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Tecnología del hormigón Página 1/25

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL Facultad Regional Santa Fe Cátedra: Tecnología del Hormigón - Ingeniería Civil Profesor: Ing. Ma. Fernanda Carrasco UNIDAD 3. ROCAS Y AGREGADOS PARA HORMIGONES INTRODUCCIÓN El agregado es el material granular, generalmente inerte, resultante de la desintegración natural y/o desgaste de rocas, o que se obtiene mediante la trituración de ellas, de escorias siderúrgicas convenientemente preparadas para tal fin o de otros materiales suficientemente duros, que permiten obtener partículas de forma y tamaños estables, destinadas a ser empleadas en hormigones (IRAM 1627:1997).

La importancia del uso de los tipos y calidad correctos del agregado (árido) no se puede subestimar. Los agregados fino y grueso ocupan cerca del 60 % al 75 % del volumen del hormigón (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 economía del hormigón (Tabla 1).

Algunos depósitos naturales de agregado, llamados de gravas de mina, consisten en grava y arena que se pueden usar inmediatamente en el hormigón, después de un procesamiento mínimo. La grava y la arena naturales normalmente se excavan o dragan de la mina, del río, 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 también se usa como agregados fino y grueso. Los agregados frecuentemente se lavan y se gradúan en la mina o en la planta. Se puede esperar alguna variación en el tipo, calidad, limpieza, granulometría (gradación), contenido de humedad y otras propiedades.

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

Tabla 1. Propiedades del hormigón influenciadas por las características de agregado. PROPIEDAD DEL HORMIGÓN PROPIEDAD RELEVANTE DEL AGREGADO Resistencia Resistencia , textura superficial, tamaño máximo, forma de la partícula,

limpieza Peso Unitario Densidad, tamaño máximo, granulometría, forma de la partícula Módulo de Elasticidad Módulo de elasticidad, coeficiente de Poisson Creep y Contracción Módulo de elasticidad, forma, granulometría, limpieza tamaño máximo,

minerales arcillosos Conductividad térmica Conductividad térmica Resistencia a la congelación y deshielo

Porosidad, permeabilidad, sanidad, resistencia a la tracción, estructura de poros, grado de saturación, textura y estructura, minerales arcillosos

Resistencia a la abrasión Dureza Resistencia a la temperatura Coeficiente de dilatación térmica Reacción álcali-agregado Presencia de constituyentes silíceos deletéreos Resistencia al mojado y secado Estructura de poros, módulo de elasticidad Economía Forma, graduación, tamaño máximo, procesamiento requerido, disponibilidad Calor específico Calor específico


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 características con las cuales se va a utilizar, por lo cual se lo puede aceptar o rechazar, y entonces en este último caso, elegir una marca o procedencia diferente. Con los aditivos químicos se da la misma circunstancia. En el caso del agua, esta tiene que cumplir condiciones físico-químicas para su utilización, 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 óptimas: pueden ser clasificados en distintas fracciones para lograr una composición granulométrica adecuada, utilizando esas fracciones en proporciones diferentes a las que naturalmente lo componían. Los agregados pueden tener impurezas no deseables (polvo, materia orgánica, 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 hormigón (Tabla 1).

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

• Livianos: Su peso unitario está 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 elaboración de hormigones pesados para pantallas contra radiaciones.

Clasificación por su Composición Mineralógica Se da una clasificación de los agregados naturales según el tipo de roca: ígneas, sedimentarias, o metamórficas.

Clasificación por el Método de Obtención Según el procedimiento de producción, los agregados pueden clasificarse como: naturales o artificiales. En la segunda categoría se incluyen los agregados producidos con minerales tratados térmicamente, por trituración y por reciclado.

Clasificación por su Tamaño (IRAM 1627:1997) Agregado grueso: es el agregado que de acuerdo con su tamaño 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 µm (N° 200).


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

Grupo A: Las partículas deben ser duras, resistentes y durables.

Grupo B: Las partículas deben estar limpias, libres de impurezas, de tamaño y forma adecuadas.

Si el material en estudio no reúnen algunas de las características del Grupo A, no podrá ser empleado como agregados para hormigón, por ser estas características 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.

Características 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 compresión de la roca sobre probetas cúbicas o cilíndricas en estado saturado y con la dirección de aplicación de la carga paralela a los plano de clivaje. Un valor recomendado de resistencia a compresión es de 60 MPa. La resistencia a tracción es débil y está comprendida entre 1 y 8 MPa.

Cuando se presentan agregados de los cuales no se pueden obtener probetas, se debe plantear otra forma de evaluación. 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 patrón de idénticas características, elaborada con arena normal (IRAM 1633:1965).

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

Partículas Blandas Otro aspecto que debe considerarse cuando se explota una cantera, es que en el proceso de trituración y producción de agregados con frecuencia se incorporan partículas de menor resistencia, por que poseen fisuras o se encuentran alterados sus minerales. Por este motivo, existen en el agregado partículas blandas o descompuestas (IRAM 1644:1967), que en el hormigón constituyen puntos débiles y concentradores de tensiones. Para la determinación del contenido de partículas blandas o descompuestas se separan aquellas partículas en las que se nota un cambio de coloración o de textura y se prueba su resistencia con un martillo liviano o también en forma manual. Las partículas descompuestas ceden con relativa facilidad a la prueba manual de su resistencia y son separadas. Para los agregados finos, se incluyen en esta clasificación a pizarras, yeso, mica, fragmentos escamosos desmenuzables o partículas cubiertas de películas superficiales.

Dureza - Desgaste

La dureza de los agregados es una característica que cobra importancia en obras tales como conductos, canales y vertederos de diques en los cuales el agua transporta materia sólida en suspensión, o en los disipadores de energía por problemas de cavitación, o en playas industriales y pavimentos, sometidos a la acción de neumáticos. La dureza del hormigón esta


vinculada principalmente a la dureza de las partículas de los agregados, en especial del grueso. Existe un ensayo de frotamiento para realizar, sobre muestras de rocas y medir la pérdida de material frente a un determinado número de vueltas, es el ensayo de Los Ángeles (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 también como una cualidad del material de conservar sus propiedades en el transcurso del tiempo. Si se pretende que el hormigón sea un material durable, deberán serlo también los agregados que lo componen, ya que estos constituyen aproximadamente el 75% de su volumen.

Los principales mecanismos que provocan la destrucción de las rocas y de los hormigones son los fenómenos de congelación - deshielo, los de mojado-secado en soluciones salinas o agua, y las reacciones químicas con algunos compuestos del cemento. Las rocas y los agregados presentan una estructura con poros cuyos tamaños varían considerablemente. Algunos son observados a simple vista y otros son extremadamente pequeños, de aproximadamente 4µm. Estos últimos presentan el mayor interés por la implicancia en los mecanismos de rotura, como así también 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 generándose un aumento de volumen del orden del 10%. Este incremento de volumen provoca un aumento en la presión hidráulica del agua sin congelarse, que origina tensiones de tracción, que pueden llegar destruir el hormigón.

Otro mecanismo que genera una fuerte acción destructiva son las aguas con sales en solución, que se introducen en la estructura porosa de los agregados, cristalizan cuando se produce el secado por evaporación, incrementándose el volumen y generando presiones internas de cristalización.

Mediante la inmersión de los agregados (ciclos) en soluciones de sulfatos de sodio o magnesio, se obtiene una manera fácil y práctica de verificar la estabilidad de las rocas, evaluando la resistencia que poseen ante la presión de cristalización de los sulfatos. El valor que se analiza es la pérdida máxima después de cinco ciclos de inmersión y secado.

El Reglamento admite que cuando el material, si no cumple los límites de este ensayo y no existen antecedentes de obras construidas con dicho material con 10 años de vida útil, se lo puede admitir si el hormigón verifica el ensayo de congelación y deshielo.

El factor de durabilidad del hormigón (FD), luego de ser sometido a los ciclos de congelación y deshielo, no debe disminuir sensiblemente (FD = 80% a 300 ciclos). Este factor es la relación entre los módulos de elasticidad dinámico, después 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 hormigón luego de más de 20 años de servicio, por el desarrollo de tensiones de tracción elevadas que se originan por la expansión del agregado.

Los estudios se basan en observaciones microscópicas, difracción por rayos X para identificar los minerales secundarios, y ensayos acelerados de durabilidad por inmersión en etilenglicol (analizándose la pérdida de material luego de 30 días de inmersión) 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 químico más importantes, resultan de la reacción entre


la sílice activa, presente en algunos agregados y los álcalis contenidos en el cemento. También, se han identificado algunas reacciones expansivas como ser la pirita (SFe), que en presencia de hidróxido de calcio se transforma en sulfato ferroso y luego hidróxido férrico, causando reventones y manchas.

La existencia de fisuras tipo mapa en algunas estructuras, llevó durante los años 1940 a relacionarlos con las expansiones causadas por la reacción entre los álcalis contenidos en el cemento (óxidos de sodio y potasio) con ciertas formas reactivas de sílice contenidas en los agregados. Las distintas formas de la sílice tienen diferentes grados de reactividad, dependiendo del grado de cristalización, de la porosidad interna, del tamaño de los cristales y de las deformaciones internas de los cristales. El ópalo es la forma más reactiva de la sílice, ya que es amorfo y altamente poroso. Los factores que controlan la reacción son: la naturaleza y porcentaje de sílice presentes, el tamaño de las partículas del material reactivo, el porcentaje de álcalis (considerando no solo los porcentajes iniciales incorporados por el cemento sino también 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 reacción en distintas estructuras de servicio (pavimentos, aeropuertos). Pueden definirse tres zonas de agregados reactivos: la Mesopotamia, la Patagonia y la Costa Atlántica Bonaerense.

El primer ensayo a realizar es la determinación de la presencia de sílice reactiva a través de un examen petrográfico (IRAM 1649:2008). El ensayo de la barra de mortero (IRAM 1637:1992) es para determinar la reactividad física del agregado. Se utiliza el agregado, con una granulometría prescripta, en barras de mortero de cemento de alto contenido de álcalis y arena. Existe otro ensayo, NBRI (IRAM 1674:1997), donde las barras se mantienen 14 días en una solución de Na(OH) a 80 °C, y la expansión debe ser menor de 0.11 %.

Características del Grupo B Material que pasa el tamiz de 75 µm (polvo): Los agregados deben de estar limpios, el polvo es un material formado por partículas menores que el tamiz IRAM 75 µm (N° 200). Por diversas circunstancias el polvo se adhiere a la superficie de las partículas de agregado. Es frecuente que las arenas de lechos de ríos o playas estén impregnadas de este material fino. Estas partículas pueden aparecer entre los agregados en el proceso de trituración. Otro de los orígenes más frecuentes de su presencia en obras de importancia se debe a que los agregados son transportados mediante palas de arrastre con la incorporación de partículas del suelo.

Algunas veces el polvo no se encuentra separado de las partículas sino que esta adherido firmemente. Esta adherencia se incrementa cuando el agregado es de trituración, ya que la superficie es rugosa. También cuando el agregado se encuentra expuesto a la intemperie y se moja alternativamente con la lluvia. Todo esto hace que la película superficial resulte difícil de desprender durante el mezclado. La adherencia de la pasta a la superficie de los agregados, que da origen a la aglomeración, se realiza a través de la película de polvo, disminuyendo la resistencia de la interfaz, por lo cual la resistencia mecánica del hormigón disminuye, y en especial, la resistencia a tracción.

El concepto mencionado es importante en hormigones para pavimentos, no sólo por la disminución de la resistencia a la flexión, sino también por las variaciones volumétricas. Las partículas finas por el proceso de exudación, llegan a la superficie del hormigón formando, una película de polvo, cemento y agua fácilmente desgastable. Esta película también debilita la unión entre hormigones de distintas edades. Además, para conformar el hormigón, la pasta debe rodear y unir a todas las partículas, por lo que la cantidad de pasta va a depender de la superficie total de las partículas. Cuando los agregados varían su contenido de polvo, incrementándolo, la pasta no alcanza para lubricar adecuadamente todas las partículas. 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 relación a/c.

Sustancias Perjudiciales Otro de los factores que afectan la limpieza de los agregados, principalmente los gruesos, son los terrones de arcilla. Según IRAM 1512:2006, se tratan como partículas 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 acumulación de partículas cuyo tamaño medio oscila entre 5 y 15 µm. Cuando el agregado con los terrones arcillosos es empleado en una estructura de hormigón pueden presentarse dos variantes:

• Durante el mezclado con agua los terrones se disgregan, transformándose en polvo de alta superficie específica.

• Los terrones no se disgregan al mezclarse con el agua y quedan como tales. En condiciones húmedas dentro de la masa de hormigón al cabo de unos días pierden su poder cementante convirtiéndose en partículas blandas.

Materia Orgánica Otro tipo de impureza es la materia orgánica, en su mayoría de origen húmico la cual retarda los procesos de hidratación del cemento. Esto trae aparejado una demora en el fraguado y un retardo en la adquisición de resistencia, desconociendo si el hormigón alcanzará la resistencia prevista en los cálculos para poder seguir avanzando en las etapas constructivas programadas. En las arenas naturales la determinación del contenido de materia orgánica debe efectuarse siempre, mientras que en los agregados gruesos se realizará solamente si se aprecia una porción apreciable de partículas finas. En este último caso la determinación se realizará sobre el retenido en el tamiz de 4,75 mm.

El ensayo consiste en colocar la muestra de arena en una solución de hidróxido de sodio al 3%, agitar y dejar reposar durante 24 horas. Los granos de arena sedimentan y la solución toma distintas tonalidades de acuerdo con el grado de contaminación. Comparando la coloración tomada con una escala colorimétrica estándar, se puede obtener una valoración de la cantidad de materia orgánica presente.

Sales Solubles La presencia de sales solubles en los agregados origina diversos problemas en el hormigón. Según su composición química los sulfatos reaccionan con el aluminato tricálcico del cemento provocando expansiones, los cloruros atacan las armaduras y elementos metálicos embebidos en el hormigón y los carbonatos o los bicarbonatos aumentan el pH del hormigón lo que puede ocasionar un retardo del proceso de hidratación. Además, deben mencionarse algunos problemas de orden estético 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 características del hormigón, se hace necesario controlar no sólo el porcentaje aportado por los agregados sino también 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 partículas livianas, carbonosas y arcilla, estas impurezas traen aparejado, sino son convenientemente limitadas, una reducción en la sección útil del hormigón y problemas originados por concentración de tensiones. Las materias carbonosas merecen un comentario adicional, son partículas desmenuzables, poco resistentes y algunas veces contienen azufre. Generalmente son de un color oscuro que puede llegar a modificar el aspecto del hormigón por la presencia de manchas oscuras en la superficie.

FORMA DE LOS AGREGADOS Partículas lajosas y elongadas La forma de la partícula tiene suma importancia en la trabajabilidad. Las partículas con formas chatas y alargadas (lajas) y aquellas finas y alargadas (elongadas) son muy difíciles de mover, pues se traban y la trabajabilidad del hormigón se ve reducida.

Si se realiza una estructura con este tipo de agregado, las lajas tienen incidencia en las propiedades del hormigón. Durante la compactación del hormigón, una laja o partícula elongada al apoyarse sobre otras dos partículas cortas deja un vacío, y al estar colocada horizontalmente, donde tienen, menor resistencia, una excesiva presencia de las mismas puede provocar, una vez endurecido el hormigón una notable disminución de la resistencia a la flexión. Además, durante la compactación dentro de la masa de hormigón 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 quedará el vacío correspondiente. También, 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 tránsito actúa, se quiebran y salta.

Se debe tratar de que el agregado esté constituido por partículas de formas cúbicas y esféricas.

Se puede establecer una clasificación de la forma de las partículas como:

• Redondeada: totalmente desgastadas por el agua o completamente limadas por frotamiento (grava de río, 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 pequeño en relación a las otras dos dimensiones.

• Angular: posee orillas bien definidas que se forman en la intersección de caras más 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 partículas es otro aspecto a analizar en el agregado, y se basa en el grado en que la superficie de una partícula es: pulida o lisa; suave o áspera. La textura áspera produce una mayor fuerza de adhesión entre las partículas y la pasta de cemento endurecida. También influyen sobre el contenido de agua de un hormigón en estado fresco, especialmente cuando se trata de agregado fino.

GRANULOMETRÍA La distribución del tamaño de partículas o la granulometría de un agregado es la característica que más influye en la cantidad de pasta, para obtener una determinada trabajabilidad. Considerando que el cemento es el más costoso de los componentes es preferible minimizar su uso, disminuyendo la cantidad de pasta sin afectar la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad del hormigón. La importancia de la granulometría del agregado se aprecia si se considera al hormigón como un conjunto no muy compacto de partículas adheridas entre sí con una pasta de cemento que también llena los vacíos existentes entre las mismas. La cantidad de pasta necesaria dependerá entonces del volumen de vacíos y del área específica de las partículas.

Cuando las partículas presentan un tamaño uniforme, el volumen de pasta es elevado (figura 2 a), que se reduce sensiblemente cuando se utilizan distintos tamaños (figura 2 b), o cuando se anula el tamaño máximo (figura 2 c). Si bien para cada tamaño de partículas existe una distribución teórica de tamaño que provoca un mínimo espacio de vacíos, las muestras no son las más trabajables por lo cual hay que llegar a una solución de compromiso entre la trabajabilidad y la economía.

El criterio de dosificación de hormigones de cemento portland se diferencia del empleado para mezclas asfálticas, donde se busca con exclusividad la granulometría que origina el menor porcentaje de vacíos que son llenados con asfalto. Un porcentaje de asfalto muy superior al necesario para llenar los vacíos puede ocasionar una alta deformabilidad de las mezclas por acción 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 vacíos del agregado fino y que el de mortero sea superior al del agregado grueso.

Figura 2. Representaciones esquemáticas de la granulometría de agregados: a) tamaño uniforme, b) granulometría continua, c) reemplazo de tamaños pequeños por tamaños grandes, d) granulometría

discontinua y e) granulometría sin finos.


ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Definición y Tamices de Ensayo Es la distribución por tamaño de las partículas 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 adoptó la serie americana Standard. Tyler (USA) estudió por primera vez el problema en forma racional y tomó como tamiz básico para la serie el que tiene 200 mallas por pulgada lineal. Al fijar un diámetro a los alambres, la abertura de dicho tamiz resulta de 75 µm. La serie de tamices IRAM que se emplean para hormigones y su correspondiente de la ASTM, que se detalla a continuación 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 número de aberturas por pulgada cuadrada. La Norma IRAM lo hace en milímetros 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 ½” (*) 50.0 mm 2” (*) 37.5 mm 1 ½” 26.5 mm 1” (*) 19.0 mm ¾” 13.2 mm ½” (*) 9.5 mm 3/8” 4.75 mm N° 4 2.36 mm N° 8 1.18 mm N° 16 600 µm N° 30 300 µm N° 50 150 µm N° 100 75 µm N° 200

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

Representación Granulométrica El análisis granulométrico puede ser graficado en el plano X-Y, tomando como abscisa los lados de las aberturas de malla de los tamices, en escala logarítmica; y como ordenada el porcentaje de material que pasa o es retenido en forma acumulada respecto del total. Al emplear una escala logarítmica para representar la abertura de malla, resulta que la separación 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 límites establecidas en Argentina por el CIRSOC 201, expresadas en porcentaje máximo que pasa acumulado, en masa, se detallan en las Tablas 3 y 4.


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

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

1501, parte II – 76 Granulometría A Granulometría B Granulometría 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 µm 25 60 95 300 µm 10 30 50 150 µm 2 10 10

Figura 3. Granulometría de agregados finos

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

Porcentajes en masa que pasan por los tamices IRAM de mallas cuadradas Tamaño 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. Granulometría del agregado grueso (% que pasa).


Tamaño de los agregados Para dosificar los hormigones es preciso conocer el tamaño de las partículas. Al colocar partículas dentro de un recipiente y llenarlo, existe una cantidad de espacios llenos y un conjunto de espacios vacíos entre partículas. La cantidad de partículas y de vacíos dependen de la distribución de tamaños y de la forma de las primeras. El máximo de vacíos para partículas esféricas se produce cuando el diámetro de las mismas es único. En estas condiciones se tiene 50 % del volumen lleno y otro 50 % de volumen de vacíos. La pasta debe rodear y unir a las partículas y llenar los espacios vacíos, por lo que se deduce que el volumen de pasta está relacionado con la distribución de tamaños de las partículas.

Los vacíos logrados, pueden rellenarse con partículas más pequeñas a fin de reducir el volumen de pasta. En consecuencia para lograr hormigones de gran estabilidad volumétrica, bien graduados y económicos, es necesario emplear agregados perfectamente graduados, donde las más pequeñas van haciendo de rodamiento a las mayores. La mezcla tendrá así una mayor movilidad y será más trabajable. Si las partículas fuesen esferas de distinto diámetro, caso ideal, ello arrojaría un mínimo contenido de cemento a emplear.

Tamaño Máximo de los Agregados El tamaño máximo del agregado, influye en los requisitos de pasta y la granulometría óptima también depende de dicho tamaño. Se define como tamaño máximo nominal al que resulta igual a la abertura de la malla del menor tamiz de la serie normal a través de la cual pasa en forma acumulada el 95 % del peso total del material o valor inmediato superior (IRAM 1627:1997). El tamaño nominal es aquel indicado por los dos tamices extremos, que representan al agregado en estudio, y en función de este, se establecen las curvas límites para agregados gruesos.

La adopción del mayor tamaño máximo nominal posible, tiene que ser compatible con las características de las estructuras a ejecutar. El CIRSOC 201 indica que el tamaño máximo del agregado no debe exceder: 1/5 de la menor dimensión del elemento estructural, 1/3 del espesor de la losa o 3/4 de la mínima separación libre horizontal o vertical de armaduras o entre dos grupos de barras paralelas en contacto directo, o del mínimo recubrimiento.

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

Los efectos de la variación del tamaño máximo en el hormigón fresco son: a) Consumo de pasta, b) Segregación, y c) Asentamiento y exudación. En el hormigón endurecido, sólo se analizará el efecto sobre la resistencia mecánica.

Efecto sobre el consumo de pasta de cemento

Conforme se incrementa el tamaño máximo disminuye el desarrollo superficial de los agregados y se reduce la proporción de pasta de cemento que se requiere para integrar una mezcla de hormigón.

Segregación

Cuando la mezcla de hormigón 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 actúa como elemento Iigante. Para el caso de una pasta con determinada, viscosidad, la fuerza de retención, que se genera por fricción en cada partícula de agregado depende de su forma, textura y desarrollo superficial. Al mismo tiempo cada partícula 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 retención se incrementa con el cuadrado del diámetro de las partículas y la segunda con el cubo del mismo. Resulta así que al aumentar el tamaño de las partículas se incrementa más la fuerza de separación que la de retención.


Resistencia Mecánica

En hormigones de baja resistencia el incremento del tamaño máximo 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 tamaño máximo incrementa la microfisuración alrededor de las partículas mayores y reteniendo agua, de manera que la interfaz agregado-pasta se debilita, reduciendo la resistencia.

Módulo de Finura del Agregado Este concepto expresa en forma práctica el grosor o finura del material, y no se puede usarlo para tener una idea de la distribución de tamaños de partículas del mismo. Dos agregados con distintas granulometrías pueden tener el mismo módulo de finura. Abrams, define como módulo de finura al número 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 (N°4), IRAM 2,36 mm (N°8), IRAM 1,18 mm (N°16), IRAM 600 µm (N° 30), IRAM 300 µm (N° 50), IRAM 150 µm (N° 100)). El módulo de finura puede oscilar entre 0 y 10. Para los agregados finos, varía de 2,4 a 3,2; aunque las arenas de la zona del Río de la Plata tienen un valor de 1,6. Para los agregados gruesos, el módulo está comprendido entre 6 a 9. Las mezclas de agregados fino y grueso tienen un módulo de finura entre 3,2 y 6. Debe mencionarse que a los fines prácticos se emplea el módulo de finura para definir a las arenas, y sirve como parámetro de diseño de mezclas de hormigón en los métodos racionales de dosificación.

Granulometrías Continuas Un número importante de ensayos han permitido establecer granulometrías con las que se obtiene la máxima resistencia a compresión y la máxima compacidad del hormigón. Estas curvas granulométricas son denominadas curvas ideales. Se debe tener en cuenta que los factores principales que rigen la granulometría deseada del agregado son: la superficie del agregado, que determina la cantidad de agua necesaria para humedecer todos los cuerpos sólidos; el volumen relativo ocupado por el agregado; la trabajabilidad de la mezcla; la tendencia a la segregación.

El interés en que el agregado ocupe un volumen relativo tan grande como sea posible tiene un carácter económico, pues el agregado es más barato que la pasta de cemento. Se ha supuesto también que al crecer la cantidad de partículas sólidas que pueden empacarse en un volumen dado de hormigón se eleva su resistencia. Esta teoría de densidad máxima ha llevado a utilizar curvas granulométricas de forma parabólica, como las de Fuller, cuya expresión matemática está en función de “∅” (abertura de la malla correspondiente al tamiz “i”) y del tamaño máximo del agregado.

% que pasa en tamiz “i” = 100 √(“∅”/Tmáx)

Otra curva utilizada es la parábola de Bolomey, donde “∅” es la abertura de la malla correspondiente al tamiz “i”, “Tmax” es el tamaño máximo del agregado y “a” es un parámetro que depende de la consistencia del hormigón y del tipo de agregado utilizado.

% que pasa en tamiz “i” = a + (100 – a) √(“∅”/Tmáx)


Figura 5. Curvas de Fuller y Bolomey

Otras experiencias han llevado a desechar el empleo de las curvas ideales reemplazándolas por franjas granulométricas, criterio que ha sido adoptado por los reglamentos (figuras 3 y 4). Además debe recordarse el problema económico, ya que el hormigón debe elaborarse con materiales disponibles y de producción barata, de modo que no es conveniente imponer límites estrechos a la granulometría de los agregados. Si los agregados no verifican los límites especificados no implica que los mismos no puedan emplearse en la elaboración de un hormigón, sino que se requiere más pasta y será más propenso a segregarse.

Hay que mencionar, sin embargo, la importancia de la graduación sobre la trabajabilidad de la mezcla y en la terminación del hormigón. La curva granulométrica a adoptar para las arenas depende de la forma y la textura de las partículas. Una arena de partículas lisas y redondeadas, puede dar resultados satisfactorios con una granulometría más gruesa que la que podría permitirse para una arena de partículas angulosas y con superficies ásperas (arena triturada).

Granulometrías Discontinuas Se definen como granulometrías discontinuas aquellas en las cuales se omite uno o más tamaños intermedios de partículas. Pueden ser empleadas para elaborar hormigones más económicos cuando es necesario combinar agregados para obtener curvas continuas. Sin embargo, esta falta de tamaño puede ocasionar severos problemas de segregación en mezclas con alta trabajabilidad. Por tal motivo, se recomienda su empleo en hormigones muy consistentes. En una pila de partículas redondeadas de igual tamaño “d1” siempre existe contacto entre las mismas y el volumen de vacíos es independiente del diámetro, ya que depende exclusivamente de la disposición de los centros. Para una disposición cúbica el volumen de vacíos es igual al 47,60 % y para la disposición octaédrica o tetraédrica es igual al 25,90 %. El contacto entre las partículas queda impedido cuando actúan partículas “separadoras”. El efecto separador dependerá de la disposición de las partículas y del diámetro de las partículas separadoras. Existen otras partículas denominadas de “relleno y escurridizas”. En la figura 6 se esquematiza la disposición de las partículas mencionadas. Con los métodos convencionales de colocación pueden entonces, emplearse curvas granulométricas discontinuas en las que falten una o más fracciones, siendo estas las que corresponden a los tamaños comprendidos entre el de las partículas principales y el de las de relleno. La curva granulométrica 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. Disposición de las partículas

Mezcla de agregados Importancia de una granulometría continua

Muchos investigadores llegaron a la conclusión que lograda la máxima compacidad se podían obtener hormigones de buena calidad, así surgen las curvas granulométricas ideales de Fuller, Bolomey y otros que tratan de acercarse a tal condición.

Asociando la compacidad con el mayor tamaño máximo compatible con la estructura y lo obtenible en yacimientos (condición que nos daría la menor superficie específica) y con una excelente granulometría, podemos decir que solucionamos uno de los factores de mayor importancia que conducen al logro de un hormigón de calidad.

La granulometría de los agregados influye sobre:

a) trabajabilidad de la mezcla fresca b) resistencia mecánica c) resistencia a los agentes climáticos d) resistencia química e) economía

De allí la importancia de lograr granulometrías compactas. En general podemos decir que para cada tipo de obra, existe una granulometría característica u óptima.

La necesidad de lograr una granulometría deseada, o que se encuentre dentro de entornos granulométricos establecidos, induce a las mezclas de dos o más agregados, de tal forma que el aporte de éstos, en el total, conformen una granulometría próxima a la buscada.

Método gráfico (Método de Rothfuchs)

Para resolver una mezcla de agregados por este método se procede según los siguientes pasos:

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

2) Determinada así la escala de abscisas, se representan los áridos a mezclar y que en general no son líneas rectas.

3) Con la ayuda de una regla transparente y para cada curva granulométrica de los áridos a mezclar, se dibuja una línea recata que más se aproxime a ella y de tal forma que las áreas comprendidas entre ella y la curva, por encima y por debajo, se compensen.


4) Siguiendo un orden, se unen los extremos opuestos de estas líneas rectas (líneas de cierre). En el ejemplo de mezclas de tres áridos, se une la intersección de L.C.1 con la horizontal del 100 % pasante e intersección de L.C.2 con intersección de 0 % pasante. Esta línea de unión corta en A a la recta que representa el árido deseado, cuya ordenada (x) indica la proporción que debe tomarse del árido “1” para la mezcla. Procediendo análogamente se ubica el punto B, siendo (y) la proporción a tomar del árido “2” y (z) la del árido “3”.

Es de fundamental importancia el trazado de las rectas compensadoras de los agregados, mencionadas en el punto 3, ya que pequeñas oscilaciones en su inclinación representan variaciones importantes en el porcentaje de los áridos que constituirán la mezcla.

“1”: curva granulométrica del árido 1 a mezclar



“Md”: curva granulométrica del árido deseado

L.C.1: línea de cierre 1



Método analítico (Método del módulo de fineza)

Algunos autores indican que es suficiente para obtener una curva mezcla dada M, que tenga igual módulo de fineza que la deseada Md para obtener similares propiedades del hormigón. Dada la interpretación geométrica del módulo de fineza, esto significa que las áreas comprendidas a uno y otro lado de Md, es decir, el área entre M y Md, se compensan.


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

Donde MF significa módulo de fineza: MF1, MF2 y MFd relativos a los materiales 1, 2 y deseado.

Para el caso de tres agregados el método pierde efectividad puesto que se llega a tener tres incógnitas y se pueden plantear solamente dos ecuaciones. Se puede condicionar una tercera pero esto es arbitrario. Ocurre lo mismo para los casos de más de tres agregados.

El método gráfico presenta la ventaja de poder llevar a cabo mezclas de más de tres agregados.

Aplicando el método analítico 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 µm 40 15 90 IRAM 297 µm 20 5 60 IRAM 149 µm 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 métodos de mezclas nos permiten acercarnos a la curva deseada. Una vez determinadas las proporciones, se procede a la mezcla y se analiza cuán cerca está de la deseada o si se encuentra dentro de los entornos granulométricos establecidos (curvas límite). De no satisfacerse se varían racionalmente las proporciones, según sea el exceso o defecto de algunos tamaños.

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

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

Según el grado de saturación que presenten los granos deben considerarse distintos estados. Los mismos cobran importancia en la elaboración de los hormigones, ya que existe una tendencia del agregado a absorber agua, tomando parte del agua de mezclado cuando está seco o parcialmente saturado, o de entregar agua a la mezcla cuando presenta humedad superficial. En el primer caso disminuye la razón 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 vacíos. Este es un estado típico 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 húmeda (SSH): existe una película superficial de agua y los poros se encuentran llenos de agua. Es un estado natural.

Absorción y Humedad Superficial De los estados indicados en la figura anterior surgen dos características que cobran interés para la dosificación y/o la corrección de mezclas en obra: Absorción total y Humedad superficial.

La absorción total es el máximo peso de agua que el agregado puede absorber. Se determina midiendo el incremento en peso de una muestra seca en horno después de sumergirla en agua durante 24 hs. Su valor es la relación 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. Prácticamente será el agua que aportará a la mezcla.

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

Las normas IRAM 1520:2002 y 1533:2002 especifican los procedimientos para la determinación de la absorción 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-saturación, con absorciones efectivas menores del 1%, mientras que los finos presentan humedad superficial que varían entre 0 % al 5 %. El alto valor de humedad superficial presente en las arenas es consecuencia de la película de agua adherida a los granos y que forma meniscos entre los mismos. La formación de esos meniscos crea una película de agua más gruesa entre las partículas separándolas y, de esta manera, origina un mayor volumen


aparente. Este fenómeno es conocido como “esponjamiento” o “abultamiento” y puede causar errores en la dosificación 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 película de agua superficial y c) Granos saturados.

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

Figura 9. Modificación del volumen por esponjamiento (PCA)

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


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

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

Densidad Relativa

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

Densidad Relativa Aparente Es la relación de la masa, en aire, de un volumen unidad de la porción 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 dosificación 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 expresión matemática de la densidad ya indicada puede hallarse prácticamente como el peso del agua desplazada por el material (principio de Arquímedes). A continuación 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) * δagua

V = Ps - Pa = Vol(permeables) * δagua

Densidad del Agregado Fino

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

Densidad relativa = P/(lf - Ii)

También 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 volúmenes 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 determinación de la densidad relativa de la muestra en estado seco y saturada con superficie seca. En la Tabla 5 se dan los valores característicos de la densidad relativa saturada y superficie seca de materiales empleados habitualmente en el país y su gama de variación.


Tabla 5: Densidad de los Agregados TIPO DE AGREGADO DENSIDAD

Areniscas 2.5 - 2.6 Silíceos 2.5 - 2.8

Calcáreos 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 compactación como así también la humedad que presenta el agregado hacen variar el valor del PUV al modificar el volumen de vacíos entre las partículas y el peso respectivamente. Cuando se especifica el peso unitario debe mencionarse claramente el estado de humedad de los agregados y el grado de compactación. La norma IRAM 1548:2003 indica los procedimientos para su determinación. Este valor se utiliza en el pasaje de una dosificación en peso a volumen, en la compra de agregados por volumen, y en métodos de dosificación racional. En la Tabla 6 se dan algunos valores característicos.

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

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

Porcentaje de Vacíos Relacionando los conceptos de densidad y peso unitario se puede determinar el porcentaje de vacíos de la muestra que resulta matemáticamente igual a:

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

AGREGADOS LIVIANOS Son agregados que tienen un peso unitario -menor de 1120 kg/m3- y encuentran aplicación en la producción de varios tipos de hormigones livianos. El bajo peso es debido a su microestructura celular o altamente porosa. Puede notarse que materiales orgánicos, tales como el aserrín, no deben utilizarse como agregado por la poca durabilidad que presentan en un medio alcalino-húmedo, como es el hormigón de cemento portland. Este tipo de agregado puede ser de origen natural o producido sintéticamente. Los agregados livianos naturales son fabricados por procesado de rocas ígneas volcánicas, como la pumicita, escoria o toba. Los agregados livianos sintéticos pueden ser manufacturados por tratamiento térmico desde una variedad de materiales, por ejemplo, arcilla, pizarras, esquistos, diatomita (algas con cubierta silícea), 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 débiles


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

Agregados Livianos Sintéticos

Se conocen una gran variedad de marcas comerciales de agregados de esta categoría, pero la mejor clasificación se basa en la materia prima utilizada. Estos agregados producidos por aplicación de calor a fin de expandir la arcilla, pizarra, vermiculita, etc. El método más común y original para elaborar agregados livianos, es el que utiliza hornos giratorios, similares a los empleados en la fabricación del cemento portland. La materia prima se calienta hasta una fusión incipiente, usualmente entre los 1000 y 1200 °C. En esta etapa se forma el vidrio que llena los poros de las partículas. Mientras el material se encuentra en el estado piroplástico, se forman gases por disociación y reacción entre los componentes, que al quedar atrapado en el vidrio, causan la expansión o hinchazón de las partículas de agregado. El vidrio que se forma debe tener una viscosidad que le permita atrapar al gas y evitar la aglomeración de las partículas. La presencia de hierro en estado ferroso (menor estado de oxidación) reduce la temperatura de formación 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 térmico.

La arcilla expandida por este método se denomina comercialmente Leca. El hormigón elaborado con arcilla o pizarra expandidas tiene, generalmente, una mayor resistencia que cualquier otro hormigón de agregado liviano. La densidad aparente está entre 600 y 1100 kg/m³ y la absorción entre 5 y 20 %. La vermiculita expandida por calentamiento es utilizada en aislaciones térmicas, 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 típicamente tienen un peso unitario de 2400 kg/m3, los hormigones pesados se encuentran entre los 2880 y 6080 kg/m3. Encuentran su aplicación para la protección de la radiación 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. Características de los Agregados Pesados TIPO DE AGREGADO COMPOSICIÓN QUÍMICA 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 hormigón 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 fracción fina contiene principalmente pasta de cemento hidratada y yeso, siendo inapropiada para la elaboración de mezclas de hormigón fresco. El agregado fino proveniente de una


demolición parece no tener un efecto importante en la resistencia a compresión del hormigón nuevo, pero si reducir la trabajabilidad.

Sin embargo, la fracción gruesa aunque se encuentre cubierta de pasta ha sido utilizada satisfactoriamente en varios estudios de laboratorio y de obra. La diferencia más notable en las propiedades físicas del agregado de hormigón reciclado es su mayor absorción de agua, la cual puede deberse a la absorción que realiza la pasta de cemento adherida a las partículas. Una revisión de varios estudios indica que, comparando con hormigones conteniendo agregados naturales, el hormigón con agregados reciclados tienen al menos 2/3 de la resistencia a compresión y módulo de elasticidad. La resistencia a flexión, 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 hormigón falla, la adherencia del mortero al agregado grueso reciclado es lo que constituye la unión más débil.

El mayor obstáculo del empleo de este tipo de agregado es el costo de la trituración, el cribado, el control del polvo y la separación de los constituyentes no deseables. El hormigón reciclado o desechos de hormigón que son triturados pueden ser una fuente económica de agregados donde los buenos agregados son escasos y cuando el costo de la deposición de los desechos se incluye en el análisis económico.

Arcilla expandida Escoria de alto horno Piedra pómez

Vermiculita expandida Perlita expandida Escombro de demolición

Figura 10. Agregados livianos y reciclados

BENEFICIO DE AGREGADOS El procesamiento del agregado consiste en: (1) procesamiento básico —trituración, tamizado y lavado— para obtener la granulometría y la limpieza adecuadas y (2) beneficio —mejoramiento de la calidad a través de métodos de procesamiento, tales como separación en un medio pesado, tamizado con agua, clasificación por corriente ascendiente y trituración—.

En la separación en medio pesado, los agregados pasan a través de un líquido pesado compuesto de minerales pesados finamente granulados y agua, proporcionado para tener una masa específica relativa (densidad relativa) menor que las partículas de agregado deseadas pero mayor que las partículas dañinas. Las partículas más pesadas se hunden en el fondo


mientras que las partículas más livianas flotan en la superficie. Este proceso se puede usar cuando las partículas aceptables y las dañinas tienen masas específicas relativas muy diferentes.

El tamizado separa las partículas con pequeñas diferencias de masa específica pulsando una corriente de agua. Las pulsaciones de agua hacia arriba a través de un tamiz (una caja con el fondo perforado) mueven el material más ligero para formar una capa sobre el material más pesado. Entonces, se remueve la capa de arriba.

La clasificación por corriente ascendente separa las partículas con grandes diferencias de masa específica. Los materiales ligeros, como la madera y el lignito, flotan en una rápida corriente ascendiente de agua.

La trituración también se usa para remover las partículas blandas y desmenuzables de los agregados gruesos. Este proceso es, algunas veces, el único medio para lograr la utilización de este material. Infelizmente, en cualquier proceso, parte del material aceptable algunas veces se pierde y la remoción de las partículas dañinas puede ser difícil y costosa.

MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS Los agregados se deben manejar y almacenar de manera que se minimicen la segregación y la degradación y que se prevenga la contaminación con sustancias deletéreas. Las pilas se deben construir en capas delgadas de espesor uniforme para minimizar la segregación. El método más económico y aceptable de formación de pilas de agregados es el método de volteo con camión, 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 porción contenga una parte de cada capa horizontal.

Cuando no se entregan los agregados en camiones, se pueden obtener resultados aceptables y económicos con la formación de pilas en capas con un cucharón de quijadas (método de tirar y extender). En el caso de agregados no sujetos a degradación, se pueden tender los agregados con un tractor de neumático (llantas) de caucho y recuperar con un cargador frontal. Al tender el material en capas finas, la segregación se minimiza. Sea el manejo con camión, con cargador, con cucharón de quijadas o estera (banda) transportadora, no se deben construir pilas altas en forma de cono, pues resultan en segregación. Sin embargo, si las circunstancias demandan la construcción de pilas cónicas, o si las pilas se han segregado, las variaciones de la granu-lometría 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 tamaños, en vez de comenzar en un lado y trabajar en línea recta a través de la pila.

Los agregados triturados segregan menos que los agregados redondeados (grava) y los agregados mayores segregan más que los agregados menores. Para evitar la segregación del agregado grueso, las fracciones de tamaño 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 fracción debido a la segregación en las operaciones de amontonamiento y dosificación.

Los agregados que han sido lavados se deben amontonar con anticipación suficiente para que se drenen, hasta una humedad uniforme, antes de su uso. El material fino húmedo 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 máximo.

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


los lados hasta un escurridero central. Al cargarse el depósito, el material debe caer verti-calmente sobre el escurridero dentro del depósito. El vaciado del material dentro del depósito en un ángulo y contra los lados del depósito causará segregación. Las placas de desviación o divisores ayudarán a minimizar la segregación. El depósito se debe mantener lleno si es posi-ble, pues reduce la rotura de las partículas de agregados y la tendencia de segregación.

Nota: Para la preparación del presente apunte de cátedra se han tomado como base las siguientes publicaciones: “HORMIGÓN: ESTRUCTURA, PROPIEDADES Y MATERIALES. Unidad 3: AGREGADOS PARA HORMIGÓN”. Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. “Diseño y control de mezclas de hormigón”, S. H. Kosmatka, B. Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi, Portland Cement Association, 2004. “Curso de Tecnología del hormigón”, A. Castiarena, Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, 1994. “Concrete”, S. Mindess, J.F. Young, Prentice Hall, Inc., E.E.U.U., 1981.

Santa Fe, marzo 2013

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