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PROPIEDADES RESISTENTES DE LOS AGREGADOS
A. RESISTENCIA
La resistencia de materiales se refiere a la capacidad de los sólidos deformables para soportar tensiones sin alterar su estructura interna o romperse.
La resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados; la textura, la estructura y composición de las partículas del agregado influyen sobre la resistencia.
Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros consecuentemente serán débiles. La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita la resistencia total de la matriz cementante.
B. TENACIDAD
En ciencia de materiales, la tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones. En mineralogía la tenacidad es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido, siendo una medida de su cohesión.
Medida de la tenacidad
Si se somete una probeta de sección constante a un ensayo de tracción cuasiestático la tenacidad puede medirse como:
Donde:
Es la tensión máxima del material Es la deformación máxima del material
Es la deformación de rotura del material
Esta característica está asociada con la resistencia al impacto del material. Está directamente relacionada con la flexión, angularidad y textura del material.
C. DUREZA
La dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie.
Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o en general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus constituyentes.
Entre las rocas a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos de abrasión o erosión y pueden ser el cuarzo, la cuarzita, las rocas densas de origen volcánico y las rocas silicosas.
D. MODULO DE ELASTICIDAD
Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica, considerándosele como una medida de la resistencia del material a las deformaciones.
El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los agregados sin embargo el concreto experimentara deformaciones por lo que es razonable intuir que los agregados también deben tener elasticidades acordes al tipo de concreto. El valor del módulo de elasticidad además influye en el escurrimiento plástico y las contracciones que puedan presentarse.
RESISTENCIAS MECANICAS DE LOS AGREGADOS
La influencia de los agregados en la resistencia del hormigón no sólo es debida a la propia resistencia de éstos, sino también a su forma, textura, limpieza superficial y absorción.Lo normal es que los hormigones tengan una resistencia a compresión comprendida entre 20 y 50 MPa. Los agregados comúnmente usados tienen resistencias muy superiores a estos valores.Sin embargo cuando se requiere producir hormigones de alta resistencia sí es necesario realizar una cuidadosa selección de los agregados, considerando su resistencia. En este caso particular el mortero cementicio alcanza resistencias muy altas y, por lo tanto, la piedra debe estar a un nivel similar o superior.
A. RESISTENCIA AL DESGASTE
La resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros.
Para determinar la dureza se utiliza un método indirecto cuyo procedimiento se encuentra descrito en la Normas ICONTEC 93 y Norma ICONTEC 98 para los agregados gruesos. Dicho método más conocido como el de la Máquina de los Ángeles, consiste básicamente en colocar una cantidad especificada de agregado dentro de un tambor cilíndrico de acero que está montado horizontalmente. Se añade una carga de bolas de acero y se le aplica un número determinado de revoluciones. El choque entre el agregado y las bolas
da por resultado la abrasión y los efectos se miden por la diferencia entre la masa inicial de la muestra seca y la masa del material desgastado expresándolo como porcentaje inicial.
Porcentaje de desgaste = [ Pa – Pb ] / Pa
Donde
Pa es la masa de la muestra seca antes del ensayo (grs)
Pb es la masa de la muestra seca después del ensayo, lavada sobre el tamiz 1.68 mm
En el ensayo de resistencia a la abrasión o al desgaste se utiliza la Maquina de los Ángeles. Esta es un aparto constituido por un tambor cilíndrico hueco de acero de 500 mm de longitud y 700 mm de diámetro aproximadamente, con su eje horizontal fijado a un dispositivo exterior que puede transmitirle un movimiento de rotación alrededor del eje. El tambor tiene una abertura para la introducción del material de ensayo y de la carga abrasiva; dicha abertura está provista de una tapa que debe reunir las siguientes condiciones:
a. asegurar un cierre hermético que impida la perdida del material y del polvo.
b. Tener la forma de la pared interna del tambor, excepto en el caso de que por la disposición de la pestaña que se menciona más abajo, se tenga certeza de que el material no puede tener contacto con la tapa durante el ensayo.
c. Tener un dispositivo de sujeción que asegure al mismo tiempo la fijación rígida de la tapa al tambor y su remoción fácil.
El tambor tiene fijada interiormente y a lo largo de una generatriz, una pestaña o saliente de acero que se proyecta radialmente, con un largo de 90 mm aproximadamente. Esta pestaña debe estar montada mediante pernos u otros medios que aseguren su firmeza y rigidez. La posición de la pestaña debe ser tal que la distancia de la misma hasta la abertura, medida sobre la pared del cilindro en dirección de la rotación, no sea menor de 1250 mm. La pestaña debe reemplazarse con un perfil de hierro en ángulo fijado interiormente a la
tapa de la boca de entrada, en cuyo caso el sentido de la rotación debe ser tal que la carga sea arrastrada por la cara exterior del ángulo.
Una carga abrasiva consiste en esfera de fundición o de acero de unos 48 mm de diámetro y entre 390 y 445 gramos de masa, cuya cantidad depende del material que se ensaya, tal como se indica en la siguiente tabla
TIPO NÚMEROS DE ESFERAS
MASA DE LAS ESFERAS (grs)
A
B
C
D
12
11
8
6
5000 ± 25
4584 ± 25
3330 ± 25
2500 ± 15
PROCEDIMIENTO
Se mide unos 5000 grs de muestra seca con una aproximación de 1 gramo y se coloca junto con la carga abrasiva dentro del cilindro; se hace girar este con una velocidad entre 30 y 33 rpm, girando hasta completar 500 vueltas teniendo en cuenta que la velocidad angular es constante.
Después se retira el material del cilindro y luego se hace pasar por el tamiz # 12 según lo establecido en la Norma ICONTEC 77. El material retenido en el tamiz #12 debe ser lavado y secado en el horno a una temperatura comprendida entre 105 °C y 110 °C. Al día siguiente se cuantifico la muestra eliminando los finos y luego fue pesada.
DATOS Y RESULTADOS
Peso de la Muestra seca del agregado (Pa) = 4997 grs
TAMIZ PESO RETENIDO (grs)
1 ½"
1"
¾ "
½ "
1250,7
1239,3
1231,4
1275,6
Total 4997
Tipo A 12 esferas 500 vueltas
Peso seco del ensayo lavado sobre el tamiz #12 (Pb) = 3298 grs
Porcentaje de desgaste = ( [ Pa – Pb ] / Pa ) * 100
Porcentaje de desgaste = ( [ 4997 - 3298] / 4997) * 100
Porcentaje de desgaste = 34%
CONCLUSIONES
Según los resultados obtenidos en el laboratorio se puede concluir que contamos con un agregado de alta resistencia al desgaste.
Por lo tanto que dicho agregado es apto para el diseño de la mezcla de concreto, ya que nos podría garantizar buenos resultados al ser utilizado debido a la dureza que presenta al ser sometido a fricciones junto con las esferas
También se puede tener en cuenta que las propiedades de los agregados dependen principalmente de las características de la roca madre de donde proviene.
El porcentaje de desgaste de 34% sirve para la fabricación de losas, pisos y estructuras donde se emplee el concreto.
B. RESISTENCIA A LA CONGELACION Y DESHIELO
La resistencia a la congelación de un agregado, que es una característica importante para el concreto que se aplique exteriormente, se relaciona con su porosidad, absorción, permeabilidad y estructura de los poros. Una partícula de agregado puede absorber tanta agua (hasta la saturación crítica) que no puede soportar la expansión y la presión hidráulica que ocurren durante al congelamiento del agua.
Si hay una cantidad suficiente de partículas afectadas, puede haber una expansión del agregado y una posible desintegración del concreto. Si una única partícula problemática está cerca de la superficie del concreto, puede ocurrir una erupción. Las erupciones generalmente aparecen con fragmentos cónicos que se desprenden de la superficie del concreto. En este caso, la partícula de agregado afectada se encuentra en el fondo del hueco. Normalmente son las partículas del agregado grueso, más que del fino, que presentan valores más elevados de porosidad y poros con tamaños medianos (0.1 a 5 µm), las que más fácilmente se saturan y causan la deterioración del concreto y el aparecimiento de erupciones. Los poros más grandes normalmente no se saturan o causan fallas en el concreto y el agua en los poros más finos tal vez no se congele fácilmente. En cualquier velocidad de congelamiento, puede haber un tamaño de partícula crítico que al superar la partícula fallará cuando estuviera críticamente saturada.
El tamaño crítico depende de la velocidad de congelación y de la porosidad, permeabilidad y resistencia a la tensión (tracción) de la partícula. En los agregados de granos finos con baja permeabilidad (por ejemplo, chert), el tamaño crítico de las partículas puede estar dentro del rango de tamaños normales del agregado. El tamaño crítico es mayor para los agregados con granos más gruesos o para aquéllos con un sistema de capilaridad
interrumpido por muchos macro poros (vacíos tan grandes que no mantienen la humedad por acción capilar). Para estos agregados, el tamaño crítico de partícula puede ser suficientemente grande para que no tenga ninguna consecuencia, aunque la absorción sea elevada. Si se utilizan agregados potencialmente vulnerables en el concreto que se mantenga permanentemente seco, estos agregados pueden nunca volverse suficientemente saturados para que causen daños al concreto.
El agrietamiento (fisuración) de los pavimentos, causado por el deterioro por congelación-deshielo del agregado en el concreto, se llama de agrietamiento en D. Este tipo de fisuras se ha observado en algunos pavimentos después de tres o más años de servicio. El concreto con fisuras en D se parece al concreto dañado por el congelamiento que causa la deterioración de la pasta. Las grietas en D son fisuras poco espaciadas y paralelas a las juntas transversal y longitudinal que posteriormente se multiplican desde las juntas hacia el centro del panel del pavimento (Fig. 5-15). El agrietamiento en D es función de las propiedades de los poros de ciertos tipos de agregados y del ambiente de exposición del pavimento. Debido a la acumulación natural de agua bajo los pavimentos en las capas de subbase y base, los agregados eventualmente se pueden volver saturados. Entonces, con los ciclos de congelación y deshielo, el agrietamiento del concreto empieza en los agregados saturados (Fig. 5-16), en el fondo de la losa y se propaga hacia arriba hasta que alcance la superficie. Este problema se puede reducir o con la elección de los agregados con mejor desempeño en los ciclos de congelación-deshielo o, cuando se deben utilizar agregados susceptibles a daños por congelamiento, con la reducción del tamaño máximo de las partículas. Además, la instalación de bases permeables o de un sistema de drenaje meficiente que retire el agua de abajo del pavimento, puede ser útil (Harrigan 2002).
El comportamiento de los agregados expuestos a congelamiento y deshielo se puede evaluar de dos maneras: (1 desempeño anterior en campo y (2) ensayos
de laboratorio en probetas de concreto. Si los agregados de una misma fuente presentaron un comportamiento en servicio satisfactorio cuando usados en el concreto, se los podría considerar adecuados. Los agregados que no tengan un registro de servicio se pueden considerar aceptables si tuvieran un comportamiento satisfactorio en el ensayo de congelación deshielo ASTM C 666 (AASHTO T 161), COVENIN 1601 NCh2185, NMX-C-205. En este ensayo, probetas de concreto producidas con el agregado en cuestión se someten a ciclos alternados de congelación y deshielo en agua. El deterioro se mide por: (1) la reducción en el módulo de elasticidad dinámico, (2) expansión lineal y (3) pérdida de masa de espécimen. Muchos departamentos de autopistas de los
Estados Unidos usan el criterio de la falla cuando se atinge una expansión de 0.035% en 350 ciclos o menos para ayudar a indicar si un agregado es susceptible al agrietamiento en D. Los diferentes tipos de agregados pueden cambiar los niveles del criterio y las correlaciones empíricas de los ensayos de laboratorio de congelación-deshielo. Se deben hacer registros de servicio de campo para elegirse el criterio adecuado (Vogler y Grove 1989).
Fig. 5-15. Agrietamiento tipo D a lo largo de la junta trans-versal, causado por la falla del agregado grueso de carbo-nato (Stark 1976).
Fig. 5-16. Partícula fracturada de agregado de carbonatocomo una fuente de falla en el agrietamiento tipo D(aumento de 2.5X) (Stark 1976).
Las especificaciones pueden requerir que la resistencia al intemperismo se demuestre a través de ensayos con sulfato de sodio y sulfato de magnesio (ASTM C 88 o AASHTO T 104, COVENIN 0271, IRAM 1525, NCh1328, NMX-C-075-1997- ONNCCE, NTC 126, NTP400.016). El ensayo consiste en un número ciclos de inmersiones del agregado en una solución de sulfato, pues la presión interna que se cría con el crecimiento de los cristales de sal en los poros de los agregados se asemeja con aquélla producida por el congelamiento del agua. Entonces, se seca la muestra en el horno y se calcula el porcentaje de pérdida de masa.
Infelizmente, este ensayo, algunas veces, es engañoso. Los agregados que se comportan de manera satisfactoria en este ensayo pueden producir concretos con baja resistencia a congelación-deshielo y, por el contrario, agregados con un desempeño pobre pueden producir concretos con la resistencia adecuada. Esto se atribuye, al menos en parte, a que los agregados en el ensayo no están confinados por la pasta de cemento (como estarían en el concreto) y los mecanismos de ataque no son los mismos de la congelación-deshielo. El ensayo es más confiable para rocas estratificadas con capas porosas o planos de estratificación.
Un ensayo adicional, que se puede utilizar en la evaluación del agregado cuanto al aparecimiento potencial de fisuras en D, es el método de liberación
rápida de presión. El agregado se coloca en una cámara presurizada y, entonces, se libera la presión rápidamente causando la fractura del sistema de poros dudoso (Jansen y Zinder 1994). El grado de fisuración indica el potencial de agrietamiento en D.
