AGREGADOS

MATERIALES DE INGENIERIA CIVILIng. Nilo García Corzo

Los agregados constituyen el 60-75% del total del volumen

del concreto.

Propiedades físicas de los agregados:

1. Peso Unitario y Vacíos

2. Peso específico

3. Forma de las partículas y textura superficial

4. La contracción

5. La absorción y la humedad superficial

6. Resistencia a la congelación y deshielo

PESO UNITARIO(peso unitario o densidad aparente)

Es el peso del agregado para llenar un recipiente de un determinado volumen.

• El Volumen es ocupado por los agregados y vacios entre las partículas.

• Depende de la distribución del tamaño, formas de las partículas y cuan densamente están empacadas los agregados.

VaciosLos vacios afectan a los requisitos en el diseño de la mezcla, los requisitos de

agua y pasta tienden a aumentar a medida que aumenta el total de vacíos

• El contenido de vacios entre los agregados se incrementa cuando aumenta la angulosidad de los agregados.

• El contenidos de vacios esta entre 30-45% para agregados gruesos y alrededor de 40-50% agregados finos.

• El volumen total de vacios se puede reducir mediante el uso de una selección de tamaños de agregados

Los requerimientos de pasta de cemento para el concreto es proporcional al contenido de vacíos del agregado combinado.

• La cantidad de pasta de cemento requerido en el concreto es mas grande que el volumen de los vacios entre los agregados.

Densidad relativaAbsoluto: La relación entre el peso del sólido y el peso de igual volumen

de agua (ambos a temperaturas establecidas)

• Se refiere al volumen del material excluyendo todos los poros.

Se utiliza para calcular el rendimiento de concreto o la cantidad de agregados necesarios para un volumen dado de concreto.

Aparente: relación del peso de los agregados (secados en un horno a 100-110°C por 24 horas) al peso de agua ocupando un volumen igual que el sólido incluyendo los poros impermeables.

• volumen del sólido incluyendo poros impermeables (pero no poros capilares)

Densidad Relativa

• La densidad relativa es el cociente entre la densidad del agregado y la densidad del agua:

agua

agregador

El peso del agregado no es una medida de su calidad pero es importante para el diseño de la mezcla.

• También se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de idénticos volúmenes de la sustancia problema y de la sustancia de referencia:

agua

agregado

agua

agregador m

m

Vm

Vm

/

/

Contracción de los agregados

areniscas de grano fino, pizarra, basalto, agregado con contenido de arcilla

Gran Contracción =

Baja Contracción = Cuarzo, caliza, granito, feldespato

¿Que ocurre si

La contracción

anormal sucediera?

• Excesivo agrietamiento

• Gran deflexión de las vigas y losas

• Algunos desprendimientos (astillado o desmenuzamiento)

Si más del 0,08 por ciento de la contracción se produce, el agregado se considera no apto.

Granulometría y tamaño máximo

• La granulometría describe la distribución de tamaños de las partículas de agregados

• Agregados grandes se prefieren en el concreto y pavimento asfáltico porque tienen menos superficie y por lo tanto requieren menos aglomerante

• Sin embargo, agregados grandes son más difíciles de colocar en obra.

• Por lo tanto consideraciones constructivas limitan el tamaño máximo de agregados (capacidad del equipo, dimensiones de la formaleta, distancia entre aceros de refuerzo, etc.)

Tamaño máximo

• Cuál partícula usa más agua para mojarse?

a) Un agregadob) Dos agregados que en conjunto tienen el mismo volumen que a)

SUPERFICIE ESPECIFICA

• Interesa la superficie en que se va a repartir la cantidad de cemento disponible.

• Cada vez que se parte una piedra, aparece una nueva cara que debe ser “pintada” con pasta de cemento. Hay más superficie específica por unidad de masa en los materiales más finos.

• La superficie específica de un granulado corresponde a la suma del área total de las partículas que caben en una determinada masa.

• Generalmente se expresan en cm2/g para los finos y en cm2/kg para las arenas y áridos gruesos.

Gradación (ASTM C136, C117)Gradación ayuda a determinar casi todas las propiedades importantes en el concreto como en el pavimento asfáltico, como:• La resistencia• La rigidez• Estabilidad, contracción• Durabilidad • Compactación• Porosidad• Permeabilidad• Trabajabilidad• Resistencia a la fatiga, Fricción, a daños por humedad• Cantidad de cemento • Los requerimientos de agua

Gradación de agregados

Los métodos de ensayo Standard son:• ASTM C 136 y AASHTO T 27: Análisis de

tamices para agregados finos y gruesos• ASTM C 117 y AASHTO T 11: Para agregados

mas finos que el tamiz de 75-mm (No. 200) por lavado

• ASTM C 125 define el tamaño máximo del agregado

Análisis de tamicesCUADRO DE SERIES DE TAMICES ASTM

Abertura Nominal en μm3/8” 9510

5/16” 8000¼” 63503 56604 47608 2380

12 168016 119030 59550 297

100 149200 74

• Los tamices cuyas aberturas son menores que ¼” se designan por el número de aberturas por pulgada lineal

GRUESOS

FINOS

ARENA

La NTP 400.011 define a la arena como el agregado fino proveniente de la desintegración natural de las rocas.

Arena fina : 0,05 – 0,5 mmArena Media : 0,5 a 2,0 mmArena gruesa : 2,0 a 5,0 mm

Análisis de tamices

• Los resultados de una granulometría se describen usando el porcentaje acumulado de agregados, que pasen o quedan retenidos en un determinado tamaño de tamiz.

• Los resultados generalmente se dibujan en una grafica semi-logarítmica.

Análisis de tamices – EjemploTamizNo.

Tamaño de tamiz

(mm)

Peso del tamiz

(g)

Tamiz + material

(g)

Peso retenido

(g)

% Retenido

% grueso

% Fino

¾ 19 350 400 50

½ 12.5 350 600 250

3/8 9.5 350 650 300

4 4.75 340 630 290

8 2.36 340 440 100

pan 0 300 310 10

Análisis de tamices – EjemploTamizNo.

Tamaño de tamiz

(mm)

Peso del tamiz

(g)

Tamiz + material

(g)

Peso retenido

(g)

% Retenido

% grueso

% Fino

¾ 19 350 400 50 5 5 95

½ 12.5 350 600 250 25 30 70

3/8 9.5 350 650 300 30 60 40

4 4.75 340 630 290 29 89 11

8 2.36 340 440 100 10 99 1

pan 0 300 310 10 1 100 0

• Peso de muestra = 1000 g• Sume toda la columna de % gruesos = 283• FM=283/100 = 2.83

Módulo de Fineza MF

Modulo de fineza (MF) Es un factor representativo del análisis de tamicesEste es un número obtenido de sumar los valores de % de gruesos en cada tamiz y dividiendo por 100.Para uso en concreto, la MF en un rango entre 2.3 – 3.1.Un gran MF significa mas partículas gruesas y menos partículas finas.Una baja MF significa mas partículas finas y menos partículas gruesas. Tamices: No. 100, No. 50, No. 30, No. 16, No. 8, No. 4, 3/8”, ¾”, 1 ½”, y mayores aumentando en la relación de 2:1.

NTP 400.011 Módulo de fineza del agregado fino dentro del rango de 2,3 y 3,1

ASTM C 125

Ejemplo de análisis de tamicesTamizmm

Cantidad retenida (g)

4.75 0

2.36 33.2

2.00 56.9

1.18 83.1

0.60 151.4

0.30 40.4

0.15 72.0

0.075 58.3

pan 15.6

Granulometría de densidad máxima

• Cual recipiente tiene mayor volumen de agregados, o lo que es lo mismo, menor cantidad de espacios vacios?

a) Recipiente lleno de bolitas de 1”

a) Mismo recipiente lleno de bolitas de 1/2”

Y que pasa si mezclamos a) y b)

Granulometría de densidad máxima

• En 1907 Fuller estableció la relación para determinar la distribución de agregados que provee la densidad máxima (mínima cantidad de vacios )

Pi= porcentaje que pasa el tamiz de tamaño di

di = el tamaño del tamiz en cuestión

D = máximo tamaño del agregado

• En los 60’s, el Federal Highway Administration (FHWA) introdujo la gráfica granulométrica potencia 0.45

• Usualmente, una granulometría densa y no una máxima es la que se desea en las mezclas.

45.0100

D

dP ii

Otros tipos de granulometría

• Distribución de un tamaño:– La mayoría de los agregados pasa un tamiz y es retenido en el

siguiente– La curva granulométrica es casi vertical– Tienen buena permeabilidad, poca estabilidad

• Granulometría con brecha:– No tienen uno o más tamaños– La curva tiene una sección horizontal

• Granulometría abierta :– No tienen agregados finos para bloquear los vacíos entre los

agregados gruesos– Tienen buena permeabilidad, poca estabilidad

Especificaciones de granulometría ASTM C33 para agregados finos de hormigón de cemento

Portland

Tamaño de Tamiz % que pasa

3/8 en 100

# 4 95 – 100

# 8 80 – 100

# 16 50 – 85

# 30 25 – 60

# 50 10 – 30

# 100 2 - 10

Combinación de agregados para cumplir con especificaciones (ejemplo)

¾” ½” 3/8” # 4 # 8 # 30 # 50 # 100 # 200

Especificación 100 80 – 100

70 – 90 50 – 70 35 – 50 18 – 29 13 – 23 8 – 16 4 – 10

Agregado A 100 90 59 16 3 0 0 0 0

Agregado B 100 100 100 98 82 51 36 21 9

Mezcla 100 95 80 56 43 26 18 11 4.5

Combinación de agregados paracumplir especificaciones

• Cuando deban combinarse más de dos agregados :– Se aplica el método gráfico en forma iterativa– O se usa la ecuación básica de la combinación usando un método

de tanteo

Pi = Aa + Bb + Cc + …

Pi= Porcentaje de la combinación que pasa el tamiz i

A, B, C, = Porcentaje de agregados A, B, C que pasan el tamiz ia, b, c, = Porcentajes (en peso) de los agregados A, B, C usados

en la combinación

Propiedades de agregados combinados

• Con excepción de la gravedad específica y la densidad, las propiedades de la combinación siguen la ecuación:

X = P1X1 + P2X2 + P3X3

• Esta ecuación puede usarse para propiedades tales como la angularidad, la absorción, la resistencia, y el módulo

– X = propiedad de la combinación– X1,X2,X3=propiedad de los agregados 1,2, y 3

– P1,P2,P3=porcentajes de peso de los agregados 1,2, y 3

Resistencia a la congelación y deshielo• Importante para concreto exterior.

• Afectados por una alta porosidad total, absorción, la permeabilidad y la estructura porosa del agregado

• Si los agregados absorben tanta agua que cuando el agua se congela y se expande y no se pueda absorber la acumulación de presión interna, la explosión suele ocurrir.

Resistencia a la congelación y deshielo• La ruptura del concreto por agregados es el resultado de la

presión hidráulica. La presión hidráulica es el resultado del grado de saturación (proporcional al espacio vacío total lleno de agua) y la permeabilidad y el tamaño de las partículas de agregado.

• Tras la congelación, el agua se expande un 9 por ciento, y si el grado de saturación de las partículas de agregado, es 91,7 por ciento, el agua será expulsada hacia la pasta que rodea la partícula de agregado, y la presión hidráulica potencialmente destructivos pueden desarrollarse. Se involucran en el problema por lo tanto las propiedades de la pasta, su permeabilidad, contenido de aire, y la porosidad.

• Tres factores adicionales, la composición, la textura y estructura, también juegan un papel importante en la congelación y descongelación de hormigón.

La congelación y deshielo• Agregados saturados de baja porosidad puede acomodarse

a la congelación del agua intersticial por la expansión elástica simple.

• Agregados saturados de moderada a alta porosidad puede fallar debido a la dimensión de las partículas supera un cierto tamaño crítico o puede causar una falla en la pasta inmediatamente adyacente a la partícula de agregado debido al desplazamiento global del agua intersticial

Agregado

Integridad y durabilidad:

• Es la propiedad de los agregados de resistir la desintegración debida a agentes climáticos:

• El congelamiento y los ciclos de hielo/deshielo son los ataques climáticos más peligrosos para los agregados.

• Tenacidad, dureza y resistencia a la abrasión:– Es la propiedad de los agregados de resistir los

efectos dañinos de las cargas .

Resistencia

Los agregados deben resistir:

• Trituración• Degradación (abrasión)• Desintegración• Resistir esfuerzos internos y externos• Resistir al paso de humedad• Resistir solicitaciones químicas• Disminuir y evitar efectos de cambios de volumen que sufre

la pasta de cemento

• cuando están Almacenados

• Colocados• Compactados• expuestos a cargas

Resistencia y módulo de los agregados

• La resistencia de los agregados no puede ser menor que la del concreto de cemento portland o del pavimento asfáltico

• Es poco frecuente medir la resistencia de los agregados

• La resistencia en tensión varia entre 100 a 2300 psi y la de compresión entre 5000 a 50000 psi.

• El módulo de elasticidad tampoco se mide con frecuencia.

Sustancias nocivas en los agregados

Es cualquier material en los agregados que afecta la calidad del concreto hecho con ellos

• Para concreto de cemento Portland– Impurezas orgánicas– Partículas menores que 0.075 mm– Carbón, lignita u otros materiales livianos– Grumos de arcilla y partículas friables– Partículas suaves

• Para el pavimento asfáltico– Grumos de arcilla– Partículas suaves o friables

Reactividad álcali-agregado

• Es la reacción química entre constituyentes de sílice del agregado con el álcali en el cemento .

• Ocurre mayormente en lugares húmedos y cálidos

• Resulta en una excesiva expansión, agrietamiento y reventones

• El ASTM C227 es el ensayo usado para determinar la reactividad entre cemento y agregado

Corte de sección delgada de concreto dañado por Reacción Álcali-Sílice

Daños ilimitados por reacción Álcali-Sílice-inducido en elementos de concreto

Extrusión de la junta de sellado desencadenado por la expansión excesiva de Reacción Álcali-Sílice

Daños causado por Reacción Álcali-Sílice

Efectos de la Reacción álcali sílice

Reactividad álcali-agregado

• Opciones para minimizar los efectos:– Limitar el contenido de álcalis en el cemento (ej.

cemento tipo II)– Mantener la estructura lo más seca posible– Usar aditivos puzolánicos (ej. Cenizas volantes)– Reemplazar parte del agregado con piedra caliza

triturada