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8/2/2019 QM6-AGREGADOS [Modo de ad

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Qumica de Materiales - Mdulo 6 M. Sc. Carlos Medina / Unisucre

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QUMICA DE MATERIALES(Cdigo: 235431)

M. Sc. Carlos MedinaDepartamento de Ingeniera Civil

Universidad de SucreQumica de Materiales - Mdulo 6 M. Sc. Carlos Medina / Unisucre

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AGREGADOS PARA EL CONCRETO

Los agregados son una masa de materiales casi siempre ptreos,

que se consideraban originalmente inertes y que unidos pormedio de la pasta de cemento conforman la masa del concreto.

Sin embargo, los agregados no son realmente inertes y suspropiedades fsicas, qumicas, mecnicas y trmicas influyensobre el comportamiento del concreto.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOLos agregados ocupan entre 60% y 80% del volumen total delconcreto. Estn constituidos por la parte fina (arena) y la partegruesa (grava o piedra triturada)

Pueden provenir de fuentes naturales o artificiales.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOLa arena o agregado fino, es aquella cuyo dimetro vara entre 75micras y 5 mm.

Contenido de agregado fino normalmente del 35% al 45% pormasa o volumen total del agregado


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOla grava o agregado grueso es aquella con dimetro superior a 5

mm.

Normalmente entre 9.5 y 37.5 mm (3/8 y 1 pulg


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOEl material con dimetro menor que 75 micras son generalmente

limo o arcilla, cuyas partculas tienen ciertas caractersticas queinterfieren en el proceso de hidratacin del cemento y de all quese consideren perjudiciales en el concreto.

Para que un agregado pueda ser utilizado en la fabricacin deconcreto debe tener propiedades como una buena distribucin detamaos de las partculas, forma y textura superficial apropiada;granos poco porosos, resistentes y duros que no contengansustancias qumicas que reaccionen con la pasta de cemento,libres de limo, arcilla, materia orgnica, partculas dbiles, etc.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPuesto que los agregados son menos costosos por volumen, queel cemento, generalmente se cree que la nica razn de colocarla mayor cantidad posible de fragmentos minerales es la deformar un relleno.

Pero, aunque ciertamente la economa es el factor principal de

reemplazar pasta de cemento por agregados, estos tienen unaaccin determinante sobre las caractersticas del concreto


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOCLASIFICACIN GENERALLos agregados comnmente se clasifican segn su procedencia,tamao, caractersticas petrogrficas y densidad. Talesclasificaciones sirven principalmente como una ayuda para lafamiliarizacin con los diferentes tipos de agregados o en laidentificacin de rasgos particulares.

Segn su origen o procedencia.De acuerdo con su origen, los agregados se clasifican ennaturales o artificiales, segn provengan de fuentes naturales osean fabricados a partir de productos industriales.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOAgregados Naturales :

Se encuentran directamente de la corteza terrestre producto de lameteorizacin fsicas de las rocas metamrficas y sedimentarias.Son los que se encuentran en la corteza terrestre (casi siempreen un mismo lugar de origen), y sus partculas se forman por laaccin directa con la naturaleza por proceso de trituracin yfragmentacin inducidos por el hombre, la mayora de suspropiedades qumicas son iguales a la de la roca madre.

A travs de estos procesos se obtienen los agregados

tradicionales como gravas y arenas

Las arenas y gravas naturales son el producto de laintemperizacin y arrastres fluviales y se puede obtener por dosmedios:


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOEl primero consiste en explotar l material del lecho del ro y

aprovecharlo con su gradacin natural (este material es el que seconoce como canto rodado y arena de ro).

Bancos de sedimentacin: son los bancos construidosartificialmente para embancar el material fino-grueso quearrastran los ros.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOCauce de ro: corresponde a la extraccin desde el lecho del ro,en los cuales se encuentra material arrastrado por elescurrimiento de las aguas.

Pozos secos: zonas de antiguos rellenos aluviales en vallescercanos a ros.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOEn el segundo, algunos tamaos son obtenidos mediante latrituracin y tamizado de rocas naturales ms grandesprocedentes de canteras o de ro, y de aqu el nombre deagregados triturados. Tambin es posible aprovechar las arenasde las playas.

Canteras: es la explotacin de los mantos rocosos o formacionesgeolgicas, donde los materiales se extraen usualmente desde cerrosmediante tronaduras.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOAgregados Artificiales :

Reciben tambin el nombre de manufacturados, son aquellosfabricados por el hombre.

Se obtienen a travs de procesos industriales de licuefaccin,pulverizacin y solidificacin, generalmente se usan para algunospropsitos especiales.

Los minerales en este estado se llevan a los tamaos indicados yse vuelven a endurecer para su posterior utilizacin, de este

grupo hacen parte la escoria de alto horno, arcillas expandida,limaduras de hierro, etc.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOTal es el caso de la elaboracin de concretos livianos, en donde

se puede utilizar agregados artificiales obtenidos a partir deproductos y procesos industriales como arcilla expandida, ladrillotriturado y escorias de alto horno; tambin en la produccin deconcretos pesados en donde se puede usar limaduras de hierro.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPara la fabricacin de concretos de peso normal es posibleutilizar como agregado el clinker, y ltimamente se estaprovechando el concreto triturado procedente de demolicionesde donde se obtienen agregados relativamente econmicos.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOSegn su tamao:Se dividen en dos grandes grupos: finos y gruesosAgregado Fino :Materiales cuyas partculas estn entre el tamiz #4 y el tamiz # 200 esdecir entre 4,76 mm y 0.075 mm.

Los agregados finos siempre se van a conocer como arenas. Losagregados finos menores de 0.075 mm generalmente son limos oarcillas cuyas partculas tienen ciertas caractersticas que interfierenen el proceso de hidratacin del cemento, por esto se consideranperjudiciales. Por eso se consideran no recomendables

Las arenas gruesas y medias se utilizan para la fabricacin delconcreto, mientras que las finas se emplean para la pega de losbloques.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOAgregado Grueso :

Son materiales cuyas partculas tienen tamaos de 7.6 cm (3") a4.76 mm. (# 4). Todo lo que est por encima de 3" todava notiene condiciones para el concreto.

Los agregados gruesos normales se utilizan 11/2 " a 3/8.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOSegn su densidad:

Se divide en 3 grupos (ligero, normal, pesado)

Agregado Ligero: Son aquellos cuya densidad o peso unitariooscila entre 500 y 1000 Kg/m. Entre estos tenemos pizarrasexpandidas, esquistos, escorias, arcillas expandidas, pmez,perlita etc. Se utiliza en concreto de relleno o en mamposteraestructural, concreto para aislamiento y concretos que no van aser sometidos a altos esfuerzos estructurados.

Producen concreto estructuralligero 1350 a 1850 kg/m3


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOAgregado Normal: Son aquellos cuya densidad o peso unitariooscila entre 1300 y 1600 Kg/m. Se encuentran en gravas detrituracin, arena de ro, clinker, escoria de fundicin. Se utiliza enconcreto de toda ndole es decir concretos estructurales y noestructurales.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOAgregado Pesado: Son aquellos cuya densidad o peso unitariooscila entre 3000 y 7000 Kg/m3.

Por lo general hay que fabricarlos, se utilizan en concretosespeciales (concreto para macizo de anclaje) , que van a estarexpuestos a rayos ultravioletas y radiaciones, ya que estosagregados son capaces de absorber estas radiaciones.

Tambin en concretos de alta resistencia estructural y aislante.Entre estos tenemos la barita, limonita, magnetita , limaduras deacero y hematita.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOFunciones de los agregados :

En estado plstico la arena y la pasta actan como lubricantes delas partculas ms gruesas para que el concreto pueda sermezclado, transportado, colocado, compactado y terminado enforma adecuada.

Al introducir agregados estos forman un vnculo de tal maneraque se genera una superficie de adherencia que disminuye loscambios de volumen y disminuye el volumen total que puede

sufrir contraccin.

Dado que los agregados ocupan 3/4 partes del volumen delconcreto, una de las principales funciones es aumentar laeconoma, ya que stos son menos costosos por volumen decemento, es decir sirven de relleno.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOFunciones de los agregados :

Otra de las funciones ms importantes de los agregados es la deaportar parte de la resistencia propia a la resistencia a lacomprensin del concreto.

En muchos casos aportan densidad a la mezcla de concreto.

Aportan durabilidad ante agentes nocivos al concreto, tales comosuelos agresivos, ciclos de humedad y secado

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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPROPIEDADES QUMICAS

La mayora de los agregados son inertes, lo cual quiere decir queno reaccionan qumicamente con los dems constituyentes delconcreto.

Sin embargo se han observado algunas reaccionesespecialmente con la pasta de cemento y por lo general dainaspara el concreto.

EPITAXIALa nica reaccin qumica favorable de los agregados, conocidahasta el momento, la cual mejora la adherencia entre ciertosagregados calizos y la pasta de cemento, a medida quetranscurre el tiempo.


AGREGADOS PARA EL CONCRETOREACCIN ALCALI - AGREGADOS

Es una Reaccin que se produce entre los xidos de silicio (SiO2)de algunos agregados y los hidrxidos alcalinos de la pasta(Na2O y H2O),.

Produce una GEL hinchable que aumenta de volumen a medidaque absorbe agua, generando presiones internas originando laexpansin, el agrietamiento y la rotura de la pasta (prdida decaractersticas resistentes).

Esta reaccin tambin se conoce como lcali-Slice, es tambinla ms comn de todas las reacciones perjudiciales.

Nota a estudiantes: averiguar que rocas contienen slice activa


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOLa Reaccin lcali-Carbonato produce el mismo fenmeno,

pero es mucho menos frecuente.Rocas Silceas : Pedernaz, palo, calcedonia, calizas, Dolomitas.Rocas Volcnicas Acidas : Riolitas, Latitas, Andesitas.Cuarzo cristalino.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPROPIEDADES FSICAS DE LOS AGREGADOS

Las propiedades fsicas que tienen mayor importancia en elcomportamiento mecnico de las mezclas de concreto son:

GranulometraDensidad o peso especificoForma y textura.Porosidad y AbsorcinMasa unitaria


AGREGADOS PARA EL CONCRETOGranulometraLa gradacin de una masa de agregados se define como ladistribucin del tamao de sus partculas.

Para obtener un buen concreto, es necesario que la mezcla dearena y de piedra logre una granulometra que proporcione masa

unitaria mxima, puesto que con esta condicin el volumen de losespacios entre las partculas es mnimo y por consiguiente lacantidad de pasta necesaria para pegarlas y para llenar losespacios entre ellas ser mnimo, lo cual dar lugar a una mezclade mejores condiciones tcnicas y adems, econmica.

La granulometra es un procedimiento para medir el tamao. Estagranulometra se determina haciendo pasar una muestrarepresentativa de agregados por una serie de tamices ordenados,

por abertura, de mayor o menor. Qumica de Materiales - Mdulo 6 M. Sc. Carlos Medina / Unisucre28

AGREGADOS PARA EL CONCRETOLa serie de tamices que se emplea para clasificar agregados paraconcreto se ha establecido de manera que la abertura decualquier tamiz sea aproximadamente la mitad de la abertura deltamiz inmediatamente superior, o sea, que cumplan con larelacin 1:2; sin embargo, algunos tamices no cumplen con estarelacin pero se utilizan frecuentemente para evitar intervalos

muy grandes entre los tamices consecutivos, especialmente ensu fraccin gruesa.La operacin de tamizado debe realizarse de acuerdo con laNorma ICONTEC 77 sobre una determinada cantidad de materialseco. El manejo de los tamices se puede llevar a cabo manual omecnicamente.

Los resultados de un anlisis granulomtrico se puederepresentar de forma grfica y en tal caso se harn curvasgranulomtricas.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOEstas grficas se representan por medi de dos ejes

perpendiculares entre si, horizontal y vertical en donde lasordenadas representa el porcentaje que pasa y en el eje de lasabscisas las aberturas del tamiz cuya escala puede seraritmtica, logartmica o en algunos casos mixta.

Las curvas granulomtricas son utilizadas por su facilidad decompresin ya que estas permiten visualizar mejor la distribucinde tamaos dentro de una masa de agregados y permite conoceradems que tan grueso o fino es, as como las deficiencias oexcesos de un tamao particular; adems permite determinar deun slo vistazo si la granulometra de una muestra dada cumple ono unas determinadas especificaciones.


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Lmites de Granulometra del

Agregado Fino

TamizTamizTamizTamiz Porcentaje que pasa (en masa)Porcentaje que pasa (en masa)Porcentaje que pasa (en masa)Porcentaje que pasa (en masa)

9.5 mm (3/8 pulg.) 100

4.75 mm (No. 4) 95 a 100

2.36 mm (No. 8) 80 a 100

1.18 mm (No. 16) 50 a 85

600 m (No. 30) 25 a 60

300 m (No. 50) 5 a 30

150 m (No. 100) 0 a 10


Granulometra del Agregado Grueso

TamizTamizTamizTamizPorcentaje quePorcentaje quePorcentaje quePorcentaje que

pasa (en masa)pasa (en masa)pasa (en masa)pasa (en masa)37.5 mm (1 pulg.) 100

25.0 mm (1 pulg.) 95 a 100

12.5 mm ( pulg.) 25 a 60

4.75 mm (No. 4) 0 a 10

2.36 mm (No. 8) 0 a 5

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Lmites de Granulometra


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AGREGADOS PARA EL CONCRETODe la granulometra se derivan algunos factores que se describen

a continuacin:

Mdulo de Finura (MF)El mdulo de finura se define, como el nmero que se obtiene aldividir por 100 la suma de los porcentajes retenidos acumuladosde la serie normalizada.

El valor de este mdulo es mayor, cuando el agregado contienegranos ms gruesos y decrece cuando el agregado disminuye de

tamao.

Se interpreta como la indicacin del tamiz en que,supuestamente, quedara retenido o pasara el 50% del material.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOClasificacin de las arenas acuerdo al modulo de finura:

Arena fina 0.5-1.5Arena media 1.5-2.5Arena gruesa 2.5-3.5.

Tamao mximo (TM)El tamao mximo se define como la abertura del menor tamizpor el cual pasa el 100% de la muestra. Como su nombre loindica , es el tamao de las partculas ms grande entre la masade agregados y que en algunos casos puede ser nico.


AGREGADOS PARA EL CONCRETOTamao mximo nominal (TMN)

El tamao mximo nominal es otro parmetro que se deriva delanlisis granulomtrico y est definido como la abertura del tamizinmediatamente anterior (superior)al primer tamiz cuyo %retenido acumulado sea 15% o ms. Indica el tamao de las

partculas acumuladas. Con el se calcula la cantidad de agua autilizar para la mezcla.


AGREGADOS PARA EL CONCRETODensidad

La densidad es una propiedad fsica de los agregados y estdefinida como la relacin entre el peso y el volumen de una masadeterminada lo que significa que depende directamente de lascaractersticas del grano de agregado.

Como generalmente las partculas de agregado tienen porostanto saturables cono no saturables, que dependiendo de supermeabilidad interna pueden estar vacos, parcialmentesaturados o totalmente llenos de agua, se genera una serie deestados de humedad a los que corresponde idntico nmero detipos de densidad, descritos en las Normas ICONTEC 176 y 237;


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AGREGADOS PARA EL CONCRETODensidad Absoluta: Es la relacin que existe entre el peso de la

masa del material y el volumen que ocupa nica yexclusivamente la masa slida, es decir se excluyen los porossaturables y no saturables.

Densidad Nominal: Es la relacin que existe entre el peso de lamasa del material y el volumen que ocupan las partculas de estepor ste, incluyendo poros no saturables, sin incluir los porossaturables.

Densidad Aparente: Es la relacin que existe entre el peso delmaterial y el volumen que ocupan las partculas de ese materialincluidos todos los poros saturables y no saturables


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOForma y textura superficial

La forma y textura superficial de los agregados es otra propiedadfsica que influye en las caractersticas del concreto.

En trminos generales, las piedras naturales sometidas a unproceso de trituracin, tienen forma que vara desde lasaproximadamente cbicas a las alargadas y aplanadas y detextura rugosa, mientras que los agregados de ro tienen formaredondeada y textura lisa debido al proceso de arrastre a que hansido sometidas.

En cuanto a la forma de los agregados se puede decir que laideal es la redondeada, desde el punto de vista del grado deacomodamiento, que es mejor que el de las partculas de formacbica, adems se ha demostrado que en un metro cbico deagregados redondeados sueltos puede haber hasta un 25% msde material que en igual volumen de material de forma cbica..


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPor otro lado, hay que tener cuidado con las partculas que

adems de ser planas son alargadas y que comnmente seconocen con el nombre de "lajudas".

Dichas partculas que generalmente son muy dbiles porqueposeen una estructura laminar, tienden a colocarse en forma

horizontal dentro de la masa de concreto y muchas veces impidela salida del agua evaporable durante el proceso de fraguado,generando bolsas de aire lo que origina una disminucin de laresistencia del concreto, especialmente a la flexin.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPorosidadLa porosidad es otra de las propiedades fsicas de los agregados,muy importante dentro de la masa de concreto porque unapartcula porosa es mucho menos dura que una partculacompacta con lo que se afectan desfavorablemente propiedadescomo la adherencia, resistencia a la compresin flexin, y

adems la durabilidad en todos sus aspectos (congelamiento ydeshielo, humedecimiento y secado, etc.), as como la resistenciaal desgaste o abrasin.

La porosidad depende a su vez del tamao de los poros, supermeabilidad y la cantidad o volumen total de poros.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOMasas unitarias (MU)

Se define como la relacin entre una masa de agregado con elvolumen del molde que lo contiene, es decir que si el peso de unamuestra de agregado, compuesto de varias partculas, se dividepor el volumen que ocupan esas partculas agrupadas dentro deun recipiente unitario, se obtiene lo que se denomina como masaunitaria del agregado o peso volumtrico.Masa unitaria = Material seco / Volumen recipiente (Kg/m3).

La masa unitaria es una propiedad fsica importante porque indicael grado de acomodamiento de las partculas y entre mejor seaste, menor ser el volumen de vacos entre partculas que haceque la mezcla sea ms econmica, porque habr menor cantidadde huecos a ser llenados con pasta de cemento.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOAs mismo, mientras mayor sea la masa unitaria habr mayor

cantidad de granos lo cual depende de la granulometra, forma,textura y tamao de los mismos. La masa unitaria es un factorque mide la aptitud del agregado para ser utilizado en produccinde concreto, y se determina por medio del procedimiento dado enla Norma ICONTEC 92; su valor vara entre 1200 y 1750 Kg/cm3para agregados naturales.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOExisten dos tipos de masas unitarias que dependen del grado decompactacin del agregado y se definen de la siguiente manera:

Masa Unitaria Suelta (MUS)Se denomina MUS cuando para determinarla se coloca elmaterial seco suavemente en el recipiente hasta el punto de

derrame y a continuacin se nivela a ras pasando una varilla. Elconcepto de MUS es importante cuando se trata de manejo,transporte y almacenamiento de los agregados debido a queestos se hacen en estado suelto.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOMasa Unitaria Compacta (MUC)Se denomina MUC cuando los granos han sido sometidos acompactacin incrementando as el grado de acomodamiento delas partculas de agregado y por lo tanto el valor de la masaunitaria. La MUC es importante desde el punto de vista diseo demezclas ya que con l se determina el volumen absoluto de los

agregados por cuanto estos van a estar sometidos a unacompactacin durante el proceso de colocacin del concreto.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOPROPIEDADES MECANICAS

RESISTENCIA A LA COMPRESIONNormalmente las partculas de agregado tienen una resistenciasuperior a la de la pasta endurecida, de tal manera que cuando elagregado falla antes que la pasta, la resistencia del agregadotoma importancia.

Las posibles fallas de los granos se deben a que tienen unaestructura pobre o por que previamente se le han inducido fallas

a sus partculas durante el proceso de explotacin (generalmentecuando se hace por voladura) o tambin por un inadecuadomanejo.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETORESISTENCIA A LA ABRASIN

La resistencia a la abrasin, desgaste, o dureza de un agregado,es una propiedad que depende principalmente de lascaractersticas de la roca madre.

Este factor cobra importancia cuando las partculas van a estarsometidas a un roce continuo como es el caso de pisos ypavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben serduros.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETOSUSTANCIAS PERJUDICIALESEn los agregados pueden estar presentes algunas sustanciascomo limo, arcilla (material inferior a 74 um (tamiz No. 200),materia orgnica, partculas dbiles, sales, etc., que si seencuentran en grandes cantidades afectan en forma nociva laspropiedades del concreto en especial el tiempo de fraguado,

resistencia y durabilidad.

De aqu la importancia de detectarlas, saber cmo actan y hastaque cantidad se puede tolerar. Respecto a los materiales msfinos que el tamiz 74 um (No. 200), especialmente limo, arcilla ypolvo procedente de la trituracin, pueden estar presentes enforma de polvo suelto o a ranura de recubrimiento sobre laspartculas de agregado.


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AGREGADOS PARA EL CONCRETODicho material, por tener un tamao aproximadamente igual a losgranos de cemento, aslan las partculas de ste ltimohacindoles perder su capacidad aglutinante, lo que trae comoconsecuencia una disminucin tanto en la resistencia como en ladurabilidad.

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