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Morphological characterization of concrete aggregates by means of image analysis María Patricia León* 1 , Fernando Ramírez** Caracterización morfológica de agregados para concreto mediante el análisis de imágenes * Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. COLOMBIA ** Universidad de Los Andes, Bogotá. COLOMBIA Resumen La morfología de los agregados influye en las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido, sin embargo no se ha establecido una correlación entre parámetros de forma y características del concreto de manera que la incidencia de la forma sea tenida en cuenta en el diseño de la mezcla. La medición de la forma por los métodos tradicionales es subjetiva, por esta razón últimamente se han utilizado tecnologías de análisis de imágenes para determinar las características de forma de las partículas. En este estudio se determinaron las características morfológicas de diferentes agregados usando los métodos tradicionales y el de análisis de imágenes con los descriptores de Fourier, y se determinaron las propiedades mecánicas de concreto preparado con agregados de diferente forma con el fin de evaluar la influencia de esta en las propiedades del concreto fresco y endurecido. Los resultados indican que las propiedades mecánicas no se ven afectadas de manera importante por la forma de los agregados, sin embargo, influye significativamente en la trabajabilidad. Palabras Clave: Concreto, morfología de agregados, análisis de imágenes, resistencia a la compresión, trabajabilidad Abstract Properties of fresh and hardened concrete are affected by the morphological characteristics of the aggregates. However, there is not an established correlation, between the aggregate shape and the concrete properties, to be taken into account during the mix design process. Conventional aggregate shape measurement methods are subjective, and that is why image analysis has been recently used to determine the morphological characteristics of particles. In this study, the morphological characteristics of coarse aggregates from two different sources are determined using both, conventional methods and image analysis by means of Fourier descriptors. Mechanical properties of concrete prepared with coarse aggregates having different elongation indexes were evaluated. Results indicate that the aggregate shape has little influence in the concrete compressive strength and elastic modulus, while its influence in workability is significant. Keywords: Concrete, aggregates morphology, image analysis, compressive strength, workability Revista Ingeniería de Construcción Vol. 25 N o 2, Agosto de 2010 www.ing.puc.cl/ric 215 1 Autor de correspondencia / Corresponding author: E-mail: [email protected] 1. Introducción 1. Introduction Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx/Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Los agregados pétreos son componentes fundamentales del concreto hidráulico, del concreto asfáltico y de las bases granulares. Sus características afectan no solo las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido sino también el costo del mismo. Los agregados conforman entre el 70% y el 80% del volumen del concreto, razón por la cual es importante conocer sus propiedades y la influencia de las mismas en las propiedades del concreto para optimizar no solo su uso y explotación, sino también el diseño de mezclas de concreto. Stone aggregates are fundamental elements of hydraulic concrete, asphaltic concrete and granular bases. Their characteristics affect not only fresh and hardened concrete properties but also its cost. Aggregates occupy between 70% and 80% of concrete volume, that is why it becomes important to know the aggregate properties and their influence on concrete properties, in order to improve not only its use and exploitation but also the concrete mix design process. Fecha de recepción: 22/ 10/ 2009 Fecha de aceptación: 10/ 04/ 2010 PAG. 215 - 240

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Page 1: Caracterización morfológica de agregados para … · Los métodos de diseño de mezclas de concreto usados en la actualidad no consideran de una manera directa el efecto de la forma

Morphological characterization of concrete aggregates by meansof image analysis

María Patricia León*1, Fernando Ramírez**

Caracterización morfológica de agregados para concreto medianteel análisis de imágenes

* Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. COLOMBIA** Universidad de Los Andes, Bogotá. COLOMBIA

Resumen

La morfología de los agregados influye en las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido, sin embargo no se ha establecido una correlación

entre parámetros de forma y características del concreto de manera que la incidencia de la forma sea tenida en cuenta en el diseño de la mezcla. La medición

de la forma por los métodos tradicionales es subjetiva, por esta razón últimamente se han utilizado tecnologías de análisis de imágenes para determinar las

características de forma de las partículas. En este estudio se determinaron las características morfológicas de diferentes agregados usando los métodos

tradicionales y el de análisis de imágenes con los descriptores de Fourier, y se determinaron las propiedades mecánicas de concreto preparado con agregados

de diferente forma con el fin de evaluar la influencia de esta en las propiedades del concreto fresco y endurecido. Los resultados indican que las propiedades

mecánicas no se ven afectadas de manera importante por la forma de los agregados, sin embargo, influye significativamente en la trabajabilidad.

Palabras Clave: Concreto, morfología de agregados, análisis de imágenes, resistencia a la compresión, trabajabilidad

Abstract

Properties of fresh and hardened concrete are affected by the morphological characteristics of the aggregates. However, there is not an established correlation,

between the aggregate shape and the concrete properties, to be taken into account during the mix design process. Conventional aggregate shape measurement

methods are subjective, and that is why image analysis has been recently used to determine the morphological characteristics of particles. In this study, the

morphological characteristics of coarse aggregates from two different sources are determined using both, conventional methods and image analysis by means

of Fourier descriptors. Mechanical properties of concrete prepared with coarse aggregates having different elongation indexes were evaluated. Results indicate

that the aggregate shape has little influence in the concrete compressive strength and elastic modulus, while its influence in workability is significant.

Keywords: Concrete, aggregates morphology, image analysis, compressive strength, workability

Revista Ingeniería de Construcción Vol. 25 No2, Agosto de 2010 www.ing.puc.cl/ric 215

1 Autor de correspondencia / Corresponding author:

E-mail: [email protected]

1. Introducción 1. Introduction

Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx/Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Los agregados pétreos son componentesfundamentales del concreto hidráulico, del concretoasfáltico y de las bases granulares. Sus característicasafectan no solo las propiedades del concreto en estadofresco y endurecido sino también el costo del mismo. Losagregados conforman entre el 70% y el 80% del volumendel concreto, razón por la cual es importante conocer suspropiedades y la influencia de las mismas en las propiedadesdel concreto para optimizar no solo su uso y explotación,sino también el diseño de mezclas de concreto.

Stone aggregates are fundamental elements ofhydraulic concrete, asphaltic concrete and granular bases.Their characteristics affect not only fresh and hardenedconcrete properties but also its cost. Aggregatesoccupy between 70% and 80% of concrete volume,that is why it becomes important to know theaggregate properties and their influence on concreteproperties, in order to improve not only its use andexploitation but also the concrete mix design process.

Fecha de recepción: 22/ 10/ 2009Fecha de aceptación: 10/ 04/ 2010PAG. 215 - 240

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María Patricia León, Fernando Ramírez

Las características de los agregados en cuanto a su forma,textura y gradación influyen en la trabajabilidad, en elacabado, en la exudación y en la segregación del concretofresco y afectan la resistencia, la rigidez, la retracción, ladensidad, la permeabilidad y durabilidad del concretoen estado sólido (Quiroga, 2003).

El componente más costoso del concreto es elcemento. La pasta de cemento (cemento y agua) es elelemento que llena los vacíos entre los agregados, proveela trabajabilidad del concreto en estado fresco yproporciona la adherencia o pega entre los agregadosuna vez el concreto se endurece. El porcentaje de vacíosde una mezcla de agregados está principalmenterelacionado con su gradación, forma y textura (De Larrard,1999). Los vacíos generados en mezclas de agregadoscon partículas aplanadas y alargadas generalmente sonmayores que en mezclas con partículas redondeadas ypor lo tanto la demanda de pasta de estas últimas paraalcanzar una trabajabilidad dada y para obtener unaadecuada pega entre agregados será menor. El uso dedosificaciones bajas de pasta (dentro de ciertos límites),además de la reducción en costos de producción, tiendea generar menos problemática relacionada con fisuración,calor de hidratación, y durabilidad. En las últimas décadastécnicas de análisis de imágenes han sido utilizadas paraevaluar la forma y la textura de partículas. A partir deestas técnicas se han obtenido índices de forma,angularidad y textura que definen cuantitativamente estaspropiedades. Los métodos de diseño de mezclas deconcreto usados en la actualidad no consideran de unamanera directa el efecto de la forma y de la textura delos agregados, por ejemplo en el caso del método dediseño del ACI 211.1 (1991) se tiene en cuentaparcialmente el efecto de la forma al involucrar el módulode finura de las arenas y la masa unitaria compacta delos agregados, sin embargo este método no establecevariaciones en la cantidad de agua debido a estos factores.Esta problemática sumada a las limitaciones con las quecuentan algunas ciudades en cuanto al suministro deagregados por fuentes de explotación insuficientes, el altocosto económico y el impacto ambiental generado porla explotación, hacen que sea necesario conocer demanera precisa las características de los agregados y lainfluencia de las mismas en las propiedades del concretode tal manera que esta información sea considerada demanera explícita y racional en el proceso de diseño demezclas de concreto.

Aggregate shape, texture and gradation characteristicsaffect the workability, finishing, bleeding and segregationof fresh concrete; and they also affect the strength, stiffness,retraction and permeability and durability of hardenedconcrete (Quiroga, 2003).

Cement is the most expensive component ofconcrete. Cement paste (cement and water) is the elementfilling the voids among aggregates, provides workabilityfor fresh concrete and creates adhesion or bonding amongaggregates once concrete is hardened. The percentageof voids in an aggregate mix is mainly related with itsgradation, shape and texture (De Larrard, 1999). Thevoids resulting from aggregates mixes with flat andelongated particles are generally higher than those fromrounded particles, therefore, there will be a lower demandof cement paste for rounded aggregates, in order toachieve a desired workability and to obtain an adequatebonding among aggregates. The use of low paste dosages(within certain limits) a part from reducing costs, tendsto create less difficulties in relation to cracking, heat ofhydration and durability. During recent decades, imageanalysis techniques have been used to assess the shapesand texture of particules. From those techniques andtexture indexes have been obtained, which define suchproperties quantitatively. Design methods for concretemixes, do not consider in a direct way the aggregateshape and textures, for instance in the case of the designmethod ACI 211.1 (1991) the shape effect is partiallytaken into account by involving the sand fineness modulusand aggregates compact unit mass, however, this methoddoes not establish water amount variations due to suchfactors. This situation together with limitations in somecities as far as aggregate provision is concerned, becauseof insufficient exploitation sources, high economical costand exploitation environmental impacts make reallynecessary accurately know the characteristics of aggregatesand their influence on the concrete properties, in orderto explicity and rationally consider such information inthe concrete mix design process.

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El objetivo general de este estudio es lacaracterización morfológica de los agregados usados paramezclas de concreto hidráulico y la estimación de suinfluencia en las propiedades del concreto en estadofresco y endurecido. Este proyecto comprende lacaracterización físico-mecánica de agregados trituradosde diferentes fuentes usados en la producción de concretosen Bogotá, el registro e interpretación de imágenes digitalesde los agregados de cada una de las fuentes seleccionadaspara obtener sus características de forma, la caracterizacióndel concreto en estado fresco (asentamiento), y lacaracterización mecánica del concreto endurecido(módulo de elasticidad y resistencia a la compresión),para finalmente evaluar la influencia de las característicasmorfológicas de los agregados en las propiedades delconcreto en estado fresco y endurecido.

2. Marco teórico

2.1 Efecto de la forma de los agregados en el concretoLas características de los agregados tienen un

efecto significativo en el comportamiento del concretoen estado fresco y endurecido. Las principalescaracterísticas de los agregados que afectan las propiedadesdel concreto son forma y textura, gradación, absorción,mineralogía, resistencia y módulo de elasticidad, tamañomáximo, gravedad específica, resistencia al ataque desulfatos y dureza. En la medida en que se determine lainfluencia de cada una de estas propiedades en elcomportamiento del concreto, será posible realizar diseñosde mezclas más económicos.

Para lograr una mezcla de concreto óptima serequieren entre otras condiciones que la compacidad dela mezcla de agregados sea la máxima posible con unatrabajabilidad adecuada de forma que se minimice lacantidad de pasta de cemento requerida para la pega delos agregados. Igualmente se requiere que sus componentessatisfagan características que permitan que la mezcla deconcreto sea durable y cumpla con los requisitos detrabajabilidad y resistencia establecidos durante el diseño.La estimación de la compacidad de una mezcla granulares un problema fundamental para el manejo yconocimiento del concreto (Andersen y Johansen, 1991),y depende de 3 parámetros fundamentales: tamaño ydistribución de los granos, forma de los granos (morfologíay textura) y método de compactación de la mezcla deconcreto.

The main purpose of this study is themorphological characterization of aggregates used inhydraulic concrete mixes and the assessment of theirinfluence on fresh and hardened concrete properties.This project comprises a physical and mechanicalcharacterization of crushed aggregates, from differentsources, used for concrete production in Bogota; theregistration and interpretation of aggregates digital imagesfrom each selected source to obtain their shapecharacteristics, characterization of fresh concrete(settlement); and the mechanical characterization ofhardened concrete (modulus of elasticity and compressivestrength), to evaluate the influence of the aggregatesmorphology on the fresh and hardened concrete propertiesunder.

2 Theoretical framework

2.1 Aggregate shape effect on concreteAggregate characteristics have a major effect

on fresh and hardened concrete behavior. The mainaggregates characteristics affecting the concrete propertiesare shape and texture; gradation; absorption; mineralogy;compressive strength and elasticity modulus; maximumsize; specific gravity; sulfates attack resistance andhardness. Once the influence of each individual propertyis determined on concrete behavior, it shall be possibleto design more cost effective mixes.

In order to achieve an optimal concrete mixsome conditions are required, among others thatconcrete aggregate mixture compactness is the maximumpossible, with a proper workability in order to minimizethe amount of cement paste required for aggregatebonding. Likewise, concrete components are requiredto meet durability, workability, and strength specifications.The compactness assessment of a granular mix is amajor problem for the handling and knowledge ofconcrete (Andersen y Johansen, 1991), and it dependson three fundamental parameters: aggregate sizeand gradation, shape (morphology and texture)and compaction method of the concrete mix.

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María Patricia León, Fernando Ramírez

A mayor contenido de vacíos el concreto requiere máspasta de cemento. Se ha encontrado que el requerimientode pasta de cemento se reduce alrededor de 4% a 5%cuando se utiliza agregado cúbico en vez de agregadoalargado y aplanado (Hudson, 1998). Así mismo, comola forma de las partículas afecta la compacidad de lamezcla de agregado, esta tiene una alta incidencia en lademanda de pasta de cemento y por lo tanto en los costosdel concreto, y afecta también la trabajabilidad y laspropiedades mecánicas concreto. La forma y textura delos agregados afectan la masa unitaria compacta y porlo tanto juegan un papel importante en el desempeño delmortero y del concreto en estado fresco y puede afectarindirectamente su resistencia al afectar la colocación ycompactación del concreto.

2.1.1 Efecto de la forma de los agregados en laspropiedades del concreto fresco

La forma de las partículas afecta la trabajabilidady colocación del concreto en estado fresco. Elrequerimiento de pasta de cemento de la mezcla deconcreto está asociado a la superficie específica de losagregados. Las partículas con una superficie específicamenor como las de forma cúbica o redondeada requierenmenos pasta de cemento para alcanzar la mismatrabajabilidad que una mezcla de concreto producidacon agregados de mayor superficie específica comoaquellos que contienen partículas elongadas y aplanadas(Shilstone, 1999). Adicionalmente, las partículas aplanadas,alargadas, angulares y rugosas al acomodarse tienen unalto contenido de vacíos, que hacen que la mezclarequiera de más arena para proporcionar un concretomanejable. Cuando esto sucede, la finura de la mezclade agregados es mayor, es decir que tiene una superficieespecífica mayor, y por ende el requerimiento de pastaincrementa (Legg, 1998). Además de tener un efectodirecto sobre la trabajabilidad de la mezcla, las partículasaplanadas, alargadas, angulares y rugosas producenmezclas que dificultan el acabado superficial del concreto,así como su compactación. Aunque la textura superficialafecta la trabajabilidad, su influencia no es tanrepresentativa como la que tiene la gradación y la formade los agregados (Galloway, 1994). La demanda de aguaen una mezcla de concreto también esta influenciada porla forma y textura de los agregados. Una demanda mayorde agua para obtener una trabajabilidad dada, reduce laresistencia y aumenta la exudación del concreto.

The higher volds content the higher amount of cementpaste required. It has been found that the requirement ofcement paste is reduced from 4% to 5% when a cubicaggregate is used instead of elongated and flat aggregates(Hudson, 1998). Similarly, as the shape of particles affectthe aggregate mix compactness, it has a high incidenceon the demand for cement paste, and therefore on concretecosts, also affecting workability and the mechanicalproperties of concrete. Aggregate shape and texture affectthe compact unit mass, and therefore play an importantrole for mortar performance and fresh concrete and itmay indirectly affect its strength by affecting concretepouring and compaction.

2.1.1 Aggregates shape effect on fresh concrete properties

Particles shape affect workability and pouringof fresh concrete. The required amount of cement pastein the concrete mix is associated with the specific surfacearea of the aggregates. The particles having a lowerspecific surface area, such as cubic or rounded particles,require a lower amount of cement paste in order to achievethe same workability than a concrete mix made withhigher specific surface area aggregates, such as thosecontaining elongated and flat particles (Shilstone, 1999).In addition, flat, elongated, angular and rough particlesresulting a high voids when arranging themselves, thusdemanding more sand into the mix to deliver concreteworkability. When this happens, the fineness of theaggregate mix is higher, i.e., it has a higher specific surfacearea, and therefore, paste demand increases (Legg, 1998).Apart from having a direct effect on the mix workability,flat, elongated, angular and rough particles produce mixesthat make the concrete surface finishing and compactnessdifficult. Although surface texture affects workability, itsinfluence is not that much representative as gradationand aggregate shapes (Galloway, 1994). Water demandinto the mix is also influenced by the aggregates shapeand texture. A higher demand of water to obtain a givenworkability reduces strength and increases concretebleeding.

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2.1.2 Efecto de la forma de los agregados en laspropiedades del concreto endurecido

La forma y la textura de los agregados ademásde afectar significativamente la trabajabilidad del concretoen estado fresco, tienen un efecto en la resistencia y ladurabilidad de concreto endurecido. La textura afecta laadherencia entre las partículas gruesas y la matriz demortero reflejándose en la variación de la resistencia. Laspartículas rugosas tienden a generar mayores resistenciasque las partículas lisas (Kaplan, 1959), especialmente laresistencia a la flexión (Galloway,1994). Sin embargo, laspartículas rugosas incrementan la demanda de agua parauna trabajabilidad dada reduciendo de esta forma laresistencia y la durabilidad.

La durabilidad está asociada a un contenidobajo de agua, por esta razón los agregados angulares,aplanados y alargados afectan negativamente la durabilidaddel concreto ya que incrementan la demanda de agua.En el caso de concretos usados en pavimentos, laspartículas aplanadas ubicadas cerca de la superficieimpiden la exudación de agua del mortero ubicado bajola partícula, causando deterioro de la superficie y por lotanto disminución de la durabilidad del mismo (Kosmatka,1994).

Alexander (1996) estableció que la forma y latextura de los agregados tienen un efecto directo en laresistencia influenciando las concentraciones de esfuerzoen el material compuesto y el grado de microfisuras yfisuras antes y después de la falla. Mehta y Monteiro(1993) encontraron además que la forma y la textura delos agregados afectan la forma de la curva esfuerzo –deformación del concreto ya que la morfología de losagregados influencia la generación de microfisuras en lazona de transición. La influencia de la forma de losagregados en la resistencia del concreto es controversial.A pesar de que se ha observado que concretos fabricadoscon agregados con diferentes formas y un contenido decemento dado pueden alcanzar niveles de resistenciasimilares, algunos autores aseguran que los concretosproducidos con agregados de forma redondeada y cúbicatienden a producir mayores resistencias que agregadosalargados y aplanados (Shilstone, 1990).

Por lo expuesto anteriormente, existen diferentesespecificaciones que limitan el contenido de partículasalargadas o aplanadas en agregados usados en laproducción de concreto. Por ejemplo las normativasespañolas del concreto especifican que el porcentaje enpeso de partículas aplanadas debe ser menor al 35%del peso total del concreto. La norma británicaestipula que este porcentaje debe ser menor a 40 %.

2.1.2 Aggregate shape effect on hardened concreteproperties

Aggregates shape and texture, apart fromaffecting significantly fresh concrete workability, have aneffect on strength and durability of hardened concrete.Texture affects adhesion between the coarse particles andthe mortar matrix thus reflecting a strength variation.Rough particles tend to create higher strengths thansmooth particles (Kaplan, 1959), specially flexural strength(Galloway, 1994). However, rough particles increasewater demand for a given workability, thus reducingstrength and durability.

Durability is associated with a low content ofwater, so angular, flat and elongated aggregates negativelyaffect concrete durability since they increase waterdemand. In the case of concrete pavements, flat particleslocated near the surface preventing bleeding of mortarwater located under the particle, causing damage on thesurface and consequently a decrease of pavement duration(Kosmatka, 1994).

Alexander (1996) stated that aggregates shapeand texture have a direct effect on strength influencingthe strength concentrations on the composite materialand the micro cracks and cracks before and after thefailure. Mehta and Monteiro (1993) found that, aggregatesshape and texture also affect the shape of the concretestress-strain curve, since aggregates morphology influencesthe appearance of micro cracks in the transition zone.The influence of aggregates shape on concrete strengthis controversial. Although, it has been observed thatconcretes manufactured with aggregates of differentshapes and with a given cement content, can reach similarstrengths, some authors ensure that concrete manufacturedwith rounded and cubic shape aggregates tend to producehigher strengths than those with elongated and flat shapes(Shilstone, 1990).

In accordance with previous statements, thereare different specifications limiting the content of elongatedor flat particles aggregates used for concrete production.For example concrete specifications in Spain specify thatthe weight percentage of flat particles must be less than35% of the total concrete weight. British regulationstates that this percentage must be less than 40%.

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Figura 1. Terminología de forma de la partícula (Barret, 1980)Figure 1. Shape terminology on particles (Barret, 1980)

María Patricia León, Fernando Ramírez

Las especificaciones del Instituto de Desarrollo Urbanode Bogotá establecen que el porcentaje máximo departículas alargadas y aplanadas debe ser del 15% al 20%dependiendo del tipo de tráfico.

2.2 Análisis de forma de partículasLa forma, la angularidad o redondez, y la textura

superficial son tres conceptos relacionados con el análisismorfológico que representan las variaciones geométricasespaciales en diferentes escalas dimensionales (Figura 1).La forma representa la variación espacial en la escala dedimensión grande, la angularidad o redondez representala variación en la escala de dimensión media, y la texturasuperficial representa la variación en la dimensión pequeña(Barret, 1980).

Las mediciones de la forma de los agregadospara el concreto, han sido ampliamente realizadas pormedio de métodos manuales con el uso de calibradoresde alargamiento y aplanamiento. Esas medidas no sóloson demoradas, sino que también son altamente subjetivas.Debido a su ineficiencia y costo, estas mediciones tiendena no ser suficientemente representativas para obtener unresultado estadísticamente válido (Maerz y Zhou, 1999).Existen tecnologías como el procesamiento de imágenesque podrían incrementar la exactitud y la eficiencia deestas mediciones, las cuales están siendo actualmentedesarrolladas para medir la forma de los agregados demanera que puedan ser implementadas para su uso común.

Specifications by the Instituto de Desarrollo Urbano deBogota indicate that the maximum percentage of elongatedand flat particles must be from 15% to 20% dependingon the kind of traffic.

2.2 Particles shapes analysisShape, angularity or roundness, and surface

texture are three concepts related with the morphologicalanalysis that represent space geometrical variations atdifferent dimension scales (Figure 1). Shape representsspace variation at a large dimension scale; angularity orroundness represents variation at a medium dimensionscale; and surface texture represent variation at a lowdimension scale (Barret, 1980).

Shape measurements on concrete aggregateshave been widely conducted by means of manual methodsemploying elongation and flateness gauges. Suchmeasurements are not only time consuming, but alsohighly subjective. Because of their inefficiency and cost,such measurements tend not to be representative enoughto achieve a statistically valid result (Maerz y Zhou, 1999).Then an technologies such as image processing that mayincrease the accuracy and efficiency of suchmeasurements, which are now being developed tomeasure aggregates shape, so that they can beimplemented for common use.

FORMA/SHAPE

REDONDEZ/ROUNDNESS

TEXTURA SUPERFICIAL/SURFACE TEXTURE

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Ia = 1.25V10 - 0.25V50 - 32.0

2.2.1 Métodos de medición manual

Índice de aplanamiento y alargamiento de agregadosEl índice de aplanamiento de una fracción de

agregado, se calcula como el porcentaje en peso de laspartículas que la conforman cuya dimensión mínima esinferior a un valor dado de la dimensión media de lafracción. El índice de alargamiento de una fracción deagregado, se obtiene del porcentaje en peso de laspartículas que la conforman cuya dimensión máxima(longitud) es superior a un valor dado de la dimensiónmedia de la fracción. Por ejemplo la norma del InstitutoNacional de Vías de Colombia INV E-230 (1998), definecomo índice de aplanamiento de una fracción de agregado,el porcentaje en peso de las partículas que la forman cuyadimensión mínima (espesor) es inferior a 3/5 de ladimensión media de la fracción y se define como índicede alargamiento de una fracción de agregado, el porcentajeen peso de las partículas que la forman cuya dimensiónmáxima (longitud) es superior a 9/5 de la dimensión mediade la fracción.

Contenido de vacíos de agregado fino en estado sueltoEste método describe la determinación del

contenido de vacíos de una muestra de agregado enestado suelto. Al comparar el valor del contenido devacíos de diferentes agregados con la misma gradaciónpuede obtenerse un indicador de la angularidad, esfericidady textura superficial de las partículas.

Índice de forma y textura de agregadosCon este método de ensayo se puede obtener

un valor relativo de la forma y textura de los agregados.Este procedimiento ha sido usado para indicar los efectosde estas características en la compactación y la resistenciade mezclas de concreto. El ensayo consiste en obtener elporcentaje de vacíos de cada fracción del material condiferente grado de compactación, para después calcularel índice de forma del agregado. El valor de índice de lapartícula se obtiene como:

Donde, Ia es el valor de índice de la partícula,y V10 y V50 son el porcentaje de vacíos en cada fraccióndel material compactadas con 10 y 50 golpes por caparespectivamente.

2.2.1 Manual measurement method

Aggregate flateness and elongation indexThe flateness index of an aggregate is calculated

as the weight percentage of having its fraction particles,the minimum dimension smaller than a given of theaverage aggregate dimension. The elongation index ofan aggregate is obtained from particles weight percentagehaving its maximum dimension (length) higher than agiven fraction of the average dimensioned . For examplethe regulation by the Instituto Nacional de Vias deColombia INV E-230 (1998) defines the flateness indexof an aggregate as the percentage of weight of particles,for which minimum dimension (thickness) smalleraggregate than 3/5 of the average dimension; theelongation index of an aggregate is defined as thepercentage of weight of particles, for which maximumdimension (length) is higher than 9/5 of the averageaggregate dimension.

Fine aggregate voids content in loose conditionThis method describes the voids content

determination of an aggregate sample in loose condition.By comparing the voids content of different aggregateshaving the same gradation, and indication of particle arefor angularity, roundness and texture can be obtained.

Aggregates shape and texture indexBy employing this test method a relative value

can be obtained for aggregates shape and texture. Thisprocedure has been used to estimate the effects of suchcharacteristics on the compactness and strength of concretemixes. The test consists in obtaining the voids contentpercentage for each material sample with degrees ofcompaction different, then calculating the aggregateshape index. The index value of a particle is obtained asfollows:

Where Ia is the index value of a particle, andV10 and V50 are voids content percentages of each sampleof compacted material after 10 and 50 strokes per layer,respectively.

(1)

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María Patricia León, Fernando Ramírez

2.2.2 Métodos de medición de la forma por medio deanálisis de imágenes

El procesamiento y análisis de imágenes digitalesha venido siendo utilizado desde 1960. Con el desarrollode tecnologías de computadores, la aplicación de técnicasde análisis digital se ha diversificado a diferentes áreas.En la ingeniería civil, se han implementado técnicas decaptura y análisis de imágenes en la detección y análisisde esfuerzos de tensión, establecimiento de condicionesestructurales, transporte de sedimentos en corrientes,transporte de contaminantes en medios porosos,deformaciones de suelos, granulometrías, análisis de formade partículas, y en la reconstrucción y simulación deestructuras granulares. Se han realizado varios intentospara caracterizar la forma de las partículas mediante elanálisis de imágenes. Algunos métodos se han concentradoen medir la forma en general mientras otros han comparadola angularidad con la redondez y también la textura entrediferentes formas (Barret, 1980). Históricamente lamedición de la forma de las partículas en la mecánica desuelos se ha realizado mediante cartas normalizadascontra las cuales se compara cada partículaindividualmente. En la última década se han usado técnicasavanzadas de imágenes como tomografías de rayos X yresonancia magnética para el estudio de las estructurasde materiales granulares.

La caracterización de forma de los agregados ysu influencia en las propiedades del concreto fresco yendurecido son el principal objetivo de esta investigación.Es por esto que el análisis de imágenes se realiza usandoel método de Descriptores de Fourier el cual representala forma de las partículas de manera adecuada.

Análisis de FourierEl método de Fourier (R, ) ha sido usado para la

determinación de algunos parámetros relacionados conla forma de la partícula. En la teoría general del análisismorfológico de Fourier el perfil o contorno de una partícula(Figura 2) se representa mediante la Ecuación 2 en términosde series de Fourier (Bowman, E. et al., 2000).

Siendo a0 el radio promedio de la partícula, lostérminos (amcos m +bmsen m ) describen las característicasde un perfil de partícula específico, donde am y bm

representan magnitudes y m representa la frecuencia, yR( ) es el radio de la partícula para un ángulo . La formade la partícula se describe mediante los siguientes tresparámetros:

2.2.2 Measurement methods of shape by means of imageanalysis

Digital image analysis and processing has beenemployed since 1960s. After the development of computertechnologies, the application of digital analysis techniqueshas been diversified to different areas. In civil engineering,images analysis techniques have been implemented fordetection and assessment of tensile stress, establishmentof structural conditions, sediments transportation in streamflows, pollutants transportation through porous media,soil deformation, granulometry, and particles shapeanalysis; and for granular media reconstruction andsimulation. Several attempts have been made tocharacterize particles shape by using image analysis.Some methods have been centered in measuring theshape in general, while others have compared angularityto roundness, and also texture among different shapes(Barret, 1980). Historically, particles shape measurementin soil mechanics has been developed by means ofstandard charts, useful to compare each particleindividually. In the past decade advanced imagetechniques have been used, such as x-rays scanning andmagnetic resonance imaging for the study of structuresof granular materials.

Aggregates shape characterization and theinfluence on the properties of fresh and hardened concreteare the main purpose of this research. Therefore imagesanalysis is conducted by using the Fourier descriptormethod, which represents particle shapes properly.

Fourier analysisFourier method (R, ) has been employed to

determine some parameters related with the particleshape. In the general theory of Fourier morphologicalanalysis the boundary or contour of a particle (Figure 2)is represented by equation 2, in terms of Fourier series(Bowman, E. et al., 2000).

Being a0 the average radius of a particle; terms(amcos m +bmsen m ) describe the characteristics of aspecific particle boundary, where am and bm representmagnitudes and m represents frequency; and R( ) is theparticle radius for angle. A particle shape is describedby means of the following three parameters:

(2)R(θ) = ao + (am cosnθ + bm sinnθ)m =1

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Figura 2. Partícula con dos posibles valores de radio para un mismo ángulo Figure 2. Particle with two possible radius values for a single angle

donde Am2=am2+bm2 y n1,n2, y n3 son frecuenciaslimites que separan forma, angularidad, y texturarespectivamente. Wang et al. (2005) reportaron parapartículas con diámetro promedio de 25 mm el rango defrecuencias hasta m=4 definen forma, para m entre 5 y25 definen angularidad, y para m>25 definen textura.

Una limitante que se presenta en este métodoson las concavidades que pueden presentarse en elcontorno de una partícula y que proporcionan para unmismo ángulo dos posibles valores de R( ) tal como seobserva en la Figura 2. Clark (1981), encontró que podíausarse el método de los descriptores de Fourier pararealizar un análisis cuantitativo de la forma de partículas.En este método, el contorno de la partícula es recorridoen el plano complejo a velocidad constante. Se escogeuna longitud de paso de tal manera que se obtenga unrecorrido completo del contorno de la partícula en untiempo 2 con un número de pasos 2k. La función complejaobtenida es la mostrada en la Ecuación 6.

Where Am2=am2+bm2 and n1,n2, and n3 are limitfrequencies that separate shape, angularity and texture,respectively. Wang et al. (2005) reported that for 25 mmdiameter particles, frequency ranking up to m=4 defineshape; m between 5 and 25 define angularity and m>25define texture.

A restriction exhibited by this method areconcavities that may be present on the particle boundary,which provide two possible R( ) values for a single angle,as depicted on Figure 2. Clark (1981) found that theFourier descriptors method could be used to conduct aquantitative analysis of particles shapes. In this method,the boundary of the particle is run at constant speed inthe complex plane. The step length is chosen in order toachieve the complete particle boundary path in time 2with 2k number of steps. The complex function obtainedis shown in Equation 6.

(3)

(4)

(5)

∑=

==

1

1

nm

mmAForma/Shape

Angularidad/Angularity = Amm =n1+1

m =n 2

Textura/Texture = Amm =n 2+1

m =n 3

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Figura 3. Descriptores de Fourier típicos de una partícula. a. Forma general de particulas de acuerdo a la descripcion morfológicausando descriptores de Fourier. b. Magnitud de los descriptores para una particula típica. (Bowman et al., 2001)

Figure 3. Typical Fourier descriptors of a particle. a) General shape of particles according to morphologic descriptionusing Fourier descriptors. b) Magnitude of descriptors for a typical particle (Bowman et al., 2001)

3 Metodología

3.1 MaterialesLas fuentes de material seleccionadas para este

estudio son de dos procedencias: Guasca y Tunjuelo. Enambos casos el material es triturado, proceso que influenciala morfología de las partículas. Estas fuentes fueronseleccionadas por ser las más usadas en la producciónde concreto en Bogotá. Las características físicas de estosmateriales fueron determinadas en el laboratorio y sepresentan en la Tabla 1. En las Figuras 4 y 5 se muestranlas gradaciones de los agregados gruesos y la Figura 6corresponde a la gradación del agregado fino. Las líneaspunteadas que aparecen en estas figuras indican los límitesdados por las especificaciones de la ASTM C-33 paraagregados utilizados en la producción de concretos.

3 Methodology

3.1 MaterialsThe sources of selected material in this study

come from two locations: Guasca and Tunjuelo. In bothcases material is crushed, such process affects themorphology of the particles. These sources were selectedbecause they are the most common used by concreteproducers in Bogota. Physical characteristics of thesematerials were determined at the laboratory and they areshown in Table 1. Figures 4 and 5 indicate coarseaggregates gradation and Figure 6 represent fine aggregategradation. Dotted lines on these figures represent givenlimits by ASTM C-33 specifications for aggregates usedin concrete production.

Forma/Shape Descriptor Coeficiente/Coefficient Descriptor

0 0,0000 0-1 0,0000 -1 0,2607+1 0,0000 +1 0,0000-2 0,0000 -2 0,0000+2 0,0000 +2 0,0749-3 0,0000 -3 0,0137+3 0,0000 +3 0,00000 0-1 0,2680 -1 0,0000+1 0,0000 +1 0,0000-2 0,0000 -2 0,0000+2 0,0814 +2 0,0000-3 0,0814 -3 0,1113+3 0,0000 +3 0,00000 0-1 0,0001 -1 0,2314+1 0,0001 +1 0,0346-2 0,2500 -2 0,2286+2 0,0001 +2 0,0467-3 0,0001 -3 0,0281+3 0,0625 +3 0,04960 0-1 0,0043 -1 0,0000+1 0,0015 +1 0,0000-2 0,1748 -2 0,0000+2 0,0019 +2 0,0000-3 0,0035 -3 0,0642+3 0,0068 +3 0,00000 0-1 0,0483 -1 0,0214+1 0,0490 +1 0,0799-2 0,2170 -2 0,0279+2 0,0268 +2 0,0142-3 0,0655 -3 0,0816+3 0,0692 +3 0,0285

Forma/Shape Coeficiente/Coefficient

a)

-2: Triangularidad/ Triangularity

-3: Cuadrangularidad/ quadrangularity

Textura de la partícula/particle texture

+2: Elongación secundaria/ second order elongation

+3:Triangularidad secundaria/ second order triangularity

+1: Asimetría/ Asymmetry

Textura de la partícula/particle texture

Descriptor

0

0,1

0,15

-64 -56 -48 -40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40 48 56 64

-1: Elongación/ Elongation

Coe

ficie

nte/

Coe

ffici

ent

b)

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Tabla 1. Agregados y características físicasTable 1. Aggregates and their physical characteristics

Figura 4. Gradación agregado grueso GuascaFigure 4. Gradation of coarse aggregate from Guasca quarry

María Patricia León, Fernando Ramírez

Dado que el objetivo del estudio es determinarla influencia de la forma en las propiedades del concreto,el principal obstáculo que se presenta es encontrarmateriales con formas diferentes pero con propiedadesfísico-mecánicas similares. Para resolver este inconveniente,se manipula únicamente el agregado grueso de una delas fuentes seleccionadas, separándolo a través de lasgalgas de alargamiento. De esta forma se obtienen dosmateriales con diferente forma pero con las mismascaracterísticas físico-mecánicas: uno con 100% departículas alargadas y otro con 0% de partículas alargadas.Adicionalmente se incluye un tercer materialcorrespondiente al agregado sin manipular que contieneel 20% de partículas alargadas1. Esta manipulación fuerealizada en el agregado procedente de la cantera deGuasca, ya que su índice de alargamiento es mayor queel del agregado de la cantera de Tunjuelo. De acuerdo alo anterior, la Tabla 2 presenta la clasificación de losmateriales usados para este estudio.

Since the objective of this study is to determinethe shape influence on concrete properties, the mainproblem difficulty is to find materials having differentshapes but similar physico-mechanical properties. Inorder to overcome this inconveniency, coarse aggregateselected only from one source is manipulated andseparated using elongation gauges. In this way, twomaterials with different shape are obtained, having boththe same physico-mechanic characteristics: one has 100%of elongated particles and the other 0% of elongatedparticles1. Additionally, a third material is consideredfrom non-manipulated aggregate that contains 20% ofelongated particles. This process was conducted on theaggregate coming from the Guasca quarry, since itselongation index is higher than that of the Tunjuelo quarry.Accordingly, Table 2 shows the material classificationused for this study.

Ensayo/Trial

Peso específico aparente (g/cm3)/Bulk density (g/cm3)

Absorción (%)/Absorption (%)

Desgaste – Máquina de los ángeles (%)/Resistance to degradation– Los Angeles machine (%)

Masa Unitaria Compacta MUC (Kg/m3)/Compact Unit Mass CMU (Kg/m3)

Masa Unitaria Suelta MUS (Kg/m3)/Loose Unit Mass (Kg/m3)

Módulo de Finura/Fineness Modulus

Equivalente de arena/Sand equivalent

Grava

Tunjuelo

2.620

2.10

28.9

1515

1387

--

--

Grava

Guasca

2.372

3.80

38.3

1496

1350

--

--

Arena

Tunjuelo

2.564

1.28

--

1787

1575

3.3

66.6

Gradation curve Specification

1 De acuerdo a definición dada por el INVIAS

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Figura 5. Gradación agregado grueso cantera TunjueloFigure 5. Gradation of coarse aggregate from Tunjuelo quarry

El cemento utilizado para el desarrollo de laspruebas es cemento Argos – El cairo Tipo I Bulto, cuyopeso especifico determinado en el laboratorio usando elmétodo de Le Chatelier es 2.97 g/cm3.

The cement used for the test is Argos–El Cairo,type I, with specific density of bulk density 2.97 g/cm3

determined at the laboratory using the Le Chaterliermethod.

Figura 6. Gradación agregado fino cantera TunjueloFigure 6. Gradation of fine aggregate Tunjuelo quarry

Figura 7. Combinación óptima de agregadosFigure 7. Optimal combination of aggregates

Gradation curve Specification

Gradation curve Specification

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228 Revista Ingeniería de Construcción Vol. 25 No2, Agosto de 2010 www.ing.puc.cl/ric

Tabla 2. Clasificación del agregado grueso evaluado en el estudioTable 2. Classification of coarse aggregate evaluated in this study

María Patricia León, Fernando Ramírez

3.2 Diseño de mezclaEn Bogotá la mayoría de diseños de mezcla se

realiza basándose en el método ACI 211.1. Sin embargose ha encontrado que muy pocos agregados de Bogotácumplen con las especificaciones dadas en este método.Este método proporciona los agregados de acuerdo altamaño máximo del agregado a la masa unitaria compactay el módulo de finura de la arena. La selección de lacantidad de agua requerida se determina de acuerdo alasentamiento de diseño, al tamaño máximo del agregadoy al contenido de aire atrapado.

El método del ACI 211.1 considera la dosificaciónde los agregados teniendo en cuenta el módulo de finura(MF) de la arena , partiendo de la base de que los agregadosutilizados en el diseño encajan dentro de las bandasgranulométricas de la especificación. La arena de lacantera del Tunjuelo tiene un MF de 3.3, valor que estápor encima de los máximos especificados en la ACI 211.1y las granulometrías de la arena y de la grava utilizadasen el estudio están por fuera de esta especificación. Poresta razón la dosificación de los agregados se realizateniendo en cuenta curvas de gradaciones ideales (Sánchez,1996), las cuales buscan minimizar el porcentaje de vacíosde la mezcla de agregados sin afectar la trabajabilidaddel concreto. La combinación de agregados resultantefue 45% grava y 55% arena. En la Figura 7 se presenta lacombinación óptima de agre-gados junto con diferenteslímites y rangos de gradaciones ideales.

Se realizaron tres diseños de mezclas deconcreto, el diseño de mezclas tipo I para un concretoconvencional usando agregado de Guasca con unaresistencia a la compresión de diseño de 21MPa y 7,5cmde asentamiento, el diseño de mezclas tipo II usando elagregado de Guasca para un concreto con una resistenciade diseño de 21 MPa y un asentamiento de 15cm, y eldiseño de mezclas tipo III usando el agregado de Tunjuelopara un concreto con resistencia de 21 MPa y unasentamiento de 15cm. Después de los procesos de diseñoy ajuste de las mezclas de concreto, las dosificacionesfinales de los materiales se presentan en la Tabla 3.

3.2 Mix designIn Bogota most mix designs are based on ACI

211.1 method. However, it has been found that fewaggregates in Bogota meet the specifications of thismethod. Such method delivers aggregates in accordancewith the aggregate maximum size and compact unit massand with the sand fineness modulus. The selection of therequired water amount is determined in accordance withthe design settlement, the maximum aggregate size andthe content of entrapped air.

The ACI 211.1 method considers the aggregatedossification taking into account the fineness modulus(FM) of the sand, assuming that the aggregates used inthe design fit the ACI specifications limits. Sand fromTunjuelo quarry has a 3.3 FM value, which is higher thanthe maximum values specified by ACI 211.1, and thegranulometry for the sand and gravel used in this studyexceeds the ACI specification. Consequently, aggregatesdossification is determined considering ideal gradationcurves (Sánchez, 1996), which purpose is to minimizethe voids content the mix, without affecting concreteworkability. The resulting aggregates combination was45% gravel and 55% sand. Figure 7 shows the optimalaggregate combination together with different limits andranks of ideal gradations.

Three concrete mix designs were conducted,mix design type I for conventional concrete using Guascaaggregate with a design compressive strength of 21MPaand 7.5 cm of settlement; mix design type II usingaggregate from Guasca, for a concrete with a designcompressive strength of 21MPa and 15cm of settlement;mix design type III using aggregate from Tunjuelo, for aconcrete with a design compressive strength of 21MPaand 15cm of settlement. After the design and adjustmentprocesses on of the concrete mixes, the final materialdossifications are shown in Table 3.

Muestra/Sample

G1

G2

G3

T

Procedencia/Location

Guasca

Guasca

Guasca

Tunjuelo

Forma/Shape

Natural

Alargado/Elongated

No alargado/Non-elongated

Natural

Índice de Alargamiento1/Elongated Index1

20%

100%

0%

16%

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Tabla 3. Diseños de mezclas por m3 de concretoTable 3. Mix design per concrete m3

3.3 Morphological characterization of the aggregatesAggregates morphological characterization was

performed using the manual measurement method forelongation, flateness, and fracture faces indexes, and bymeans of images analysis.

The manual process of measurement of indexesconsists of separating the coarse aggregates by using aseries of sieves, and then selecting particles using elongand flat gauges. Such indexes are calculated as theweighted sum of the weights of for each size of elongatedor flat particles fraction. The fractured faces is subjective,and it consists of quantifying the porcentage of particlesthat have approximately 75% of fractured faces eachfraction. The percentage of fractured faces is calculatedas the weighted sum of the results for each fraction.

The morphological analysis of the particles bymeans of images was conducted by using the Fourierdescriptors method, described in section 2, which consistsof running the particle boundary in the complex planeat constant speed. In the study, 123 descriptors (k=7) that,in accordance with the literature report, is enough toproperly rebuild the input image.

Images were obtained from photographstaken from groups of 20 particles with a 10- megapixel-digital camera. Then, with the help of an interpretationand images analysis software developed for thisproject, the geometry of a particles sample was studiedfor each fraction of the coarse aggregate for each ofthe materials described in Table 2. A total of 200particles per fraction, randomly selected, were analyzed.

3.3 Caracterización morfológica de los agregadosLa caracterización morfológica de los agregados

se realizó usando el método de medición manual deíndices de alargamiento y aplanamiento y caras fracturadas,y por medio de análisis de imágenes.

El proceso manual de medición de los índicesde alargamiento y aplanamiento consiste en separar elagregado grueso a través de la serie de tamices paraposteriormente hacer una selección de las partículas através de las galgas de alargamiento y de aplanamiento.Estos índices se calculan como la suma del porcentajeponderado del peso de partículas largas o elongadas decada fracción. El ensayo de caras fracturadas es un ensayosubjetivo y consiste en cuantificar porcentualmente laspartículas que tienen aproximadamente el 75% de carasfracturadas de cada fracción. El porcentaje de carasfracturadas se calcula como la suma del porcentajeponderado de los resultados de cada fracción.

El análisis morfológico de las partículas pormedio de imágenes se realizó usando el método de losdescriptores de Fourier descrito en la Sección 2, el cualconsiste en recorrer el contorno de la partícula en el planocomplejo a velocidad constante. En este estudio seutilizaron 128 descriptores (k=7) que de acuerdo a loreportado en la literatura es suficiente para reconstruiradecuadamente la imagen de entrada.

La imágenes fueron obtenidas mediantefotografías tomadas a grupos de 20 partículas deagregado usando una cámara digital de 10 megapixeles.Posteriormente, con la ayuda del software deinterpretación y análisis de imágenes desarrolladodurante este proyecto se estudió la geometría de unamuestra de partículas pertenecientes a cada fracciónde la serie gruesa de cada uno de los materialesdescritos en la Tabla 2. Se analizaron un total de 200partículas por fracción seleccionadas aleatoriamente.

Mezcla/Mix

Agregado/Aggregate

f’c (MPa)

Asentamiento (cm)/Settlement (cm)

Cemento (Kg)/Cement (Kg)

Agua (Kg)/Water (Kg)

Agregado grueso (Kg)/Coarse aggregate (Kg)

Agregado fino (Kg)/Fine aggregate(Kg)

Relación A/C/Relation W/C

Tipo/Type I

Guasca

21

7,5

356

188

765

948

0.53

Tipo/Type II

Guasca

21

15

372

197

754

922

0.53

Tipo/Type III

Tunjuelo

21

15

372

197

790

965

0.53

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Tabla 4. Caracterización morfológicaTable 4. Morphologic Characterization

María Patricia León, Fernando Ramírez

The process followed using the developed software canbe summarized in two stages. The first stage is the imagesconversion into a binary format and the determinationof particles perimeter coordinates. The second stageconsists of processing these coordinates to determine theFourier descriptors following the method described insection 2.2.2. In this way, quantitative information of theaggregates geometry was available for further correlationwith fresh and hardened concrete properties.

3.4 Evaluation of concrete propertiesAggregate particles shape may affect the

properties of fresh and hardened concrete. Dosingconcretes with different aggregates, may affect itsworkability and also its mechanical properties.Aggregates having different shapes have different specificsurface area that is why the amount of paste to achievethe same workability and strength may vary. The propertiesevaluated in this study to determine the shape influenceon concrete behavior are: workability, by means of thesettlement test (NTC 396- ASTM C 143), compressivestrength (NTC 673-ASTM C 39), and elasticity modulus(NTC 4025- ASTM C 469).

4. Results and discussion

4.1 Morphologic characterizationThe results of the morphologic characterization

using manual methods are shown in Table 4.

El proceso seguido con el software desarrollado puederesumirse en dos pasos. El primero es la conversión delas imágenes tomadas a un formato binario y ladeterminación de las coordenadas del perímetro de laspartículas. El segundo paso consiste en procesar estascoordenadas para determinar los descriptores de Fouriersiguiendo el método descrito en la sección 2.2.2. De estaforma se contó con información cuantitativa de lageometría de los agregados, para la posterior correlacióncon las propiedades del concreto en estado fresco yendurecido.

3.4 Evaluación de las propiedades del concretoLa forma de las partículas del agregado puede

afectar las propiedades del concreto en estado fresco yen estado endurecido. Al dosificar concretos con diferentesagregados, puede variar la trabajabilidad del mismo y suspropiedades mecánicas. Los agregados con diferenteforma tienen diferente superficie específica, por esta razón,la demanda de pasta para alcanzar una mismatrabajabilidad y una misma resistencia puede variar. Laspropiedades que se evalúan en este estudio para determinarla influencia de la forma en el comportamiento delconcreto son: trabajabilidad, por medio del ensayo deasentamiento (NTC 396- ASTM C 143), resistencia a lacompresión (NTC 673-ASTM C 39), y módulo deelasticidad (NTC 4025- ASTM C 469).

4. Resultados y discusión

4.1 Caracterización morfológicaLos resultados de la caracterización morfológica

usando métodos manuales se presentan en la Tabla 4.

Ensayo/Test

Índice de aplanamiento/Flat index (%)

Índice de alargamiento/Elongated index (%)

Caras fracturadas/Cracked sides (%)

Tunjuelo (T)

4

16

60

Guasca (G)

29

20

79

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Se observa claramente que aunque los índicesde alargamiento son similares para las dos fuentes, el deGuasca es ligeramente mayor. Una situación similar sepresenta en el caso de las caras fracturadas, ambosagregados presentan un alto porcentaje de esta propiedad,lo cual se esperaba debido a que ambos son agregadostriturados.

La caracterización de forma por medio delanálisis de imágenes utilizando el análisis de Fourier, serealizó para los descriptores -1: elongación, -2:triangularidad, y -3: cuadratura. Para esto se identificaronrangos de valores de cada descriptor de forma, en loscuales se observa una variación importante de la forma.Es así como para el descriptor -1 (Elongación), al analizarlas imágenes capturadas se encuentra que cuando eldescriptor tiene un valor menor a 0.05 la elongación esbaja, para valores entre 0.05 y 0.17 la elongación esmedia, y para valores mayores a 0.17 la elongación esalta. De la misma forma se analiza el descriptor -2 parael cual se observa triangularidad baja para valores menoresa 0.05, media para valores entre 0.05 y 0.2, y alta paravalores mayores a 2. Por último, para la cuadratura seobservan partículas redondeadas cuando el descriptor -3 es menor a 0.02, y partículas cuandrangulares paravalores mayores. Estos rangos de valores junto con lascorrespondientes variaciones de forma son ilustrados enlas Figuras 8, 9 y 10 para elongación (descriptor -1),triangularidad (descriptor -2) y cuadratura (descriptor -3)respectivamente. Asimismo, en la Tablas 5, 6 y 7 sepresenta el porcentaje del número de partículas que seencuentra dentro de cada rango de elongación,triangularidad y cuadratura para cada tipo de agregado.

Asumiendo que el rango alto de elongacióncorresponde al criterio del índice de alargamiento delmétodo manual (Tabla 2), es decir, partículas cuya relaciónde largo a tamaño medio de la fracción es mayor a 9/5,los valores obtenidos en ambos métodos son comparables.Considerando los errores asociados a la medición manualy la sensibilidad asociada a la selección de los rangos enel método de descriptores de Fourier, estos resultadosvalidan la aplicación del método de los descriptores deFourier para el índice de alargamiento.

Para el caso de los descriptores -2 y -3(triangularidad y cuadratura), no hay una variación significativapara los tres tipos de agregados analizados procedentes dela cantera de Guasca como era esperado ya que lamanipulación de este material para obtener las muestrasG1, G2, y G3 solo fue realizada en términos de elongación.

It is clear that, although elongation indexes aresimilar for both sources, that of Guasca is slightly higher.A similar situation occurs in the case of fractured faces,where both aggregates have a high percentage of thisproperty as expected, since both are crushed aggregates.

Shape characterization by means of imageanalysis using the Fourier method, was conducted fordescriptors -1: elongation, -2: triangularity, and -3:quadrature. For this purpose ranges of values wereidentified for each shape descriptor for which an importantvariation of shape. For descriptor -1 (Elongation), it isfound that when this descriptor has a value lower than0.05 the elongation is low; for values between 0.05 and0.17 elongation is high, and for values greater than 0.17elongation is intermediate. In the same way, descriptor-2 is analyzed, and shows low triangularity for valueslower than 0.05, intermediate for values between 0.05and 0.2, and high for values greater than 2. For quadrature,rounded particles are observed when descriptor -3 islower than 0.02, and quadrangular particles for greatervalues. Such value ranges along with the correspondingshape variations are depicted in Figures 8, 9 and 10 forelongation (descriptor -1), triangularity (descriptor -2) andquadrature (descriptor -3), respectively. In the same way,Tables 5, 6 and 7 present the percentage of particleswhith in each elongation, triangularity and quadratureranges for each type of aggregate.

Assuming that the high elongation rangecorresponds to the elongation index criteria of the manualmethod (Table 2), i.e., particles which length to theaverage size of the fraction ratio is greater than 9/5, thenobtained results for both methods are comparable.Considering the errors associated to manual measurementand the sensitivity associated to the selection of rangesin the Fourier descriptors method, such results validatethe application of the Fourier descriptor method for theelongation index.

In the case of descriptors -2 and -3 (triangularityand quadrature), there is no significant variationfor the three types of aggregates coming from Guascaquarry, as it was expected, since such materialmanipulation for obtaining G1, G2 and G3 samplesonly was developed in terms of elongation.

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232 Revista Ingeniería de Construcción Vol. 25 No2, Agosto de 2010 www.ing.puc.cl/ric

Tabla 6. Descripción de triangularidad (Descriptor -2)Table 6. Description of Triangularity (Descriptor -2)

María Patricia León, Fernando Ramírez

Además, las diferencias en cuadratura y triangularidadentre los agregados de Guasca y Tunjuelo son mínimasya que ambos materiales son sometidos a procesos detrituración en las respectivas canteras.

Furthermore, quadrature and triangularity differencesbetween aggregates from Guasca and Tunjuelo areminimal, because both are crushed materials.

Figura 8. Geometría típica para los rangos del descriptor -1, elongación: a. Elongación baja con descriptor menor a 0.05, b.Elongación media con descriptor entre 0.05 y 0.17, y c. Elongación alta con descriptor mayor a 0.17

Figure 8. Typical Geometry for elongation ranges of descriptor -1: a. Low elongation with descriptor lower than 0.05; b. Intermediateelongation with descriptor between 0.05 and 0.17; and c. High elongation with descriptor greater than 0.17

Tabla 5. Descripción de elongación (Descriptor -1)Table 5. Elongation Description (Descriptor -1)

Figura 9. Geometría típica para los rangos del descriptor -2, triangularidad: a. Triangularidad baja con descriptor menor a 0.05,b. Triangularidad media con descriptor entre 0.05 y 0.2, y c. Triangularidad alta con descriptor mayor a 0.2

Figure 9. Typical Geometry for triangularity ranges of descriptor -2: a. Low triangularity with descriptor lower than0.05; b. Intermediate triangularity with descriptor between 0.05 and 0.2; and c. High triangularity with descriptor greater than

Figura 10. Geometría típica para los rangos del descriptor -2, cuadratura: a. Cuadratura baja con descriptor menor a 0.02, b.Cuadratura alta con descriptor mayor a 0.02

Figure 10. Typical Geometry for quadrature ranges of descriptor -3: a. Low quadrature with descriptor lower than 0.02; b. Highquadrature with descriptor greater than 0.02.

Rango de Elongación/Elongation range

Baja/Low

Media/Intermediate

Alta/High

G1

9%

58%

33%

G2

1%

24%

75%

G3

12%

66%

22%

T

10%

66%

24%

Agregado/Aggregate

Rango de Triangularidad/Triangularity range

Baja/Low

Media/Intermediate

Alta/High

G1

47%

42%

11%

G2

48%

42%

10%

G3

44%

44%

12%

T

53%

39%

8%

Agregado/Aggregate

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Tabla 7. Descripción de cuadratura (Descriptor -3)Table 7. Description of quadrature (Descriptor -3)

4.2 Evaluation of concrete propertiesIn order to study the shape effect on the

properties of fresh and hardened concrete, three mixdesigns were prepared, which dossifications are presentedin Table 3 for the natural aggregates. Mix type I is usedto determine the shape influence when the same materialdossification is employed. With this purpose and usingthe dossification corresponding to mix type I, 9 cylinderswere prepared for each kind of aggregate G1, G2 andG3. Mix type II is employed to evaluate the effect ofmorphology keeping the same settlement andwater/cement ratio, 9 cylinders were prepared for eachkind of aggregate G1, G2 and G3. It is important to notethat mixes type II result in different dossifications for eachkind of aggregate G1, G2 and G3. Finally, mix type IIIis used to compare natural material coming from twolocations (G1 and Tunjuelo). Concrete cylinders weretested to evaluate compressive strength and elasticitymodulus, and the corresponding results are presentedbelow.

4.2.1 Shape effect – Same dossification – Mix type I

The purpose of studying this mix type is toevaluate the effect of different kinds of coarse aggregates(G1, G2 and G3) on concrete workability and strength,when the same material dossification is used in accordancewith mix design type I shown in Table 3.

The average results of settlement for each kindof aggregate are shown in Table 8. It is noticeable thatthere is a great influence of the aggregate shape on freshconcrete workability. For this mix type, the use of materialwith an elongation index of 100% (G2) yields a 43%settlement reduction compared to the obtained settlementfrom natural aggregate (G1), while the employment of anaggregate with a 0% elongation index (G3) yields asettlement increase of 32%.

4.2 Evaluación de las propiedades del concretoPara estudiar el efecto de la forma en las

propiedades del concreto en estado fresco y endurecidose realizaron tres diseños de mezclas cuyas dosificacionesse presentan en la Tabla 3 para los agregados naturales.La mezcla tipo I es usada para determinar la influenciade la forma cuando se usa la misma dosificación demateriales. Con este fin y usando la dosificacióncorrespondiente a la mezcla tipo I se prepararon 9 cilindrospara cada tipo de agregado G1, G2, y G3. La mezcla tipoII es usada para evaluar el efecto de la morfologíamanteniendo el mismo asentamiento y relación agua-cemento para lo cual se prepararon 9 cilindros para cadatipo de agregado G1, G2, y G3. Es importante anotar quelas mezclas tipo II resultan en dosificaciones diferentespara cada tipo de agregado G1, G2, y G3. Finalmente,la mezcla tipo III es empleada para comparar los materialesnaturales provenientes de las dos fuentes consideradas(G1 y Tunjuelo). Los cilindros de concreto fueron ensayadospara evaluar su resistencia a la compresión y su módulode elasticidad, y los correspondientes resultados sepresentan a continuación.

4.2.1 Efecto de la forma - Igual Dosificación- Mezclatipo I

El objeto de estudiar este tipo de mezcla esobservar el efecto que tienen los diferentes tipos deagregado grueso (G1, G2, y G3) en la trabajabilidad y enla resistencia del concreto cuando se utiliza la mismadosificación de los materiales de acuerdo al diseño demezcla tipo I presentado en la Tabla 3.

El promedio de los resultados de asentamientopara cada uno de los tipos de agregado son mostrados enla Tabla 8. Puede observarse la gran influencia que laforma del agregado tiene en la trabajabilidad del concretofresco. Para la dosificación empleada el uso de materialcon un índice de alargamiento del 100% (G2) resulta enuna reducción del 43% en asentamiento comparado conel asentamiento obtenido para el agregado natural (G1),mientras que el uso del agregado con un índice dealargamiento de 0% (G3) resulta en un incremento enasentamiento del 32%.

Rango de Cuadratura/Quadrature ranges

Baja/Low

Alta/High

G1

33%

67%

G2

33%

67%

G3

35%

65%

T

40%

60%

Agregado/Aggregate

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Los resultados de resistencia a la compresión ymódulo de elasticidad presentan una variabilidadimportante para cada tipo de agregado debida en partea la naturaleza misma del concreto. Sin embargo, estosvalores no presentaron diferencias significativas debidasal cambio de la forma del material, tal como se muestraen las Figuras 16 y 17 y en la Tabla 9.

The results for compressive strength and elasticitymodulus show an important variability for each kind ofaggregate, partly due to concrete’s physical constitution.However, such values did not exhibit significant variationsdue to change of material shape, as described in Figures16 and 17 and in Table 9.

Tabla 8. Trabajabilidad de las mezclas tipo ITable 8. Workability of mixes type I

Tabla 9. Resistencias a la compresión y módulo de elasticidad mezclas Tipo ITable 9. Compressive strength and elasticity modulus, mixes Type I

Figura 16. Resistencia a la compresión mezclas tipo IFigure 16. Compressive strength – mixes Type I

Figura 17. Módulo de elasticidad mezclas tipo IFigure 17. Elasticity modulus – mixes Type I

Asentamiento/Settlement (cm)

G1

8.2 ± 1.2

G2

4.7 ± 0.5

G3

10.8 ± 0.4

Agregado/Aggregate

Resistencia (MPa)/Strength (MPa)

Módulo de elasticidad (MPa)/Elasticity modulus (MPa)

G1

21.7 ± 2.9

15.1 ± 2.2

G2

21.1 ± 3.3

14.5 ± 1.8

G3

20.7 ± 3.3

14.4 ± 1.4

Agregado/Aggregate

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4

TIPO DE AGREGADO/TYPE OF AGGREGATE

RE

SIS

TE

NC

IA A

LA

CO

MP

RE

SIÓ

N/

CO

MP

RE

SS

IVE

STR

EN

GTH

(Kg/

cm2)

G G G

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

1 2 3G G G0

DU

LO D

E E

LAS

TIC

IDA

D E

(Kg/

cm2)

/E

LAS

TIC

ITY

MO

DU

LUS

(Kg/

cm2)

TIPO DE AGREGADO/TYPE OF AGGREGATE

0

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4.2.2 Efecto de la forma – Igual asentamiento y relaciónagua-cemento – Mezcla tipo II

Con estas mezclas se pretende encontrar lavariación en la demanda de pasta de cemento para mezclasde concreto con los diferentes tipos de agregado gruesoG1, G2, y G3, para un asentamiento específico (15cm)y manteniendo constante la relación agua cemento. Conel fin de lograr el mismo asentamiento para los diferentesagregados se tiene como base el diseño de mezcla tipoII (Tabla 3) y se modifica el volumen del agregado gruesohasta lograr el asentamiento deseado. Este proceso resultaen dosificaciones con diferentes volúmenes de pasta decemento. Las dosificaciones finales por peso se presentanen la Tabla 10, y los valores promedio de asentamientopara cada tipo de agregado en la Tabla 11.

La presencia de partículas elongadas implica unmayor contenido de vacíos y por lo tanto una mayordemanda de pasta de cemento. De acuerdo a los resultadosmostrados en la Tabla 10, la mezcla preparada conagregado tipo G2 el cual tiene un índice de alargamientodel 100% requiere un 1.9% más de volumen de pastaque el agregado natural, mientras que el uso del agregadoG3 con un índice de alargamiento del 0% requiere un4.0% menos de pasta en comparación con la mezcla conel agregado sin manipular. La demanda de pasta aumentaen un 5.9% de una mezcla con agregado sin partículasalargadas (G2) a una con 100% de partículas alargadas(G3).

4.2.2 Shape effect – Same settlement and water-cementratio, Mix type II

Such mixes intend to find the amount variationof cement paste for concrete mixes for different kinds ofcoarse aggregate G1, G2 and G3, for a specific settlement(15 cm) keeping the ratio water/cement ratio constant. Inorder to achieve the same settlement for differentaggregates, the mix design type II (Table 3) is taken as astandard, and the coarse aggregate volume is modifieduntil achieving the desired settlement. Such process yieldsdosages with different cement paste volumes. Final dosagesper weight are indicated in Table 10 and the averagevalues of settlement for each kind of aggregate are shownin Table 11.

The presence of elongated particles involves ahigher voids content, and therefore a higher amount ofcement paste. Accordingly with results in Table 10, themix prepared with aggregate type G2, which has anelongation index of 100%, requires a 1.9% paste volumeincrease than the natural aggregate; while the mix of G3aggregate, with a 0% elongation index, requires 4.0%less cement paste compared to the non-manipulatedaggregate mix. Demand of paste increases in 5.9% for amix with aggregates without elongated particles (G2),compared to one with 100% elongated particles (G3).

Tabla 10. Variación en la dosificación de la mezcla tipo II por m3 de concreto debidas a la formaTable 10. Dossification variation of mix type II m3 per of concrete, due to particle shapes

Tabla 11. Trabajabilidad de las mezclas tipo IITable 11. Workability of mixes type II

Agregado/Aggregate

f’c (MPa)

Asentamiento/Settlement (cm)

Cemento/Cement (Kg)

Agua/Water (Kg)

Agregado grueso/Coarse aggregate (Kg)

Agregado fino/Fine aggregate (Kg)

Relación/Ratio A/C

G1

21

15

372

197

754

922

0.53

G2

21

15

379

201

747

913

0.53

G3

21

15

357

189

769

939

0.53

Asentamiento/Settlement (cm)

G1

15.8 ± 0.8

G2

17.2 ± 0.3

G3

15.3 ± 0.4

Agregado/Aggregate

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Los resultados de los ensayos de resistencia a lacompresión y módulo de elasticidad se presentan en laFiguras 18 y 19 y en la Tabla 12. No se observa un cambiosignificativo en las resistencias del concreto fabricadocon agregado G1 y con el G2. Igualmente se observa unasimilitud en el comportamiento de las resistencias a lacompresión y de los módulos de elasticidad de losagregados G1 y G3, con una ligera disminución de laresistencia a la compresión y del módulo de elasticidaddel agregado G3. De acuerdo a lo presentado en la Tabla10, la mezcla realizada con agregado G2 contiene cercade un 2.0% más de cantidad de pasta que la mezclarealizada con el agregado G1 mientras que la muestraG3 presenta un 4.0% menos de cantidad de pasta, lo queindica que el comportamiento de la resistencia a lacompresión y del módulo de elasticidad puede estarprincipalmente afectado por el volumen de pasta, sindescartar el aporte de la resistencia que puede suministrarla trabazón entre partículas.

Results for compressive strength and elasticitymodulus are shown in Figures 18 and 19, and Table 12.There is no significant change in strength for concreteprepared with G1 and G2 aggregates. In the same way,the compressive strength and elasticity modulus behaviorfor G1 and G3 aggregates is similar with a minor decreaseof compressive strength and elasticity modulus for G3aggregate. Accordingly with Table 10, the mix preparedwith G2 aggregate contains about 2.0% more paste thanthe mix prepared with G1 aggregate; while G3 mixrequires 4.0% less paste, which indicates that compressivestrength and elasticity modulus behaviors can be mainlyaffected by the paste volume, not disregarding the influencein strenght of the particles.

Figura 18. Resistencia a la compresión mezclas tipo IIFigure 18. Compressive strength – mixes Type II

Figura 19. Módulo de elasticidad mez-clas tipo IIFigure 19. Elasticity modulus – mixes Type II

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3G G G

TIPO DE AGREGADO/TYPE OF AGGREGATE

RE

SIS

TE

NC

IA A

LA

CO

MP

RE

SIÓ

N/

CO

MP

RE

SS

IVE

STR

EN

GTH

(Kg/

cm2)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

2 3G G G

DU

LO D

E E

LAS

TIC

IDA

D E

(Kg/

cm2)

/E

LAS

TIC

ITY

MO

DU

LUS

(Kg/

cm2)

TIPO DE AGREGADO/TYPE OF AGGREGATE

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4.2.3 Influencia de los agregados – ProcedenciaEste tipo de mezcla busca comparar las

propiedades del concreto utilizando agregados dediferentes fuentes (G y T).

Los diseños de mezcla utilizados para estacomparación son el tipo I y el tipo III descritos en la Tabla3 correspondientes a los dos agregados anteriormentemencionados. Los resultados de asentamiento mostradosen la Tabla 13 son consistentes con lo reportado en laliteratura, ya que el índice de alargamiento del agregadode Tunjuelo (T) es menor que aquel del agregado deGuasca (G1).

En las Figuras 20 y 21 y en la Tabla 14 sepresentan los resultados de resistencia a la compresión ymódulo de elasticidad correspondientes a las mezclas tipoI y tipo III. Se puede observar que la resistencia a lacompresión y el módulo de elasticidad del concretorealizado con el agregado T tiene mayores resistenciasque el agregado G debido a que el primero tiene mejorescaracterísticas físicomecánicas según lo indica su mayorpeso específico y menor porcentaje de desgaste (Tabla 1).

4.2.3 Aggregates InfluencesThis type of mix intends to compare concrete

properties by using aggregates from different locations (Gand T).

Mix designs in this comparison are type I andtype III described in Table 3, corresponding to the twopreviously mentioned aggregates. Settlement results shownin Table 13 are consistent to literature reports, since theelongation index for Tunjuelo aggregate (T) is minor thanthat of Guasca aggregate (G1).

Figure 20, Figure 21, and Table 14 show theresults for compressive strength and elasticity modulus inmixes type I and type III. It can be seen that compressivestrength and elasticity modulus for T aggregate are greaterthan for G aggregate, because T has better physico-mechanical characteristics as proven by its higher specificweight and minor resistance to degradation percentage(Table 1).

Tabla 12. Resistencias a la compresión y módulo de elasticidad mezclas Tipo IITable 12. Compressive strength and elasticity modulus mixes Type II

Tabla 13. Trabajabilidad de las mezclas tipo I y tipo IIITable 13. Workability of mixes type I and type III

Figura 20. Resistencia a la compresión mezclas tipo 3Figure 20. Compressive strength – mixes Type III

Resistencia/Strength (MPa)

Módulo de elastcidad/Elasticity modulus (MPa)

G1

25.2 ± 2.5

15.1 ± 1.6

G2

25.0 ± 2.1

15.9 ± 2.4

G3

23.2 ± 1.7

15.0 ± 0.8

Agregado/Aggregate

Asentamiento/Settlement (cm)

G1

15.8 ± 0.5

T

18.7 ± 0.7

Agregado/Aggregate

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3G T

TIPO DE AGREGADO/TYPE OF AGGREGATE

RE

SIS

TE

NC

IA A

LA

CO

MP

RE

SIÓ

N/

CO

MP

RE

SS

IVE

STR

EN

GTH

(Kg/

cm2)

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5. Conclusiones

La morfología de los agregados influye en laspropiedades del concreto en estado fresco y endurecido,con una mayor influencia en la manejabilidad que en laspropiedades mecánicas. La medición de la forma por losmétodos tradicionales es subjetiva, por esta razón en losúltimos años se han utilizado tecnologías de análisis deimágenes para determinar las características de forma delas partículas. En este estudio se determinaron lascaracterísticas morfológicas de diferentes agregados usandolos métodos tradicionales y el método de análisis deimágenes por medio de los descriptores de Fourier, paraluego evaluar la influencia de la elongación de laspartículas en las propiedades del concreto: asentamiento,resistencia a la compresión y módulos de elasticidad. Conbase en la investigación realizada, y para los materiales,numero de muestras, y análisis considerados se puedenobtener las siguientes conclusiones:a. Los valores obtenidos de alargamiento con el método

manual y el de análisis de imágenes con descriptoresde Fourier presentan pequeñas diferencias. Estasdiferencias son causadas por los errores asociados conla medición manual y con la sensibilidad en la selecciónde los rangos en el método de Fourier.

5. Conclusions

Aggregates morphology affects the properties offresh and hardened concrete, with a higher influence onworkabil ity than on mechanical properties.Shape measurements by means of traditional methods issubjective, therefore during recent years image analysistechnologies have been employed in order to determinethe particles shape characteristics. In this study themorphologic characteristics of different kinds of aggregateswere determined using traditional methods, and imageanalysis by means of Fourier descriptors, in order toevaluate the influence of the elongation of the particleson the concrete properties: settlement, compressive strengthand elasticity modulus. Based on this research, materials,number of samples and analyses considered, the followingconclusions can be obtained:

a. The values obtained for elongation from manual methodsand Fourier description analysis, yield minor differences.Such differences are originated by errors associatedwith manual measurements and the sensitivity in theselection of ranges in the Fourier method.

Figura 21. Módulo de elasticidad mezclas tipo 3Figure 21. Elasticity modulus – mixes Type III

Compression strength - Type of aggregate Elasticity Modulus - Type of aggregate

Tabla 14. Resistencias a la compresión y módulo de elasticidad mezclas Tipo I y Tipo IIITable 14. Compressive strength and elasticity modulus mixes Type I and Type III

0

50

100

150

200

250

300

350

G1 T

DU

LO D

E E

LAS

TIC

IDA

D E

(Kg/

cm2)

/E

LAS

TIC

ITY

MO

DU

LUS

(Kg/

cm2)

TIPO DE AGREGADO/TYPE OF AGGREGATE

30

Resistencia/Strength (MPa)

Módulo de elastcidad/Elasticity modulus (MPa)

G1

25.2 ± 2.5

15.1 ± 1.6

T

27.4 ± 0.9

18.2 ± 1.7

Agregado/Aggregate

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7. Referencias / References

b. Las mezclas con igual dosificación presentan variacionessignificativas en el asentamiento para los diferentestipos de agregado. Las partículas alargadas disminuyenel asentamiento del concreto y por lo tanto reducen sutrabajabilidad. Esto implica ajustes en los diseños demezclas de concreto para obtener la trabajabilidaddeseada.

c. La resistencia a la compresión y el módulo de elasticidadde las mezclas con igual dosificación pero con agregadoscon diferentes contenidos de partículas alargadas nopresentan diferencias significativas, por lo tanto la formano representa un factor que influya en las propiedadesmecánicas del concreto.

d. Al ajustar los diseños de mezclas utilizando agregadosde diferentes formas para un asentamiento dado seobtuvo que los volúmenes de pasta varían en un 5,9%entre agregados con índices de elongación baja (G2)y alta (G3). Las mezclas presentaron comportamientosde resistencia a la compresión similares.

e. Comparando los resultados de resistencia a lacompresión y módulo de elasticidad de los concretosrealizados con el agregado T y G1, se observa que Ttiene mayores resistencias que el agregado G1 debidoa que el primero tiene mejores características físico-mecánicas según lo indica su mayor peso específico ymenor porcentaje de desgaste.

b. Mixes prepared with the same mix dossification showsignificant settlement variations for different kinds ofaggregates. Elongated particles decrease concretesettlement and, therefore, reduce its workability. Thisimplies that adjustments must be made on the concretemix design in order to obtain a desired workability.

c. Compressive strength and elasticity modulus of mixesprepared with the same dossification, but differentcontent of elongated particles, do not show significantdifferences, therefore, shape is not an important factoron concrete mechanical properties.

d. For mix designs using different shapes aggregates fora given settlement, it was found that the paste volumevary from 5.9% between aggregates with low elongationindex (G2) and high elongation index (G3). Such mixesshowed similar behaviors for compressive strength andelasticity modulus.

e. By comparing the results of compressive strength andelasticity modulus on concretes prepared with aggregateT and G1, it is noticeable that T has higher strengthsthan aggregate G1, because T has better physico-mechanical characteristics as proven by its higherspecific weight and minor resistance to degradationpercentage.

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