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Javier Arrieta Freyre 14





Tecnología de los Materiales Cap. 3 Agregados

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TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES
Separatas de clase


Contenido
CAPITULO 1 PROPIEDADADES DE LOS MATERIALES CAPITULO 2 NORMALIZACION Y ENSAYOS
CAPITULO 3 AGREGADOS CAPITULO 4 AGLOMERANTES
CAPITULO 5 AGUA CAPITULO 6 CONCRETO
CAPITULO 7 ALBAÑILERIA (LADRILLOS) CAPITULO 8 ACERO
CAPITULO 9 MAD CAPITULO 9 ROCAS DE CONSTRUCCIÓN


CAPÍTULO 3 AGREGADOS



Dr. Ing. Javier E. Arrie Frey




La Molina, 2011



CAPÍTULO 3 - AGREGADOS
3.1 DEFINICIÓN 3.2 CLASIFICACIÓN 3.3 CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES
3.4 PROPIEDADES 3.5 ENSAYOS y NORMAS 3.6 REQUERIMIENTOS
3.7 MANEJO 3.8 APLICACIONES 3.9 MERCADO LOCAL
El empleo de rocas con fines utilitarios se ha efectuado desde tiempos remotos prehistóricos hasta la actualidad y de muy diversas formas. Se les utiliza en obras de edificaciones, en obras viales, como materia prima para la obtención de variados aglomerantes tales como el yeso y el cemento, se les emplea como revestimientos en presas, para la conformación de muelles y para defensas ribereñas; en fin, las rocas pueden estar casi en su estado natural o pueden seguir procesos artesanales o industriales requeridos en las diversas cadenas de valor de la industria de la construcción.
Por razones técnicas y económicas en la elaboración de concretos y morteros se utilizan partículas finas y gruesas, denominadas áridos, provenientes de rocas ígneas, sedimentarias o metamórficas. Estos áridos en general no reaccionan químicamente con la pasta de cemento hidratado y definen importantes propiedades de las mezclas al representar hasta las tres cuartas partes del volumen total.
3.1.- DEFINICIONES
Se define como "agregado" al producto de la desagregación de las rocas naturales que conforman un conjunto de partículas inorgánicas de dimensiones fijadas en la NTP 400.011 y que se utilizan , para fines de este estudio, en la elaboración de mezclas de cemento principalmente ( morteros y concretos). Los agregados utilizados en mezclas asfálticas para la elaboración de pavimentos están regidos por las normas ASSTHO y requerimientos de la mecánica de suelos.
Un criterio de clasificación de los agregados es por sus dimensiones; así se tienen los denominados finos y gruesos a los cuales se les designa como arenas y piedras respectivamente. Tienen gran influencia en las mezclas en que intervienen, pues de sus características físicas, químicas y mecánicas dependen los resultados que se buscan en las mezclas.
Los agregados que a continuación se tratan, son aquéllos empleados para mezclas de concretos hidráulicos y al constituir aproximadamente el 75% de su volumen su rol es evidentemente de importancia. Desde el punto de vista macroscópico, los agregados constituyen la fase discontinua del concreto mientras que las pasta de cemento hidratado, que rodea cada una de las partículas constituye la fase continua.
3.2.- CLASIFICACIÓN
Los criterios para clasificar y estudiar los agregados son diversos, entre los usuales se tiene: su origen geológico, la manera de su obtención, el tamaño, la forma, su peso.
3.2.1 Clasificación por su origen
Las canteras de agregados están relacionadas a la historia geológica de la región circundante y sobre todo al tipo de roca que dio origen a dichos depósitos. Los agregados para mezclas y pavimentos provienen principalmente de rocas ígneas y de algunas rocas sedimentarias.
A continuación se resumen rápidamente las características de las rocas clasificadas por su origen geológico-
Las rocas ígneas, que conforman la mayor parte de la corteza terrestre, proveen de materiales idóneos para la construcción; así mismo de la transformación de las rocas ígneas, por meteorización principalmente, producen rocas sedimentarias muchas de ellas igualmente utilizables en la construcción y, finalmente, de la descomposición de las ígneas y sedimentarias acompañados de procesos de presión y altas temperaturas se conforman las rocas metamórficas igualmente de prácticos empleos.
Rocas ígneas: se forman por el enfriamiento y solidificación del magma en procesos de variable velocidad y profundidad. Están formadas por minerales fundamentales como los silicatos, presentes en gran proporción en la litósfera (corteza terrestre) y se clasifican en:
intrusivas (plutónicas o abisales) formadas a gran profundidad y una lenta velocidad de solidificacación,
filoníanas (hipoabisales) consolidadas a media profundidad y media velocidad de enfriamiento
extrusivas (volcánicas o efusivas) formadas superficialmente (erupciones volcánicas) a altas velocidades de solidificación
Entre las principales tipos de rocas ígneas se tiene los granitos, la granodiorita, la sienita, la riolita, la andesita,, el gabro, el basalto.
Granito, de consolidación y textura cristalina, conjuntamente con la granodiorita y la diorita proporcionan excelentes agregados
La sienita y la riolita se emplea para enchapes y como ornamento.
El gabro y el basalto se utilizan para enrocamientos, proporcionan excelentes agregados también
Rocas sedimentarias: Se forman de dos maneras; a) por desintegración de rocas ígneas, metamórficas o mismas sedimentarias en un completo proceso de desintegración por erosión, transporte, sedimentación y consolidación b) por sedimentación química en el caso de carbonatos
Las calizas por su alto contenido de CO3Ca se emplea para la obtención de cales y cementos; las areniscas de grano fino y cementada en una matriz conveniente es un material muy utilizado, los caolines y las lutitas se emplean para elementos cerámicos, el travertino se utiliza para enchapes y se aprovecha su contenido de CaO,
Rocas metamórficas formadas a grandes profundidades a partir de las ígneas y sedimentarias acompañadas de altas temperaturas y presiones que modifican su estructura
El mármol es una caliza metamórfica que se emplea para fines ornamentales, se puede pulir y tiene alta resistencia al desgaste; la pizarra caracteriza por sus planos de desfoliación característicos se emplea en recubrimientos y enchapes
3.2.2 Clasificación por su obtención
Existen materiales que prácticamente se utilizan en su estado natural y otros en que la intervención del hombre puede ser importantes; en este sentido se tiene:
i) Naturales, que requieren proceso muy simple de extracción y transporte como podría ser las arenas y piedras en canteras de río
ii) Industriales requieren de una intervención más organizada y consumen recursos significativos; en este caso se tiene como ejemplo la explotación de canteras rocosas mediante medios mecánicos importantes incluyendo voladuras, la producción de piedra partida mediante el uso de chancadoras.
Igualmente comprende esta categoría el empleo de sub productos industriales como las escorias de altos hornos siderúrgicos ubicados en la zona norte, sur y central del país: Estas escorias se emplean como agregado fino y grueso del concreto o también puede usarse como cementante puzolánico una vez molido muy finamente.
El cascote de ladrillo, constituido por pedazos de ladrillos de arcilla, limpios y de buena calidad permiten obtener concretos de resistencia y densidad que dependen del tipo de ladrillo. Los ladrillo poroso no deben usarse debido al riesgo de penetración de la humedad, que puede ocasionar corrosión en el refuerzo. En las zonas de selva baja como Yurimaguas, Iquitos, frontera con Brasil en Madre de Dios las canteras del agregado pétreo se encuentran a considerables distancias (canteras más cercanas a más de 320 km. de Yurimaguas- rio Huallaga). Con el empleo de cascotes de ladrillo se obtiene un concreto más barato pero con resistencias menores, comparado con el concreto elaborado con agregados normales.
La arcilla expandida es un agregado muy liviano de forma redondeada similar al canto rodado de río; la arcilla es triturada y calcinada en hornos para lograr su aglomeración, mediante enfriamiento brusco se le proporciona una estructura interna microporosa de alta porosidad. Se requiere el empleo de una considerable cantidad de combustible para llegar a una temperatura de 1200 *C. Se pueden elaboran concretos de alta resistencia con propiedades aislantes muy convenientes y pesos volumétricos menores a 1600 kg/m3
También se emplean sub productos orgánicos que sirven para hacer aglomerados con el cemento; estos sub productos se obtienen al procesar la caña de azúcar (bagazo), en los molinos de trituración de arroz ( cáscara de arroz), en los aserraderos (viruta de madera). Para usarlos, hay necesidad de lavar el sub producto, también se deben mineralizar estos desechos orgánicos, cubrirlos con una película para que no entren en reacción, durante el proceso de hidratación del cemento y no se descomponga con el tiempo
3.2.3 Clasificación por su procedencia
Los pasados y actuales procesos geológicos que originan la formación de canteras y depósitos o sus modificaciones subsecuentes son determinantes para definir la ubicación, el tamaño, la forma, la calidad, la granulometría, el perfil, la textura, la uniformidad y otras propiedades de los agregados. Estos agregados así caracterizados se localizan en los siguientes tipos de depósitos
i) Depósitos fluviales. Se refieren a los depósitos ubicados en los lechos o cauces de los ríos y que pueden ser de grandes potencias (profundidades). Se tratan de materiales naturalmente seleccionados y clasificados por transporte y desgaste por fricción; presentan las siguientes características a) partículas de perfil redondeado y textura suavizada, b) granulometría seleccionada en función a las pendientes del río y la capacidad de sedimentación local, c) el rozamiento debido al transporte elimina parcialmente los materiales más débiles.
La piedra y la arena se obtienen por separado con un rápido tamizado local. También se encuentra lo que se denomina hormigón que corresponde a una mezcla natural de agregado grueso contenido en una matriz mayoritaria de fino (entre el 60 al 70%) y de gran potencia en muchos casos. Ejemplo de ello se tiene los lechos antiguos y actuales del Rimac, Lurín, Chillón y en general de todos los ríos de la costa y de la sierra.
ii) Cono de deyección. Constituido por volúmenes apreciables de material dietrítico con partículas semi angulosas y mal clasificadas que se producen en las zonas donde el río presenta bruscos cambios de pendientes provocando zonas de mayor sedimentación. Suelen superponerse o mezclarse cuando se producen avenidas torrenciales no frecuentes. Se presentan en áreas en forma de semicono de suave pendiente depositada en la desembocadura de los ríos. A título ilustrativo se tiene el cono de deyección del río Rímac que ha variado (divagado) hacia el norte y sur de su posición actual y que en muchos sitios su potencia (profundidad) llega a un centenar de metros.
iii) Depósitos glaciares. Material que ha sido transportado por la nieve y el hielo sin haber sufrido una apreciable acción de desgaste y clasificación; presenta formas y tamaños heterogéneos que varían mucho de calidad al no haber actuado las acciones de la corriente de los ríos; es necesario enérgicos procesos de chancado y clasificación como se dan en las cantera de La Gloria y se daban en La Molina
iv) Depósitos eólicos. Se da en la formación de dunas. El material acarreado por el viento es exclusivamente compuesto de arena fina redondeada y cuarzosa dado que el intenso acarreo produce desgaste y eliminación de partículas débiles. Se la emplea para preparar morteros y en la fabricación de ladrillos calcáreos, como sucede en Lomo de Corvina, en la salida sur de Lima.
v) Depósitos de lecho de mar. Son agregados limpios y de buena durabilidad. En el caso de ser utilizados para preparar concreto debe hacerse análisis químico para determinar el porcentaje de sales.
vi) Piedra chancada. Se presenta en los casos en que la explotación de la cantera de cerro se hace por voladura y se continua con un proceso completo de chancado, clasificación y lavado. También se aplica en casos de la trituración de canto rodado obtenido directamente del río o también a partir del material extraído de las excavaciones efectuadas en los procesos de crecimiento inmobiliario y vial de las ciudades como es el caso del boom de la vivienda y de las vías expresas en Lima.
3.2.4 Clasificación por su peso
La composición de los minerales que componen las rocas así como su densidad y porosidad definen el peso volumétrico de los concretos en los que estos agregados intervienen. Los agregados que producen concreto cuyo peso unitario varía de 2100 a 2400 kg/m3, se denominan de peso normal; los que varían de 320 a 1600 kg/m3 se denominan de peso ligero y los que varían de 2400 a 4800 kg/m3 se denominan de gran peso.
Agregados de peso normal. Los agregados usualmente empleados en nuestro medio como la arena, grava, piedra triturada y hormigón tienen pesos unitarios de alrededor de 1700 a 1800 kg/m3 y pesos específicos del orden de 2.7 con los que se producen concretos de pesos volumétricos denominados normales de 2100 a 2400 kg/m3.
Agregados de peso ligero. Agregados provenientes de rocas volcánicas como el sillar o de arcillas expansivas tienen pesos menores a los denominados normales y producen concretos de entre 1200 a 1800 kg/m3; estos concretos se utilizan por sus características aislantes o en la reparación de losas de puentes para reducir la carga muerta de diseños.
Agregados de peso elevado. La hematita, magnetita, bauxita y recortes de acero y munición de elevados pesos unitarios y específicos se utilizan en la elaboración de concretos de más de 3200 kg/m3 y 4800 kg/m3; sin embargo el empleo de arenas naturales permite reducir los pesos volumétricos de los concretos resultantes. Estos concretos se les emplea como blindajes y aislantes de radiaciones en centrales nucleares y hospitales para proteger a obreros y equipo de los peligrosos efectos de los rayos X, de los rayos gama y de la radiación radioactivas..
.PROPIEDADES FISICAS DE AGREGADOS Y CONCRETOS
Tipo de agregado
Peso específico del agregado
Peso unitario del concreto (Kg/m3)
De rocas ígneas
2.60 – 2.75
2 300 a 2 400
Arcillas expansivas
1.40 – 2.10
1 200 a 1 800
Barita
4.00 – 4.60
2 323 a 2 563
Ilmenita
4.30 – 4.80
2 563 a 2 724
Hematita
4.90 – 5.30
2 885 a 3 205
Magnetita
4.20 – 5.20
2 403 a 3 044
Recortes de acero
6.20 – 7.80
3 686 a 4 647

3.2.5 Clasificación por su gradación, forma y textura. Por el tamaño de las partículas del agregado las normas definen el agregado fino (arenas) y el agregado grueso (piedras) y se incluye también el denominado agregado global u hormigón.
El agregado grueso lo constituyen las partículas mayores retenidas en la malla 3/8" ( 9.5 mm) y se considera para diseño de mezclas hasta tamaños de 2" a 3".
El agregado fino está compuesto por partículas que pasan la malla 3/8" y por lo tanto están retenidas en las mallas No4 ( 4.75 mm) hasta la malla No 200 (75 micrones). Las arenas gruesas tienen partículas superiores a 2 mm y las arenas finas menores a 1 mm
Por su perfil se tiene el agregado redondeado y el anguloso. Finalmente se tiene el agregado de textura lisa y suavizada y el agregado de textura rugosa y áspera. La piedra chancada de media es anguloso y de textura àspera.
3.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS

Los agregados deben satisfacer ciertos requisitos, físicos químicos principalmente, relacionados con la forma, el tamaño, la textura, la relación entre sus dimensiones, la porosidad, el contenido de humedad, la dureza. Deben consistir en partículas limpias, duras, resistentes y durables, libres de sustancias químicas, recubrimientos de arcilla, o de otros materiales finos que puedan afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. Las partículas débiles, quebradizas o laminadas son perjudiciales debido a que producen mezclas no trabajables, trabadas y algo menos resistentes. Deberán evitarse especialmente los agregados que contengan pizarras laminares naturales o esquistos, partículas blandas y muy porosas y algunos tipos de cuarzo pues tienen mala resistencia al intemperismo. A menudo, basta una inspección visual para descubrir la debilidad o factores inconvenientes en los agregados gruesos.
En general, la selección del agregado es determinada por su disponibilidad, sus propiedades físicas y su costo de explotación o comercial.
Los agregados que no cumplan las normas o no se tenga suficiente información sobre sus propiedades o no se tenga registro sobre su buen comportamiento, deberán probarse mediante la elaboración de concretos o morteros para verificar que éstos cumplan con los requisitos definidos por el proyectista.
Forma y textura superficial de las partículas.- La forma de las partículas y la textura superficial de un agregado influye en las propiedades del concreto fresco más que en el concreto endurecido. Las partículas de superficie rugosa o las planas y alargadas requieren más agua para producir un concreto manejable que los agregados redondeados o con partículas cuboides. Por tanto las partículas del agregado que son angulares requieren más cemento para mantener la misma relación agua- cemento.
Sin embargo, cuando la gradación de los agregados es correcta tanto los agregados triturados como los no triturados generalmente dan la misma resistencia manteniendo la dosificación del cemento ( criterio económico).
Las partículas de los agregados deben ser cortas y gruesas, y libres de cantidades excesivas de piezas en forma de placas o alargadas. Las piezas en forma de astillas, largas en los agregados se deben evitar, o cuando menos limitarse a un máximo de 15 % en peso del agregado total.
Coeficiente volumétrico (C).- Las normas francesas AFNOR definen la calidad de la forma de los agregados para concretos por el coeficiente volumétrico, el cual es la relación que existe entre el volumen de un grano (en mm3) y el de la esfera de diámetro "d" igual a su mayor eje ( "d" en mm).
Para un grano C= V/Π d2/6 ,entonces el coeficiente volumétrico medio de una muestra será: C = [ (V1 + V2 + V3 +…….) / (Π/6) ( d21 + d21 + d23 + …)]
siendo V y d los volúmenes y diámetros variables de los distintos tamaños.
El valor del coeficiente volumétrico es pequeño para el árido en forma de plaquetas, Cpqt= 0.05 y aun más pequeño si es de aguja Cagj= 0.01. El coeficiente volumétrico del canto rodado suele ser de Ccrod= 0.15 y 0.20, mientras que para la piedra partida Cpart= 0.12 y 0.15; la AFNOR sugiere estos valores para los concretos de masa y armados respectivamente.
Las NTP 400. 039, 040 y 041 tratan sobre la determinación de los índices de alargamiento y de espesor del agregado grueso.
3.4 PROPIEDADES
Entre las principales propiedades de los agregados, entre otras, se tienen las siguientes.
i) Peso Unitario volumétrico (PU en kg/m3). Es la relación del peso del material respecto al volumen del recipiente que lo contiene (volumen aparente, pues incluye los vacios inter partículas). Se trabaja con pesos unitarios suelto y compactado. En principio se refieren a pesos de material seco. Se utilizan, entre otros casos, para la determinación de cargas, para el diseño de mezclas de concreto. Se aplica la NTP 400.017 en la que una muestra seca (arena 500 g o piedra 2 kg) se introduce en un recipiente de volumen conocido ( 1/3 pie3, ½ pie3 o 1 pie3, según el tamaño del agregado) ya sea de manera suelta o compactándola en tres capas mediante 25 golpes aplicados helicoidalmente con una varilla de 5/8" lisa, de 60 cm de longitud y de punta semiesférica. El pesado respectivo del recipiente vacio y lleno de material en una balanza con con aprox de 10 gr permite recolectar los datos y aplicarlos a la siguiente fórmula:
PU (Kg/m3) = Peso material / Volumen apt ( Conversión: 1 m3 = 35.3 pie3 )
ii) Peso Especifico.-Es la relación del peso del material al volumen que ocupa la parte sólida, es decir relativo a su volumen absoluto, sin considerar los vacios inter partículas. Se utiliza para los diseños de mezclas de cemento (concretos y morteros). La mayor parte de los agregados de peso normal tienen pesos específicos comprendidos entre 2.4 y 2.9. No tiene dimensiones pues se trabaja con P.e. relativos ( relativo puesto que el Pe del material se divide entre el Pe del agua, 1 g/cc, lo cual no es del todo exacto).
Se aplica la NTP 400.021 (agregados gruesos) y la NTP 400.022 (arenas) en la cual una muestra de peso conocido de agregado seco se lleva a la condición de saturado superficialmente seco: estado SSS; luego se introduce en una probeta o recipiente graduados y por desplazamiento se determina el volumen absoluto. En el caso de material grueso el volumen también se puede determina por la ley de Arquímides al introducir la muestra de piedra en estado SSS al agua en la canastilla metálica de la balanza hidrostática. La fórmula a aplicar es:
P.e = Peso material / Vol abs ( adimensional pues se divide entre 1 g/cc)
iii) Absorción y Humedad Superficial.- Esta relacionado con la porosidad de las partículas del agregado y su capacidad para absorber agua. La estructura interna del agregado contiene materia sólida y vacios que pueden contener agua o estar secos De acuerdo al contenido de agua que tiene en un momento particular (después de una lluvia intensa o de algunos días de calor intenso) se define el contenido de humedad del material y se expresa en porcentaje relativo al peso del material secado al horno a 110 ºC (hasta que en dos pesadas sucesivas no se evidencie diferencia de pesos).
Estados de humedad del agregado:
Estado: Estado 1: Secado al Horno Estado 2: Secado al aire


Humedad : 0 % Menor que la máx humedad posible.
--------------------
Estado: Estado 3: Saturado superficialmente seco Estado 4: Húmedo o mojado
SSS


Humedad: Máx humedad = % Absorción Mayor que el % Absorción
Leyenda:
Secado al horno. Con capacidad completa de absorber agua.
Secado al aire.- No está completamente seco y puede absorber algo; capacidad de quitar agua a la mezcla
Saturados y superficialmente secos SSS.- En su máximo % de humedad con superficie seca que puede tener el agregado; no pueden absorber más agua; condición ideal supuesta en el diseño de mezclas
Húmedos o mojados.- Conteniendo un exceso de humedad en la superficie; capacidad de aportar agua a la mezcla
Debido a estas diferentes estados de humedad en que los agregados se pueden encontrar en obra es necesario realizar ajustes al agua efectiva ( agua que se añade a la mezcla directamente en obra). Así, se tiene:
Contenido de humedad (W).- El contenido de agua dentro de un agregado expresado en porcentaje es :
% humedad = % W=H-SS X 100
donde H= Peso húmedo del agregado.
S= Peso seco del agregado.
Porcentaje de absorción (% Abs.).- Es la máxima cantidad de agua que puede absorber un agregado sin presentar superficie húmeda, expresado en porcentajes es:
% de absorción = % Abs. = A-SS X 100
donde A= Peso del agregado saturado con superficie seca
S= Peso del agregado seco.
Ajuste del agua efectiva: Por el estado de humedad del agregado, entonces, puede haber casos que el agregado le quita agua a la mezcla o en otros casos aporta agua; dependiendo si no está o si alcanzó el estado SSS.
Agua faltante: Si % w < %abs. ( el agregado quita agua)
Agua que falta = %abs. -%w100x s
Agua de aporte: Si % w > % abs. ( el agregado cede agua):
Agua libre = (%w-%abs.)100x s
La arena aumenta de volumen cuando el agregado fino esta húmedo superficialmente. La humedad superficial mantiene separada las partículas produciendo un aumento de volumen que se llama "abundamiento", siendo este factor mayor para las arenas finas que para las gruesas.
Como la mayor parte de las arenas se entregan húmedas, pueden ocurrir variaciones significativas en las cantidades de las mezclas o tandas si se dosifican por volumen; por ello deben tenerse las precauciones del caso.
Ejercicio: Definir el estado de humedad de 830 kg de arena sabiendo que el contenido de humedad actual es de 2.2% y el % de absorción de 3.75%; calcular la cantidad de agua faltante o de aporte resultante.

3.5 ENSAYOS Y NORMAS
Las normas que deben consultarse para realizar los ensayos sobre los materiales y determinar sus propiedades y el cumplimiento de los requisitos son principalmente las Normas Técnica Peruanas NTP serie 400 elaboradas por el INDECOPI fechadas 1999 al 2001 y las norteamericanas de la American Society for Testing and Materials ASTM C33-11: Standard Specification for Concrete Aggregates. Para el caso de agregados en obras viales se debe consultar las normas de la American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO
Una relación de NTP ilustrativa pero no limitativa se indica a continuación:
NTP 400.010: 2001 Extracción y preparación de las muestras (de agregados)
NTP 400.012: 2001 Análisis granulométrico del agregado fino, grueso y global
NTP 400.016: 1999 Determinación de la inalterabilidad de agregados por medio de sulfato de sodio o sulfato de magnesio
NTP 400.017:1999 Método de ensayo para determinar el peso unitario del agregado
NTP 400.020: 2002 Método de ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la degradación en agregado grueso de tamaño grande por abrasión e impacto en la máquina de Los Angeles
NTP 400.021: 2002 Método de ensayo normalizado para peso específico y absorción del agregado grueso
NTP 400.022: 2002 Método de ensayo normalizado para peso específico y absorción del agregado fino
NTP 400.024:1999 Método de ensayo para determinar cualitativamente las impurezas orgánicas en el agregado fino para concreto
NTP 400.040 :1999 Partículas chatas o alargadas en el agregado
3.6 REQUERIMIENTOS
Las exigencias y requerimientos que deben cumplir los agregados para la fabricación de concretos o para su utilización en pavimentos es bastantes amplias; a continuación se dan algunas de las principales propiedades indicando los alcances, el procedimiento del ensayo, la aplicación práctica y la norma a seguir.
i) Resistencia al desgaste. Es importante en concretos sujetos a abrasión y desgaste continuo como en el caso de pavimentos, presas o en losas para pisos industriales solicitados a tráfico pesado. Es un indicador general de la calidad del agregado. El ensayo se realiza mediante el tambor giratorio de Los Angeles según ASTM C13 o la NTP 400.020 2002. Se determina el % que pasa la malla No 12 después de haber sometido una determina carga de agregado a la acción de bolas de metal durante 1000 revoluciones.
ii) Resistencia a la congelación y deshielo.- Una característica importante del concreto que va a quedar expuesto a la intemperie es la resistencia a la congelación y deshielo de un agregado; está relacionada a su porosidad, absorción y estructura porosa interna. Si una partícula de agregado absorbe demasiada agua, el espacio en los poros no será suficiente para dar disipar los esfuerzos de la dilatación del agua que ocurre durante la congelación (incremento del 9% del volumen original de agua)
Cualquiera que sea la rapidez del congelamiento puede haber un tamaño crítico de partícula, arriba del cual ésta falla si está completamente saturada. Ese tamaño crítico depende del porcentahe % de porosidad, el tipo de red de los poros ( interconectados o no), permeabilidad y resistencia a la tensión de la partícula.
Los cambios volumétricos por congelamiento pueden asimilarse a los producidos en los ensayos cíclicos por inmersión del agregado en soluciones de sulfato de magnesio o de sodio según la NTP 400.016:1999 o su equivalente la ASTM C88. Las presiones producidas por el aumento de volumen al momento de la formación de cristales van rompiendo las partículas en los sucesivos ciclos; la resistencia al intemperismo se deduce por la pérdida de peso después de tamizado por las mallas normativas.
iii) Estabilidad química.- Se considera que los agregados tienen estabilidad química cuando no reaccionan químicamente con el cemento en forma peligrosa, ni sufren la influencia química de otras fuentes externas. En algunas regiones, los agregados que tienen ciertos elementos químicos (El ópalo-sílice hidratada amorfa) reaccionan con los álcalis del cemento. Esta reacción álcali agregado puede producir expansión anormal y agrietamientos irregulares en el concreto. El ASTM recomienda un análisis petrográfico competente, puede ser útil a menudo para la identificación de los agregados con afinidad química potencial
vi) Granulometría.- La distribución, según su tamaño, de las diferentes partículas de la muestra de agregado se determina con un análisis granulométrico, según la NTP 400.012: 2001 Análisis granulométrico del agregado fino, grueso y global.
Los tamices o mallas estándar usadas para determinar la gradación de los agregados finos son las Nº 4, 8, 16, 30, 50, 100 y 200 numeradas de acuerdo a sus aberturas cuadriculadas. La malla No 4 tiene 4 alambres por pulgada.
Las mallas estandarizadas para determinar las granulometrías de los agregados gruesos son las de 3 ½", 2 ½", 2", 1 ½", 1", ¾", ½", 3/8" (de pulgada).
La distribución de las partículas por su tamaño se muestra en diagramas que relacionan los % retenidos (o también los % pasantes) con respecto a las mallas estándar dadas por sus abertura cuadradas.
Los normas NTP o ASTM especifican los límites recomendados para los agregados normales con los que se elaboran concretos usuales. Las curvas granulométricas para el agregado fino y el agregado grueso se muestran en el cuadro y gráficos siguientes:
Existen varias razones para especificar límites en las granulaciones y el tamaño máximo de los agregados. La granulometría y el tamaño máximo definen las proporciones relativas de los agregados así como los contenidos de cemento y la cantidad de agua necesarios en el diseño de mezclas de concretos. Las variaciones en la gradación pueden afectar seriamente la uniformidad del concreto de una mezcla a otra.
Las arenas muy finas son con frecuencia costosas y las arenas gruesas pueden producir mezclas muy ásperas y poco manejables. En general los agregados que no tienen una gran deficiencia o exceso de cualquier tamaño y dan una curva granulométrica pareja producen los mejores resultados, ello se puede explicar por la llamada teoría de la máxima densidad o del mínimo de vacios.
Módulo de Fineza.- Sea para el agregado grueso o para el fino, se define como la suma de los tanto por ciento retenidos acumulados en las mallas estándar: 3", 1½", 3/4", 3/8", Nº4, Nº8, Nº16, Nº30, Nº50 y Nº100, todo dividido por 100.
Es un indicador del tamaño predominante en el conjunto de partículas del agregados. Es también un indicador del valor lubricante del agregado, estando en relación inversa con éste; es decir, a mayor módulo de fineza menor será el valor lubricante del agregado.
Modulo de fineza de la combinación de agregados (MFc). Cuando se combinan agregados de diferentes categorías o fracciones, como arena y grava, el procedimiento a seguir para la determinación del MFc es el siguiente.
Se calcula el módulo de fineza individual de cada una de las fracciones de agregado agregados por separado.
Se calcula el factor en que cada uno de ellos interviene en la combinación en función de sus pesos absolutos.
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 fracción de agregado .
Es decir, si llamamos módulo de fineza de la combinación de agregado mc , modulo de fineza del agregado fino mf y módulo de fineza del agregado mg, tenemos:

mc = Vol.Asb.A. finoVol.Abs.Agregados mf+VolAsb.A. gruesoVol.Abs.Agregados mg
Si hacemos.
rf = Volumen Absoluto del agregado finoVolumen Absoluto de los agregados
rg = Volúmen Absoluto del agregado gruesoVolumen Absoluto de los agregados
por lo tanto.
mc = rf mf +rg mg
Y también:
rf + fg = 1

Granulometría del agregado fino.- Los requisitos estipulados en las especificaciones ASTM C33, permiten una relativa amplitud de variación en la granulometría del agregado fino.
Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas Nºs 50 y 100 afectan la manejabilidad, la facilidad para lograr buenos acabados, la textura superficial y la exudación del concreto. En muchas especificaciones se permite que la malla Nº 50 deje pasar del 10 al 30 por ciento. El límite inferior puede ser suficiente cuando el colado es fácil, o cuando los acabados se hacen mecánicamente, como en los pavimentos.
Sin embargo, en los pisos del concreto acabado a mano o cuando se desea una textura superficial tersa, deberá usarse un agregado fino tal que pase cuando menos el 15 por ciento por la malla Nº 50 y 3 por ciento o más que pase por la malla Nº100.
Otros requisitos de las especificaciones son.
Que el agregado fino, no tenga más del 45 % retenido entre dos mallas consecutivas.
Que el módulo de finura no sea menor de 2.3 o mayor de 3.1, ni varíe más de 0.20 del valor supuesto al elegir las proporciones del concreto. Si se excede de este valor, el agregado fino se rechaza, a menos que se hagan los ajustes pertinentes de agregado fino y grueso.
Se define como modulo de fineza, ya sea del agregado fino o grueso, la suma de los porcentajes acumulados de los agregados retenidos en las mallas estándar, dividida por 100. En este indicador de la finura de un agregado: cuando mayor sea el modulo de finuras, más grueso es el agregado.
Granulometría del agregado grueso.- La granulometría del agregado grueso de un tamaño máximo dado puede variar dentro de una variedad relativamente amplia de valores sin producir efecto apreciable en las cantidades necesarias de cemento y de agua, si la proporción de agregado fino produce concreto manejable.
Se considera como tamaño máximo de agregado, al determinado por la malla inmediata superior a aquella que retiene (acumulado) 15 % o más del material.
El tamaño máximo que se puede usar generalmente depende del tamaño y la forma de los miembros de concreto y de la cantidad y distribución del acero de refuerzo. En general, el tamaño máximo de agregado no debe exceder de:
Un quinto de la menor separación entre los lados del encofrado.
Tres cuartos del espacio libre entre las varillas del refuerzo.
Un tercio del espesor de las losas sin refuerzo situadas sobre el terreno.
Puede desistirse de estos requisitos si, en la opinión del ingeniero, la mezcla es lo suficientemente manejable para que el concreto pueda colocarse sin que seque.
Agregados con granulometría discontinua.- Faltan algunos tamaños de partículas. La falta de dos o más tamaños sucesivos pueden producir problemas de segregación, especialmente en los concretos sin aire incluido con asentamientos mayores de 3 pulgadas.
Si se requiere una mezcla dura, los agregados con granulometría discontinuas pueden producir resistencias más elevadas que los agregados normales usados con proporciones de cemento comparables.
Se requiere un control muy estricto de la granulometría y de la proporción de agua, porque las variaciones pueden producir segregación.
.
Sustancias perjudiciales en los agregados.- Las sustancias perjudiciales que pueden estar presentes en los agregados incluyen las impurezas orgánicas, limo, arcillas, carbón de piedra, lignito, y unas partículas blandas y ligeras. La mayor parte de las especificaciones limitan las cantidades permisibles de estas sustancias en los agregados.
Las impurezas orgánicas pueden retrasar el fraguado y el endurecimiento del concreto y hasta producir deterioro en casos raros. Por ejemplo, un porcentaje muy pequeño de algunas impurezas orgánicas como el azúcar puede en realidad impedir el fraguado del cemento varios días. Otras impurezas como la turba, el humus, y lamas orgánicas no pueden ser tan serias pero deben evitarse.
Los materiales más finos que los que pasan por la malla Nº 200, especialmente el limo y la arcilla, pueden estar presentes como polvo o pueden estar en la forma de recubrimientos de las partículas del agregado. Aun cuando delgadas capas de limo o arcilla cubran las partículas de grava, puede haber peligro porque debilitan la adherencia entre la pasta del cemento y el agregado.
El carbón de piedra o lignito u otros materiales ligeros como la madera o material fibroso, en cantidad excesiva, pueden afectar la durabilidad del concreto. Si estas impurezas están presentes cerca o en la superficie, pueden desintegrarse, reventar o producir manchas.
Las partículas blandas son perjudiciales porque pueden afectar la durabilidad y la resistencia al desgaste del concreto y pueden producir reventones si son quebradizos pueden romperse durante la mezcla y aumentar por tanto la demanda de agua.
Los terrones de arcilla, cuando está presente en el concreto, pueden absorber cierta cantidad del agua de la mezcla, producir reventones en el concreto endurecido, o simplemente desaparecer si quedan cerca de una superficie expuesta.

Sustancias perjudiciales
Efecto sobre el concreto
Nombre de la Prueba ASTM
Impurezas Orgánicas
Afectan el fraguado y el endurecimiento y puede producir deterioro

C40 – C87
Materiales más finos que la malla 200
Afectan la Adherencia y aumenta la calidad de agua necesaria

C117
Carbón de piedra, lignito u otros materiales ligeros
Afectan la durabilidad y pueden producir manchas y reventones.
C123
Partículas blandas
Afectan la durabilidad y la resistencia al desgaste

C235
Partículas frágiles
Afectan la manejabilidad y la durabilidad y pueden producir reventones

C 142


3.7 MANEJO.- Deben mantenerse y almacenarse de manera que sea mínima la segregación y se evite la contaminación con sustancias perjudiciales. Los montones de los almacenamientos deben formarse por capas de espesor uniforme.
Para disminuir el mínimo la agregación, los materiales deben tomarse en capas lo más horizontales que sea posible.


La toma de muestras de los agregados constituye una operación fundamental en el proceso de control de calidad de la producción del concreto. El muestreo puede producirse en el yacimiento, en la planta de beneficio o al pie de la obra, según su razón de ser.
En algunos trabajos de construcción alejados de los centros urbanos, ante la carencia de proveedores, se requiere desarrollar la explotación eventual de yacimientos. En estos casos, para seleccionar las canteras más apropiadas, determinar la potencia aprovechable, y orientar los procedimientos de beneficios, se toman muestras de hoyos formados sobre los frentes descubiertos, luego de eliminar el material superficial o al proveniente de deslizamientos. Cuando no existe frente abierto, las muestras se extraen excavando hoyos o calicatas en profundidad y distancias definidas, de acuerdo con el volumen de material requerido.
Cuando se requiere conocer la calidad de un producto que se ofrece en el mercado, se procede a la toma de muestras en la planta de producción. Se recomienda extraer las muestras de manera intermitente mientras se carga el material a los vehículos. De no ser posible se puede obtener muestras separadas de los silos. Tomándola de la boca superior y de la boca de descarga.
En los procedimientos de muestreo en obra, para el control directo de la producción del concreto, se toman muestras en la planta de producción durante la descarga de los vehículos de transporte, actuando separadamente sobre la parte superior, media e inferior de la tolva.
Las exigencias del muestreo son más amplias cuando se necesita evaluar un yacimiento o dar conformidad al material beneficiado por el proveedor. En la producción diaria del concreto, el número de ensayos que se efectúa es más reducido y de variable periodicidad, la que muchas veces se regula según las modificaciones del material que se observan durante la inspección. Las pruebas de rutina, están destinadas a dar información sobre problemas potenciales en el proceso de control de calidad.
Tipo de Muestra.-Cuando la inspección indica diferencias sustantivas en los materiales, en tamaño textura o color lo que ocurre generalmente en el yacimiento, deberá ensayarse independientemente cada una de las muestras que se obtengan, las que se determinan "muestras representativas simples".

Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado fino

Tamiz
Limites Totales
% Pasa por los tamices normalizados


C
M
F
9.5 mm
(3/8")
100
100
100
100
4.75 mm
(Nº 4)
89 - 100
95 – 100
85 - 100
89 – 1000
2.38 mm
(Nº8)
65-100
80-100
65-100
80-100
1.20mm
(Nº16)
45- 100
50-85
45 – 100
70 - 100
0.60 mm
(Nº30)
25 - 100
25-60
25-80
55-100
0.30 mm
(Nº50)
5-70
10 - 30
5 - 48
5 - 70
0.15 mm
(Nº100)
- 12
2 - 10
0 – 12*
– 12*
*Incrementar 15% cuando se trata de agregado fino triturado, excepto cuando se usa para pavimentos de alta resistencia.
Nota: Se permite el uso de agregados que no cumplan con las gradaciones específicas, siempre y cuando existan estudios a satisfacción de las partes, que aseguran que el material producirá concretos con la calidad requerida
Tamices ASTM
En Pulgadas
3``
1 ½
3/4
3/8
Nº4
Nº8
Nº16
Nº30
Nº50
Nº100
Nº200







Nº12
Nº14
Nº20
Nº40
En mm
75
37.5
19
9.5
4.75
2.36
1.18
0.599
0.295
0.1475
0.0737

2 mm
1.41
0.841
841 1m
0.420
120/ 1m

Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado grueso

Tamaño
Tamaño Normal

% Pasa por los tamices normalizados



100mm
(4``)
90mm
(31/2``)
75mm
(3``)
63mm
(21/2``)
50mm
(52``)
37.5mm
(11/2``)
25mm
(1``)
19mm
(1/2``)
12.5mm
(1/2``)
9.5mm
(3/8``)
4.75mm
(Nº4)
2.36mm
(Nº8)
1.18mm
(Nº16)
1
90 a 37.5mm
(31/2`` a 11/2``)
100
90 a
100
--

25 a 60
--

0 a 15
--
0 a 5
--
--
--
--
--
2
63 a 37.5 mm
(21/2`` a 11/2``)
--
--
100
90 a 100
35 a 70
0 a 15
--
0 a 5
--
--
--
--
--
3
50 a 25mm
(2`` a 1``)
--
--
--
100
90 a 100
35 a 70
0 a 15
--
0 a 5
--
--
--
--
357
50 a 4.75 mm
(2`` a Nº4``)
--
--
--
100
95 a 100
--
35 a 70
--
10 a 30
--
0 a 5
--
--
A
37.5 a 19 mm
(11/2`` a 3/4``)
--
--
--
--
100
90 a 100
20 a 55
0 a 15
--
0 a 5
--
--
--
A67
37.5 a 4.75 mm
(11/2`` a Nº4``)
--
--
--
--
100
95 a 100
--
35 a 70
--
10 a 30
0 a 5
--
--
5
25 a 12.5 mm
(1`` a 1/2``)
--
--
--
--
--
100
90 a 100
20 a 55
0 a 10
0 a 5
--
--
--
56
25 a 9.5 mm
(1`` a Nº4``)
--
--
--
--
--
100
90 a 100
40 a 85
10 a 40
0 a 15
0 a 5
--
--
57

25 a 4.75 mm
(11/2`` a 3/4``)
--
--
--
--
--
100
95 a 100
--
25 a 65
--
0 a 10
0 a 5
--
6
19 a 9.5 mm
(3/4`` a 3/8``)
--
--
--
--
--
--
100
90 a 100
20 a 55
0 a 15
0 a 5
--
--
67
19 a 4.75 mm
(3/4`` a Nº4``)
--
--
--
--
--
--
100
90 a 100
--
20 a 55
0 a 10
0 a 5
--
7
12.5 a 4.75 mm
(3/2`` a Nº4``)
--
--
--
--
--
--
--
100
90 a 100
40 a 70
0 a 15
0 a 5
--
8
9.5 a 2.38 mm
( 3/8`` a Nº8)
--
--
--
--
--
--
--
--
100
85 a 100
10 a 30
0 a 10
0 a 5
.




Dureza Es la característica del material para resistir al rayado o corte superficial. Friedrich Mohs (geólogo alemán 1825) propuso una escala constituida por diez minerales ordenados en función de su dureza, el inferior es rayado por uno superior de mayor dureza. Es una escala relativa, sencilla y muy práctica para fines de investigación geológica de campo.
Tabla de valores de Mohs ( tomado de Wikipedia, 2011)
Dureza
Mineral
Comentario
Composición química
1
Talco
Se puede rayar fácilmente con la uña
Mg3Si4O10(OH)2
2
Yeso
Se puede rayar con la uña con más dificultad
CaSO4·2H2O
3
Calcita
Se puede rayar con una moneda de cobre
CaCO3
4
Fluorita
Se puede rayar con un cuchillo de acero
CaF2
5
Apatito
Se puede rayar difícilmente con un cuchillo
Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
6
Ortoclasa
Se puede rayar con una lija para el acero
KAlSi3O8
7
Cuarzo
Raya el vidrio
SiO2
8
Topacio
Rayado por herramientas de carburo de wolframio
Al2SiO4(OH-,F-)2
9
Corindón
Rayado por herramientas de carburo de Silicio
Al2O3
10
Diamante
El mineral más duro conocido, rayado solo por otro diamante.
C
Según Wikipedia 2011, Mineral es aquella sustancia sólida, natural, homogénea, de origen inorgánico, decomposición química definida (pero variable dentro de ciertos límites).
Esas sustancias inorgánicas poseen una disposición ordenada de átomos de los elementos de que está compuesto, y esto da como resultado el desarrollo de superficies planas conocidas como caras. Si el mineral ha sido capaz de crecer sin interferencias, pueden generar formas geométricas características, conocidas como cristales.