
segn los siguientes pasos:
1) Se dibuja la curva representativa de la granulometra del rido
deseado, de tal forma que sea una lnea recta inclinada. Para ello
se representa en ordenadas, en escala natural, los porcentajes
pasantes a travs de cada tamiz y en abscisas las aberturas de los
tamices, pero en una escala tal que la curva granulomtrica del
agregado deseado sea una recta inclinada, como hemos dicho. Esta
escala, o sea la ubicacin en abscisas de las aberturas de los
tamices, se realiza entrando con los porcentajes pasantes a travs
de cada tamiz hasta intersectar la recta inclinada ya trazada y
bajando hasta la abscisa donde se indica el tamiz respectivo.
2) Determinada as la escala de abscisas, se representan los
ridos a mezclar y que en general no son lneas rectas.
3) Con la ayuda de una regla transparente y para cada curva
granulomtrica de los ridos a mezclar, se dibuja una lnea recata que
ms se aproxime a ella y de tal forma que las reas comprendidas
entre ella y la curva, por encima y por debajo, se compensen.
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4) Siguiendo un orden, se unen los extremos opuestos de estas
lneas rectas (lneas de cierre). En el ejemplo de mezclas de tres
ridos, se une la interseccin de L.C.1 con la horizontal del 100 %
pasante e interseccin de L.C.2 con interseccin de 0 % pasante. Esta
lnea de unin corta en A a la recta que representa el rido deseado,
cuya ordenada (x) indica la proporcin que debe tomarse del rido 1
para la mezcla. Procediendo anlogamente se ubica el punto B, siendo
(y) la proporcin a tomar del rido 2 y (z) la del rido 3.
Es de fundamental importancia el trazado de las rectas
compensadoras de los agregados, mencionadas en el punto 3, ya que
pequeas oscilaciones en su inclinacin representan variaciones
importantes en el porcentaje de los ridos que constituirn la
mezcla.
1: curva granulomtrica del rido 1 a mezclar
2: curva granulomtrica del rido 2 a mezclar
3: curva granulomtrica del rido 3 a mezclar
Md: curva granulomtrica del rido deseado
L.C.1: lnea de cierre 1
L.C.2: lnea de cierre 2
L.C.3: lnea de cierre 3
Mtodo analtico (Mtodo del mdulo de fineza)
Algunos autores indican que es suficiente para obtener una curva
mezcla dada M, que tenga igual mdulo de fineza que la deseada Md
para obtener similares propiedades del hormign. Dada la
interpretacin geomtrica del mdulo de fineza, esto significa que las
reas comprendidas a uno y otro lado de Md, es decir, el rea entre M
y Md, se compensan.
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Se resuelve para el caso de dos agregados, con el planteo de dos
ecuaciones con dos incgnitas:
Donde MF significa mdulo de fineza: MF1, MF2 y MFd relativos a
los materiales 1, 2 y deseado. Para el caso de tres agregados el
mtodo pierde efectividad puesto que se llega a tener tres incgnitas
y se pueden plantear solamente dos ecuaciones. Se puede condicionar
una tercera pero esto es arbitrario. Ocurre lo mismo para los casos
de ms de tres agregados.
El mtodo grfico presenta la ventaja de poder llevar a cabo
mezclas de ms de tres agregados.
Aplicando el mtodo analtico a una mezcla de dos agregados se
obtiene: % que pasa Tamiz
Arena ideal Arena gruesa Arena fina IRAM 9.5 mm 100 100 100 IRAM
4.8 mm 98 95 100 IRAM 2.4 mm 92 85 100 IRAM 1.2 mm 70 50 95 IRAM
590 m 40 15 90 IRAM 297 m 20 5 60 IRAM 149 m 6 0 20
El modulo de finura del agregado ideal resulta de 2.74, para la
arena gruesa de 3.5 y para la arena fina de 1.35.
Al resolver este sistema de ecuaciones resulta que x = 0.35 e y
= 0.65.
x * MF1 + y * MF2 = MFd
x + y = 1
x * 1.35 + y * 3.5 = 2.74
x + y = 1
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Estos mtodos de mezclas nos permiten acercarnos a la curva
deseada. Una vez determinadas las proporciones, se procede a la
mezcla y se analiza cun cerca est de la deseada o si se encuentra
dentro de los entornos granulomtricos establecidos (curvas lmite).
De no satisfacerse se varan racionalmente las proporciones, segn
sea el exceso o defecto de algunos tamaos.
Cuando la granulometra buscada debe satisfacer las curvas
lmites, como curva deseada puede adoptarse el promedio de los
lmites.
PROPIEDADES FSICAS DE LOS AGREGADOS Contenido de Humedad Al
interior de las partculas de los agregados, el agua puede ingresar
ya que stos resultan tener una determinada porosidad constituida
por poros permeables. Desde este punto de vista, solamente
interesan los poros interconectados con la superficie, su tamao y
su volumen, no participando los poros impermeables. Adems, el agua
puede quedar retenida en la superficie de las partculas formando
una pelcula adherida a la misma.
Segn el grado de saturacin que presenten los granos deben
considerarse distintos estados. Los mismos cobran importancia en la
elaboracin de los hormigones, ya que existe una tendencia del
agregado a absorber agua, tomando parte del agua de mezclado cuando
est seco o parcialmente saturado, o de entregar agua a la mezcla
cuando presenta humedad superficial. En el primer caso disminuye la
razn a/c y la trabajabilidad de la mezcla. Los estados en que se
pueden encontrar los agregados son ilustrados en la figura 7.
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Figura 7. Contenido de humedad en agregado
Estado Seco (S): la humedad del agregado es eliminada totalmente
mediante secado en estufa a 105 C hasta peso constante. Los poros
permeables se encuentran vacos. Este es un estado tpico de
laboratorio.
Seco al aire: no existe humedad superficial y los poros
permeables se encuentran parcialmente llenos de agua. Este estado
es el que se encuentra habitualmente en la naturaleza. Es un estado
intermedio entre el seco y saturado y superficie seca.
Saturado y superficie seca (SSS): no existe humedad superficial
y los poros se encuentran llenos de agua. Estado de
laboratorio.
Saturado y superficie hmeda (SSH): existe una pelcula
superficial de agua y los poros se encuentran llenos de agua. Es un
estado natural.
Absorcin y Humedad Superficial De los estados indicados en la
figura anterior surgen dos caractersticas que cobran inters para la
dosificacin y/o la correccin de mezclas en obra: Absorcin total y
Humedad superficial.
La absorcin total es el mximo peso de agua que el agregado puede
absorber. Se determina midiendo el incremento en peso de una
muestra seca en horno despus de sumergirla en agua durante 24 hs.
Su valor es la relacin del incremento de peso con respecto al peso
de la muestra seca, expresada como porcentaje
Atotal=100 * [(Psss - Ps)/Ps]
La humedad superficial es el agua en exceso que tiene el
agregado con respecto a su estado saturado y superficie seca.
Prcticamente ser el agua que aportar a la mezcla.
Hsuperficial=100 * [(Pssh - Psss)/Ps]
Las normas IRAM 1520:2002 y 1533:2002 especifican los
procedimientos para la determinacin de la absorcin total de agua de
agregados finos y gruesos respectivamente.
Esponjamiento de la Arena Los agregados gruesos apilados en el
exterior se encuentran generalmente en un estado de semi-saturacin,
con absorciones efectivas menores del 1%, mientras que los finos
presentan humedad superficial que varan entre 0 % al 5 %. El alto
valor de humedad superficial presente en las arenas es consecuencia
de la pelcula de agua adherida a los granos y que forma meniscos
entre los mismos. La formacin de esos meniscos crea una pelcula de
agua ms gruesa entre las partculas separndolas y, de esta manera,
origina un mayor volumen
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aparente. Este fenmeno es conocido como esponjamiento o
abultamiento y puede causar errores en la dosificacin de las
mezclas cuando las mismas se realizan en volumen o cuando se
realiza la compra del material en volumen. En la figura 8 se
indican los estados mencionados: a) Granos secos en contacto, b)
Granos rodeados de pelcula de agua superficial y c) Granos
saturados.
Figura 8. Efecto de esponjamiento en agregado fino (Mindess)
Figura 9. Modificacin del volumen por esponjamiento (PCA)
Densidad de los Agregados El agregado generalmente presenta
poros permeables e impermeables, lo cual hace que el trmino
densidad deba ser cuidadosamente definido. La densidad relativa
absoluta se refiere al volumen del material slido excluyendo todos
los poros (permeables e impermeables) y se define como la relacin
del peso del cuerpo al peso de un volumen igual de agua destilada,
a una temperatura normalizada. Para su determinacin se pulveriza el
material a fin de eliminar la porosidad. Este valor de densidad
absoluta no interesa desde el punto de vista de la tecnologa del
hormign, slo se lo emplea para determinar la porosidad del
agregado. La porosidad
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expresada en por ciento se puede obtener aplicando la siguiente
expresin:
Porosidad (%) = 100. (Densidad absoluta-Densidad
aparente)/Densidad absoluta
Densidad Relativa
Es la relacin de la masa, en aire, de un volumen unidad de un
material permeable, incluyendo los vacos permeables e impermeables,
a una temperatura determinada, a la masa en aire de un volumen
igual de agua pura.
Densidad Relativa Aparente Es la relacin de la masa, en aire, de
un volumen unidad de la porcin impermeable de un material, a una
temperatura determinada, a la masa en aire de un volumen de agua
pura. La norma IRAM indica que pueden calcularse las densidades
correspondientes en estados secos y saturados con la superficie
seca. La densidad aparente es la que se emplea en la dosificacin de
las mezclas ya que se considera que la pasta de cemento por su
viscosidad no puede penetrar en los poros permeables.
Densidad del Agregado Grueso
El cociente de la expresin matemtica de la densidad ya indicada
puede hallarse prcticamente como el peso del agua desplazada por el
material (principio de Arqumedes). A continuacin se indican las
expresiones para determinar la densidad y la densidad aparente.
Densidad relativa seca = Ps/(Psss - Pa)
Densidad relativa saturada y superficie seca = Psss/(Psss -
Pa)
Densidad relativa aparente = Ps/(Ps - Pa)
Pa = peso de la muestra seca en horno (105 C)
Psss = peso de la muestra saturada y superficie seca
Pa = peso de la muestra en agua
V = Psss - Pa = Vol(permeables e impermeables) * dagua
V = Ps - Pa = Vol(permeables) * dagua
Densidad del Agregado Fino
Para la determinacin de la densidad relativa de las arenas se
emplea normalmente el volumenmetro de Le Chatelier. Por diferencia
de lectura del menisco de la columna de agua puede determinarse el
volumen del conjunto de partculas, de peso P.
Densidad relativa = P/(lf - Ii)
Tambin puede emplearse el procedimiento recomendado por la norma
IRAM 1520:2002, para lo cual debe disponerse de un matraz aforado
de 500 cm3. El volumen es la diferencia entre los volmenes del
matraz y del agua agregado al mismo para llegar a la marca de 500
cm3, luego que se han incorporado 500 g de arena. La norma IRAM
especifica la determinacin de la densidad relativa de la muestra en
estado seco y saturada con superficie seca. En la Tabla 5 se dan
los valores caractersticos de la densidad relativa saturada y
superficie seca de materiales empleados habitualmente en el pas y
su gama de variacin.
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Tabla 5: Densidad de los Agregados TIPO DE AGREGADO DENSIDAD
Areniscas 2.5 - 2.6 Silceos 2.5 - 2.8
Calcreos 2.6 - 2.7 Granitos 2.6 - 2.7 Basaltos 2.7 - 3.0
Peso Unitario o de la Unidad de Volumen (PUV) El peso unitario
se define como el peso de un volumen unitario de agregado. El grado
de compactacin como as tambin la humedad que presenta el agregado
hacen variar el valor del PUV al modificar el volumen de vacos
entre las partculas y el peso respectivamente. Cuando se especifica
el peso unitario debe mencionarse claramente el estado de humedad
de los agregados y el grado de compactacin. La norma IRAM 1548:2003
indica los procedimientos para su determinacin. Este valor se
utiliza en el pasaje de una dosificacin en peso a volumen, en la
compra de agregados por volumen, y en mtodos de dosificacin
racional. En la Tabla 6 se dan algunos valores caractersticos.
Tabla 6. Peso Unitario de los Agregados, t/m3
MATERIAL HUMEDAD PUVsuelto PUVcompactado Rodados silceos 19-5 mm
Seco o hmedo 1.46 - 1.57 1.59 - 1.62 Rodados silceos 38-5 mm Seco o
hmedo 1.52 - 1.65 1.67 - 1.80 Granito, PP 19-5 mm Seco o hmedo 1.36
- 1.46 1.52 - 1.65 Granito, PP 38-5 mm Seco o hmedo 1.41 - 1.54
1.60 - 1.73 Arena silcea 0.0 % 1.44 - 1.60 1.52 - 1.65 Arena silcea
0.7 % 1.36 - 1.52 - - - - Arena silcea 5.0% 1.17 - 1.31 - - - -
Arena silcea 11.0% 1.36- 1.52 - - - -
Porcentaje de Vacos Relacionando los conceptos de densidad y
peso unitario se puede determinar el porcentaje de vacos de la
muestra que resulta matemticamente igual a:
% de vacos = 100 *(Densidad - PUV)/Densidad
AGREGADOS LIVIANOS Son agregados que tienen un peso unitario
-menor de 1120 kg/m3- y encuentran aplicacin en la produccin de
varios tipos de hormigones livianos. El bajo peso es debido a su
microestructura celular o altamente porosa. Puede notarse que
materiales orgnicos, tales como el aserrn, no deben utilizarse como
agregado por la poca durabilidad que presentan en un medio
alcalino-hmedo, como es el hormign de cemento portland. Este tipo
de agregado puede ser de origen natural o producido sintticamente.
Los agregados livianos naturales son fabricados por procesado de
rocas gneas volcnicas, como la pumicita, escoria o toba. Los
agregados livianos sintticos pueden ser manufacturados por
tratamiento trmico desde una variedad de materiales, por ejemplo,
arcilla, pizarras, esquistos, diatomita (algas con cubierta
silcea), vermiculita, perlita, escoria de alto horno y cenizas
volantes.
Actualmente, hay un amplio espectro de agregados livianos con
pesos unitarios desde 80 a 900 kg/m3. Los agregados muy livianos,
en un extremo del espectro, son generalmente dbiles
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y en consecuencia son ms apropiados para elaborar hormigones no
estructurales aislantes. En el otro extremo, estn los agregados
livianos que son relativamente menos porosos, cuando la estructura
de poros consiste en una uniforme distribucin de poros finos, el
agregado es usualmente fuerte y capaz de producir hormigones
estructurales.
Agregados Livianos Sintticos
Se conocen una gran variedad de marcas comerciales de agregados
de esta categora, pero la mejor clasificacin se basa en la materia
prima utilizada. Estos agregados producidos por aplicacin de calor
a fin de expandir la arcilla, pizarra, vermiculita, etc. El mtodo
ms comn y original para elaborar agregados livianos, es el que
utiliza hornos giratorios, similares a los empleados en la
fabricacin del cemento portland. La materia prima se calienta hasta
una fusin incipiente, usualmente entre los 1000 y 1200 C. En esta
etapa se forma el vidrio que llena los poros de las partculas.
Mientras el material se encuentra en el estado piroplstico, se
forman gases por disociacin y reaccin entre los componentes, que al
quedar atrapado en el vidrio, causan la expansin o hinchazn de las
partculas de agregado. El vidrio que se forma debe tener una
viscosidad que le permita atrapar al gas y evitar la aglomeracin de
las partculas. La presencia de hierro en estado ferroso (menor
estado de oxidacin) reduce la temperatura de formacin del vidrio.
La estructura porosa se conserva en el enfriamiento, de modo que la
densidad aparente del material expandido es menor que la del
material antes del proceso trmico.
La arcilla expandida por este mtodo se denomina comercialmente
Leca. El hormign elaborado con arcilla o pizarra expandidas tiene,
generalmente, una mayor resistencia que cualquier otro hormign de
agregado liviano. La densidad aparente est entre 600 y 1100 kg/m y
la absorcin entre 5 y 20 %. La vermiculita expandida por
calentamiento es utilizada en aislaciones trmicas, pero por su baja
resistencia no se la emplea en hormigones estructurales.
AGREGADOS PESADOS Comparando con los hormigones de agregado de
peso normal, los cuales tpicamente tienen un peso unitario de 2400
kg/m3, los hormigones pesados se encuentran entre los 2880 y 6080
kg/m3. Encuentran su aplicacin para la proteccin de la radiacin
nuclear. Los agregados pesados, de mayor densidad que los normales,
producen hormigones pesados. Las rocas naturales disponibles para
producir agregados pesados consisten en dos tipos de minerales de
bario, varios minerales de hierro y minerales de titanio (Tabla
7).
Tabla 7. Caractersticas de los Agregados Pesados TIPO DE
AGREGADO COMPOSICIN QUMICA DENSIDAD PUV(kg/m3)
Baritina BaSO4 4.5 2320 Magnetita Fe304 5.2 2720 Hematita Fe203
4.9-5.3 3040
Agregado de Fe Fe 7.85 4480
AGREGADOS RECICLADOS Los cascotes de hormign de edificios
demolidos, en los cuales el agregado se encuentra contaminado con
pasta de cemento hidratada, yeso y en menor cantidad, de otras
sustancias, se utilizan como agregados en los centros urbanos donde
escasean los agregados naturales. La fraccin fina contiene
principalmente pasta de cemento hidratada y yeso, siendo
inapropiada para la elaboracin de mezclas de hormign fresco. El
agregado fino proveniente de una
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Tecnologa del hormign Pgina 23/25
demolicin parece no tener un efecto importante en la resistencia
a compresin del hormign nuevo, pero si reducir la
trabajabilidad.
Sin embargo, la fraccin gruesa aunque se encuentre cubierta de
pasta ha sido utilizada satisfactoriamente en varios estudios de
laboratorio y de obra. La diferencia ms notable en las propiedades
fsicas del agregado de hormign reciclado es su mayor absorcin de
agua, la cual puede deberse a la absorcin que realiza la pasta de
cemento adherida a las partculas. Una revisin de varios estudios
indica que, comparando con hormigones conteniendo agregados
naturales, el hormign con agregados reciclados tienen al menos 2/3
de la resistencia a compresin y mdulo de elasticidad. La
resistencia a flexin, en algunos casos, puede llegar a ser un 20 %
menor. La trabajabilidad y la durabilidad son satisfactorias. Sin
embargo, algunas evidencias muestran que cuando el hormign falla,
la adherencia del mortero al agregado grueso reciclado es lo que
constituye la unin ms dbil.
El mayor obstculo del empleo de este tipo de agregado es el
costo de la trituracin, el cribado, el control del polvo y la
separacin de los constituyentes no deseables. El hormign reciclado
o desechos de hormign que son triturados pueden ser una fuente
econmica de agregados donde los buenos agregados son escasos y
cuando el costo de la deposicin de los desechos se incluye en el
anlisis econmico.
Arcilla expandida Escoria de alto horno Piedra pmez
Vermiculita expandida Perlita expandida Escombro de
demolicin
Figura 10. Agregados livianos y reciclados
BENEFICIO DE AGREGADOS El procesamiento del agregado consiste
en: (1) procesamiento bsico trituracin, tamizado y lavado para
obtener la granulometra y la limpieza adecuadas y (2) beneficio
mejoramiento de la calidad a travs de mtodos de procesamiento,
tales como separacin en un medio pesado, tamizado con agua,
clasificacin por corriente ascendiente y trituracin.
En la separacin en medio pesado, los agregados pasan a travs de
un lquido pesado compuesto de minerales pesados finamente
granulados y agua, proporcionado para tener una masa especfica
relativa (densidad relativa) menor que las partculas de agregado
deseadas pero mayor que las partculas dainas. Las partculas ms
pesadas se hunden en el fondo
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mientras que las partculas ms livianas flotan en la superficie.
Este proceso se puede usar cuando las partculas aceptables y las
dainas tienen masas especficas relativas muy diferentes.
El tamizado separa las partculas con pequeas diferencias de masa
especfica pulsando una corriente de agua. Las pulsaciones de agua
hacia arriba a travs de un tamiz (una caja con el fondo perforado)
mueven el material ms ligero para formar una capa sobre el material
ms pesado. Entonces, se remueve la capa de arriba.
La clasificacin por corriente ascendente separa las partculas
con grandes diferencias de masa especfica. Los materiales ligeros,
como la madera y el lignito, flotan en una rpida corriente
ascendiente de agua.
La trituracin tambin se usa para remover las partculas blandas y
desmenuzables de los agregados gruesos. Este proceso es, algunas
veces, el nico medio para lograr la utilizacin de este material.
Infelizmente, en cualquier proceso, parte del material aceptable
algunas veces se pierde y la remocin de las partculas dainas puede
ser difcil y costosa.
MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS Los agregados se deben
manejar y almacenar de manera que se minimicen la segregacin y la
degradacin y que se prevenga la contaminacin con sustancias
deletreas. Las pilas se deben construir en capas delgadas de
espesor uniforme para minimizar la segregacin. El mtodo ms econmico
y aceptable de formacin de pilas de agregados es el mtodo de volteo
con camin, que descarga el material de manera que no se lo separe.
Entonces, se recupera el agregado con un cargador frontal. El
cargador debe remover porciones de los bordes de la pila desde la
parte inferior hacia la parte superior, de manera que cada porcin
contenga una parte de cada capa horizontal.
Cuando no se entregan los agregados en camiones, se pueden
obtener resultados aceptables y econmicos con la formacin de pilas
en capas con un cucharn de quijadas (mtodo de tirar y extender). En
el caso de agregados no sujetos a degradacin, se pueden tender los
agregados con un tractor de neumtico (llantas) de caucho y
recuperar con un cargador frontal. Al tender el material en capas
finas, la segregacin se minimiza. Sea el manejo con camin, con
cargador, con cucharn de quijadas o estera (banda) transportadora,
no se deben construir pilas altas en forma de cono, pues resultan
en segregacin. Sin embargo, si las circunstancias demandan la
construccin de pilas cnicas, o si las pilas se han segregado, las
variaciones de la granu-lometra se pueden disminuir cuando se
recupera la pila. En estos casos, los agregados se deben cargar con
un movimiento continuo alrededor de la pila para que se mezclen los
tamaos, en vez de comenzar en un lado y trabajar en lnea recta a
travs de la pila.
Los agregados triturados segregan menos que los agregados
redondeados (grava) y los agregados mayores segregan ms que los
agregados menores. Para evitar la segregacin del agregado grueso,
las fracciones de tamao se pueden amontonar y dosificar
separadamente. Sin embargo, los procedimientos de amontonamiento
adecuados, deben eliminar esta necesidad. Las especificaciones
ofrecen un rango de las cantidades permitidas de material en cada
fraccin debido a la segregacin en las operaciones de amontonamiento
y dosificacin.
Los agregados que han sido lavados se deben amontonar con
anticipacin suficiente para que se drenen, hasta una humedad
uniforme, antes de su uso. El material fino hmedo tiene una
tendencia menor para segregar que el material seco. Cuando el
agregado fino seco se descarga en los cubos o esteras (bandas)
transportadoras, el viento puede llevarse los finos. Esto se debe
evitar al mximo.
Las mamparas o las divisiones se deben usar para evitar la
contaminacin de las pilas de agregados. Las divisiones entre las
pilas deben ser suficientemente altas para prevenir el mezclado de
los materiales. Los depsitos de almacenamiento deben ser circulares
o casi cuadrados. Su fondo debe tener una inclinacin mayor que 50
grados con la horizontal en todos
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los lados hasta un escurridero central. Al cargarse el depsito,
el material debe caer verti-calmente sobre el escurridero dentro
del depsito. El vaciado del material dentro del depsito en un ngulo
y contra los lados del depsito causar segregacin. Las placas de
desviacin o divisores ayudarn a minimizar la segregacin. El depsito
se debe mantener lleno si es posi-ble, pues reduce la rotura de las
partculas de agregados y la tendencia de segregacin.
Nota: Para la preparacin del presente apunte de ctedra se han
tomado como base las siguientes publicaciones: HORMIGN: ESTRUCTURA,
PROPIEDADES Y MATERIALES. Unidad 3: AGREGADOS PARA HORMIGN.
Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional del Centro de la
Provincia de Buenos Aires. Diseo y control de mezclas de hormign,
S. H. Kosmatka, B. Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi, Portland
Cement Association, 2004. Curso de Tecnologa del hormign, A.
Castiarena, Asociacin Argentina de Tecnologa del Hormign, 1994.
Concrete, S. Mindess, J.F. Young, Prentice Hall, Inc., E.E.U.U.,
1981.
Santa Fe, marzo 2013