1 1 AGREGADOS MATERIALES DE INGENIERIA CIVIL 2 Introducción • Definición: – Diccionario: Combinación de distintas partes unidas en una masa o en un conjunto. – En ingeniería civil: Masa de piedra triturada, grava, arena, etc. mayormente compuesta de partículas individuales. • Tamaño varia desde 6 in. a 5~10 micrones • Usos principales en ingeniería civil: – Material subyacente para fundaciones y pavimentos. – Ingredientes del hormigón de cemento portland y hormigón asfáltico 3 Introduccion (cont) • Fuente de los agregados: – Naturales: • fosas de gravas grava • Depósitos en rios grava • canteras de rocas piedra triturada – Manufacturados: • Escoria Hormigón liviano • Arcillas y esquistos expansivos Hormigón liviano • Trozos de acero Hormigón pesado 4 Cantera de roca 5 Usos de los agregados 1. Material subyacente para fundaciones y pavimentos (base y subbase) § Añade estabilidad a la estructura § Proveen una capa de drenaje § Protegen la estructura de las heladas 6 Usos de los agregados (cont) • Ingrediente del hormigón de cemento portland § Ocupan 60-75% del volumen y 79-85% del peso § Actuan como relleno para reducir el cemento necesario en la mezcla § Agregan estabilidad de volumen.
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AGREGADOS
MATERIALES DE INGENIERIA CIVIL
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Introducción
• Definición:– Diccionario: Combinación de distintas partes
unidas en una masa o en un conjunto.– En ingeniería civil: Masa de piedra triturada,
grava, arena, etc. mayormente compuesta de partículas individuales.
• Tamaño varia desde 6 in. a 5~10 micrones
• Usos principales en ingeniería civil:– Material subyacente para fundaciones y
pavimentos.– Ingredientes del hormigón de cemento portland y
hormigón asfáltico
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Introduccion (cont)
• Fuente de los agregados:– Naturales:
• fosas de gravas à grava• Depósitos en rios à grava• canteras de rocas à piedra triturada
– Manufacturados:• Escoriaà Hormigón liviano• Arcillas y esquistos expansivos à Hormigón liviano• Trozos de aceroà Hormigón pesado
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Cantera de roca
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Usos de losagregados
1. Material subyacente para fundaciones y pavimentos (base y subbase)§ Añade estabilidad a la estructura
§ Proveen una capa de drenaje§ Protegen la estructura de las heladas
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Usos de losagregados (cont)
• Ingrediente del hormigón de cementoportland§ Ocupan 60-75% del volumen y 79-85% del peso§ Actuan como relleno para reducir el cemento
necesario en la mezcla§ Agregan estabilidad de volumen.
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Usos de los agregados (cont)
3. Ingrediente de hormigón asfáltico:– Constituyen >80% del volumeny 92-96% de la masa.– El rozamiento entre las partículas de agregados provee la
resistencia y la estabilidad del pavimento
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Propiedades de los agregados
• Forma de la partícula y textura de la superficie– La forma determina cómo se va a agrupar,
qué densidad tendrá y cómo se moverádentro de la mezcla.
– Las 2 consideraciones en la forma del material son:
• Angularidad• “Flakiness”
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Formas de los agregados
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Propiedades de los agregados(cont)
– Partículas angulares se obtienen al triturar piedra .– Al pasar el tiempo las esquinas se rompen formando
partículas subangulares– Al transportarse y rodar entre sí las esquinas se
pueden volver redondas.– Los angulares producen masas con mayor
estabilidad.– Los redondos son mas fáciles de colocar– El “flakiness” describe la relación entre la menor y la
mayor dimensión del agregado.
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Propiedades de los agregados(cont)
• En cuanto a la textura:– Agregados rugosos:
• Son más difíciles de compactar densamente• Se adhieren mejor entre sí• Presentan mejor rozamientoentre partículas• Son preferidos para el hormigón asfalticoporque aumentan
la estabilidad del hormigón.
– Agregados redondos:• Se prefieren en PCC porque mejoran la manejabilidad de la
mezcla
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Propiedades de los agregados(cont)
• Integridad y durabilidad:– Es la propiedad de los agregados de
resistir la desintegración debida a agentesclimáticos:
• El congelamiento y los ciclos de hielo/deshieloson los ataques climáticos más peligrosos paralos agregados.
• Tenacidad, dureza y resistencia a la abrasión:– Es la propiedad de los agregados de
resistir los efectos dañinos de las cargas .
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Propiedades de los agregados(cont)
– Los agregados deben resistir:
• Trituración• Degradación• Desintegración
• cuando estánalmacenados
• mezclados como PCC or AC
• Colocados• Compactados• expuestos a cargas
– La resistencia a la abrasión se evalua mediante el Ensayo de Abrasión de Los Angeles.
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Propiedades de los agregados(cont)
• Absorción:– Es la propiedad de absorber agua (en PCC) o
aglomerante (en AC) en los vacios superficiales.
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Propiedades de los agregados(cont)
• Absorción (cont):– En el PCC, el agua que los agregados
absorben no está disponible parareaccionar con el cemento o mejorar la manejabilidad
– En el AC, el asfalto absorbido no estádisponible para actuar como aglomerante, aunque algo de absorcion es necesariopara promover la adhesion entre asfalto y agregado
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Absorción (cont.)
• Los cuatro estados de humedad de un agregadoson:– Seco (al horno): no contiene nada de humedad.– Seco al aire: puede tener humedad pero sin llegar a
saturarse.– Saturado con superficie seca (SSD): Los vacios están
llenos de humedad pero la superficie está seca.– Húmedo: Vacios llenos y la superficie también
húmeda.
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Absorción (cont.)
• Basado en lo anterior, la absorción se define también como:– La cantidad de agua necesaria para llenar los
vacios superficiales.– O lo que es lo mismo: La cantidad de
humedad en la condición SSD.• Si la absorción es menor que la cantidad
de humedad, qué pasa con el agua de la mezcla?
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Gravedad específica
• El peso del agregado no es una medida de sucalidad pero es importante para el diseño de la mezcla.
• La gravedad especifica (SG) es el cocienteentre su peso específico y el peso específicodel agua:
w
SGγγ=
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Gravedad específica (cont)• Hay cuatro tipos de gravedad específica:
( ) wpis
s
VVVW
γ++=
( ) wpis
ps
VVV
WW
γ++
+=
( ) wis
s
VVW
γ+=
– Saturada: Peso SSD / volumentotal
– Aparente: Peso seco / volumen no accesible al agua:
– Seca: peso seco / volumentotal
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Gravedad específica (cont)
• Gravedad específica efectiva: (para hormigónasfáltico) = Peso del agregado / volumen no accesible al asfalto
( ) wcs
s
VVW
γ+
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Resistencia y módulo de losagregados
• La resistencia de los agregados no puede ser menor que la del hormigón cemento portland o del hormigón asfáltico
• Es poco frecuente medir la resistencia de losagregados
• La resistencia en tensión varia entre 100 a 2300 psi y la de compresión entre 5000 a 50000 psi.
• El módulo de elasticidad tampoco se mide con frecuencia.
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Granulometría y tamaño máximo
• La granulometría describe la distribución de tamaños de las partículas de agregados
• Agregados grandes se prefieren en PCC y AC porquetienen menos superficie y por lo tanto requieren menosaglomerante
• Sin embargo, agregados grandes son más difíciles de colocar en obra.
• Por lo tanto consideracionesconstructivas limitan el tamaño máximo de agregados (capacidad del equipo, dimensiones de la formaleta, distancia entre aceros de refuerzo, etc.)
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Tamaño máximo
• Cuál partícula usa más agua paramojarse?
a) Un agregado
b) Dos agregados que en conjunto tienen el mismovolumen que a)
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Definición de tamaño máximo de agregados
• Tamaño máximo del agregado: el tamizmás pequeño por el cual pasa el 100% de los agregados
• Tamaño máximo nominal del agregado: el tamiz más grande que retiene algúnagregado (usualmente no mayor que el 10%)
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Análisis de tamices
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Análisis de tamices
• La granulometría se establece haciendopasar los agregados por una serie de tamices.
• Los tamices cuyas aberturas son mayoresque ¼” se designan por el tamaño de la abertura
• Los tamices cuyas aberturas son menoresque ¼” se designan por el número de aberturas por pulgada lineal
• Los agregados retenidos en el tamiz #4 se llaman agregados gruesos y los que pasanse llaman agregados finos
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Análisis de tamices (cont)
• Los resultados de una granulometria se describen usando el porcentaje acumuladode agregados que, ya sea pasan o quedanretenidos en un determinado tamano de tamiz.
• Los resultados generalmente se dibujan en una grafica semi-logaritmica.
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Ejemplo de analisis de tamices
15.6pan
58.30.075
72.00.15
40.40.30
151.40.6083.11.18
56.92.00
33.22.36
04.75
Amount retained, g
Sieve, mm
0
20
40
60
80
100
120
0.01 0.1 1 10
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Granulometria de densidadmaxima
• Cual recipiente tiene mayor volumen de agregados, o lo que es lo mismo, menorcantidad de espacios vacios?
a) Recipiente lleno de bolitas de 1”
b) Mismo recipientelleno de bolitas de 1/2”
Y que pasa simezclamos a) y b)?
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Granulometria de densidadmaxima (cont)
• En 1907 Fuller establecio la relacion para determinar la distribucionde agregados que provee la densidad maxima (minima cantidad de vacios )
45.0
100
=DdP i
i
P i = porcentaje que pasa el tamiz de tamano didi = el tamano del tamiz en cuestionD = maximo tamano del agregado
•En los 60’s, el FHWA introdujo la grafica granulometrica potencia0.45
•Usualmente, una granulometria densa y no una maxima es la quese desea en las mezclas.
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Granulometría de máximadensidad (cont)
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Granulometría de máximadensidad (cont)
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Otros tipos de granulometría• Distribución de un tamaño:
– La mayoría de los agregados pasa un tamiz y esretenido en el siguiente
– La curva granulométrica es casi vertical– Tienen buena permeabilidad, poca estabilidad
• Granulometría con brecha: – No tienen uno o más tamaños– La curva tiene una sección horizontal
• Granulometría abierta :– No tienen agregados finos para bloquear los
vacíos entre los agregados gruesos– Tienen buena permeabilidad, poca estabilidad
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Otros tipos de granulometria
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Especificaciones de granulometría
• Las especificaciones de granulometríaindican los máximos y mínimosporcentajes que debe acumularse en cada tamiz
• Por ej., la norma ASTM C33 especificalos requerimientos para agregados finosy gruesos para hormigón de cementoPortland
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Especificaciones de granulometría ASTM C33 para agregados finos de hormigón de cemento
Combinacion de agregados para cumplircon especificaciones (ejemplo)
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Combinación de agregados paracumplir especificaciones
• Cuando deban combinarsemás de dos agregados :– Se aplicael método gráfico en forma iterativa– O se usa la ecuación básicade la combinación usando un
método de tanteo
...+++= CcBbAaPi
P i = Porcentaje de la combinacion que pasa el tamiz i
A, B, C, = Porcentaje de agregadosA, B, C que pasan el tamiz i
a, b, c, = Porcentajes (en peso) de los agregados A, B, C usados en la combinación
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Propiedades de agregadoscombinados
• Con excepción de la gravedad específica y la densidad, las propiedades de la combinación siguen la ecuación:
L+++= 332211 XPXPXPX
• Esta ecuación puede usarse para propiedadestales como la angularidad, la absorción, la resistencia, y el módulo– X=propiedad de la combinación– X1,X2,X3=propiedad de los agregados 1,2, y 3– P1,P2,P3=porcentajes de peso de los agregados
1,2, y 3
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Sustancias nocivas en losagregados
• Es cualquier material en los agregados que afecta la calidad del hormigón hecho con ellos
• Para hormigón de cemento Portland– Impurezas orgánicas– Partículas menores que 0.075 mm– Carbón, lignita u otros materiales livianos– Grumos de arcillay partículas friables– Partículas suaves
• Para el hormigón asfáltico– Grumos de arcilla– Partículas suaves o friables
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Reactividad álcali-agregado
• Es la reacción química entre constituyentes de sílice del agregado con el álcali en el cemento .
• Ocurre mayormente en lugares húmedos y cálidos
• Resulta en una excesiva expansión, agrietamiento y reventones
• El ASTM C227 es el ensayo usado paradeterminar la reactividad entre cemento y agregado
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Thin-Section Cut of ASR-Damaged Concrete
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ASR-Induced Damage in Unrestrained Concrete Element.
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Extrusion of Joint-Sealing Material Triggered by Excessive Expansion from ASR.
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Reactividad álcali-agregado
• Opciones para minimizar los efectos:– Limitar el contenido de álcalis en el cemento
(ej. cemento tipo II)– Mantener la estructura lo más seca posible– Usar aditivos puzolánicos (ej. fly ash)– Reemplazar parte del agregado con piedra
