INDICE 1. AGREGADOS ....................................................................................................................3 1.1
CONCEPTOS .............................................................................................................3
1.2 AGREGADOS COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN............................ ............4 a) CONCRETO SIMPLE ...............................................................................................5 b) MORTERO .................................................................................................................6 1.2
AGREGADO EN CIMENTACIONES CIMENTACIONES ......................................................................7
1.4 AGREGADO EN OBRAS VIALES ................................................................................7 1.5
PRESAS O REPRESAS ...........................................................................................8
a) ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS CONSTRUCTIVOS ..........................................................................8 2.
TIPOS DE AGREGADOS: .............................................................................................10 2.1 AGREGADOS NATURALES .......................................................................................10 2.2 AGREGADOS POR TRITURACIÓN ..........................................................................10 2.3 AGREGADOS ARTIFICIALES ....................................................................................10 2.4 HORMIGÓN ...................................................................................................................10 2.5 AGREGADO FINO........................................................................................................10
3.
CLASIFICACION .............................................................................................................11 3.1 CLASIFICACION SEGÚN SU ORIGEN ....................................................................11 3.1.1 ROCAS IGNEAS ....................................................................................................11 3.1.2 ROCAS SEDIMENTARIAS ..................................................................................13 3.1.3 ROCAS METAMORFICAS ...................................................................................14 3.2 CLASIFICACION POR COMPOSICION ...................................................................17 3.3 CLASIFICACION POR COLOR ..................................................................................17 3.4 CLASIFICACION POR TAMAÑO DE PARTICULA .................................................17 3.5 CLASIFICACION POR MODO DE FRAGMENTACION..........................................19 3.6 CLASIFICACION SEGÚN SU DENSIDAD.......................... ............................ ..........19 3.7 CLASIFICACION POR LA FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL ..........................21
4.
MODULO DE FINEZA ....................................................................................................22 4.1. MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO FINO .......................... ........................... .22 4.2. MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO GRUESO ..............................................22 4.3. MODULO DE FINEZA DE AGREGADOS COMBINADOS COMBINADOS .......................... ..........23
5.
TAMAÑO MAXIMO DE LOS AGREGADOS.......................... ............................ ..........23
6.
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL AGREGADO ......................................................24
7.
HUMEDAD SUPERFICIAL .............................................................................................25
7.1.
HUMEDAD TOTAL ......................................................................................................26 1
8.
PROPIEDADES DEL CONCRETO ...............................................................................30 8.4. EXUDACIÓN ................................................................................................................30 8.5. DURABILIDAD .............................................................................................................31 8.6. IMPERMEABILIDAD IMPERMEABILIDAD ...................................................................................................31
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8.
PROPIEDADES DEL CONCRETO ...............................................................................30 8.4. EXUDACIÓN ................................................................................................................30 8.5. DURABILIDAD .............................................................................................................31 8.6. IMPERMEABILIDAD IMPERMEABILIDAD ...................................................................................................31
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1. AGREGADOS 1.1 CONCEPTOS Generalmente se entiende por "agregado" a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable. El concreto es un material compuesto básicamente por agregados y pasta clementica, elementos de comportamientos bien diferenciados: Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o artificial cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites los límites fijados en la NTP 400.011. Son la fase discontinua del concreto y son materiales que están embebidos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen del volumen de la unidad cúbica de concreto. Los agregados son materiales inorgánicos naturales o artificiales que están embebidos en los aglomerados (cemento, cal (cemento, cal y con el con el agua forman los concretos y morteros). Generalmente se dividen en dos grupos: dos grupos: finos finos y gruesos. Los agregados a gregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. Los agregados conforman el esqueleto granular del concreto y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de concreto, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones. La pasta clementica (mezcla de cemento y agua) es agua) es el material activo dentro de la masa de concreto y como tal es en gran medida responsable de la resistencia, variaciones volumétricas y durabilidad del concreto. Es la matriz la matriz que une los elementos del esqueleto granular entre sí. Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de de concreto concreto y su proporción en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, deseadas, esto es: trabajabilidad, resistencia, durabilidad y economía. y economía.
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1.2 AGREGADOS COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN Se describe la siguiente tabla en cuanto al agregado como material de construcción e las obras viales: Componentes derivados del procesamiento natural o artificial de diversas rocas y minerales. Definición: Material granular, el cual puede ser arena, piedra natural zarandeada o chancada, empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero. Descripción: Los agregados ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclados y endurecidos, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Pueden tener tamaños que van desde partículas casi invisibles hasta pedazos de piedra. Junto con el agua, el cemento y aditivos, conforman el conjunto de ingredientes necesarios para la fabricación de concreto. Esta identificación de los materiales se deriva de la condición mínima del concreto convencional de dividir los agregados en dos fracciones principales cuya frontera nominal es 4.75 mm (malla núm. 4 ASTM). Dependiendo del diámetro medio de sus partículas se clasifican en: Agregado Fino: Aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas. Agregado Grueso: Aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.
Control de Calidad:
Todo el material extraído y procesado debe de pasar por un riguroso control de calidad, garantizando un producto libre de contaminación y cumpliendo las especificaciones de las Normas ASTM y NTP.
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a) CONCRETO SIMPLE El concreto se elabora con arena y grava (agregado grueso) que constituyen entre el 70 y 75 por ciento del volumen y una pasta cementante endurecida formada por cemento hidráulico con agua, que con los vacíos forman el resto. Usualmente, se agregan aditivos para facilitar su modo de trabajo o afectar las condiciones de su fraguado.
La grava (gravilla): Varía en tamaños desde 5 mm hasta 50 mm para los concretos usados en edificaciones y puentes; en concretos especiales como los usados en presas de gravedad los tamaños pueden ser mayores. Requiere buena gradación, resistencia al desgaste, durabilidad, superficies libres de impurezas. El tamaño máximo está determinado por el proceso de construcción; especialmente influye la separación del refuerzo y las dimensiones del elemento que se pretende construir. La arena: Es el material granular que pasa el tamiz Nº4, y debe estar libre de impurezas, especialmente orgánicas. El cemento: Suministra las propiedades adhesivas y cohesivas a la pasta. Se usa el cemento hidráulico tipo Portland. Para su hidratación requiere cerca del 25% de agua. Sin embargo para mejorar la movilidad del cemento dentro de la pasta se requiere un porcentaje adicional del 10 al 15 %. La relación agua-cemento (a/c) mínima es de 0,35; en la práctica es mayor para darle un modo de trabajo a la mezcla de concreto. La relación a/c es uno de los parámetros que más afecta la resistencia del concreto, pues a medida que aumenta, aumentan los poros en la masa y por ende disminuye la resistencia. El agua: De la mezcla debe ser limpia y libre de impurezas y en general debe ser potable. El proceso de hidratación genera calor, que produce aumento de temperatura en la mezcla y expansión volumétrica y que debe controlarse sobre todo en vaciados masivos. Con el fi n de controlar el exceso de agua en la mezcla, necesario para facilitar el modo de trabajo del concreto fresco, la tecnología moderna del concreto, facilita los aditivos plastificantes, los cuales además de facilitar el proceso constructivo, permiten obtener concretos de resistencia más uniforme.
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b) MORTERO El mortero es un compuesto de conglomerantes inorgánicos, áridos y agua, y posibles aditivos que sirven para pegar elementos de construcción tales como ladrillos, piedras, bloques de hormigón, etc. Además, se usa para rellenar los espacios que quedan entre los bloques y para el revestimiento de paredes. Los más comunes son los de cemento y están compuestos por cemento, agregado fino y agua. Generalmente, se utilizan para obras de albañilería, como material de agarre, revestimiento de paredes, etc.
Mezclado: El mezclado de morteros es distinto al mezclado de concreto ya que al no tener agregado grueso tiene una consistencia. Se puede hacer manual dentro de una artesa con un azadón o de manera mecánica en una mortedera. Clasificación: Según el tipo de aglomerante: Morteros de cal Morteros de cemento Morteros de cemento de aluminato de calcio. Morteros bastardosn. 1 Mortero Justacken
Morteros especiales: Morteros expansivos (grot) Morteros refractarios Morteros con aireante Morteros ignífugos Morteros de cemento cola Morteros aislados de finos Morteros aligerados Morteros no expansivos Morteros hidrófugos Morteros coloreados Morteros autonivelantes
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1.2 AGREGADO EN CIMENTACIONES Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos muy coherentes). La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la construcción depende en gran medida del tipo de terreno.
Cimentaciones de Máquinas A diferencia de las cimentaciones de edificación, que generalmente están sometidas a cargas estáticas o cuasi estáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas obliga a considerar el estado límite de servicio de vibraciones y el estado límite último de fatiga. Algunos tipos de cimentación usados para maquinaria son: Tipo bloque Tipo celdas De muros Porticadas Con pilotes Sobre apoyos elásticos De soporte
1.4 AGREGADO EN OBRAS VIALES PAVIMENTO ESTRUCTURAL Base Es la capa que se encuentra bajo la capa de rodadura de un pavimento asfáltico. Debido a su proximidad con la superficie, debe poseer alta resistencia a la de formación, para soportar las altas presiones que recibe. Se construye con material es granulares procesados o estabilizados y, eventualmente, con algunos materiales marginales.
Sub-base Es la capa que se encuentra entre la base y la subrasante en un pavimento asfáltico. Debido a que está sometida a menores esfuerzos 7
que la base, su calidad puede ser inferior y generalmente está constituida por materiales locales granulares o marginales. El material que se coloca entre la subrasante y las losas de un pavimento rígido también se denomina subbase. En este caso, debe permitir el drenaje libre o ser altamente resistente a la erosión, con el f in de prevenir el bombeo. En algunas partes, a esta capa la llaman base.
Granulares (mezclas desuelo-agregado) Compuestos principalmente por agregados pétreos y finos naturales. Su resistencia a la deformación está determinada casi exclusivamente por el rozamiento interno de los agregados, aunque a veces existe una componente cohesional brindada por los finos plásticos del material.
1.5 PRESAS O REPRESAS En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canalizaciones de riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío, laminación de avenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y esta nuevamente en mecánica y que así se accione un elemento móvil con la fuerza del agua. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
a) ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS Planta de generación de energía Para 2005 la energía hidroeléctrica, principalmente proveniente de presas, aportaba el 19 % de la energía eléctrica total del mundo, y más del 63 % de toda la energía renovable .4 Gran parte de esta energía es producida en grandes presas, aunque China use generación a pequeña escala, el conjunto total del país representa el 50 % de toda la energía hidroeléctrica producida en el mundo.4 La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energía potencial proveniente del agua embalsada que es conducida a una 8
turbina hidráulica y ésta a su vez transmite la energía mecánica a un generador eléctrico. Con el fin de impulsar al fluido y mejorar la capacidad de generación de la presa, el agua se hace correr a través de una gran tubería llamada tubería de carga especialmente diseñada para reducir las pérdidas de energía que se pudieran producir. Existen centrales que son capaces de retornar el agua hacia la presa mediante bombas, o mediante la misma turbina funcionando como bomba, en los momentos de menor demanda eléctrica e impulsar posteriormente esta agua en los momentos de mayor demanda eléctrica. A estas centrales se les denomina centrales hidroeléctricas reversibles o centrales de bombeo.
Aliviaderos Toda presa tiene que tener un sistema para evacuar el agua en caso de lluvias torrenciales que puedan llenarla hasta límites peligrosos.
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2. TIPOS DE AGREGADOS: 2.1 AGREGADOS NATURALES Son aquellos que se utilizan, únicamente, después de una modificación en su tamaño para adaptarlos a las exigencias de la construcción. 2.2 AGREGADOS POR TRITURACIÓN Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera o de las granulometrías de rechazo de los agregados naturales. 2.3 AGREGADOS ARTIFICIALES Son sub-productos de procesos industriales que permiten obtener escorias o materiales que procedentes de demoliciones pero que son utilizables y reciclables. En obra le recomienda reciclar el cascajo o materiales de demolición en los vaciados de cimientos, calzaduras, subzapatas y falsos pisos. 2.4 HORMIGÓN Sera una material procedente de rio, cantera o cerro; compuesto de agregados finos, gruesos y de partículas duras. Su granulometría debe estar comprendida por el producto filtrado por la malla 100, como mínimo, y la de 2, como máximo. 2.5 AGREGADO FINO Se llama así a la arena gruesa que presenta granos duros, fuertes, resistentes y lustrosos. Además, el agregado fino necesita estar limpio, silicoso, lavado y libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, y materiales orgánicos.
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3. CLASIFICACION 3.1 CLASIFICACION SEGÚN SU ORIGEN Los agregados naturales provienen de las rocas y se obtienen por un proceso de fragmentación natural como el intemperismo y la abrasión o mediante un proceso físico-mecánico hecho por el hombre; en ambos casos conservan las propiedades físicas: densidad, porosidad, textura, resistencia al intemperismo y composición mineralógica de la roca madre. Para comprender mejor las propiedades de los agregados como su textura, porosidad, y su resistencia, tanto mecánica como el intemperismo, es necesario estudiar un poco la genealogía de las rocas y su formación. Las rocas originales o ígneas se produjeron por fenómenos geológicos internos de la tierra al solidificarse el magma que es una mezcla heterogénea de diversos silicatos, y posteriormente por fenómenos geológicos externos como la meteorización, con el tiempo se formaran las rocas sedimentarias. Posteriormente las rocas sedimentarias e ígneas al sufrir procesos de presión y temperatura formaron las rocas metamórficas. Este proceso se conoce como un ciclo geológico de las rocas y puede observarse en el siguiente diagrama.
M: Meteorización T: Transporte
D: Deposito C: Cementación
Q: Calor S: Solución
P: Presión
3.1.1 ROCAS IGNEAS La mayor parte de la corteza terrestre está formada por rocas ígneas y de ellas se forman las otras rocas por lo cual son llamadas originales. Según la profundidad a la cual se solidifican dentro de la tierra y la velocidad de enfriamiento se clasifica como aparece en la T abla N° 1.
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Tabla N° 1: CLASIFICACION DE LAS ROCAS IGNEAS SEGÚN LA PROFUNDIDAD Y VELOCIDAD DE CONSOLIDACION NOMBRE VELOCIDAD DE LOCALIZACIO CARACTERISTI SOLIDIFICACIO N CAS DE LA N TEXTURA Intrusivas Lenta Cristalización a Nerítica: grano Plutónica gran uniforme o visible Abisales profundidad de 1 a 5mm Filoniana Media Consolidación Porfiritica: granos s a profundidad grandes en matriz Hipoabisa media fina les Extrusiva Rápida Cristalización Afanitica: no se s cerca o sobre la aprecian los Efusivas o superficie por granos matriz volcánica erupción fina, o no. s volcánica Afanitica: bombas De acuerdo con la velocidad de enfriamiento del magma, se produce una textura determinada, relacionada con la adherencia del agregado o productos cementantes. La cristalización en las rocas ígneas está gobernada por la serie de reacciones de Bowen figura N° 2, en donde cada parte del mineral formado reacciona químicamente con el líquido remanente del magma generando el mineral que se encuentra por encima. La interrupción de esta serie que ocurre cuando los volátiles escapan, explica el por qué se presentan rocas ígneas de diferente composición mineralógica. La interrupción también puede darse por el asentamiento de algunos minerales formados primero.
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Figura N° 2 SERIE DE BOWEN Las rocas que contienen los minerales dela parte superior son ricas en magnesio y calcio y son de colores oscuros. Si los minerales constitutivos son los intermedios tienen colores grises. Por último los minerales de la parte inferior forman roca de colores claros. El proceso de formación influye en las características, así: Granos de minerales de alta resistencia producen rocas de alta resistencia. Textura de grano más fino producen rocas de mayor resistencia. Rocas ígneas expresivas presentan un comportamiento más variable debido a sus características de formación por lo cual son muy porosas y tienen resistencia muy baja. Ígneas intrusivas son de alta resistencia, ausencia casi total de poros y muy homogéneas en su composición mineralógica. Rocas compuestas por minerales como el olivino, piroxeno, anortita son más inestables químicamente frente a las condiciones climáticas que las compuestas por minerales pertenecientes a la parte inferior de la serie.
3.1.2 ROCAS SEDIMENTARIAS Se derivan de los procesos de sedimentación de materiales naturales en un medio fluido conformando capas o estratos gruesos o delgados. Según su origen pueden ser:
Clásticas: compuestas de partículas, fruto de la erosión de otras rocas. Orgánicas: formadas por la acumulación de material orgánico vegetal o animal. Químicas: formadas a partir de procesos o reacciones químicas naturales tales como evaporación, precipitación o reemplazamiento.
Las rocas sedimentarias constituyen el 75% de las rocas de la superficie; de ellas el 46% son lutitas, 32% arenisca y el 22% calizas. Las rocas clásticas son las comunes y se clasifican de acuerdo al tamaño de las partículas que las conforman, directamente asociado con la energía cinética del fluido que las transporto y permitió su acumulación. Estos agentes arrastran los materiales redondeándolos y dándoles una forma y tamaño que posteriormente inciden en la calidad del material como el agregado. 13
La tabla N° 2 muestra una clasificación de las rocas sedimentarias clásticas según la forma y tamaño del grano.
Tabla N° 2 PROPIEDADES FISICO MECANICAS ROCA GRANO FORMA DE TAMAÑO GRANO MAS DEL GENERAL GRANO en mm Conglomerado Cantos y Redondeo 256-64 gravas Brecha Fragmentos Angulares 64-5 líticos Arenisca Arena Redondeo o 5-0.074 Angular Limolita Limo Redondeado 0.074-0.002 Arcillolita Arcilla Laminar < 0.002 Para emplear las rocas sedimentarias como material de construcción hay que tener en cuenta:
Se debe determinar el tipo de cementante y la proporción de fragmentos, porque ello determina la calidad y la rentabilidad. La mayor uniformidad en el tamaño de las partículas disminuye su resistencia. Al aumentar el redondea miento de las partículas disminuye la resistencia de la roca
3.1.3 ROCAS METAMORFICAS Se generan a partir de una recristalización parcial o total de las rocas ígneas, sedimentarias y aun metamórficas, proceso que ocurre cuando las condiciones físico-químicas lo permiten dependiendo de la temperatura, presión y presencia de fluidos químicamente activos tales como líquidos calientes, vapores y gases. Cuando una de las condiciones a que ha estado sometida una masa rocosa es la presión se desarrolla una orientación preferencial de algunos o todos sus componentes conocida como foliación o bandeamiento.
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El metamorfismo crea una cementación, entrabamiento y recristalización de los minerales ocasionando una resistencia a la compresión más alta en la roca metamórfica que en la sedimentaria. Al emplear las rocas metamórficas como material de construcción hay que tener en cuenta que:
La porosidad es mínima en las rocas metamórficas. La resistencia será mayor a mayor grado de metamorfismo pero es menor su durabilidad o resistencia a los factores climáticos. Las rocas con alto contenido de mica o grafito presentan menor resistencia en el sentido paralelo a la esquistosidad. La foliación o bandeamiento produce alta resistencia en sentido normal y baja en el sentido paralelo. Se debe determinar el tipo de cementante y la proporción de fragmentos, porque ellos determinan la calidad y rentabilidad de estas rocas. La mayor uniformidad en el tamaño de las partículas disminuye su resistencia, reacciones sucesivas de oxidación, hidratación y combinación con el aluminato de calcio desprendido en la reacción química del cemento forman sulfo aluminato de calcio, que produce la desintegración del concreto, especialmente en regiones cálidas y húmedas.
Tabla N° 3 PRINCIPALES ROCAS Y SUS CARACTERISTICAS COMO MATERIALES DE LA CONSTRUCCION ROCA
Granito Diorita
Basalto
Toba
Arenisca
METODO DE FRAGMENTACIO SUSCEPTIBILIDAD EXCAVACION N A LA REQUERIDO METEORIZACION Explosivos Fragmentos Probablemente irregulares que resistente dependen del uso de los explosivos Explosivos Fragmento Probablemente irregulares que resistente dependen de las Equipo o juntas y grietas Explosivos Fragmentos Alguna variedades irregulares muchas se deterioran veces con finos en rápidamente exceso 15
Equipo o Conglomera Explosivos do
En lajas, dependiendo de la estratificación
Equipo o Explosivos
Exceso de finos dependiendo del cementante
Limonita Lutita
Algunas se alteran para formar arenas limosas
Equipo
Desde pequeños bloques a lajas
Explosivos
Fragmentos irregulares muchas La vetas pizarrosas veces lajas se deterioran, pero las otras son resistentes Fragmentos irregulares muy Probablemente angulosos resistente
Caliza Masiva
Cuarcita
Pizarra
Explosivos
Gnesis
Explosivos Esquisto
Desechos industrial o de mina
Según la naturaleza de la cementante
Fragmento irregulares o ajeados, según la foliación
Explosivos
Equipo
Muchas se desintegran rápidamente para formar arcillas
Algunas se deterioran con procesos de humedecimiento y secado
Fragmentos irregulares muchas Probablemente veces alargados resistente Depende del material, pero en la mayoría de los casos es irregular
La mayoría de las variedades (excepto las ígneas de mina) deben considerarse deteriorables
Las micas son minerales presentes en rocas volcánicas sedimentarias y metamórficas. El uso de agregados con estos minerales no es recomendable para concretos hidráulicos, por la posibilidad de alteración con sustancias químicamente activas derivadas de la hidratación del cemento. Cuando están presentes en el agregado fino requieren mayor 16
contenido de agua y por ende de cemento para lograr una determinada resistencia. Algunos minerales que contienen sulfuro de hierro, como las piritas, pueden presentar reacciones sucesivas de oxidación, hidratación y combinación con el aluminato de calcio desprendido en la reacción química del cemento formando sulfo aluminato de calcio, que provoca la desintegración del concreto especialmente en regiones cálidas y húmedas.
3.2 CLASIFICACION POR COMPOSICION Tiene como fundamento la composición químico – mineralógico de cada roca.
CALIZA TEZONTLE CALICHE ANDESITA TEPOJAL GRANITO BASALTO RIOLITA MARMOL
Al ser las características químicas y mineralógicas las únicas que intervienen en esta forma de agrupamiento, se tiene el gran inconveniente que implica el no considerar las características físicas del material, tan importantes en la evaluación de los agregados para concreto.
LA CALIZA, EL MARMOL Y EL CALICHE: tienen la misma composición química, pero no la misma resistencia física; aún más, es muy común que entre las calizas se observen diferentes grados de cal idad física. EL BASALTO Y EL TEZONTLE: tiene la misma composición química, pero el hecho de tener el Tezontle una gran cantidad de espacio poroso lo hace un agregado ligero y de menor resistencia 3.3 CLASIFICACION POR COLOR Tal vez sea la clasificación más común que existe y la más fácil de generar o utilizar, ya que solo considera el color del material. La utilización de una clasificación simplista es una actividad más frecuente de lo deseable, ya que si bien constituye una forma rápida de identificar un agregado, es la que proporciona la mínima información acerca del mismo.
3.4 CLASIFICACION POR TAMAÑO DE PARTICULA La forma más generalizada de clasificar los agregados es según su tamaño, el cual varía desde fracciones de milímetros hasta varios centímetros de sección, esta distribución del tamaño de las partículas, es lo que se conoce como GRANULOMETRIA. 17
De acuerdo con la clasificación unificada, los suelos se dividen en suelos finos (material de tamaño inferior a 0.074 mm o 74 µm- tamiz N° 200) y suelos gruesos (material de tamaño superior o igual a 0.074 mm o 74 µm- tamiz N° 200); para la elaboración de mezclas de mortero o de concreto se emplean los suelos gruesos y se limita el contenido de suelo fino. La fracción fina de los suelos gruesos, cuyas partículas tienen un tamaño inferior a 4.76 mm (tamiz N° 4) y no menor de 0.074 mm o 74 µm (tamiz N° 200), es lo que comúnmente se denomina AGREGADO FINO; y la fracción gruesa, o sea aquellas partículas que tienen un tamaño superior a 4.76 mm (tamiz N° 4), es lo que normalmente se llama AGREGADO GRUESO.
A. GRAVA: Agregado grueso de tamaño máximo mayor o igual a 20 mm. B. GRAVILLA: Agregado grueso de tamaño máximo menor a 20 mm. La grava y la gravilla son resultantes de la desintegración natural y abrasión de las rocas o del procesamiento de conglomerados débilmente ligados.
C. ARENA: Agregado fino resultante de la desintegración natural y abrasión de las rocas o del procesamiento de conglomerados débilmente ligados. D. GRAVA TRITURADA O TRITURADO: Agregado grueso resultante de la trituración artificial de la roca. E. ARENA MANUFACTURADA O ARENA TRITURADA: Agregado fino resultante de la trituración artificial de la roca, piedra o escoria (residuo mineral de hierro). F. ESCORIA DE ALTO HORNO: Producto no metálico, constituido esencialmente por silicatos y aluminosilicatos de calcio y de otras bases, que se produce en forma líquida o fluida simultáneamente con el hierro en un alto horno. Una clasificación más específica es la que aparece en la tabla N° donde se muestra los nombres más usuales de las fracciones y su aptitud para morteros o concretos según el tamaño de las partículas.
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Tabla N° 4 CLASIFICACION DE LOS AGREGADOS SEGÚN EL TAMAÑO DE SUS PARTICULAS TAMAÑO DENOMINACION CLASIFICACION USO COMO EN MAS COMUN AGREGADO DE MEZCLAS < 0.002 Arcilla Fracción muy fina No recomendable 0.002 – Limo Fracción fina No 0.074 recomendable 0.074 – Arena 4.76 #200 - #4 4.76 – Gravilla 19.1 #4 – 3/4 ” 19.1 – Grava 50.8
Agregado fino
Material apto para mortero y concreto Material apto para concreto
Agregado grueso Material apto para concreto
3/4” – 2”
50.8 152.4
–
Piedra
2” – 6”
> 152.4 6”
Rajón, bola
Piedra
Concreto ciclópeo
3.5 CLASIFICACION POR MODO DE FRAGMENTACION A. NATURALES: fragmentados por procesos naturales (erosión). B. MANUFACTURADOS (triturados): fragmentados por procesos artificiales (mecánicos). C. MIXTOS: son la combinación de materiales fragmentados tanto por procesos naturales como artificiales. 3.6 CLASIFICACION SEGÚN SU DENSIDAD Depende de la cantidad de masa por unidad de volumen y del volumen de los poros, ya sean agregados naturales o artificiales. Esta distinción es necesaria porque afecta la densidad del concreto (ligero, normal o pesado) que se desea producir, como lo indica la tabla N°.
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Tabla N° 5 CLASIFICACION DE LOS AGREGADOS SEGÚN SU MASA UNITARIA TIPO DE MASA MASA EJEMPLO EJEMPLO CONCRET UNITARI UNITARIA DE DE O A DEL UTILIZACIO AGREGAD APROX. AGREGAD N O DEL O kg/m3 CCTO. kg/m3 Ultraligero
500 - 800
Ligero
950 1350 1450 1950
–
480 - 1040
-
Normal
2250 2450
- 1300 - 1600
Pesado
3000 5600
- 3400 - 7500
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Concreto para aislamiento Rellenos y mampostería no estruc. Ccto. Estructural Ccto. Estruct. Y no estruct.
Piedra Pómez Ag. Ultraligero. Perlita Ag. Ultraligero.
Agregado de rio o triturado. Ccto. Para Hematita, proteger de barita, radiación coridon, gamma o X, y magnetita. contrapesos
3.7 CLASIFICACION POR LA FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL La presencia de partículas alargadas o aplanadas puede afectar la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad de las mezclas, porque tienden a orientarse en un solo plano lo cual dificulta la manejabilidad; además debajo de las partículas se forman huecos de aire y se acumula agua perjudicando las propiedades de la mezcla endurecida. Por otro lado, la textura superficial de las partículas del agregado influye en la manejabilidad y la adherencia entre la pasta y el agregado, por lo tanto, afecta la resistencia (en especial la resistencia a la flexión). La norma NTC 174 limita la cantidad total de partículas alargadas y aplanadas presentes en el agregado a máximo 50%, sin embargo el ICPC (Instituto Colombiano de Productores de Cemento) recomienda que la cantidad total de estas partículas no debe ser mayor al 15%. PARTICULA LARGA: Es aquella cuya relación entre la longitud y el ancho es mayor de 1.5. PARTICULA PLANA: Es aquella cuya relación entre el espesor y el ancho es menor de 0.5.
Tabla N° 8 CLASIFICACION DE LAS PARTICULAS DEL AGREGADO SEGÚN SU FORMA FORMA Redondeado
Irregular
Escamosa
Angular
Alongadas
DESCRIPCION
EJEMPLO Totalmente desgastada Grava de rio o playa, por el agua o arena del desierto, completamente limada playa. por frotamiento. Irregularidad natural, o parcialmente limitada por frotamiento y con orillas redondeadas. Material en el cual él es pequeño en relación a las otras dos dimensiones. Posee orillas bien definidas que se forman en la intersección de caras más o menos planas. Material normalmente angular en el cual longitud es considerablemente mayor que las otras dos dimensiones.
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Otras gravas, pedernales del suelo o de excavación. Roca laminada. Rocas trituradas de todo tipo, escoria triturada.
4. MODULO DE FINEZA El módulo de fineza, también llamado modulo granulométrico, no es un índice de granulometría, ya que un número infinito de tamizados da el mismo valor para el módulo de finura, sin embargo, da una idea del grosor o finura del agregado, por este motivo se prefiere manejar el termino de Modulo de Finura. El módulo de fineza de un agregado se calcula sumando los porcentajes acumulativos retenidos en la seria de mallas estándares: 3", 11/2", 3/4", 3/8", Nº 4, Nº 8, Nº 16, Nº 3, Nº 50 y Nº 100 y dividiendo entre 100. =
∑ % 100
Valores altos del módulo de finura (arriba de 3.00) indican arenas gruesas y valores bajos (cercanos a 2.00) indican arenas finas. Según la norma ASTM la arena debe de tener un módulo de fineza.
4.1. MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO FINO El módulo de fineza del agregado fino se calcula sumando los porcentajes acumulativos retenidos en las mallas de la serie estándar y se divide entre 100. =
∑ % (3/8" + Nº 4 + Nº8 + Nº16 + Nº30 + Nº50 + Nº 100 ) 100
Según la Norma ASTM la arena debe tener un módulo de fineza no menor de 2,3 ≤ ≤ 3,1. Se estima que las arenas comprendidas entre los módulos 2.2 y 2.8 producen concretos de buena trabajabilidad y reducida segregación; y que las que se encuentran entre 2.8 y 3.1 son las más favorables para los concretos de alta resistencia.
4.2. MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO GRUESO El modulo de fineza del agregado grueso, es menos usado que el de la arena, para su calculo se usa el mismo criterio que para la arena, o sea se suman los porcentajes acumulativos retenidos en las mallas de la serie estándar y se divide entre 100. 1 ∑ % (3" + 1 " + 3/4" + Nº 4 + Nº8 + Nº16+ Nº30+ Nº50 + Nº 100 ) 2 = 100
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4.3. MODULO DE FINEZA DE AGREGADOS COMBINADOS Cuando se combinan agregado grueso y agregado fino en proporciones preestablecidas se conoce con el nombre de hormigón, el procedimiento para el cálculo del módulo de fineza de la combinación de agregados es el siguiente: -
Se calcula el módulo de fineza de cada uno de los agregados por separado. Se calcula el factor en que cada uno de ellos entra en la combinación El módulo de fineza de la combinación de agregados será igual a la suma de los productos de los factores indicados por el módulo de fineza de cada agregado.
-
Es decir, si llamamos módulo de fineza de la combinación de agregados a , módulo de fineza dela Agregado Fino ( ) y módulo de fineza del Agregado Grueso ( ), entonces: =
+
Si: =
=
Entonces: = +
5. TAMAÑO MAXIMO DE LOS AGREGADOS El tamaño máximo del conjunto de agregados, está dado por la abertura de la malla inmediata superior a la que retiene el 15% o más. Al cribar por ella el agregado grueso.
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6. TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL AGREGADO El tamaño máximo de un agregado grueso , es la abertura en milímetros de la malla cuadrada del menor tamiz que retiene como máximo el cinco por ciento (5%) del peso total de agregado seco a peso constante. El tamaño no debe exceder de:
1/5 de la dimensión más pequeña del elemento de concreto
3/4 del espacio libre entre las barras de acero del refuerzo y entre las varillas de refuerzo y las cimbras
1/3 de la profundidad de las losas
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7. HUMEDAD SUPERFICIAL La absorción y humedad superficial de los agregados se debe determinar de acuerdo con las normas ASTM C 70, C 127, C 128 y C 566 de manera que se pueda controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla. La estructura interna de una partícula de agregado, está constituida de materia sólida y de vacíos que pueden o no contener agua. Las condiciones de humedad de los agregados se muestran en la Figura 4.1.7. Se designan como: La cantidad de agua utilizada en la mezcla de concreto, se debe ajustar a las condiciones de humedad de los agregados de manera que cubra los requerimientos de agua. Si el contenido de agua de la mezcla de concreto no se mantiene constante, la resistencia a la compresión, la trabajabilidad y otras propiedades variarán de una revoltura a otra. Los contenidos de agua libre, normalmente varían desde 0.5% hasta 2% para el agregado grueso y desde 2% hasta 6% para el agregado fino. El contenido máximo de agua de un agregado grueso drenado, usualmente es menor que el de un agregado fino. La mayoría de los agregados finos pueden mantener un contenido de humedad drenado máximo, aproximadamente de 3% a 8%, mientras que los agregados gruesos sólo pueden mantener aproximadamente de 1% a 6%.
Condiciones de humedad
Estado
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7.1. HUMEDAD TOTAL PESO ESPECÍFICO El peso especifico de los agregados, que expresa también como densidad al sistema Internacional de Unidades, adquiere importancia en la construcción, cuando se requiere que el concreto tenga un peso límite, sea máximo o mínimo. Además, el peso específico es un indicador de calidad, en cuanto que los valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que el peso específico bajo generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles, caso en el que es recomendable realizar pruebas adicionales.
DEFINICIONES Peso especifico (densidad) Es la relación, a una temperatura estable, de la mas del mismo volumen de agua destilada, libre de gas.
Peso especifico (densidad aparente) Es la relación, a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volúmen unitario de material, a la masa en el aire de igual densidad de un volumen de agua destilada libre de gas. Si el material es un sólido, el volumen es aquel de la porción impermeable.
Peso especifico (densidad de masa) Es la relación, a una temperatura estable, de la amasa en el aire de un volumen unitario de material permeable (incluyendo los poros permeables e impermeables, naturales del material) a la masa en el aire de la misma densidad, de un volumen igual de agua destilada libre de gas.
Peso especifico (densidad)de masa saturado superficialmente seco) Es lo mismo que peso específico de masa, excepto que la masa incluye el agua en los poros permeables.
Absorción Es la cantidad de agua absorbida por el agregado después de ser sumergido 24 horas en esta. Se expresa como porcentaje del peso.
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PROCEDIMIENTO EN EL CASO DE AGREGADOS GRUESOS La muestra de ensayo se forma con aproximadamente 5000g. Del agregado por el método de cuarteo. Se lavan los componentes de la muestra, eliminando el polvo o material adherido y se sumerge en agua durante 24 horas. Luego se saca la muestra del recipiente de inmersión y se envuelve en una toalla, eliminando las películas visibles de agua de la superficie. En estas condiciones, saturada y seca superficialmente, se pesa con una aproximación de 0.5 g. Seguidamente se coloca la muestra en una canasta de
alambre con
dimensiones aproximadas de 20 cm de diámetro y 20 cm de altura provista de aberturas comprendidas entre 2 mm y 4 mm. A continuación se determina su peso, sumergida en agua, a una temperatura entre 21º C y 25º C. Luego se introduce la muestra en un horno a una temperatura de 110º C hasta peso constante. Se deja enfriar y se pesa. Los resultados se expresan como sigue. P= peso en gramos de la muestra seca. Ps= peso en gramos de la muestra saturada interiormente y seca superficialmente. Pi= peso en gramos de la muestra sumergida en agua. Las características del agregado se determinan por las siguientes relaciones: =
Peso especifico (densidad) nominal =
Peso especifico (densidad) aparente
Peso específico (densidad) saturado con superficie seca Absorción % =
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−
100
PROCEDIMIENTO EN EL CASO DE AGREGADOS FINOS: La muestra de ensayo se forma con aproximadamente 1000 g. Del agregado, por el método de cuarteo. De acuerdo al procedimiento normalizado, se sumerge totalmente en un recipiente con agua durante 24 horas, luego de lo cual se extiende la muestra sobre una superficie no absorbente y se expone a una corriente suave de aire caliente, agitando con frecuencia para conseguir un secado uniforme. La operación se da por terminada cuando están sueltas las partículas del agregado. Se coloca la muestra en un molde cónico y se consolida con 25 golpes de pisón, al término de lo cual se alista la superficie de la muestra y se levanta el molde verticalmente. Si existe humedad libre, el cono conserva su forma. En este caso se repite el ensayo a intervalos frecuentes, hasta que el cono formado por la muestra se derrumbe parcialmente al separar el molde. Esto indica que se ha alcanzado la condición de material saturado con superficie seca. De la muestra se toman 500g. Que se introducen en una probeta, a la cual se agregan previamente unos 100 cm3 de agua y luego se completa hasta cerca de 500 cm3, girando la probeta hasta eliminar la burbuja de aire. La probeta se coloca en baño maría a 20º C y se mantiene en él aproximadamente 1 hora; luego se llena con agua, a la misma temperatura, hasta 500 cm3. Se pesa el conjunto (probeta, arena y agua) y se determina por diferenciar la masa de agua añadida, con aproximación de 0,1m. La cantidad de agua para llenar la probeta se puede determinar volumétricamente por medio de una bureta que permita apreciar hasta 0,1 cm3.
CALCULOS Deben utilizarse las siguientes convenciones: P = Peso de la muestra seca, en gramos Pa = Peso o volumen de agua añadida a la muestra para completar el volumen de la probeta, expresado en g. Ó en cm3 según el caso. V = Volumen de la probeta en Cm3 28
Peso especifico (densidad) nominal. Se determina por la siguiente ecuación: =
( ) (500 )
Peso específico (densidad) aparente. Se determina por la siguiente ecuación: =
Absorción. Se determina por la siguiente ecuación: % ó =
500
100
Conclusiones Para obtener un concreto óptimo se debe buscar una estructura de agregados con la forma y secuencia de tamaños adecuados, para que se acomoden lo más densamente posible, combinándose esta estructura con la cantidad de pasta de cemento necesaria para recubrir dichos agregados. La trabajabilidad del concreto es afectada por diversas características de los agregados, tales como la absorción, la forma de la partícula, la textura superficial, el tamaño y la granulometría. Los agregados influyen en las características del concreto endurecido, tanto por su propia resistencia, como por la cantidad y tamaño de las partículas, y sobre todo, aquellas que facilitan la adherencia con la pasta de cemento. La mayor porosidad de los agregados propicia una mejor adherencia, pero generalmente va acompañada de mayor desgaste.
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8. PROPIEDADES DEL CONCRETO 8.4. EXUDACIÓN Es el ascenso del agua a la superficie del concreto una vez que el concreto fresco ha sido depositado en el encofrado. La exudación es debido a la mala dosificación del cemento en el cual hay un exceso de agua. La exudación es nociva para el concreto debido a que al evaporarse el agua deja a la superficie demasiado porosa y poco durable.
Velocidad de exudación Es la velocidad con que el agua asciende a la superficie del concreto. Se da en: =
Volumen total exudado Es el volumen total del agua que se deposita en la superficie del concreto. Prueba de exudación En un recipiente graduado se deposita la tercera parte de la altura del recipiente el concreto y luego se compacta con 25 golpes, seguidamente se vuelve a depositar la segunda tercera parte de luego compactar a 25 golpes finalmente se termina con la ultima tercera parte compactándolo igualmente dejando libre 1 pulgada, luego se mide el agua que se deposita por encima del concreto.
Para medir el agua se hacen lecturas cada 10 minutos 4 veces la primera vez. Luego se lectura cada 30 minutos hasta que el concreto deje de exudar. Exudación por unidad de área: =
Exudación en %: =
30
× 100
=
×
8.5. DURABILIDAD Es una propiedad del concreto endurecido por el cual debe ser capaz de resistir a la acción de los agentes atmosféricos y químicos, cambios bruscos de temperatura. Ejemplo: Congelamiento y descongelamiento Nevadas Granizos Viento Sulfatos Sales de mar, ríos Aguas servidas
Recomendaciones Añadiéndole al concreto fresco aditivos inclusores de aire. Si la estructura estará expuesto sulfatos es recomendable usar los cementos:
Cemento portland tipo II (poca cantidad de sulfatos) Cemento portland tipo V (elevada concentración de sulfatos)
8.6. IMPERMEABILIDAD Es una propiedad del concreto endurecido por el cual no permite que el agua circule a través del concreto. Esta propiedad es de suma importancia sobre todo en concreto armado porque el acero debe estar completamente protegido de la humedad y del oxígeno. Para lograr una buena impermeabilidad en el concreto: Se tiene que hacer un buen diseño de mezclas con agregados de calidad tanto agregado fino y grueso. En cuanto al manipuleo se debe realizar una buena consolidación al concreto. Además un curado adecuado puede aumentar la impermeabilidad. Los aditivos inclusores de aire también ayuda a que el concreto tenga una buena impermeabilidad.
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