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Trabajo 10 - Constituyentes del Hormigón (Concreto) - 1.3 LOS AGREGADOS

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1.3 LOS AGREGADOS

 

Generalidades

Generalmente se entiende por “agregado” a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable. El hormigón es un material compuesto básicamente por agregados y pasta cementicia, elementos de comportamientos bien diferenciados:
 
 

Los agregados conforman el esqueleto granular del hormigón y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de hormigón, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones.

La pasta cementicia ( mezcla de cemento y agua ) es el material activo dentro de la masa de hormigón y como tal es en gran medida responsable de la resistencia, variaciones volumétricas y durabilidad del hormigón. Es la matriz que une los elementos del esqueleto granular entre sí.

Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de hormigón y su proporción en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, esto es: trabajabilidad, resistencia, durabilidad y economía.
 
 

Influencia de los áridos en las propiedades del hormigón

El esqueleto granular está formado por los agregados que son elementos inertes, generalmente más resistentes que la pasta cementicia y además económicos. Por lo tanto conviene colocar la mayor cantidad posible de agregados para lograr un hormigón resistente, que no presente grandes variaciones dimensionales y sea económico.

Pero hay un límite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del hormigón. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva la mezcla se volverá difícil de trabajar y habrá una tendencia de los agregados gruesos a separarse del mortero (segregación). Llegado este caso se suele decir que el hormigón es “áspero”, “pedregoso” y “poco dócil”.

En el hormigón fresco, es decir recién elaborado y hasta que comience su fraguado, la pasta cementicia tiene la función de lubricar las partículas del agregado, permitiendo la movilidad de la mezcla. En este aspecto también colabora el agregado fino (arena).

La arena debe estar presente en una cantidad mínima que permita una buena trabajabilidad y brinde cohesión a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicará las resistencias.

Se debe optimizar la proporción de cada material de forma tal que se logren las propiedades deseadas al mismo costo.
 
 

Clasificación

En general los agregados se pueden dividir en estos tipos :
 
 
 

Forma
Aridos naturales
Aridos triturados
Esférica
Alargada/aplanada
Cúbica
Alargada/aplanada
 
Angulosidad
Redondeada
Angulosa
Superficie
Lisa
Aspera
Necesidad de agua
----->   ------ Creciente
Trabajabilidad
------  ------> Decreciente
Compactación

Tabla 1.3.1 Relación entre la forma y la características de los granos.
 
 

El tamiz que separa un agregado grueso de uno fino es el de 4,75 mm. Es decir, todo agregado menor a 4,75 mm es un agregado fino (arena).

Todos estos agregados pueden ser utilizados para los hormigones convencionales, aunque las arenas de trituración deben ser necesariamente mezcladas con arena de río.

Cualquiera sea el tipo de material utilizado, sus partículas deben ser duras y resistentes, ya que el hormigón, como cualquier otro material se romperá por su elemento más débil. Si el agregado es de mala calidad sus partículas se romperán antes que la pasta cementicia,o el mortero.
 
 

Granulometría

Se denomina así a la distribución por tamaños de las partículas que constituyen un agregado y se expresa como el porcentaje en peso de cada tamaño con respecto al peso total.

Las diferentes fracciones de agregados gruesos se identifican con dos números que hacen referencia al tamaño mínimo y máximo de las mismas (generalmente en mm). Ejemplo: 6-19, 19-30, 10-30 , etc.

Las arenas suelen caracterizarse con un módulo de finura, que es un número que da una idea de la granulometría del material. A mayor módulo de finura, más gruesa es la arena. En la tabla 1.3.2. se muestra el cálculo de este módulo:
 
 

Tamices

IRAM

Retenido

Individual

(g)

 

Retenido

Acumulado

(g)

 

Retenido

Individual

(%)

 

Retenido

Acumulado

(%)

 

Pasante

Acumulado

(%)

 

9.5 mm
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
4.75 mm
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
2.36 mm
30.0
30.0
6.0
6.0
94.0
1.18 mm
158.0
188.0
31.6
37.6
62.4
600 µm
148.0
336.0
29.6
67.2
32.8
300 µm
97.0
433.0
19.4
86.6
13.4
150 µm
43.5
476.5
8.7
95.3
4.7
Fondo
23.5
500.0
4.7
100.0
0.0

Tabla 1.3.2 Cálculo del módulo de finura de una arena

 


El módulo de finura se calcula como:

 

tamiz 150 µm

?Retenidos acumulados [%]

tamiz 9.5 mm= 0.0+0.0+6.0+37.6+67.2+86.6+95.3= 2.93

100100

 

La norma IRAM 1627 -Agregados- Granulometría de agregados para hormigones establece los límites de granulometrías donde debe estar comprendida la arena ( Fig. 1.3.1 ) y las distintas fracciones de agregado grueso a fin de que sean aptos para la elaboración de hormigones.

El tamaño máximo de partícula es otro parámetro que caracteriza a un agregado. Se define como el tamiz IRAM de mayor abertura a través del cual puede pasar el 95% del agregado.

 

 

Fig 1.3.1 Curva límites para arenas utilizadas en hormigones IRAM1627 “ Agregados para hormigones “

 

Lo que más importa en el hormigón es la granulometría que ha de tener una mezcla de las diferentes fracciones de agregado grueso y la arena ( agregados totales ). La norma IRAM 1627 también indica las granulometrías que deben tener las mezclas totales para los diferentes tamaños máximos de piedra. ( Figura 1.3.2 )

 

Fig. 1.3.2. Curvas límites para agregados totales para hormigones – tamaño máximo 26,5mm IRAM 1627 “ Agregados para hormigones”.

 

La importancia de la granulometría de los agregados totales en el hormigón se debe a que por razones de economía, mayor resistencia y mayor estabilidad volumétrica, conviene que los agregados ocupen la mayor masa del hormigón, compatible con la trabajabilidad.

Esto se logra tratando que la mezcla de agregados sea lo más compacta posible, es decir, que la cantidad de huecos dejada por los agregados sea la mínima; o sea, lograr la máxima “compacidad”.

El tener una distribución por tamaños adecuada hace que los huecos dejados por las piedras más grandes sean ocupados por las del tamaño siguiente y así sucesivamente hasta llegar a la arena, donde sus diferentes tamaños de granos harán lo propio (Fig. 1.3.3) .

 

Fig 1.3.3 Áridos de granulometría continua – mínimos vacíos

 

Para esto las granulometrías deben ser “continuas”, es decir que no debe faltar ningún tamaño intermedio de partícula.
La pasta cementicia debe recubrir todas las partículas de agregado para “lubricarlas” cuando el hormigón está fresco y para unirlas cuando el hormigón está endurecido.
Por lo tanto, cuanto mayor sea la superficie de los agregados mayor será la cantidad de pasta necesaria (fig.1.3.4).


 

                                                     
Partícula

de agregado

al dividirla en dos,

aparecen nuevas

superficies a cubrir

con pasta

 

 

al dividir nuevamente

en mitades aumentan

las superficies

a recubrir

 

 

Fig 1.3.4

 

Se ve que el tamaño máximo debe ser el mayor posible, esto es el máximo compatible con la estructura a hormigonar. Por ejemplo : para un tabique será de 19mm, para un pavimento 50 mm, para el hormigón en masa de una presa 120mm.

 

Contenido de finos

 

El contenido de finos o polvo no se refiere al contenido de arena fina ni a la cantidad de piedras de tamaño menor, sino a la suciedad que presentan los agregados (tamaños inferiores a 0,075 mm).
El contenido de finos es importante por dos aspectos:
·a mayor suciedad habrá mayor demanda de agua, ya que aumenta la superficie a mojar y por lo tanto también aumentará el contenido de cemento si se quiere mantener constante la relación agua/cemento;
·si el polvo está finamente adherido a los agregados, impide una buena unión con la pasta y por lo tanto la interfase mortero-agregado será una zona débil por donde se puede originar la rotura del hormigón.
Es difícil de apreciar a simple vista si las arenas tienen finos, pero se puede evaluar cualitativamente de las siguientes maneras:

Observando los acopios, pueden notarse en su superficie costras duras originadas por el desecamiento de estos finos.

Haciendo una simple prueba consiste en colocar un poco de arena en un recipiente traslúcido con agua, agitar enérgicamente y dejar reposar un par de minutos. Si la arena está sucia se diferenciará claramente en el fondo del recipiente el depósito de arena y sobre éste, el de material fino.

 

 

Forma

La forma del agregado tiene gran influencia en las propiedades del hormigón fresco y endurecido, particularmente en lo que hace a la docilidad y resistencias mecánicas respectivamente.

 

Las partículas redondeadas como son los cantos rodados resultan en hormigones muy dóciles, en tanto que los agregados triturados dan lugar a hormigones menos trabajables aunque el efecto será tanto menor cuando más se aproximen a poliedros de mayor número de caras. ( tabla 1.3.1)

Las formas elongada y la plana o lajosa dan lugar a hormigones de peor calidad. Disminuyen la trabajabilidad del hormigón, obligando a un mayor agregado de agua y arena, lo que en definitiva se traduce en una disminución de la resistencia.

Además las formas lajosas tienden a orientarseen un plano horizontal, acumulando agua y aire debajo de ellas, lo que repercute desfavorablemente en la durabilidad de los hormigones.

Por otra parte, aunque el tipo de material sea muy resistente, estas formas debilitan las piedras y se pueden romper en el mezclado y la compactación del hormigón.

Los agregados triturados, cuando tienen buena forma, resultan en hormigones con alta resistencia a la flexotracción,por lo que son preferidos para pavimentos en carreteras.

 

Textura superficial

La textura superficial de los agregados afecta la calidad del hormigón en estado fresco y tiene gran influencia en las resistencias, repercutiendo más en la resistencia a la flexotracción que a la compresión.

La mayor rugosidad superficial de los agregados aumenta la superficie de contacto con la pasta de cemento; haciendo necesaria la utilización de mayor contenido de pasta para lograr la trabajabilidad deseada (tabla 1.3.1), pero favorece la adherencia pasta-agregado y así mejora las resistencias. Esto es característico de los agregados de trituración.

En el caso de los cantos rodados, su superficie es lisa, dan mejor trabajabilidad al hormigón pero menor adherencia pasta-agregado.

El caso de los cantos rodados triturados plantea una situación intermedia entre las anteriores.

 

Absorción y humedad

 

Se denomina absorción a la humedad del agregado cuando tiene todos sus poros saturados pero la superficie del mismo está seca. Es en esta condición como se hacen los cálculos de dosificación para elaborar hormigón.

Pero el agregado puede tener diferentes estados de humedad, como se ilustra a continuación en la fig 1.3.5.


 

Seco a estufa

Humedad = 0%

 

Húmedo al aire.

Humedad menor que

la absorción. Poros

parcialmente llenos de agua

 

 

 

Saturado superficie seca

Humedad igual a la absorción.

Poros completamente

llenos de agua pero sin

humedad superficial

 

 

 

Con humedad superficial.

Humedad mayor a 

la absorción

 

Fig. 1.3.5

 

Si la piedra o arena tiene una humedad inferior a la absorción, se debe agregar más agua al hormigón para compensar lo que absorben los agregados.

Por el contrario, si la humedad está por encima de la absorción, el agua a agregar al hormigón será menor, ya que los agregados aportarán agua.

En el caso de las arenas dosificadas en volumen, se suma el inconveniente que las arenas ocupan diferentes volúmenes de acuerdo a la humedad, por un fenómeno denominado esponjamiento.

Este fenómeno hace que una arena de río con 5-7% de humedad incremente su volumen en un 25% respecto de la misma arena en estado seco ( Fig. 1.3.6)

Debemos ajustar la cantidad de agua a agregar al hormigón teniendo en cuenta la humedad de los agregados en el momento de elaborar el hormigón, ya que :

·Si la humedad es alta, aumentará la relación agua-cemento y caerán las resistencias.

·Si es baja, no se logrará la trabajabilidad deseada.

 

 

FIG. 1.3.6. Esponjamiento de arenas en función de su contenido de humedad

 

 

Resistencias mecánicas

 

La influencia de los agregados en la resistencia del hormigón no sólo es debida a la propia resistencia de éstos, sino también a su forma, textura, limpieza superficial y absorción.
Lo normal es que los hormigones tengan una resistencia a compresión comprendida entre 20 y 50 MPa. Los agregados comúnmente usados tienen resistencias muy superiores a estos valores.
Sin embargo cuando se requiere producir hormigones de alta resistencia sí es necesario realizar una cuidadosa selección de los agregados, considerando su resistencia. En este caso particular el mortero cementicio alcanza resistencias muy altas y, por lo tanto, la piedra debe estar a un nivel similar o superior.

 

Inestabilidad

Un agregado se considera inestable cuando sus cambios volumétricos pueden afectar la integridad del hormigón dando lugar a disgregaciones o fisuras. Las variaciones de volumen en los agregados pueden producirse principalmente en zonas de bajas temperaturas debidas a alternancias entre ciclos de hielo y deshielo.

Por esto es necesario verificar este aspecto del agregado mediante ensayos adecuados, tales como el tratamiento del agregado con sulfato sódico.


Reacción álcali-agregado

La reacción álcali-agregado se produce entre los álcalis, generalmente aportados por el cemento y ciertos componentes reactivos que pueden tener algunos agregados, siempre que existan condiciones adecuadas de humedad.

Como resultado de esta reacción se produce un gel. Este gel absorbe el agua, dando lugar a hinchazón importante que puede originar fuertes presiones sobre la pasta de cemento, produciendo su rotura.

Es por esto, que es necesario evaluar los agregados desde el punto de vista de su reactividad alcalina potencial antes de ser utilizados en un hormigón. Los métodos de ensayo para esta evaluación requieren de 6 meses a 1 año, aunque también se cuenta con ensayos acelerados orientadores de esta situación.

En ocasiones, el ataque se manifiesta en las superficies del hormigón en forma de fisuras de “pata de gallo”.

Este fenómeno es importante en aquellas zonas del país donde se dispone de agregados reactivos.

 

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