Tecnología Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados
TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES Separatas de clase
Contenido CAPITULO 1
PROPIEDADADES DE LOS MATERIALES
CAPITULO
!ORMALI"ACIO! # E!SA#OS E!SA#OS
CAPITULO 3
A$RE$ADOS
CAPITULO %
A$LOMERA!TES
CAPITULO &
A$UA
CAPITULO (
AL)A*ILERIA +LADRILLOS,
CAPITULO -
ACERO
CAPITULO
MADERA
CAPITULO
ROCAS DE CO!STRUCCI/!
CAPITULO '
CAPÍTULO 3
CO!CRETO
AGREGADOS
Dr. In. !a"ier E. Arrieta #re$re
%&'%
0aier Arrieta 2rere
1
Tecnología Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados
CAPÍTULO 3 ( AGREGADOS 3.1 DEFINICIÓN FUNCIONES 3. 3.4 PROPIEDADES
3.2 CLASIFICACIÓN
3.7 MANEJO
3.8 APLICACIONES APLICACIONES
3.3 CARACTERÍSTICAS Y
3.5 ENSAYOS y NORMAS
3.6 REQUERIMIENTOS
3. MERCADO LOCAL
El empleo de rocas con fines utilitarios utilitarios se ha efectuado desde tiempos remotos prehistóricos hasta la actualidad y de muy diversas diversas formas. Se les les utiliza en obras de edificaciones, en obras obras viales, como materia prima para la obtención de variados aglomerantes tales como el yeso y el cemento, se les emplea como revestimientos en presas, para la conformación de muelles y para defensas ribereñas; en fin, las rocas pueden estar casi en su estado natural o pueden seguir procesos artesa artesanal nales es o indust industria riales les requer requerido idos s en las divers diversas as cadena cadenas s de valor valor de la indust industria ria de la construcción. Por razones tcnicas y económicas en la elaboración de concretos y morteros se utilizan part!culas fina finas s y grue gruesa sas, s, deno denomi mina nada das s "rid "ridos os,, prov proveni enien ente tes s de roca rocas s !gne !gneas as,, sedi sedime ment ntar aria ias s o metamórficas. Estos "ridos en general no reaccionan qu!micamente con la pasta de cemento hidratado y definen importantes propiedades de
las mezclas al representar hasta las tres
cuartas partes del volumen total.
3.'.( DE#INICIONES DE#INICIONES Se define como # areado) al producto de la desagregación de las rocas naturales que conforman un con$unto de part!culas inorg"nicas de dimensiones dimensiones fi$adas en la %&P '((.()) '((.()) y que se utilizan , para fines de este estudio, en la elaboración de mezclas de cemento principalmente * morteros y concretos+. os agregados utilizados en mezclas asf"lticas para la elaboración de pavimentos est"n regidos por las normas -SS&/ -SS&/ y requerimientos de la mec"nica de suelos. 0n crit criter erio io de clas clasif ific icac ació ión n de los los agre agrega gado dos s es por por sus sus dime dimens nsio iones nes;; as! as! se tien tienen en los los denominados finos y gruesos a los cuales se les designa como arenas $ piedras respectivamente. &ienen gran influencia en las mezclas en que intervienen, pues de sus caracter!sticas f!sicas, qu!micas y mec"nicas dependen los resultados que se buscan en las mezclas. os agregados que a continuación se tratan, son aqullos empleados para mezclas de concretos hidr"ulicos y al constituir apro1imadamente el 234 de su volumen su rol es evidentemente de importancia. 5esde el punto de vista macroscópico, los agregados constituyen la fase discontinua del concreto mientras que las pasta de cemento hidratado, que rodea cada una de las part!culas constituye la fase continua.
3.%.( CLASI#ICACI*N os criterios para clasificar y estudiar los agregados son diversos, entre los usuales se tiene6 su origen geológico, la manera de su obtención, el tamaño, la forma, su peso.
3.%.' Clasi+icaci,n por s- orien
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Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados as canteras de agregados est"n relacionadas a la historia geológica de la región circundante y sobre todo al tipo de roca que dio origen a dichos depósitos. os agregados para mezclas y pavimentos provienen principalmente de rocas !gneas y de algunas rocas sedimentarias. - continuación se resumen r"pidamente las caracter!sticas de las rocas clasificadas por su origen geológico7 as rocas neas, que conforman la mayor parte de la corteza terrestre, proveen de materiales idóneos para la construcción; as! mismo de la transformación de las rocas !gneas, por meteorización principalmente, producen rocas sedi/entarias muchas de ellas igualmente utilizables en la construcción y, finalmente, de la descomposición de las !gneas y sedimentarias acompañados de procesos de presión y altas temperaturas se conforman las rocas /eta/,r+icas igualmente de pr"cticos empleos.
i0
Rocas neas6 se forman por el enfriamiento y solidificación del magma en procesos de variable velocidad y profundidad. Est"n formadas por minerales fundamentales como los silicatos, presentes en gran proporción en la litósfera *corteza terrestre+ y se clasifican en6
intr-si"as *plutónicas o abisales+ formadas a gran profundidad y una
lenta velocidad de
solidificacación,
+ilonanas *hipoabisales+ consolidadas a media profundidad y media velocidad de enfriamiento
e1tr-si"as 2volc"nicas o efusivas+ formadas superficialmente *erupciones volc"nicas+ a altas velocidades de solidificación Entre las principales tipos de rocas !gneas se tiene los granitos, la granodiorita, la sienita, la riolita, la andesita,, el gabro, el basalto.
Granito de consolidación y te1tura cristalina, con$untamente con la granodiorita y la diorita proporcionan e1celentes agregados a sienita y la riolita se emplea para enchapes y como ornamento. El gabro y el basalto se utilizan para enrocamientos, proporcionan e1celentes agregados tambin
ii0
Rocas sedi/entarias4 Se forman de dos maneras; a+ por desintegración de rocas !gneas, metamórficas o mismas sedimentarias en un completo proceso de desintegración por erosión, transporte, sedimentación y consolidación b+ por sedimentación qu!mica en el caso de carbonatos
Las cali5as por su alto contenido de 8/98a se emplea para la obtención de cales y cementos; las areniscas de grano fino y cementada en una matriz conveniente es un material muy utilizado, los caolines y las l-titas se emplean para elementos cer"micos, el tra"ertino se utiliza para enchapes y se aprovecha su contenido de 8a/,
iii0
Rocas /eta/,r+icas formadas a grandes profundidades a partir de las !gneas y sedimentarias acompañadas de altas temperaturas y presiones que modifican su estructura
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3
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados El /6r/ol es una caliza metamórfica que se emplea para fines ornamentales, se puede pulir y tiene alta resistencia al desgaste; la pi5arra caracteriza por sus planos de desfoliación caracter!sticos se emplea en recubrimientos y enchapes
3.%.% Clasi+icaci,n por s- o7tenci,n E1isten materiales que pr"cticamente se utilizan en su estado natural y otros en que la intervención del hombre puede ser importantes; en este sentido se tiene6
i0 Nat-rales, que requieren proceso muy simple de e1tracción y transporte como podr!a ser las arenas y piedras en canteras de r!o
ii0 Ind-striales requieren de una intervención m"s organizada y consumen recursos significativos; en este caso se tiene como e$emplo la e1plotación de canteras rocosas mediante medios mec"nicos importantes incluyendo voladuras, la producción de piedra partida mediante el uso de chancadoras. :gualmente comprende esta categor!a el empleo de sub productos industriales como las escorias de altos hornos siderrgicos ubicados en la zona norte, sur y central del pa!s6 Estas escorias se emplean como agregado fino y grueso del concreto o tambin puede usarse como cementante puzol"nico una vez molido muy finamente. El cascote de ladrillo, constituido por pedazos de ladrillos de arcilla, limpios y de buena calidad permiten obtener concretos de resistencia y densidad que dependen del tipo de ladrillo. os ladrillo poroso no deben usarse debido al riesgo de penetración de la humedad, que puede ocasionar corrosión en el refuerzo. En las zonas de selva ba$a como adre de 5ios las canteras del agregado ptreo se encuentran a considerables distancias *canteras m"s cercanas a m"s de 9?( @m. de
3.%.3 Clasi+icaci,n por s- procedencia os pasados y actuales procesos geológicos que originan la formación de canteras y depósitos o sus modificaciones subsecuentes son determinantes para definir la ubicación, el tamaño, la forma, la calidad, la granulometr!a, el perfil, la te1tura, la uniformidad y otras propiedades de los agregados. Estos agregados as! caracterizados se localizan en los siguientes tipos de depósitos 0aier Arrieta 2rere
%
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados i0 Depósitos fluviales. Se refieren a los depósitos ubicados en los lechos o cauces de los r!os y que pueden ser de grandes potencias *profundidades+. Se tratan de materiales naturalmente seleccionados y clasificados por transporte y desgaste por fricción; presentan las siguientes caracter!sticas a+ part!culas de perfil redondeado y te1tura suavizada, b+ granulometr!a seleccionada en función a las pendientes del r!o y la capacidad de sedimentación local, c+ el rozamiento debido al transporte elimina parcialmente los materiales m"s dbiles. a piedra y la arena se obtienen por separado con un r"pido tamizado local. &ambin se encuentra lo que se denomina 8or/i,n que corresponde a una mezcla natural de agregado grueso contenido en una matriz mayoritaria de fino *entre el B( al 2(4+ y de gran potencia en muchos casos. E$emplo de ello se tiene los lechos antiguos y actuales del Dimac, ur!n, 8hillón y en general de todos los r!os de la costa y de la sierra.
ii0 Cono de de$ecci,n. 8onstituido por volmenes apreciables de material dietr!tico con part!culas semi angulosas y mal clasificadas que se producen en las zonas donde el r!o presenta bruscos cambios de pendientes provocando zonas de mayor sedimentación. Suelen superponerse o mezclarse cuando se producen avenidas torrenciales no frecuentes. Se presentan en "reas en forma de semicono de suave pendiente depositada en la desembocadura de los r!os. - t!tulo ilustrativo se tiene el cono de deyección del r!o D!mac que ha variado *divagado+ hacia el norte y sur de su posición actual y que en muchos sitios su potencia *profundidad+ llega a un centenar de metros.
iii0 Dep,sitos laciares. >aterial que ha sido transportado por la nieve y el hielo sin haber sufrido una apreciable acción de desgaste y clasificación; presenta formas y tamaños heterogneos que var!an mucho de calidad al no haber actuado las acciones de la corriente de los r!os; es necesario enrgicos procesos de chancado y clasificación como se dan en las cantera de a loria y se daban en a >olina
i"0 Dep,sitos e,licos. Se da en la formación de dunas. El material acarreado por el viento es e1clusivamente compuesto de arena fina redondeada y cuarzosa dado que el intenso acarreo produce desgaste y eliminación de part!culas dbiles. Se la emplea para preparar morteros y en la fabricación de ladrillos calc"reos, como sucede en omo de 8orvina, en la salida sur de ima.
"0 Dep,sitos de lec8o de /ar . Son agregados limpios y de buena durabilidad. En el caso de ser utilizados para preparar concreto debe hacerse an"lisis qu!mico para determinar el porcenta$e de sales.
"i0 Piedra c8ancada. Se presenta en los casos en que la e1plotación de la cantera de cerro se hace por voladura y se continua con un proceso completo de chancado, clasificación y lavado. &ambin se aplica en casos de la trituración de canto rodado obtenido directamente del r!o o tambin a partir del material e1tra!do de las e1cavaciones efectuadas en los procesos de crecimiento inmobiliario y vial de las ciudades como es el caso del boom de la vivienda y de las v!as e1presas en ima.
3.%.9 Clasi+icaci,n por s- peso a composición de los minerales que componen las rocas as! como su densidad y porosidad definen el peso volumtrico de los concretos en los que estos agregados intervienen. os agregados que producen concreto cuyo peso unitario var!a de ?)(( a ?'(( @gCm9, se denominan
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&
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados de peso normal; los que var!an de 9?( a )B(( @gCm9 se denominan de peso ligero y los que var!an de ?'(( a 'F(( @gCm9 se denominan de gran peso.
i0
Agregados de peso normal . os agregados usualmente empleados en nuestro medio como la arena, grava, piedra triturada y hormigón tienen pesos unitarios de alrededor de )2(( a )F(( @gCm9 y pesos espec!ficos del orden de ?.2 con los que se producen concretos de pesos volumtricos denominados normales de ?)(( a ? '(( @gCm9.
ii0
Agregados de peso ligero. -gregados provenientes de rocas volc"nicas como el sillar o de arcillas e1pansivas tienen pesos menores a los denominados normales y producen concretos de entre )?(( a )F(( @gCm9; estos concretos se utilizan por sus caracter!sticas aislantes o en la reparación de losas de puentes para reducir la carga muerta de diseños.
iii0
Agregados de peso elevado. a hematita, magnetita, bau1ita y recortes de acero y munición de elevados pesos unitarios y espec!ficos se utilizan en la elaboración de concretos de m"s de 9?(( @gCm9 y 'F(( @gCm9; sin embargo el empleo de arenas naturales permite reducir los pesos volumtricos de los concretos resultantes. Estos concretos se les emplea como blinda$es y aislantes de radiaciones en centrales nucleares y hospitales para proteger a obreros y equipo de los peligrosos efectos de los rayos G, de los rayos gama y de la radiación radioactivas..
.PROPIEDADES #ISICAS DE AGREGADOS : CONCRETOS Tipo de agregado
Peso específico del agregado
Peso unitario del concreto (Kg/m3 )
De rocas ígneas
.'4 5 .(&
344 a %44
Arcillas e6pansias
1.%4 5 .14
1 44 a 1 -44
)arita
%.44 5 %.'4
33 a &'3
Il7enita
%.34 5 %.-4
&'3 a (%
8e7atita
%.4 5 &.34
--& a 3 4&
Magnetita
%.4 5 &.4
%43 a 3 4%%
Recortes de acero
'.4 5 (.-4
3 '-' a % '%(
3.%.; Clasi+icaci,n por s- radaci,n +or/a $ te1t-ra. Por el tamaño de las part!culas del agregado las normas definen el agregado fino *arenas+ y el agregado grueso *piedras+ y se incluye tambin el denominado agregado global u hormigón. El agregado grueso lo constituyen las part!culas mayores retenidas en la malla 9CFH * I.3 mm+ y se considera para diseño de mezclas hasta tamaños de ?H a 9H. El agregado fino est" compuesto por part!culas que pasan la malla 9CFH y por lo tanto est"n retenidas en las mallas %o' * '.23 mm+ hasta la malla %o ?(( *23 micrones+. as arenas gruesas tienen part!culas superiores a ? mm y las arenas finas menores a ) mm 0aier Arrieta 2rere
'
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados Por su perfil se tiene el agregado redondeado y el anguloso. Jinalmente se tiene el agregado de te1tura lisa y suavizada y el agregado de te1tura rugosa y "spera. a piedra chancada de media es anguloso y de te1tura Kspera.
3.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS !" #$#%
os agregados deben satisfacer ciertos requisitos, f!sicos qu!micos principalmente, relacionados con la forma, el tamaño, la te1tura, la relación entre sus dimensiones, la porosidad, el contenido de humedad, la dureza. 5eben consistir en part!culas limpias, duras, resistentes y durables, libres de sustancias qu!micas, recubrimientos de arcilla, o de otros materiales finos que puedan afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. as part!culas dbiles, quebradizas o laminadas son per$udiciales debido a que producen mezclas no traba$ables, trabadas y algo menos resistentes. 5eber"n evitarse especialmente los agregados que contengan pizarras laminares naturales o esquistos, part!culas blandas y muy porosas y algunos tipos de cuarzo pues tienen mala resistencia al intemperismo. - menudo, basta una inspección visual para descubrir la debilidad o factores inconvenientes en los agregados gruesos. En general, la selección del agregado es determinada por su disponibilidad, sus propiedades f!sicas y su costo de e1plotación o comercial. os agregados que no cumplan las normas o no se tenga suficiente información sobre sus propiedades o no se tenga registro sobre su buen comportamiento, deber"n probarse mediante la elaboración de concretos o morteros para verificar que stos cumplan con los requisitos definidos por el proyectista.
F!"#$ y %&'%("$ )(*&"+,-$ /& $) *$"%0,($).9 La :or7a de las partíc;las la te6t;ra s;pers ?;e en el concreto end;recido. Las partíc;las de s;pers ag;a para prod;cir ;n concreto 7ane@ale ?;e los agregados redondeados o con partíc;las c;oides. Por tanto las partíc;las del agregado ?;e son ang;lares re?;ieren 7>s ce7ento para 7antener la 7is7a relaciBn ag;a9 ce7ento. Sin e7argo c;ando la gradaciBn de los agregados es correcta tanto los agregados trit;rados co7o los no trit;rados general7ente dan la 7is7a resistencia 7anteniendo la dosi6i7o de 1& en peso del agregado total.
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(
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados Coe+iciente "ol-/
CF GH /26 entonces el coeJ
Para ;n grano
;na 7;estra /21 /23 ,:
siendo y d los volmenes y di"metros variables de los distintos tamaños . El valor del coeficiente volumtrico es pequeño para el "rido en forma de plaquetas, 8 pqtL (.(3 y aun m"s pequeño si es de agu$a 8 ag$L (.(). El coeficiente volumtrico del canto rodado suele ser de 8crodL (.)3 y (.?(, mientras que para la piedra partida 8 partL (.)? y (.)3; la -J%/D sugiere estos valores para los concretos de masa y armados respectivamente. as %&P '((. (9I, ('( y (') tratan sobre la determinación de los !ndices de alargamiento y de espesor del agregado grueso.
3.9 PROPIEDADES Entre las principales propiedades de los agregados, entre otras, se tienen las siguientes.
i0 Peso Unitario "ol-// 30. Es la relación del peso del material respecto al volumen del recipiente que lo contiene *volumen aparente, pues incluye los vacios inter part!culas+. Se traba$a con pesos unitarios suelto y compactado. En principio se refieren a pesos de material seco. Se utilizan, entre otros casos, para la determinación de cargas, para el diseño de mezclas de concreto. Se aplica la %&P '((.()2 en la que una muestra seca *arena 3(( g o piedra ? @g+ se introduce en un recipiente de volumen conocido * )C9 pie9, M pie 9 o ) pie 9, segn el tamaño del agregado+ ya sea de manera suelta o compact"ndola en tres capas mediante ?3 golpes aplicados helicoidalmente con una varilla de 3CFH lisa, de B( cm de longitud y de punta semiesfrica. El pesado respectivo del recipiente vacio y lleno de material en una balanza con con apro1 de )( gr permite recolectar los datos y aplicarlos a la siguiente fórmula6
PU 2?>/30 @ Peso /aterial > ol-/en apt 2 Con"ersi,n4 ' /3 @ 3;.3 pie3 0 ii0 Peso Especi+ico.7Es la relación del peso del material al volumen que ocupa la parte sólida, es decir relativo a su volumen absoluto, sin considerar los vacios inter part!culas. Se utiliza para los diseños de mezclas de cemento *concretos y morteros+. a mayor parte de los agregados de peso normal tienen pesos espec!ficos comprendidos entre ?.' y ?.I. %o tiene dimensiones pues se
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-
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados traba$a con P.e. relativos * relativo puesto que el Pe del material se divide entre el Pe del agua, ) gCcc, lo cual no es del todo e1acto+. Se aplica la %&P '((.(?) *agregados gruesos+ y la %&P '((.(?? *arenas+ en la cual una muestra de peso conocido de agregado seco se lleva a la condición de saturado superficialmente seco6 estado SSS; luego se introduce en una probeta o recipiente graduados y por desplazamiento se determina el volumen absoluto. En el caso de material grueso el volumen tambin se puede determina por la ley de -rqu!mides al introducir la muestra de piedra en estado SSS al agua en la canastilla met"lica de la balanza hidrost"tica. a fórmula a aplicar es6
P.e ! Peso material / ol a"s ( adimensional pues se divide entre ) gCcc+
iii0 A7sorci,n $ B-/edad S-per+icial.7 Esta relacionado con la porosidad de las part!culas del agregado y su capacidad para absorber agua. a estructura interna del agregado contiene materia sólida y vacios que pueden contener agua o estar secos 5e acuerdo al contenido de agua que tiene en un momento particular *despus de una lluvia intensa o de algunos d!as de calor intenso+ se define el contenido de humedad del material y se e1presa en porcenta$e relativo al peso del material secado al horno a ))( N8 *hasta que en dos pesadas sucesivas no se evidencie diferencia de pesos+.
Estados de 8-/edad del areado4 Estado6
Estado '4 Secado al Borno
B-/edad 6
&
Estado %4 Secado al aire
Menor -e la /61 8-/edad posi7le.
(((((((((((((((((((( Estado4
Estado 34 Sat-rado s-per+icial/ente seco
Estado 94 B/edo o /oFado
SSS
B-/edad6
M61 8-/edad @ A7sorci,n
Ma$or -e el A7sorci,n
eyenda6
'. Secado al 8orno. 8on capacidad completa de absorber agua. %. Secado al aire.( %o est" completamente seco y puede absorber algo; capacidad de quitar agua a la mezcla 0aier Arrieta 2rere
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados 3. Sat-rados $ s-per+icial/ente secos SSS.( En su m"1imo 4 de humedad con superficie seca que puede tener el agregado; no pueden absorber m"s agua; condición ideal supuesta en el diseño de mezclas
9. B/edos o /oFados.( 8onteniendo un e1ceso de humedad en la superficie; capacidad de aportar agua a la mezcla 5ebido a estas diferentes estados de humedad en que los agregados se pueden encontrar en obra es necesario realizar a$ustes al agua efectiva * agua que se añade a la mezcla directamente en obra+. -s!, se tiene6
a0 Contenido de 8-/edad 20.( El contenido de agua dentro de un agregado e1presado en porcenta$e es 6
8-/edad @
donde
¿
H −S X 100 S
;< P&)! =>#&/! /& $?"&?$/!. S< P&)! )&,! /& $?"&?$/!.
70 PorcentaFe de a7sorci,n 2 A7s.0.( Es la m"1ima cantidad de agua que puede absorber un agregado sin presentar superficie hmeda, e1presado en porcenta$es es6
de a7sorci,n @ A7s. @ donde )&,$
A − S X 100 S
A< P&)! /& $?"&?$/! )$%("$/! ,!@ )(*&"+,-& S< P&)! /& $?"&?$/! )&,!.
c0 AF-ste del a-a e+ecti"a4 Por el estado de humedad del agregado, entonces, puede haber casos que el agregado le quita agua a la mezcla o en otros casos aporta agua; dependiendo si no est" o si alcanzó el estado SSS.
A-a +altante4 Si H a7s. * el agregado quita agua+ -gua que falta L
%abs. −%w 100
x s
A-a de aporte4 Si H J a7s . * el agregado cede agua+6 -gua libre L
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(%w −%abs. ) 100
x s
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Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados a arena aumenta de volumen cuando el agregado fino esta hmedo superficialmente. a humedad superficial mantiene separada las part!culas produciendo un aumento de volumen que se llama #abundamientoH, siendo este factor mayor para las arenas finas que para las gruesas. 8omo la mayor parte de las arenas se entregan hmedas, pueden ocurrir variaciones significativas en las cantidades de las mezclas o tandas si se dosifican por volumen; por ello deben tenerse las precauciones del caso.
EFercicio4 Definir el estado de #umedad de $3% &g de arena sa"iendo 'ue el contenido de #umedad actual es de . * el de a"sorción de 3.+,- calcular la cantidad de agua faltante o de aporte resultante.
3.;
ENSA:OS : NORMAS
as normas que deben consultarse para realizar los ensayos sobre los materiales y determinar sus propiedades y el cumplimiento de los requisitos son principalmente las Nor/as T
A/erican Association o+ State Bi8Ha$ and Transportation O++icials AASBTO 0na relación de %&P ilustrativa pero no limitativa se indica a continuación6 •
%&P '((.()(6 ?(() E1tracción y preparación de las muestras *de agregados+
•
%&P '((.()?6 ?(() -n"lisis granulomtrico del agregado fino, grueso y global
•
•
•
%&P '((.()B6 )III 5eterminación de la inalterabilidad de agregados por medio de sulfato de sodio o sulfato de magnesio %&P '((.()26)III >todo de ensayo para determinar el peso unitario del agregado %&P '((.(?(6 ?((? >todo de ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la degradación en agregado grueso de tamaño grande por abrasión e impacto en la m"quina de os -ngeles
•
%&P '((.(?)6 ?((? >todo de ensayo normalizado para peso espec!fico y a bsorción del agregado grueso
•
%&P '((.(??6 ?((? >todo de ensayo normalizado para peso espec!fico y a bsorción del agregado fino
•
%&P '((.(?'6)III >todo de ensayo para determinar cualitativamente las impurezas org"nicas en el agregado fino para concreto
•
%&P '((.('( 6)III Part!culas chatas o alargadas en el agregado
3.K REUERIMIENTOS as e1igencias y requerimientos que deben cumplir los agregados para la fabricación de concretos o para su utilización en pavimentos es bastantes amplias; a continuación se dan algunas de las 0aier Arrieta 2rere
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Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados principales propiedades indicando los alcances, el procedimiento del ensayo, la aplicación pr"ctica y la norma a seguir.
i0 Resistencia al desaste. Es importante en concretos su$etos a abrasión y desgaste continuo como en el caso de pavimentos, presas o en losas para pisos industriales solicitados a tr"fico pesado. Es un indicador general de la calidad del agregado. El ensayo se realiza mediante el tambor giratorio de os -ngeles segn -S&> 8)9 o la %&P '((.(?( ?((?. Se determina el 4 que pasa la malla %o )? despus de haber sometido una determina carga de agregado a la acción de bolas de metal durante )((( revoluciones.
ii0 Resistencia a la conelaci,n $ des8ielo.7 0na caracter!stica importante del concreto que va a quedar e1puesto a la intemperie es la resistencia a la congelación y deshielo de un agregado; est" relacionada a su porosidad, absorción y estructura porosa interna. Si una part!cula de agregado absorbe demasiada agua, el espacio en los poros no ser" suficiente para dar disipar los esfuerzos de la dilatación del agua que ocurre durante la congelación *incremento del I4 del volumen original de agua+ 8ualquiera que sea la rapidez del congelamiento puede haber un tamaño cr!tico de part!cula, arriba del cual sta falla si est" completamente saturada. Ese tamaño cr!tico depende del porcentahe 4 de porosidad, el tipo de red de los poros * interconectados o no+, permeabilidad y resistencia a la tensión de la part!cula. os cambios volumtricos por congelamiento pueden asimilarse a los producidos en los ensayos c!clicos por inmersión del agregado en soluciones de sulfato de magnesio o de sodio segn la %&P '((.()B6)III o su equivalente la -S&> 8FF. as presiones producidas po r el aumento de volumen al momento de la formación de cristales van rompiendo las part!culas en los sucesivos ciclos; la resistencia al intemperismo se deduce por la prdida de peso despus de tamizado por las mallas normativas.
iii0 Esta7ilidad -/ica.( Se considera que los agregados tienen estabilidad qu!mica cuando no reaccionan qu!micamente con el cemento en forma peligrosa, ni sufren la influencia qu!mica de otras fuentes e1ternas. En algunas regiones, los agregados que tienen ciertos elementos qu!micos *El ópalo7s!lice hidratada amorfa+ reaccionan con los "lcalis del cemento. Esta reacción "lcali agregado puede producir e 1pansión anormal y agrietamientos irregulares en el concreto. El -S&> recomienda un an"lisis petrogr"fico competente, puede ser til a menudo para la identificación de los agregados con afinidad qu!mica potencial
"i0 Gran-lo/etra.7 a distribución, segn su tamaño, de las diferentes part!culas de la muestra de agregado se determina con un an"lisis granulomtrico, segn la %&P '((.()?6 ?(() -n"lisis granulomtrico del agregado fino, grueso y global.
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1
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados os tamices o mallas est"ndar usadas para determinar la gradación de los agregados finos son las %N ', F, )B, 9(, 3(, )(( y ?(( numeradas de acuerdo a sus aberturas cuadriculadas. a malla %o ' tiene ' alambres por pulgada. as mallas estandarizadas para determinar las granulometr!as de los agregados gruesos son las de 9 MH, ? MH, ?H, ) MH, )H, OH, MH, 9CFH *de pulgada+. a distribución de las part!culas por su tamaño se muestra en diagramas que relacionan los 4 retenidos *o tambin los 4 pasantes+ con respecto a las mallas est"ndar dadas por sus abertura cuadradas. os normas %&P o -S&> especifican los l!mites recomendados para los agregados normales con los que se elaboran concretos usuales. as curvas granulomtricas para el agregado fino y el agregado grueso se muestran en el cuadro y gr"ficos siguientes6 E1isten varias razones para especificar l!mites en las granulaciones y el tamaño m"1imo de los agregados. a granulometr!a y el tamaño m"1imo
definen las proporciones relativas de los
agregados as! como los contenidos de cemento y la cantidad de agua necesarios en el diseño de mezclas de concretos. as variaciones en la gradación pueden afectar seriamente la uniformidad del concreto de una mezcla a otra. as arenas muy finas son con frecuencia costosas y las arenas gruesas pueden producir mezclas muy "speras y poco mane$ables. En general los agregados que no tienen una gran deficiencia o e1ceso de cualquier tamaño y dan una curva granulomtrica pare$a producen los me$ores resultados, ello se puede e1plicar por la llamada teor!a de la m"1ima densidad o del m!nimo de vacios.
M,d-lo de #ine5a.( Sea para el agregado grueso o para el fino, se define como la s-/a de los tanto por ciento retenidos ac-/-lados en las /allas est6ndar4 3) ') 3>9) 3>) N9 N N'K N3& N;& $ N'&& todo di"idido por '&&. Es un indicador del tamaño predominante en el con$unto de part!culas del agregados. Es tambin un indicador del valor lubricante del agregado, estando en relación inversa con ste; es decir, a mayor módulo de fineza menor ser" el valor lubricante del agregado. Mod-lo de +ine5a de la co/7inaci,n de areados * M#c0. 8uando se diferentes categor!as o fracciones, como arena
combinan agregados de
y grava, el procedimiento a seguir para la
determinación del M#c es el siguiente. Se calcula el módulo de fineza individual de cada una de las fracciones de
agregado agregados por separado. Se calcula el factor en que cada uno de ellos interviene en la combinación en función de sus pesos absolutos.
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13
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados
El módulo de fineza de la combinación de agregados ser" igual a la suma de los productos de los factores indicados por el módulo de fineza de cada fracción de agregado .
Es decir, si llamamos módulo de fineza de la combinación de agregado mc , modulo de fineza del agregado fino mf y módulo de fineza del agregado mg, tenemos6
mc L
Vol. Asb . A . fino VolAsb. A .grueso m f + m Vol .|.| Agregados Vol .|.| Agregados g
Si hacemos.
rf L
rg L
Volumen Absoluto del agregado fino Volumen Absoluto delos agregados Vol ú men Absoluto delagregado grueso Volumen Absoluto delos agregados
por lo tanto.
mc = rf mf +rg mg < tambin6
rf fg L )
Gran-lo/etra del areado +ino.( os requisitos estipulados en las especificaciones -S&> 899, permiten una relativa amplitud de variación en la granulometr!a del agregado fino. as cantidades de agregado fino que pasan las mallas %Ns 3( y )(( afectan la mane$abilidad, la facilidad para lograr buenos acabados, la te1tura superficial y la e1udación del concreto. En muchas especificaciones se permite que la malla %N 3( de$e pasar del )( al 9( por ciento. El l!mite inferior puede ser suficiente cuando el colado es f"cil, o cuando los acabados se hacen mec"nicamente, como en los pavimentos. Sin embargo, en los pisos del concreto acabado a mano o cuando se desea una te1tura superficial tersa, deber" usarse un agregado fino tal que pase cuando menos el )3 por ciento por la malla %N 3( y 9 por ciento o m"s que pase por la malla %N)((.
Otros re-isitos de las especificaciones son. ).
Que el agregado fino, no tenga m"s del '3 4 retenido entre dos mallas consecutivas.
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1%
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados ?.
Que el módulo de finura no sea menor de ?.9 o mayor de 9.), ni var!e m"s de (.?( del valor supuesto al elegir las proporciones del concreto. Si se e1cede de este valor, el agregado fino se rechaza, a menos que se hagan los a$ustes pertinentes de agregado fino y grueso. Se define como modulo de fineza, ya sea del agregado fino o grueso, la suma de los porcenta$es acumulados de los agregados retenidos en las mallas est"ndar, dividida por )((. En este indicador de la finura de un agregado6 cuando mayor sea el modulo de finuras, m"s grueso es el agregado.
Gran-lo/etra del areado r-eso.( a granulometr!a del agregado grueso de un tamaño m"1imo dado puede variar dentro de una variedad relativamente amplia de valores sin producir efecto apreciable en las cantidades necesarias de cemento y de agua, si la proporción de agregado fino produce concreto mane$able. Se considera como tamaño m"1imo de agregado, al determinado por la malla inmediata superior a aquella que retiene *acumulado+ )3 4 o m"s del material. El tamaño m"1imo que se puede usar generalmente depende del tamaño y la forma de los elementos de concreto y de la cantidad y distribución del acero de refuerzo. En general, el tamaño m"1imo de agregado no debe e1ceder de6 a+ 0n quinto de la menor separación entre los lados del encofrado. b+ &res cuartos del espacio libre entre las varillas del refuerzo. c+ 0n tercio del espesor de las losas sin refuerzo situadas sobre el terreno. Puede desistirse de estos requisitos si, en la opinión del ingeniero, la mezcla es lo suficientemente mane$able para que el concreto pueda colocarse sin que seque.
Areados con ran-lo/etra discontin-a.( Jaltan algunos tamaños de part!culas. a falta de dos o m"s tamaños sucesivos pueden producir problemas de segregación, especialmente en los concretos sin aire incluido con asentamientos mayores de 9 pulgadas. Si se requiere una mezcla dura, los agregados con granulometr!a discontinuas pueden producir resistencias m"s elevadas que los agregados normales usados con proporciones de cemento comparables. Se requiere un control muy estricto de la granulometr!a y de la proporción de agua, porque las variaciones pueden producir segregación. .
S-stancias perF-diciales en los areados.7 as sustancias per$udiciales que pueden estar presentes en los agregados incluyen las impurezas org"nicas, limo, arcillas, carbón de piedra,
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1&
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados lignito, y unas part!culas blandas y ligeras. a mayor parte de las especificaciones limitan las cantidades permisibles de estas sustancias en los agregados.
as impurezas org"nicas pueden retrasar el fraguado y el endurecimiento del concreto y hasta producir deterioro en casos raros. Por e$emplo, un porcenta$e muy pequeño de algunas impurezas org"nicas
como el azcar puede en realidad impedir el fraguado del cemento varios d!as. /tras
impurezas como la turba, el humus, y part!culas org"nicas no pueden ser tan serias pero deben evitarse. os materiales m"s finos que los que pasan por la malla %N ?((, especialmente el limo y la arcilla, pueden estar presentes como polvo o pueden estar en la forma de recubrimientos de las part!culas del agregado. -un cuando delgadas capas de limo o arcilla cubran las part!culas de grava, puede haber peligro porque debilitan la adherencia entre la pasta del cemento y el
agregado. El carbón de piedra o lignito u otros materiales ligeros como la madera o material fibroso, en cantidad e1cesiva, pueden afectar la durabilidad del concreto. Si estas impurezas est"n
presentes cerca o en la superficie, pueden desintegrarse, reventar o producir manchas. as part!culas blandas son per$udiciales porque pueden afectar la durabilidad y la resistencia al desgaste del concreto y pueden producir reventones si son quebradizos pueden romperse
durante la mezcla y aumentar por tanto la demanda de agua. os terrones de arcilla, cuando est" presente en el concreto, pueden absorber cierta cantidad del agua de la mezcla, producir reventones en el concreto endurecido, o simplemente desaparecer si quedan cerca de una superficie e1puesta.
S-stancias perF-diciales :mpurezas /rg"nicas
>ateriales m"s finos que la malla ?(( 8arbón de piedra, lignito u otros materiales ligeros Part!culas blandas Part!culas fr"giles
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E+ecto so7re el concreto -fectan el fraguado y el endurecimiento y puede producir deterioro -fectan la -dherencia y aumenta la calidad de agua necesaria -fectan la durabilidad y pueden producir manchas y reventones. -fectan la durabilidad y la resistencia al desgaste -fectan la mane$abilidad y la durabilidad y pueden producir reventones
No/7re de la Pr-e7a ASTM 8'( R 8F2
8))2 8)?9
8?93 8 )'?
1'
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados
3. MANE!O.( 5eben mantenerse y almacenarse de manera que sea m!nima la segregación y se evite la contaminación con sustancias per$udiciales. os montones de los almacenamientos deben formarse por capas de espesor uniforme. Para disminuir el m!nimo la agregación, los materiales deben tomarse en capas lo m"s horizontales que sea posible.
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1(
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados La to/a de /-estras de los agregados constituye una operación fundamental en el proceso de control de calidad de la producción del concreto. El muestreo puede producirse en el yacimiento, en la planta de beneficio o al pie de la obra, segn su razón de ser. En algunos traba$os de construcción ale$ados de los centros urbanos, ante la carencia de proveedores, se requiere desarrollar la e1plotación eventual de yacimientos. En estos casos, para seleccionar las canteras m"s apropiadas, determinar la potencia aprovechable, y orientar los procedimientos de beneficios, se toman muestras de hoyos formados sobre los frentes descubiertos, luego de eliminar el material superficial o al proveniente de deslizamientos. 8uando no e1iste frente abierto, las muestras se e1traen e1cavando hoyos o calicatas en profundidad y distancias definidas, de acuerdo con el volumen de material requerido. 8uando se requiere conocer la calidad de un producto que se ofrece en el mercado, se procede a la toma de muestras en la planta de producción. Se recomienda e1traer las muestras de manera intermitente mientras se carga el material a los veh!culos. 5e no ser posible se puede obtener muestras separadas de los silos. &om"ndola de la boca superior y de la boca de descarga. En los procedimientos de muestreo en obra, para el control directo de la producción del concreto, se toman muestras en la planta de producción durante la descarga de los veh!culos de transporte, actuando separadamente sobre la parte superior, media e inferior de la tolva. as e1igencias del muestreo son m"s amplias cuando se necesita evaluar un yacimiento o dar conformidad al material beneficiado por el proveedor. En la producción diaria del concreto, el nmero de ensayos que se efecta es m"s reducido y de variable periodicidad, la que muchas veces se regula segn las modificaciones del material que se observan durante la inspección. as pruebas de rutina, est"n destinadas a dar información sobre problemas potenciales en el proceso de control de calidad.
Tipo de M-estra.(8uando la inspección indica diferencias sustantivas en los materiales, en tamaño te1tura o color lo que ocurre generalmente en el yacimiento, deber" ensayarse independientemente cada una de las muestras que se obtengan, las que se determinan #muestras representativas simplesH.
Ta7la4 Re-isitos ran-lo/
Li/ites
I.3 mm *9CFH+ '.23 mm 0aier Arrieta 2rere
Totales
Pasa por los ta/ices nor/ali5ados C M #
)((
)((
)((
FI 7 )((
I3 R )((
F3 7 )((
)(( FI R )(((
1-
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados *%N '+ ?.9F mm B37)(( *%NF+ ).?(mm '37 )(( *%N)B+ (.B( mm ?3 7 )(( *%N9(+ (.9( mm 372( *%N3(+ (.)3 mm ) 7 )? *%N)((+ A:ncrementar )34 cuando se trata de
F(7)((
B37)((
F(7)((
3(7F3
'3 R )((
2( 7 )((
?37B(
?37F(
337)((
)( 7 9(
3 7 'F
3 7 2(
? 7 )(
( R )?A
)
agregado fino triturado, e1cepto
R )?A
cuando se usa para
pavimentos de alta resistencia. %ota6 Se permite el uso de agregados que no cumplan con las gradaciones espec!ficas, siempre y cuando e1istan estudios a satisfacción de las partes, que aseguran que el material producir" concretos con la calidad requerida
&amices -S&> En Pulgada
9
)M
9C' 9CF %N' %NF
%N) B
s En mm
23 92.3
)I
I.3
'.2 3
?.9 B
).)F
%N9( %N3( %N)(( %N?((
%N)?
%N)'
%N?(
%N'(
(.3I I
? mm
).')
(.F') F') )m
(.'?( )?(C )m
(.?I 3
(.)'2 3
(.(29 2
Ta7la4 Re-isitos ran-lo/
Pasa por los ta/ices nor/ali5ados
&amaño %ormal
)((mm *'+
I( a 92.3mm *9)C? a ))C?+ B9 a 92.3 mm ? *?)C? a ))C?+ 3( a ?3mm 9 *? a )+ 3( a '.23 mm 932 *? a %N'+ 92.3 a )I mm *))C? a 9C'+ 92.3 a '.23 mm -B2 *))C? a %N'+ ?3 a )?.3 mm 3 *) a )C?+ ?3 a I.3 mm 3B *) a %N'+ 32 ?3 a '.23 mm *))C? a 9C'+ )I a I.3 mm B *9C' a 9CF+ B2 )I a '.23 mm )
)((
I(mm *9)C?+ I( a )((
23mm *9+ 77
B9mm *?)C?+ ?3 a B(
3(mm *3?+ 77
92.3mm *))C?+
?3mm *)+
)Imm *)C?+
)?.3mm *)C?+
I.3mm *9CF+
'.23mm ?.9Bmm *%N'+ *%NF+
).)Fmm *%N)B+
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77
?( a 33
( a )(
(a3
77
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1
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados
2 F
*9C' a %N'+ )?.3 a '.23 mm *9C? a %N'+ I.3 a ?.9F mm * 9CF a %NF+
77
77
77
77
77
77
77
)((
I( a )((
'( a 2(
( a )3
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77
77
77
77
77
77
77
77
)((
F3 a )((
)( a 9(
( a )(
(a3
.
D-re5a
Es la caracter!stica del material para resistir al rayado o corte superficial. Jriedrich Mo8s
*geólogo alem"n )F?3+ propuso una escala constituida por diez minerales ordenados en función de su dureza, el inferior es rayado por uno superior de mayor dureza. Es una escala relativa, sencilla y muy pr"ctica para fines de investigación geológica de campo.
Ta7la de "alores de Mo8s 2 to/ado de i=ipedia %&''0 Dureza
Mineral
Comentario
Composición química
1
Talco
Se puede rayar fácilmente con la uña
Mg3Si4O10(OH)2
2
e!o
Se puede rayar con la uña con má! dificultad
"aSO4#2H2O
3
"alcita
Se puede rayar con una moneda de co$re
"a"O3
4
%luorita
Se puede rayar con un cuc&illo de acero
"a%2
5
'patito
Se puede rayar difcilmente con un cuc&illo
"a(*O4)3(OH+,"l+,%+)
6
Ortocla!a
Se puede rayar con una li-a para el acero
.'lSi3O/
7
"uaro
aya el idrio
SiO2
8
Topacio
ayado por &erramienta! de car$uro de olframio
'l2SiO4(OH+,%+)2
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4
Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados
9
"orindn
ayado por &erramienta! de car$uro de Silicio
'l2O3
10
5iamante
6l mineral má! duro conocido, rayado !olo por otro diamante7
"
S&?>@ -B-*&/-$ 211 M-@&"$ es a?;ella sustancia sBlida nat;ral Ko7ognea de origen inorg"nico decomposición qu!mica de co7p;esto esto da co7o res;ltado el desarrollo de s;per
0aier Arrieta 2rere
1