Rocas y Agregados Para Hormigones

Tecnologa del hormign Pgina 1/25

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL Facultad Regional Santa Fe Ctedra: Tecnologa del Hormign - Ingeniera Civil Profesor: Ing. Ma. Fernanda Carrasco UNIDAD 3. ROCAS Y AGREGADOS PARA HORMIGONES INTRODUCCIN El agregado es el material granular, generalmente inerte, resultante de la desintegracin natural y/o desgaste de rocas, o que se obtiene mediante la trituracin de ellas, de escorias siderrgicas convenientemente preparadas para tal fin o de otros materiales suficientemente duros, que permiten obtener partculas de forma y tamaos estables, destinadas a ser empleadas en hormigones (IRAM 1627:1997).

La importancia del uso de los tipos y calidad correctos del agregado (rido) no se puede subestimar. Los agregados fino y grueso ocupan cerca del 60 % al 75 % del volumen del hormign (70 % a 85 % de la masa) e influyen fuertemente en las propiedades tanto en estado fresco como endurecido, en las proporciones de la mezcla y en la economa del hormign (Tabla 1).

Algunos depsitos naturales de agregado, llamados de gravas de mina, consisten en grava y arena que se pueden usar inmediatamente en el hormign, despus de un procesamiento mnimo. La grava y la arena naturales normalmente se excavan o dragan de la mina, del ro, del lago o del lecho marino. La piedra triturada se produce triturando la roca de cantera, roca redondeada, guijarros o gravas grandes. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada tambin se usa como agregados fino y grueso. Los agregados frecuentemente se lavan y se gradan en la mina o en la planta. Se puede esperar alguna variacin en el tipo, calidad, limpieza, granulometra (gradacin), contenido de humedad y otras propiedades.

El hormign reciclado o el hormign de desperdicio triturado es una fuente viable de agregados y una realidad econmica, especialmente donde los buenos agregados son escasos. Se pueden utilizar equipos convencionales de trituracin de piedras y se han desarrollado nuevos equipos para reducir el ruido y el polvo.

Tabla 1. Propiedades del hormign influenciadas por las caractersticas de agregado. PROPIEDAD DEL HORMIGN PROPIEDAD RELEVANTE DEL AGREGADO Resistencia Resistencia , textura superficial, tamao mximo, forma de la partcula,

limpieza Peso Unitario Densidad, tamao mximo, granulometra, forma de la partcula Mdulo de Elasticidad Mdulo de elasticidad, coeficiente de Poisson Creep y Contraccin Mdulo de elasticidad, forma, granulometra, limpieza tamao mximo,

minerales arcillosos Conductividad trmica Conductividad trmica Resistencia a la congelacin y deshielo

Porosidad, permeabilidad, sanidad, resistencia a la traccin, estructura de poros, grado de saturacin, textura y estructura, minerales arcillosos

Resistencia a la abrasin Dureza Resistencia a la temperatura Coeficiente de dilatacin trmica Reaccin lcali-agregado Presencia de constituyentes silceos deletreos Resistencia al mojado y secado Estructura de poros, mdulo de elasticidad Economa Forma, graduacin, tamao mximo, procesamiento requerido, disponibilidad Calor especfico Calor especfico


Por otro lado, los agregados son los materiales que en mayor medida el ingeniero puede manejar en la obra. El cemento viene totalmente elaborado con las caractersticas con las cuales se va a utilizar, por lo cual se lo puede aceptar o rechazar, y entonces en este ltimo caso, elegir una marca o procedencia diferente. Con los aditivos qumicos se da la misma circunstancia. En el caso del agua, esta tiene que cumplir condiciones fsico-qumicas para su utilizacin, si esto no sucede se debe cambiar la fuente. Pero los agregados se prestan a manipuleo o procesamientos, que permiten utilizar a estos materiales en condiciones ptimas: pueden ser clasificados en distintas fracciones para lograr una composicin granulomtrica adecuada, utilizando esas fracciones en proporciones diferentes a las que naturalmente lo componan. Los agregados pueden tener impurezas no deseables (polvo, materia orgnica, sales, etc.) que pueden ser eliminadas por medio del lavado. El ingeniero debe tener un claro concepto de lo que es un buen agregado y como sus propiedades influyen sobre las del hormign (Tabla 1).

CLASIFICACIN DE LOS AGREGADOS Clasificacin por peso por unidad de volumen o densidad a granel Normales: Son los agregados de uso ms generalizado, y en el 90 % de las construcciones se los utiliza. El peso unitario est comprendido entre 1000 a 1800 kg/m3.

Livianos: Su peso unitario est por debajo de los 1000 kg/m3 (700 a 800 kg/m3) y con su uso se obtienen hormigones livianos.

Pesados: Tienen un peso unitario superior a los 2000 kg/m3 y provienen de rocas que contienen elementos pesados, por ejemplo, hierro, bario, plomo. Se los emplea para la elaboracin de hormigones pesados para pantallas contra radiaciones.

Clasificacin por su Composicin Mineralgica Se da una clasificacin de los agregados naturales segn el tipo de roca: gneas, sedimentarias, o metamrficas.

Clasificacin por el Mtodo de Obtencin Segn el procedimiento de produccin, los agregados pueden clasificarse como: naturales o artificiales. En la segunda categora se incluyen los agregados producidos con minerales tratados trmicamente, por trituracin y por reciclado.

Clasificacin por su Tamao (IRAM 1627:1997) Agregado grueso: es el agregado que de acuerdo con su tamao nominal, queda retenido en el tamiz IRAM 4,75 mm (N 4).

Agregado fino: es el agregado que pasa por lo menos el 95% el tamiz IRAM 4,75 mm (N 4), y queda retenido en el tamiz IRAM 75 m (N 200).


REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA HORMIGN Los requisitos de calidad establecidos para los agregados se pueden separar en dos grupos:

Grupo A: Las partculas deben ser duras, resistentes y durables. Grupo B: Las partculas deben estar limpias, libres de impurezas, de tamao y forma adecuadas.

Si el material en estudio no renen algunas de las caractersticas del Grupo A, no podr ser empleado como agregados para hormign, por ser estas caractersticas determinantes, y no es posible modificarlas. Si en cambio no se cumplen las condiciones del Grupo B, las mismas se pueden corregir, por lavado o cribado.

Caractersticas del Grupo A Resistencia La resistencia del agregado puede evaluarse de dos formas, dependiendo si se conoce la roca madre, o si se trata de materiales naturales granulares sueltos. En el primer caso pueden realizarse ensayos de compresin de la roca sobre probetas cbicas o cilndricas en estado saturado y con la direccin de aplicacin de la carga paralela a los plano de clivaje. Un valor recomendado de resistencia a compresin es de 60 MPa. La resistencia a traccin es dbil y est comprendida entre 1 y 8 MPa.

Cuando se presentan agregados de los cuales no se pueden obtener probetas, se debe plantear otra forma de evaluacin. En el caso de agregados finos, es posible realizar un ensayo de resistencia estructural, que consiste en moldear probetas de mortero de arena en estudio y comparar los valores de resistencia de esta serie de mortero con una serie patrn de idnticas caractersticas, elaborada con arena normal (IRAM 1633:1965).

En el caso de los agregados gruesos no existen ensayos normalizados, pero desde el punto de vista prctico, se puede resolver de igual forma, comparando con un hormign elaborado con un agregado grueso de reconocidas buenas caractersticas. En este caso las dos series tienen idntica relacin a/c, tipo de arena, contenido de cemento y proporciones entre agregado fino y grueso.

Partculas Blandas Otro aspecto que debe considerarse cuando se explota una cantera, es que en el proceso de trituracin y produccin de agregados con frecuencia se incorporan partculas de menor resistencia, por que poseen fisuras o se encuentran alterados sus minerales. Por este motivo, existen en el agregado partculas blandas o descompuestas (IRAM 1644:1967), que en el hormign constituyen puntos dbiles y concentradores de tensiones. Para la determinacin del contenido de partculas blandas o descompuestas se separan aquellas partculas en las que se nota un cambio de coloracin o de textura y se prueba su resistencia con un martillo liviano o tambin en forma manual. Las partculas descompuestas ceden con relativa facilidad a la prueba manual de su resistencia y son separadas. Para los agregados finos, se incluyen en esta clasificacin a pizarras, yeso, mica, fragmentos escamosos desmenuzables o partculas cubiertas de pelculas superficiales.

Dureza - Desgaste La dureza de los agregados es una caracterstica que cobra importancia en obras tales como conductos, canales y vertederos de diques en los cuales el agua transporta materia slida en suspensin, o en los disipadores de energa por problemas de cavitacin, o en playas industriales y pavimentos, sometidos a la accin de neumticos. La dureza del hormign esta


vinculada principalmente a la dureza de las partculas de los agregados, en especial del grueso. Existe un ensayo de frotamiento para realizar, sobre muestras de rocas y medir la prdida de material frente a un determinado nmero de vueltas, es el ensayo de Los ngeles (IRAM 1532:2000).

Durabilidad La durabilidad puede definirse como la propiedad que presentan los materiales de resistir las acciones del medio ambiente (humedad, gases, temperatura), o tambin como una cualidad del material de conservar sus propiedades en el transcurso del tiempo. Si se pretende que el hormign sea un material durable, debern serlo tambin los agregados que lo componen, ya que estos constituyen aproximadamente el 75% de su volumen.

Los principales mecanismos que provocan la destruccin de las rocas y de los hormigones son los fenmenos de congelacin - deshielo, los de mojado-secado en soluciones salinas o agua, y las reacciones qumicas con algunos compuestos del cemento. Las rocas y los agregados presentan una estructura con poros cuyos tamaos varan considerablemente. Algunos son observados a simple vista y otros son extremadamente pequeos, de aproximadamente 4m. Estos ltimos presentan el mayor inters por la implicancia en los mecanismos de rotura, como as tambin los poros vinculados con el exterior ya que permiten que el agua se introduzca dentro del agregado.

Cuando la temperatura del material desciende debajo de 0 C, el agua presente en los poros comienza a congelarse generndose un aumento de volumen del orden del 10%. Este incremento de volumen provoca un aumento en la presin hidrulica del agua sin congelarse, que origina tensiones de traccin, que pueden llegar destruir el hormign.

Otro mecanismo que genera una fuerte accin destructiva son las aguas con sales en solucin, que se introducen en la estructura porosa de los agregados, cristalizan cuando se produce el secado por evaporacin, incrementndose el volumen y generando presiones internas de cristalizacin.

Mediante la inmersin de los agregados (ciclos) en soluciones de sulfatos de sodio o magnesio, se obtiene una manera fcil y prctica de verificar la estabilidad de las rocas, evaluando la resistencia que poseen ante la presin de cristalizacin de los sulfatos. El valor que se analiza es la prdida mxima despus de cinco ciclos de inmersin y secado.

El Reglamento admite que cuando el material, si no cumple los lmites de este ensayo y no existen antecedentes de obras construidas con dicho material con 10 aos de vida til, se lo puede admitir si el hormign verifica el ensayo de congelacin y deshielo.

El factor de durabilidad del hormign (FD), luego de ser sometido a los ciclos de congelacin y deshielo, no debe disminuir sensiblemente (FD = 80% a 300 ciclos). Este factor es la relacin entre los mdulos de elasticidad dinmico, despus y antes del ensayo. El ensayo es sumamente largo y requiere un equipamiento costoso.

En cambio, en los basaltos el agua provoca el hinchamiento de arcillas que se encuentran en su interior, con importantes expansiones. En algunas estructuras ejecutadas con basaltos contaminados con arcilla, se ha alterado el hormign luego de ms de 20 aos de servicio, por el desarrollo de tensiones de traccin elevadas que se originan por la expansin del agregado.

Los estudios se basan en observaciones microscpicas, difraccin por rayos X para identificar los minerales secundarios, y ensayos acelerados de durabilidad por inmersin en etilenglicol (analizndose la prdida de material luego de 30 das de inmersin) y ciclos de humedecimiento y secado.

La durabilidad como consecuencia de las posibles reacciones del agregado con el cemento se analiza en el punto de sustancias reactivas.

Los problemas de durabilidad de origen qumico ms importantes, resultan de la reaccin entre


la slice activa, presente en algunos agregados y los lcalis contenidos en el cemento. Tambin, se han identificado algunas reacciones expansivas como ser la pirita (SFe), que en presencia de hidrxido de calcio se transforma en sulfato ferroso y luego hidrxido frrico, causando reventones y manchas.

La existencia de fisuras tipo mapa en algunas estructuras, llev durante los aos 1940 a relacionarlos con las expansiones causadas por la reaccin entre los lcalis contenidos en el cemento (xidos de sodio y potasio) con ciertas formas reactivas de slice contenidas en los agregados. Las distintas formas de la slice tienen diferentes grados de reactividad, dependiendo del grado de cristalizacin, de la porosidad interna, del tamao de los cristales y de las deformaciones internas de los cristales. El palo es la forma ms reactiva de la slice, ya que es amorfo y altamente poroso. Los factores que controlan la reaccin son: la naturaleza y porcentaje de slice presentes, el tamao de las partculas del material reactivo, el porcentaje de lcalis (considerando no solo los porcentajes iniciales incorporados por el cemento sino tambin los de los aditivos y los posteriores que pueden incorporarse corno ser los presentes en suelos o aguas de contacto) y la presencia de humedad y temperatura.

En Argentina existen rocas potencialmente reactivas y ha sido observada la reaccin en distintas estructuras de servicio (pavimentos, aeropuertos). Pueden definirse tres zonas de agregados reactivos: la Mesopotamia, la Patagonia y la Costa Atlntica Bonaerense.

El primer ensayo a realizar es la determinacin de la presencia de slice reactiva a travs de un examen petrogrfico (IRAM 1649:2008). El ensayo de la barra de mortero (IRAM 1637:1992) es para determinar la reactividad fsica del agregado. Se utiliza el agregado, con una granulometra prescripta, en barras de mortero de cemento de alto contenido de lcalis y arena. Existe otro ensayo, NBRI (IRAM 1674:1997), donde las barras se mantienen 14 das en una solucin de Na(OH) a 80 C, y la expansin debe ser menor de 0.11 %.

Caractersticas del Grupo B Material que pasa el tamiz de 75 m (polvo): Los agregados deben de estar limpios, el polvo es un material formado por partculas menores que el tamiz IRAM 75 m (N 200). Por diversas circunstancias el polvo se adhiere a la superficie de las partculas de agregado. Es frecuente que las arenas de lechos de ros o playas estn impregnadas de este material fino. Estas partculas pueden aparecer entre los agregados en el proceso de trituracin. Otro de los orgenes ms frecuentes de su presencia en obras de importancia se debe a que los agregados son transportados mediante palas de arrastre con la incorporacin de partculas del suelo.

Algunas veces el polvo no se encuentra separado de las partculas sino que esta adherido firmemente. Esta adherencia se incrementa cuando el agregado es de trituracin, ya que la superficie es rugosa. Tambin cuando el agregado se encuentra expuesto a la intemperie y se moja alternativamente con la lluvia. Todo esto hace que la pelcula superficial resulte difcil de desprender durante el mezclado. La adherencia de la pasta a la superficie de los agregados, que da origen a la aglomeracin, se realiza a travs de la pelcula de polvo, disminuyendo la resistencia de la interfaz, por lo cual la resistencia mecnica del hormign disminuye, y en especial, la resistencia a traccin.

El concepto mencionado es importante en hormigones para pavimentos, no slo por la disminucin de la resistencia a la flexin, sino tambin por las variaciones volumtricas. Las partculas finas por el proceso de exudacin, llegan a la superficie del hormign formando, una pelcula de polvo, cemento y agua fcilmente desgastable. Esta pelcula tambin debilita la unin entre hormigones de distintas edades. Adems, para conformar el hormign, la pasta debe rodear y unir a todas las partculas, por lo que la cantidad de pasta va a depender de la superficie total de las partculas. Cuando los agregados varan su contenido de polvo, incrementndolo, la pasta no alcanza para lubricar adecuadamente todas las partculas. En


consecuencia se debe aumentar el volumen de la misma: aumentando el contenido cemento, el contenido de agua de mezclado, o ambos, manteniendo constante la relacin a/c.

Sustancias Perjudiciales Otro de los factores que afectan la limpieza de los agregados, principalmente los gruesos, son los terrones de arcilla. Segn IRAM 1512:2006, se tratan como partculas desmenuzables, los materiales arcillosos se acumulan frecuentemente en las grietas de las canteras. La arcilla es un material que posee fuerte poder cementante, y los terrones son una acumulacin de partculas cuyo tamao medio oscila entre 5 y 15 m. Cuando el agregado con los terrones arcillosos es empleado en una estructura de hormign pueden presentarse dos variantes:

Durante el mezclado con agua los terrones se disgregan, transformndose en polvo de alta superficie especfica.

Los terrones no se disgregan al mezclarse con el agua y quedan como tales. En condiciones hmedas dentro de la masa de hormign al cabo de unos das pierden su poder cementante convirtindose en partculas blandas.

Materia Orgnica Otro tipo de impureza es la materia orgnica, en su mayora de origen hmico la cual retarda los procesos de hidratacin del cemento. Esto trae aparejado una demora en el fraguado y un retardo en la adquisicin de resistencia, desconociendo si el hormign alcanzar la resistencia prevista en los clculos para poder seguir avanzando en las etapas constructivas programadas. En las arenas naturales la determinacin del contenido de materia orgnica debe efectuarse siempre, mientras que en los agregados gruesos se realizar solamente si se aprecia una porcin apreciable de partculas finas. En este ltimo caso la determinacin se realizar sobre el retenido en el tamiz de 4,75 mm.

El ensayo consiste en colocar la muestra de arena en una solucin de hidrxido de sodio al 3%, agitar y dejar reposar durante 24 horas. Los granos de arena sedimentan y la solucin toma distintas tonalidades de acuerdo con el grado de contaminacin. Comparando la coloracin tomada con una escala colorimtrica estndar, se puede obtener una valoracin de la cantidad de materia orgnica presente.

Sales Solubles La presencia de sales solubles en los agregados origina diversos problemas en el hormign. Segn su composicin qumica los sulfatos reaccionan con el aluminato triclcico del cemento provocando expansiones, los cloruros atacan las armaduras y elementos metlicos embebidos en el hormign y los carbonatos o los bicarbonatos aumentan el pH del hormign lo que puede ocasionar un retardo del proceso de hidratacin. Adems, deben mencionarse algunos problemas de orden esttico ya que el agua solubiliza las sales y al evaporarse las arrastra a la superficie, provocando manchas denominadas eflorescencia.

Considerando que el contenido total de sales es el que influye sobre las caractersticas del hormign, se hace necesario controlar no slo el porcentaje aportado por los agregados sino tambin el que incorporan los aditivos y el agua de mezclado. Este criterio es el adoptado por CIRSOC 201, con el inconveniente de tener que conocer los materiales y las proporciones en que intervienen en la mezcla para poder realizar el estudio.


Otras Impurezas Comprenden partculas livianas, carbonosas y arcilla, estas impurezas traen aparejado, sino son convenientemente limitadas, una reduccin en la seccin til del hormign y problemas originados por concentracin de tensiones. Las materias carbonosas merecen un comentario adicional, son partculas desmenuzables, poco resistentes y algunas veces contienen azufre. Generalmente son de un color oscuro que puede llegar a modificar el aspecto del hormign por la presencia de manchas oscuras en la superficie.

FORMA DE LOS AGREGADOS Partculas lajosas y elongadas La forma de la partcula tiene suma importancia en la trabajabilidad. Las partculas con formas chatas y alargadas (lajas) y aquellas finas y alargadas (elongadas) son muy difciles de mover, pues se traban y la trabajabilidad del hormign se ve reducida.

Si se realiza una estructura con este tipo de agregado, las lajas tienen incidencia en las propiedades del hormign. Durante la compactacin del hormign, una laja o partcula elongada al apoyarse sobre otras dos partculas cortas deja un vaco, y al estar colocada horizontalmente, donde tienen, menor resistencia, una excesiva presencia de las mismas puede provocar, una vez endurecido el hormign una notable disminucin de la resistencia a la flexin. Adems, durante la compactacin dentro de la masa de hormign existe un movimiento ascendente de agua, al encontrar una laja, en general no la rodea y queda retenida debajo de la laja. Al evaporarse el agua quedar el vaco correspondiente. Tambin, en estructuras de poco espesor y de gran superficie, como por ejemplo losas o pavimentos, las lajas que se encuentran cercanas a la superficie y trabajando como una viga simplemente apoyada cargada en el centro de la luz, cuando la carga de trnsito acta, se quiebran y salta.

Se debe tratar de que el agregado est constituido por partculas de formas cbicas y esfricas.

Se puede establecer una clasificacin de la forma de las partculas como:

Redondeada: totalmente desgastadas por el agua o completamente limadas por frotamiento (grava de ro, arena del desierto o de playa).

Irregular: irregularidad natural, o parcialmente limadas por frotamientos con bordes redondeados.

Escamosa: material en el cual el espesor es pequeo en relacin a las otras dos dimensiones.

Angular: posee orillas bien definidas que se forman en la interseccin de caras ms o menos planas (rocas trituradas).

Elongadas: material generalmente angular en el que la longitud es considerablemente mayor que las otras dos dimensiones.

Figura 1. Formas de los agregados


Textura Superficial La textura superficial de las partculas es otro aspecto a analizar en el agregado, y se basa en el grado en que la superficie de una partcula es: pulida o lisa; suave o spera. La textura spera produce una mayor fuerza de adhesin entre las partculas y la pasta de cemento endurecida. Tambin influyen sobre el contenido de agua de un hormign en estado fresco, especialmente cuando se trata de agregado fino.

GRANULOMETRA La distribucin del tamao de partculas o la granulometra de un agregado es la caracterstica que ms influye en la cantidad de pasta, para obtener una determinada trabajabilidad. Considerando que el cemento es el ms costoso de los componentes es preferible minimizar su uso, disminuyendo la cantidad de pasta sin afectar la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad del hormign. La importancia de la granulometra del agregado se aprecia si se considera al hormign como un conjunto no muy compacto de partculas adheridas entre s con una pasta de cemento que tambin llena los vacos existentes entre las mismas. La cantidad de pasta necesaria depender entonces del volumen de vacos y del rea especfica de las partculas.

Cuando las partculas presentan un tamao uniforme, el volumen de pasta es elevado (figura 2 a), que se reduce sensiblemente cuando se utilizan distintos tamaos (figura 2 b), o cuando se anula el tamao mximo (figura 2 c). Si bien para cada tamao de partculas existe una distribucin terica de tamao que provoca un mnimo espacio de vacos, las muestras no son las ms trabajables por lo cual hay que llegar a una solucin de compromiso entre la trabajabilidad y la economa.

El criterio de dosificacin de hormigones de cemento portland se diferencia del empleado para mezclas asflticas, donde se busca con exclusividad la granulometra que origina el menor porcentaje de vacos que son llenados con asfalto. Un porcentaje de asfalto muy superior al necesario para llenar los vacos puede ocasionar una alta deformabilidad de las mezclas por accin de las cargas y/o de la temperatura. En los hormigones por razones de trabajabilidad, siempre es recomendable que el porcentaje de pasta sea mayor que los vacos del agregado fino y que el de mortero sea superior al del agregado grueso.

Figura 2. Representaciones esquemticas de la granulometra de agregados: a) tamao uniforme, b) granulometra continua, c) reemplazo de tamaos pequeos por tamaos grandes, d) granulometra

discontinua y e) granulometra sin finos.


ANLISIS GRANULOMTRICO Definicin y Tamices de Ensayo Es la distribucin por tamao de las partculas que constituyen un material granular y se establece para una serie determinada de tamices el material que pasa o queda retenido en forma acumulada.

Los tamices son de aberturas cuadradas formadas por alambres que se cruzan y las dimensiones que se especifican corresponden a la distancia entre los alambres. Existen diferentes series de tamices, e IRAM adopt la serie americana Standard. Tyler (USA) estudi por primera vez el problema en forma racional y tom como tamiz bsico para la serie el que tiene 200 mallas por pulgada lineal. Al fijar un dimetro a los alambres, la abertura de dicho tamiz resulta de 75 m. La serie de tamices IRAM que se emplean para hormigones y su correspondiente de la ASTM, que se detalla a continuacin en la Tabla 2.

ASTM designa los tamices para agregados gruesos por la abertura de la malla en pulgadas, y para los correspondientes a las arenas, por el nmero de aberturas por pulgada cuadrada. La Norma IRAM lo hace en milmetros y para los tamices con aberturas menores que 1 mm en micrones.

Tabla 2. Serie de Tamices IRAM y ASTM Abertura

IRAM ASTM 75.0 mm 3 63.0 mm 2 (*) 50.0 mm 2 (*) 37.5 mm 1 26.5 mm 1 (*) 19.0 mm 13.2 mm (*) 9.5 mm 3/8 4.75 mm N 4 2.36 mm N 8 1.18 mm N 16 600 m N 30 300 m N 50 150 m N 100 75 m N 200

Nota: Los tamices indicados con (*) no forman la serie Abrams o del mdulo de finura.

Representacin Granulomtrica El anlisis granulomtrico puede ser graficado en el plano X-Y, tomando como abscisa los lados de las aberturas de malla de los tamices, en escala logartmica; y como ordenada el porcentaje de material que pasa o es retenido en forma acumulada respecto del total. Al emplear una escala logartmica para representar la abertura de malla, resulta que la separacin entre tamices de la serie normal o de Abrams, es constante e igual a logaritmo de dos, ya que:

Abertura tamiz N = 2 x Abertura tamiz(N-1)

Iog (Abertura tamiz N) = log (2) + log [Abertura tamiz(N-1)]

Las curvas lmites establecidas en Argentina por el CIRSOC 201, expresadas en porcentaje mximo que pasa acumulado, en masa, se detallan en las Tablas 3 y 4.


Tabla 3. Granulometra de agregados finos (% que pasa)

Porcentaje mximo que pasa, en masa Tamices de mallas cuadradas IRAM

1501, parte II 76 Granulometra A Granulometra B Granulometra C

9,5 mm 100 100 100 4,75 mm 95 100 100 2,36 mm 80 100 100 1,18 mm 50 85 100 600 m 25 60 95 300 m 10 30 50 150 m 2 10 10

Figura 3. Granulometra de agregados finos

Tabla 4. Granulometra del agregado grueso (% que pasa).

Porcentajes en masa que pasan por los tamices IRAM de mallas cuadradas Tamao nominal 63,0 mm 53,0 mm 37,5 mm 26,5 mm 19,0 mm 13,2 mm 9,5 mm 4,75 mm 2,36 mm

53,0 a 4,75 100 95 a 100 - - - 35 a 70 - - - 15 a 30 - - - 0 a 5 - - - 37,5 a 4,75 - - - 100 95 a 100 - - - 35 a 70 - - - 10 a 30 0 a 5 - - - 26,5 a 4,75 - - - - - - 100 95 a 100 - - - 25 a 60 - - - 0 a 10 0 a 5 19,0 a 4,75 - - - - - - - - - 100 90 a 100 - - - 20 a 55 0 a 10 0 a 5 13,2 a 4,75 - - - - - - - - - - - - 100 90 a 100 40 a 70 0 a 15 0 a 5 53,0 a 26,5 100 90 a 100 35 a 70 0 a 15 - - - 0 a 5 - - - - - - - - - 37,5 a 19,0 - - - 100 90 a 100 20 a 55 0 a 15 - - - 0 a 5 - - - - - -

Figura 4. Granulometra del agregado grueso (% que pasa).


Tamao de los agregados Para dosificar los hormigones es preciso conocer el tamao de las partculas. Al colocar partculas dentro de un recipiente y llenarlo, existe una cantidad de espacios llenos y un conjunto de espacios vacos entre partculas. La cantidad de partculas y de vacos dependen de la distribucin de tamaos y de la forma de las primeras. El mximo de vacos para partculas esfricas se produce cuando el dimetro de las mismas es nico. En estas condiciones se tiene 50 % del volumen lleno y otro 50 % de volumen de vacos. La pasta debe rodear y unir a las partculas y llenar los espacios vacos, por lo que se deduce que el volumen de pasta est relacionado con la distribucin de tamaos de las partculas.

Los vacos logrados, pueden rellenarse con partculas ms pequeas a fin de reducir el volumen de pasta. En consecuencia para lograr hormigones de gran estabilidad volumtrica, bien graduados y econmicos, es necesario emplear agregados perfectamente graduados, donde las ms pequeas van haciendo de rodamiento a las mayores. La mezcla tendr as una mayor movilidad y ser ms trabajable. Si las partculas fuesen esferas de distinto dimetro, caso ideal, ello arrojara un mnimo contenido de cemento a emplear.

Tamao Mximo de los Agregados El tamao mximo del agregado, influye en los requisitos de pasta y la granulometra ptima tambin depende de dicho tamao. Se define como tamao mximo nominal al que resulta igual a la abertura de la malla del menor tamiz de la serie normal a travs de la cual pasa en forma acumulada el 95 % del peso total del material o valor inmediato superior (IRAM 1627:1997). El tamao nominal es aquel indicado por los dos tamices extremos, que representan al agregado en estudio, y en funcin de este, se establecen las curvas lmites para agregados gruesos.

La adopcin del mayor tamao mximo nominal posible, tiene que ser compatible con las caractersticas de las estructuras a ejecutar. El CIRSOC 201 indica que el tamao mximo del agregado no debe exceder: 1/5 de la menor dimensin del elemento estructural, 1/3 del espesor de la losa o 3/4 de la mnima separacin libre horizontal o vertical de armaduras o entre dos grupos de barras paralelas en contacto directo, o del mnimo recubrimiento.

El tamao mximo del agregado es aquel que corresponde a la abertura de la malla del menor tamiz (no necesariamente de la serie normal) a travs de la cual pasa en forma acumulada el 100 % del peso total del material.

Los efectos de la variacin del tamao mximo en el hormign fresco son: a) Consumo de pasta, b) Segregacin, y c) Asentamiento y exudacin. En el hormign endurecido, slo se analizar el efecto sobre la resistencia mecnica.

Efecto sobre el consumo de pasta de cemento

Conforme se incrementa el tamao mximo disminuye el desarrollo superficial de los agregados y se reduce la proporcin de pasta de cemento que se requiere para integrar una mezcla de hormign.

Segregacin

Cuando la mezcla de hormign se encuentra en movimiento y adquiere velocidad, los agregados que contiene, deben mantenerse agrupados por efecto de la viscosidad de la pasta de cemento que acta como elemento Iigante. Para el caso de una pasta con determinada, viscosidad, la fuerza de retencin, que se genera por friccin en cada partcula de agregado depende de su forma, textura y desarrollo superficial. Al mismo tiempo cada partcula adquiere por inercia una fuerza que la impulsa a separarse de la mezcla, con una magnitud que depende de su masa. Por lo tanto la fuerza de retencin se incrementa con el cuadrado del dimetro de las partculas y la segunda con el cubo del mismo. Resulta as que al aumentar el tamao de las partculas se incrementa ms la fuerza de separacin que la de retencin.


Resistencia Mecnica

En hormigones de baja resistencia el incremento del tamao mximo trae aparejado la posibilidad de reducir el consumo de agua con el consiguiente incremento de la resistencia. En cambio en hormigones de alta resistencia, el aumento del tamao mximo incrementa la microfisuracin alrededor de las partculas mayores y reteniendo agua, de manera que la interfaz agregado-pasta se debilita, reduciendo la resistencia.

Mdulo de Finura del Agregado Este concepto expresa en forma prctica el grosor o finura del material, y no se puede usarlo para tener una idea de la distribucin de tamaos de partculas del mismo. Dos agregados con distintas granulometras pueden tener el mismo mdulo de finura. Abrams, define como mdulo de finura al nmero que resulta de dividir por 100 la suma de porcentajes retenidos en forma acumulada en los 10 tamices de la serie normal (IRAM 75 mm (3), IRAM 37.5 mm (1 1/2), IRAM 19 mm (3/4), IRAM 9,5 mm (3/8), IRAM 4,75 mm (N4), IRAM 2,36 mm (N8), IRAM 1,18 mm (N16), IRAM 600 m (N 30), IRAM 300 m (N 50), IRAM 150 m (N 100)). El mdulo de finura puede oscilar entre 0 y 10. Para los agregados finos, vara de 2,4 a 3,2; aunque las arenas de la zona del Ro de la Plata tienen un valor de 1,6. Para los agregados gruesos, el mdulo est comprendido entre 6 a 9. Las mezclas de agregados fino y grueso tienen un mdulo de finura entre 3,2 y 6. Debe mencionarse que a los fines prcticos se emplea el mdulo de finura para definir a las arenas, y sirve como parmetro de diseo de mezclas de hormign en los mtodos racionales de dosificacin.

Granulometras Continuas Un nmero importante de ensayos han permitido establecer granulometras con las que se obtiene la mxima resistencia a compresin y la mxima compacidad del hormign. Estas curvas granulomtricas son denominadas curvas ideales. Se debe tener en cuenta que los factores principales que rigen la granulometra deseada del agregado son: la superficie del agregado, que determina la cantidad de agua necesaria para humedecer todos los cuerpos slidos; el volumen relativo ocupado por el agregado; la trabajabilidad de la mezcla; la tendencia a la segregacin.

El inters en que el agregado ocupe un volumen relativo tan grande como sea posible tiene un carcter econmico, pues el agregado es ms barato que la pasta de cemento. Se ha supuesto tambin que al crecer la cantidad de partculas slidas que pueden empacarse en un volumen dado de hormign se eleva su resistencia. Esta teora de densidad mxima ha llevado a utilizar curvas granulomtricas de forma parablica, como las de Fuller, cuya expresin matemtica est en funcin de (abertura de la malla correspondiente al tamiz i) y del tamao mximo del agregado.

% que pasa en tamiz i = 100 (/Tmx)

Otra curva utilizada es la parbola de Bolomey, donde es la abertura de la malla correspondiente al tamiz i, Tmax es el tamao mximo del agregado y a es un parmetro que depende de la consistencia del hormign y del tipo de agregado utilizado.

% que pasa en tamiz i = a + (100 a) (/Tmx)


Figura 5. Curvas de Fuller y Bolomey

Otras experiencias han llevado a desechar el empleo de las curvas ideales reemplazndolas por franjas granulomtricas, criterio que ha sido adoptado por los reglamentos (figuras 3 y 4). Adems debe recordarse el problema econmico, ya que el hormign debe elaborarse con materiales disponibles y de produccin barata, de modo que no es conveniente imponer lmites estrechos a la granulometra de los agregados. Si los agregados no verifican los lmites especificados no implica que los mismos no puedan emplearse en la elaboracin de un hormign, sino que se requiere ms pasta y ser ms propenso a segregarse.

Hay que mencionar, sin embargo, la importancia de la graduacin sobre la trabajabilidad de la mezcla y en la terminacin del hormign. La curva granulomtrica a adoptar para las arenas depende de la forma y la textura de las partculas. Una arena de partculas lisas y redondeadas, puede dar resultados satisfactorios con una granulometra ms gruesa que la que podra permitirse para una arena de partculas angulosas y con superficies speras (arena triturada).

Granulometras Discontinuas Se definen como granulometras discontinuas aquellas en las cuales se omite uno o ms tamaos intermedios de partculas. Pueden ser empleadas para elaborar hormigones ms econmicos cuando es necesario combinar agregados para obtener curvas continuas. Sin embargo, esta falta de tamao puede ocasionar severos problemas de segregacin en mezclas con alta trabajabilidad. Por tal motivo, se recomienda su empleo en hormigones muy consistentes. En una pila de partculas redondeadas de igual tamao d1 siempre existe contacto entre las mismas y el volumen de vacos es independiente del dimetro, ya que depende exclusivamente de la disposicin de los centros. Para una disposicin cbica el volumen de vacos es igual al 47,60 % y para la disposicin octadrica o tetradrica es igual al 25,90 %. El contacto entre las partculas queda impedido cuando actan partculas separadoras. El efecto separador depender de la disposicin de las partculas y del dimetro de las partculas separadoras. Existen otras partculas denominadas de relleno y escurridizas. En la figura 6 se esquematiza la disposicin de las partculas mencionadas. Con los mtodos convencionales de colocacin pueden entonces, emplearse curvas granulomtricas discontinuas en las que falten una o ms fracciones, siendo estas las que corresponden a los tamaos comprendidos entre el de las partculas principales y el de las de relleno. La curva granulomtrica discontinua, a pesar de lograr hormigones con buena compacidad y resistencia, disminuye la docilidad de la mezcla con respecto a las curvas continuas.


Figura 6. Disposicin de las partculas

Mezcla de agregados Importancia de una granulometra continua

Muchos investigadores llegaron a la conclusin que lograda la mxima compacidad se podan obtener hormigones de buena calidad, as surgen las curvas granulomtricas ideales de Fuller, Bolomey y otros que tratan de acercarse a tal condicin.

Asociando la compacidad con el mayor tamao mximo compatible con la estructura y lo obtenible en yacimientos (condicin que nos dara la menor superficie especfica) y con una excelente granulometra, podemos decir que solucionamos uno de los factores de mayor importancia que conducen al logro de un hormign de calidad.

La granulometra de los agregados influye sobre:

a) trabajabilidad de la mezcla fresca b) resistencia mecnica c) resistencia a los agentes climticos d) resistencia qumica e) economa

De all la importancia de lograr granulometras compactas. En general podemos decir que para cada tipo de obra, existe una granulometra caracterstica u ptima.

La necesidad de lograr una granulometra deseada, o que se encuentre dentro de entornos granulomtricos establecidos, induce a las mezclas de dos o ms agregados, de tal forma que el aporte de stos, en el total, conformen una granulometra prxima a la buscada.

Mtodo grfico (Mtodo de Rothfuchs)

Para resolver una mezcla de agregados por este mtodo se procede segn los siguientes pasos:

1) Se dibuja la curva representativa de la granulometra del rido deseado, de tal forma que sea una lnea recta inclinada. Para ello se representa en ordenadas, en escala natural, los porcentajes pasantes a travs de cada tamiz y en abscisas las aberturas de los tamices, pero en una escala tal que la curva granulomtrica del agregado deseado sea una recta inclinada, como hemos dicho. Esta escala, o sea la ubicacin en abscisas de las aberturas de los tamices, se realiza entrando con los porcentajes pasantes a travs de cada tamiz hasta intersectar la recta inclinada ya trazada y bajando hasta la abscisa donde se indica el tamiz respectivo.

2) Determinada as la escala de abscisas, se representan los ridos a mezclar y que en general no son lneas rectas.

3) Con la ayuda de una regla transparente y para cada curva granulomtrica de los ridos a mezclar, se dibuja una lnea recata que ms se aproxime a ella y de tal forma que las reas comprendidas entre ella y la curva, por encima y por debajo, se compensen.


4) Siguiendo un orden, se unen los extremos opuestos de estas lneas rectas (lneas de cierre). En el ejemplo de mezclas de tres ridos, se une la interseccin de L.C.1 con la horizontal del 100 % pasante e interseccin de L.C.2 con interseccin de 0 % pasante. Esta lnea de unin corta en A a la recta que representa el rido deseado, cuya ordenada (x) indica la proporcin que debe tomarse del rido 1 para la mezcla. Procediendo anlogamente se ubica el punto B, siendo (y) la proporcin a tomar del rido 2 y (z) la del rido 3.

Es de fundamental importancia el trazado de las rectas compensadoras de los agregados, mencionadas en el punto 3, ya que pequeas oscilaciones en su inclinacin representan variaciones importantes en el porcentaje de los ridos que constituirn la mezcla.

1: curva granulomtrica del rido 1 a mezclar



Md: curva granulomtrica del rido deseado

L.C.1: lnea de cierre 1



Mtodo analtico (Mtodo del mdulo de fineza)

Algunos autores indican que es suficiente para obtener una curva mezcla dada M, que tenga igual mdulo de fineza que la deseada Md para obtener similares propiedades del hormign. Dada la interpretacin geomtrica del mdulo de fineza, esto significa que las reas comprendidas a uno y otro lado de Md, es decir, el rea entre M y Md, se compensan.


Se resuelve para el caso de dos agregados, con el planteo de dos ecuaciones con dos incgnitas:

Donde MF significa mdulo de fineza: MF1, MF2 y MFd relativos a los materiales 1, 2 y deseado. Para el caso de tres agregados el mtodo pierde efectividad puesto que se llega a tener tres incgnitas y se pueden plantear solamente dos ecuaciones. Se puede condicionar una tercera pero esto es arbitrario. Ocurre lo mismo para los casos de ms de tres agregados.

El mtodo grfico presenta la ventaja de poder llevar a cabo mezclas de ms de tres agregados.

Aplicando el mtodo analtico a una mezcla de dos agregados se obtiene: % que pasa Tamiz

Arena ideal Arena gruesa Arena fina IRAM 9.5 mm 100 100 100 IRAM 4.8 mm 98 95 100 IRAM 2.4 mm 92 85 100 IRAM 1.2 mm 70 50 95 IRAM 590 m 40 15 90 IRAM 297 m 20 5 60 IRAM 149 m 6 0 20

El modulo de finura del agregado ideal resulta de 2.74, para la arena gruesa de 3.5 y para la arena fina de 1.35.

Al resolver este sistema de ecuaciones resulta que x = 0.35 e y = 0.65.

x * MF1 + y * MF2 = MFd

x + y = 1

x * 1.35 + y * 3.5 = 2.74

x + y = 1


Estos mtodos de mezclas nos permiten acercarnos a la curva deseada. Una vez determinadas las proporciones, se procede a la mezcla y se analiza cun cerca est de la deseada o si se encuentra dentro de los entornos granulomtricos establecidos (curvas lmite). De no satisfacerse se varan racionalmente las proporciones, segn sea el exceso o defecto de algunos tamaos.

Cuando la granulometra buscada debe satisfacer las curvas lmites, como curva deseada puede adoptarse el promedio de los lmites.

PROPIEDADES FSICAS DE LOS AGREGADOS Contenido de Humedad Al interior de las partculas de los agregados, el agua puede ingresar ya que stos resultan tener una determinada porosidad constituida por poros permeables. Desde este punto de vista, solamente interesan los poros interconectados con la superficie, su tamao y su volumen, no participando los poros impermeables. Adems, el agua puede quedar retenida en la superficie de las partculas formando una pelcula adherida a la misma.

Segn el grado de saturacin que presenten los granos deben considerarse distintos estados. Los mismos cobran importancia en la elaboracin de los hormigones, ya que existe una tendencia del agregado a absorber agua, tomando parte del agua de mezclado cuando est seco o parcialmente saturado, o de entregar agua a la mezcla cuando presenta humedad superficial. En el primer caso disminuye la razn a/c y la trabajabilidad de la mezcla. Los estados en que se pueden encontrar los agregados son ilustrados en la figura 7.


Figura 7. Contenido de humedad en agregado

Estado Seco (S): la humedad del agregado es eliminada totalmente mediante secado en estufa a 105 C hasta peso constante. Los poros permeables se encuentran vacos. Este es un estado tpico de laboratorio.

Seco al aire: no existe humedad superficial y los poros permeables se encuentran parcialmente llenos de agua. Este estado es el que se encuentra habitualmente en la naturaleza. Es un estado intermedio entre el seco y saturado y superficie seca.

Saturado y superficie seca (SSS): no existe humedad superficial y los poros se encuentran llenos de agua. Estado de laboratorio.

Saturado y superficie hmeda (SSH): existe una pelcula superficial de agua y los poros se encuentran llenos de agua. Es un estado natural.

Absorcin y Humedad Superficial De los estados indicados en la figura anterior surgen dos caractersticas que cobran inters para la dosificacin y/o la correccin de mezclas en obra: Absorcin total y Humedad superficial.

La absorcin total es el mximo peso de agua que el agregado puede absorber. Se determina midiendo el incremento en peso de una muestra seca en horno despus de sumergirla en agua durante 24 hs. Su valor es la relacin del incremento de peso con respecto al peso de la muestra seca, expresada como porcentaje

Atotal=100 * [(Psss - Ps)/Ps]

La humedad superficial es el agua en exceso que tiene el agregado con respecto a su estado saturado y superficie seca. Prcticamente ser el agua que aportar a la mezcla.

Hsuperficial=100 * [(Pssh - Psss)/Ps]

Las normas IRAM 1520:2002 y 1533:2002 especifican los procedimientos para la determinacin de la absorcin total de agua de agregados finos y gruesos respectivamente.

Esponjamiento de la Arena Los agregados gruesos apilados en el exterior se encuentran generalmente en un estado de semi-saturacin, con absorciones efectivas menores del 1%, mientras que los finos presentan humedad superficial que varan entre 0 % al 5 %. El alto valor de humedad superficial presente en las arenas es consecuencia de la pelcula de agua adherida a los granos y que forma meniscos entre los mismos. La formacin de esos meniscos crea una pelcula de agua ms gruesa entre las partculas separndolas y, de esta manera, origina un mayor volumen


aparente. Este fenmeno es conocido como esponjamiento o abultamiento y puede causar errores en la dosificacin de las mezclas cuando las mismas se realizan en volumen o cuando se realiza la compra del material en volumen. En la figura 8 se indican los estados mencionados: a) Granos secos en contacto, b) Granos rodeados de pelcula de agua superficial y c) Granos saturados.

Figura 8. Efecto de esponjamiento en agregado fino (Mindess)

Figura 9. Modificacin del volumen por esponjamiento (PCA)

Densidad de los Agregados El agregado generalmente presenta poros permeables e impermeables, lo cual hace que el trmino densidad deba ser cuidadosamente definido. La densidad relativa absoluta se refiere al volumen del material slido excluyendo todos los poros (permeables e impermeables) y se define como la relacin del peso del cuerpo al peso de un volumen igual de agua destilada, a una temperatura normalizada. Para su determinacin se pulveriza el material a fin de eliminar la porosidad. Este valor de densidad absoluta no interesa desde el punto de vista de la tecnologa del hormign, slo se lo emplea para determinar la porosidad del agregado. La porosidad


expresada en por ciento se puede obtener aplicando la siguiente expresin:

Porosidad (%) = 100. (Densidad absoluta-Densidad aparente)/Densidad absoluta

Densidad Relativa

Es la relacin de la masa, en aire, de un volumen unidad de un material permeable, incluyendo los vacos permeables e impermeables, a una temperatura determinada, a la masa en aire de un volumen igual de agua pura.

Densidad Relativa Aparente Es la relacin de la masa, en aire, de un volumen unidad de la porcin impermeable de un material, a una temperatura determinada, a la masa en aire de un volumen de agua pura. La norma IRAM indica que pueden calcularse las densidades correspondientes en estados secos y saturados con la superficie seca. La densidad aparente es la que se emplea en la dosificacin de las mezclas ya que se considera que la pasta de cemento por su viscosidad no puede penetrar en los poros permeables.

Densidad del Agregado Grueso

El cociente de la expresin matemtica de la densidad ya indicada puede hallarse prcticamente como el peso del agua desplazada por el material (principio de Arqumedes). A continuacin se indican las expresiones para determinar la densidad y la densidad aparente.

Densidad relativa seca = Ps/(Psss - Pa)

Densidad relativa saturada y superficie seca = Psss/(Psss - Pa)

Densidad relativa aparente = Ps/(Ps - Pa)

Pa = peso de la muestra seca en horno (105 C)

Psss = peso de la muestra saturada y superficie seca

Pa = peso de la muestra en agua

V = Psss - Pa = Vol(permeables e impermeables) * dagua

V = Ps - Pa = Vol(permeables) * dagua

Densidad del Agregado Fino

Para la determinacin de la densidad relativa de las arenas se emplea normalmente el volumenmetro de Le Chatelier. Por diferencia de lectura del menisco de la columna de agua puede determinarse el volumen del conjunto de partculas, de peso P.

Densidad relativa = P/(lf - Ii)

Tambin puede emplearse el procedimiento recomendado por la norma IRAM 1520:2002, para lo cual debe disponerse de un matraz aforado de 500 cm3. El volumen es la diferencia entre los volmenes del matraz y del agua agregado al mismo para llegar a la marca de 500 cm3, luego que se han incorporado 500 g de arena. La norma IRAM especifica la determinacin de la densidad relativa de la muestra en estado seco y saturada con superficie seca. En la Tabla 5 se dan los valores caractersticos de la densidad relativa saturada y superficie seca de materiales empleados habitualmente en el pas y su gama de variacin.


Tabla 5: Densidad de los Agregados TIPO DE AGREGADO DENSIDAD

Areniscas 2.5 - 2.6 Silceos 2.5 - 2.8

Calcreos 2.6 - 2.7 Granitos 2.6 - 2.7 Basaltos 2.7 - 3.0

Peso Unitario o de la Unidad de Volumen (PUV) El peso unitario se define como el peso de un volumen unitario de agregado. El grado de compactacin como as tambin la humedad que presenta el agregado hacen variar el valor del PUV al modificar el volumen de vacos entre las partculas y el peso respectivamente. Cuando se especifica el peso unitario debe mencionarse claramente el estado de humedad de los agregados y el grado de compactacin. La norma IRAM 1548:2003 indica los procedimientos para su determinacin. Este valor se utiliza en el pasaje de una dosificacin en peso a volumen, en la compra de agregados por volumen, y en mtodos de dosificacin racional. En la Tabla 6 se dan algunos valores caractersticos.

Tabla 6. Peso Unitario de los Agregados, t/m3

MATERIAL HUMEDAD PUVsuelto PUVcompactado Rodados silceos 19-5 mm Seco o hmedo 1.46 - 1.57 1.59 - 1.62 Rodados silceos 38-5 mm Seco o hmedo 1.52 - 1.65 1.67 - 1.80 Granito, PP 19-5 mm Seco o hmedo 1.36 - 1.46 1.52 - 1.65 Granito, PP 38-5 mm Seco o hmedo 1.41 - 1.54 1.60 - 1.73 Arena silcea 0.0 % 1.44 - 1.60 1.52 - 1.65 Arena silcea 0.7 % 1.36 - 1.52 - - - - Arena silcea 5.0% 1.17 - 1.31 - - - - Arena silcea 11.0% 1.36- 1.52 - - - -

Porcentaje de Vacos Relacionando los conceptos de densidad y peso unitario se puede determinar el porcentaje de vacos de la muestra que resulta matemticamente igual a:

% de vacos = 100 *(Densidad - PUV)/Densidad

AGREGADOS LIVIANOS Son agregados que tienen un peso unitario -menor de 1120 kg/m3- y encuentran aplicacin en la produccin de varios tipos de hormigones livianos. El bajo peso es debido a su microestructura celular o altamente porosa. Puede notarse que materiales orgnicos, tales como el aserrn, no deben utilizarse como agregado por la poca durabilidad que presentan en un medio alcalino-hmedo, como es el hormign de cemento portland. Este tipo de agregado puede ser de origen natural o producido sintticamente. Los agregados livianos naturales son fabricados por procesado de rocas gneas volcnicas, como la pumicita, escoria o toba. Los agregados livianos sintticos pueden ser manufacturados por tratamiento trmico desde una variedad de materiales, por ejemplo, arcilla, pizarras, esquistos, diatomita (algas con cubierta silcea), vermiculita, perlita, escoria de alto horno y cenizas volantes.

Actualmente, hay un amplio espectro de agregados livianos con pesos unitarios desde 80 a 900 kg/m3. Los agregados muy livianos, en un extremo del espectro, son generalmente dbiles


y en consecuencia son ms apropiados para elaborar hormigones no estructurales aislantes. En el otro extremo, estn los agregados livianos que son relativamente menos porosos, cuando la estructura de poros consiste en una uniforme distribucin de poros finos, el agregado es usualmente fuerte y capaz de producir hormigones estructurales.

Agregados Livianos Sintticos

Se conocen una gran variedad de marcas comerciales de agregados de esta categora, pero la mejor clasificacin se basa en la materia prima utilizada. Estos agregados producidos por aplicacin de calor a fin de expandir la arcilla, pizarra, vermiculita, etc. El mtodo ms comn y original para elaborar agregados livianos, es el que utiliza hornos giratorios, similares a los empleados en la fabricacin del cemento portland. La materia prima se calienta hasta una fusin incipiente, usualmente entre los 1000 y 1200 C. En esta etapa se forma el vidrio que llena los poros de las partculas. Mientras el material se encuentra en el estado piroplstico, se forman gases por disociacin y reaccin entre los componentes, que al quedar atrapado en el vidrio, causan la expansin o hinchazn de las partculas de agregado. El vidrio que se forma debe tener una viscosidad que le permita atrapar al gas y evitar la aglomeracin de las partculas. La presencia de hierro en estado ferroso (menor estado de oxidacin) reduce la temperatura de formacin del vidrio. La estructura porosa se conserva en el enfriamiento, de modo que la densidad aparente del material expandido es menor que la del material antes del proceso trmico.

La arcilla expandida por este mtodo se denomina comercialmente Leca. El hormign elaborado con arcilla o pizarra expandidas tiene, generalmente, una mayor resistencia que cualquier otro hormign de agregado liviano. La densidad aparente est entre 600 y 1100 kg/m y la absorcin entre 5 y 20 %. La vermiculita expandida por calentamiento es utilizada en aislaciones trmicas, pero por su baja resistencia no se la emplea en hormigones estructurales.

AGREGADOS PESADOS Comparando con los hormigones de agregado de peso normal, los cuales tpicamente tienen un peso unitario de 2400 kg/m3, los hormigones pesados se encuentran entre los 2880 y 6080 kg/m3. Encuentran su aplicacin para la proteccin de la radiacin nuclear. Los agregados pesados, de mayor densidad que los normales, producen hormigones pesados. Las rocas naturales disponibles para producir agregados pesados consisten en dos tipos de minerales de bario, varios minerales de hierro y minerales de titanio (Tabla 7).

Tabla 7. Caractersticas de los Agregados Pesados TIPO DE AGREGADO COMPOSICIN QUMICA DENSIDAD PUV(kg/m3)

Baritina BaSO4 4.5 2320 Magnetita Fe304 5.2 2720 Hematita Fe203 4.9-5.3 3040

Agregado de Fe Fe 7.85 4480

AGREGADOS RECICLADOS Los cascotes de hormign de edificios demolidos, en los cuales el agregado se encuentra contaminado con pasta de cemento hidratada, yeso y en menor cantidad, de otras sustancias, se utilizan como agregados en los centros urbanos donde escasean los agregados naturales. La fraccin fina contiene principalmente pasta de cemento hidratada y yeso, siendo inapropiada para la elaboracin de mezclas de hormign fresco. El agregado fino proveniente de una


demolicin parece no tener un efecto importante en la resistencia a compresin del hormign nuevo, pero si reducir la trabajabilidad.

Sin embargo, la fraccin gruesa aunque se encuentre cubierta de pasta ha sido utilizada satisfactoriamente en varios estudios de laboratorio y de obra. La diferencia ms notable en las propiedades fsicas del agregado de hormign reciclado es su mayor absorcin de agua, la cual puede deberse a la absorcin que realiza la pasta de cemento adherida a las partculas. Una revisin de varios estudios indica que, comparando con hormigones conteniendo agregados naturales, el hormign con agregados reciclados tienen al menos 2/3 de la resistencia a compresin y mdulo de elasticidad. La resistencia a flexin, en algunos casos, puede llegar a ser un 20 % menor. La trabajabilidad y la durabilidad son satisfactorias. Sin embargo, algunas evidencias muestran que cuando el hormign falla, la adherencia del mortero al agregado grueso reciclado es lo que constituye la unin ms dbil.

El mayor obstculo del empleo de este tipo de agregado es el costo de la trituracin, el cribado, el control del polvo y la separacin de los constituyentes no deseables. El hormign reciclado o desechos de hormign que son triturados pueden ser una fuente econmica de agregados donde los buenos agregados son escasos y cuando el costo de la deposicin de los desechos se incluye en el anlisis econmico.

Arcilla expandida Escoria de alto horno Piedra pmez

Vermiculita expandida Perlita expandida Escombro de demolicin

Figura 10. Agregados livianos y reciclados

BENEFICIO DE AGREGADOS El procesamiento del agregado consiste en: (1) procesamiento bsico trituracin, tamizado y lavado para obtener la granulometra y la limpieza adecuadas y (2) beneficio mejoramiento de la calidad a travs de mtodos de procesamiento, tales como separacin en un medio pesado, tamizado con agua, clasificacin por corriente ascendiente y trituracin.

En la separacin en medio pesado, los agregados pasan a travs de un lquido pesado compuesto de minerales pesados finamente granulados y agua, proporcionado para tener una masa especfica relativa (densidad relativa) menor que las partculas de agregado deseadas pero mayor que las partculas dainas. Las partculas ms pesadas se hunden en el fondo


mientras que las partculas ms livianas flotan en la superficie. Este proceso se puede usar cuando las partculas aceptables y las dainas tienen masas especficas relativas muy diferentes.

El tamizado separa las partculas con pequeas diferencias de masa especfica pulsando una corriente de agua. Las pulsaciones de agua hacia arriba a travs de un tamiz (una caja con el fondo perforado) mueven el material ms ligero para formar una capa sobre el material ms pesado. Entonces, se remueve la capa de arriba.

La clasificacin por corriente ascendente separa las partculas con grandes diferencias de masa especfica. Los materiales ligeros, como la madera y el lignito, flotan en una rpida corriente ascendiente de agua.

La trituracin tambin se usa para remover las partculas blandas y desmenuzables de los agregados gruesos. Este proceso es, algunas veces, el nico medio para lograr la utilizacin de este material. Infelizmente, en cualquier proceso, parte del material aceptable algunas veces se pierde y la remocin de las partculas dainas puede ser difcil y costosa.

MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS Los agregados se deben manejar y almacenar de manera que se minimicen la segregacin y la degradacin y que se prevenga la contaminacin con sustancias deletreas. Las pilas se deben construir en capas delgadas de espesor uniforme para minimizar la segregacin. El mtodo ms econmico y aceptable de formacin de pilas de agregados es el mtodo de volteo con camin, que descarga el material de manera que no se lo separe. Entonces, se recupera el agregado con un cargador frontal. El cargador debe remover porciones de los bordes de la pila desde la parte inferior hacia la parte superior, de manera que cada porcin contenga una parte de cada capa horizontal.

Cuando no se entregan los agregados en camiones, se pueden obtener resultados aceptables y econmicos con la formacin de pilas en capas con un cucharn de quijadas (mtodo de tirar y extender). En el caso de agregados no sujetos a degradacin, se pueden tender los agregados con un tractor de neumtico (llantas) de caucho y recuperar con un cargador frontal. Al tender el material en capas finas, la segregacin se minimiza. Sea el manejo con camin, con cargador, con cucharn de quijadas o estera (banda) transportadora, no se deben construir pilas altas en forma de cono, pues resultan en segregacin. Sin embargo, si las circunstancias demandan la construccin de pilas cnicas, o si las pilas se han segregado, las variaciones de la granu-lometra se pueden disminuir cuando se recupera la pila. En estos casos, los agregados se deben cargar con un movimiento continuo alrededor de la pila para que se mezclen los tamaos, en vez de comenzar en un lado y trabajar en lnea recta a travs de la pila.

Los agregados triturados segregan menos que los agregados redondeados (grava) y los agregados mayores segregan ms que los agregados menores. Para evitar la segregacin del agregado grueso, las fracciones de tamao se pueden amontonar y dosificar separadamente. Sin embargo, los procedimientos de amontonamiento adecuados, deben eliminar esta necesidad. Las especificaciones ofrecen un rango de las cantidades permitidas de material en cada fraccin debido a la segregacin en las operaciones de amontonamiento y dosificacin.

Los agregados que han sido lavados se deben amontonar con anticipacin suficiente para que se drenen, hasta una humedad uniforme, antes de su uso. El material fino hmedo tiene una tendencia menor para segregar que el material seco. Cuando el agregado fino seco se descarga en los cubos o esteras (bandas) transportadoras, el viento puede llevarse los finos. Esto se debe evitar al mximo.

Las mamparas o las divisiones se deben usar para evitar la contaminacin de las pilas de agregados. Las divisiones entre las pilas deben ser suficientemente altas para prevenir el mezclado de los materiales. Los depsitos de almacenamiento deben ser circulares o casi cuadrados. Su fondo debe tener una inclinacin mayor que 50 grados con la horizontal en todos


los lados hasta un escurridero central. Al cargarse el depsito, el material debe caer verti-calmente sobre el escurridero dentro del depsito. El vaciado del material dentro del depsito en un ngulo y contra los lados del depsito causar segregacin. Las placas de desviacin o divisores ayudarn a minimizar la segregacin. El depsito se debe mantener lleno si es posi-ble, pues reduce la rotura de las partculas de agregados y la tendencia de segregacin.

Nota: Para la preparacin del presente apunte de ctedra se han tomado como base las siguientes publicaciones: HORMIGN: ESTRUCTURA, PROPIEDADES Y MATERIALES. Unidad 3: AGREGADOS PARA HORMIGN. Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Diseo y control de mezclas de hormign, S. H. Kosmatka, B. Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi, Portland Cement Association, 2004. Curso de Tecnologa del hormign, A. Castiarena, Asociacin Argentina de Tecnologa del Hormign, 1994. Concrete, S. Mindess, J.F. Young, Prentice Hall, Inc., E.E.U.U., 1981.

Santa Fe, marzo 2013

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Rocas y Agregados Para Hormigones

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