tema 1 - los áridos

7/23/2019 Tema 1 - Los áridos

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Bibliografía

•

Bloque Materiales de Construcción: – Hormigón. M. Fernández Cánovas. Servicio depublicaciones CICCP Madrid (2007).

– Materiales bituminosos. M. Fernández Cánovas.Servicio de Publicaciones ETSICCP Madrid (1990).

–

RC-08, Instrucción para la Recepción de Cementos. – EHE-08, Instrucción de Hormigón Estructural . R.D.

1247/2008, de 18 de julio. BOE de 28 de agosto de2008.

– PG-3, Pliego de prescripciones técnicas para obrasde carreteras y puentes, Ministerio de ObrasPúblicas.

0José A. González Pérez



Escuela Técnica Superior de IngenieríaUniversidad de Sevilla

Departamento deIngeniería de la Construcción

y Proyectos de Ingeniería

Tecnología de Materiales deConstrucción

Tema I: Los áridosJosé A. González Pérez



Los áridos

•

Introducción: – Áridos•

Conjunto de partículas minerales de distintos tamaños yformas, que proceden de la fragmentación natural o artificialde las rocas.

•

El hormigón contiene un porcentaje >60% en volumen deáridos.

•

Los firmes están compuestos por un material resistente, lapiedra (>90%), al que se le da estabilidad por diversosmedios.

2

Granular

Structure

Wheel Load P

Rozamiento interno esqueleto mineral

Hormigones



Los áridos

•

Introducción: – Coste:•

El peso de los áridos en el coste total de la obra puede sermuy importante (ej. pavimentos, presas, !).

•

La calidad del árido se elige con un sentido económico paraque su resistencia sea la necesaria y suficiente.

•

Se realizan ensayos con el fin de escoger materiales queresistan de forma adecuada las acciones (cargas, tráfico,clima, etc.) que han de soportar y que sean afines con el tipode ligante a utilizar.

– Fracciones:

•

Grueso d " 4mm•

Fino 4mm > d > 0.063mm

•

Polvo mineral o filler

3



4

Los áridos

•

Composición física:

partículassólidas

aire

agua

Vs

Va Wa=0

Ws

Ww W

Vw V

h

V

7 variables: V, W, Vs, Vw, Va, Ws, Ww 2 ecuaciones que

relacionan esas variables

s h s a w V V V V V V = + = + +

s w a s w W W W W W W = + + ! +

Es necesario fijar 5 parámetros “independientes”para definir la composición

0a

W !



5

Los áridos

•

Composición física, relaciones de volumen: – Índice de huecos

–

Porosidad:

– Grado de saturación

•

Rango: 0 - 100%

e y n no son independientes:h

s

V e

V =

hV nV

=

w

r

h

V S

V

=

Rango teórico: 0-100%

Seco Saturado

1

1

h

h h

hs h

V

V V V e

V V V V

V

ne

n

= = =

!!

" =

!



6

Los áridos

•

Composición física, relaciones peso-volumen: – Pesos específicos de las fases•

Peso específico del agua – Es una constante conocida

•

Peso específico de las partículas sólidas

– Peso específico relativo de las partículas sólidas

–

Humedad

39.81

w

w

w

W kN

V m! = =

s

s

s

W

V ! =

s

s

w

G !

! =

w

s

W

W ! = La humedad es una relaciónde pesos, no de volumen

Es una medida de la cantidad de agua que hay en el árido



7

Los áridos

•

Composición física, relaciones peso-volumen:•

Peso específico aparente

•

Peso específico saturado (Sr =1)

• Peso específico seco (Sr =0)

W

V ! =

s

d

W

V ! =

!s w h

sat

W V

V

! !

+

=



Los áridos

•

Clasificación: – Atendiendo a su naturaleza mineralógica•

Áridos calizos (sedimentarios)

•

Áridos silíceos (sedimentatios)

•

Áridos ígneos y metamórficos

– Áridos para hormigones: Áridos silíceos o provenientes de rocasvolcánicas. Arenas de río o de mar, de machaqueo provenientes derocas volcánicas.

–

Áridos para capas de rodadura: Silíceos, ígneos y metamórficos

– Áridos para capas base e intermedias: Idem + calizos resistentes.

ofitagranito caliza

basalto

cuarcita gneis



Los áridos

•

Clasificación: – Atendiendo a su procedencia•

Áridos rodados

•

Áridos de machaqueo

Uncrushedaggregate

Rounded Irregular Angular Elongated

Crushedaggregate

9



Los áridos

•

Propiedades de los áridos gruesos: – Caras de fractura y lajas•

Caras de fractura – Superficies resultantes proceso machaqueo o fuerzas

naturaleza (PG3-Visual)

– Mejoran la resistencia debido al rozamiento interno

•

Forma (Índice de lajas) – Cuatro tipos básicos: redondeados, cúbicos, lajas y agujas

– Deseable alta proporción de “cuboides”

– Lajas y agujas presentan mayor riesgo de rotura

10

/ /

i.

Redondeada

ii.

Irregulariii. Angulariv. Lajosav. Alargadavi. Alargada-lajosa



Los áridos

•


Forma (Índice de lajas) – Cada fracción (di/Di) se tamiza por un tamiz de barras (Di/2)

11



Los áridos

•


Forma (Índice de lajas) – Para cada fracción (di/Di) ! ILi=100mi/Ri

mi = masa de la fracción que pasa el tamiz

Ri = masa de la fracción (di/Di)

–

Para el total de la muestra ! IL=100M2/M1

M2 = suma masas que pasan por los tamices Di/2

M1 = suma masas de fracciones di/Di

12Calibre de lajas Calibre de agujas



Los áridos

•

Propiedades de los áridos gruesos: – Resistencia a la fragmentación•

La resistencia mecánica del esqueleto mineral influye en laevolución del comportamiento del firme

•

La evaluación de la resistencia se realiza mediante diversosensayos de laboratorio

•

Ninguno de ellos caracteriza el estado tensional del árido enel conjunto del firme

•

Estos ensayos tienden a reproducir en laboratorio elcomportamiento que tendrán los áridos en servicio, sepreparan las muestras con granulometrías próximas a las

que van a ser puestas en obra, sometiéndolas a un desgasteque, de forma indirecta, proporciona información de laresistencia mecánica del material.

•

El ensayo de Los Ángeles es un ejemplo de estos ensayos13



Los áridos

•


El ensayo de Los Ángeles

14

Máquina de ensayo Los Ángelesy carga abrasiva

Equipo:• Tambor de acero de 71.1 cm de

diámetro y 50.8 cm de longitud consus extremos cerrados.• En el centro y sin penetrar en el

interior van acoplados dos ejessobre los que gira horizontalmente.

• Provisto de una compuerta paraintroducir los áridos y la carga.

•

En su interior y adosado a la paredtiene una placa de 9 cm de ancho.



Los áridos

•


El ensayo de Los Ángeles (procemiento)① Se compone una muestra según las fracciones

granulométricas permitidas en la norma y se pesa

② La muestra junto con la carga abrasiva se introducen el la

máquina girando a 31-33 r.p.m. y dando 500 vueltas③ Tras el volteo, se saca el material y se tamiza por el UNE 1.6

mm. Se lava, seca y pesa el material retenido.

④ La diferencia de peso dividida por el peso inicial de lamuestra, expresado en %, nos da el coeficiente de Los

Ángeles (LA).

15

. ,

.

.

, .

. .

.

, .

Cover Plate

Steel Balls

: :

.

. .

.. .

. .

. .

.

, ’ .

.

,

.

. ,

: .

− . ,

. .

LA > 40 árido de mala calidadLA < 20 árido excelente



Los áridos

•

Propiedades de los áridos gruesos: – Otros ensayos:•

Resistencia al pulimento

•

Ensayo de fricción

•

Adhesividad al ligante!

16Péndulo de fricciónMáquina de pulimento acelerado



Los áridos

•

Propiedades de los áridos finos: – Plasticidad (Equivalente de arena):•

Da una idea de la proporción de finos de un árido

•

Procedimiento:① Se introduce la muestra de árido a ensayar en una probeta

de 32 mm de diámetro y 430 mm de altura, graduada hasta

380 mm y que previamente se llena de una solución tipohasta la marca de 100 mm. Se deja reposar 10 minutos.

② Se agita, se deja reposar 20 minutos y se lee el nivel de

solución de arcilla (h1).

③ Introduciendo en la probeta una varilla con pistón, se lee el

nivel de material granular (h2).

④

El equivalente de arena es:EA=100 h2/h1

17

EA > 50 áridos de limpieza suficienteEA < 20 áridos muy contaminados



Los áridos

•

Adhesividad con el ligante bituminoso: – Gran importancia, en la superficie de los áridos sepresentan fenómenos físico-químicos.

– Los áridos deben ser afines con el ligante asfáltico

– Con mala afinidad se utilizan activantes.

–

Cuando están secos se dejan mojar fácilmente porlos ligantes.

– Con algo de humedad la superficie del árido sepolariza con un signo u otro dependiendo de sunaturaleza.

–

Atendiendo a este criterio, los áridos se clasifican enácidos (-) y básicos (+)



Los áridos

•

Adhesividad con el ligante bituminoso: – Áridos ácidos (-):•

Alto contenido en sílice.

•

Gran afinidad química por el agua (hidrófilos).

•

Es difícil que estén secos porque absorben la humedad de laatmósfera.

•

Al ponerse el agua en contacto con el firme, por su afinidadcon el árido mucho más fuerte que con el ligante bituminoso,desplaza a éste, lavando la piedra y rompiendo la resistenciadel firme.

•

Polaridad superficial negativa.

Mala adhesividad (árido ácido)



Los áridos

•

Adhesividad con el ligante bituminoso: – Áridos básicos (+):•

Gran cantidad de óxidos alcalinos y alcalinotérreos (Be, Mg,Ca,!), bajos contenidos de sílice.

•

Menos hidrófilos que los silíceos.

•

Atracción por los ácidos libres en los ligantes; por tanto, unamejor adhesividad con los mismos.

• Polaridad superficial positiva.

Buena adhesividad (árido básico)



Los áridos

•

Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico•

Determinar la distribución de tamaños de las partículasmediante tamizado

21



22

Los áridos

•

Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico

1

i j

i

j T

M R

M =

=! 100%i i

F R= !



Los áridos

•


Peso retenido – Masa de árido retenida en cada tamiz Mi

•

Retenido parcial (%) – Respecto del total de la muestra M

i

/MT•

Retenido acumulado (%) – Porcentaje que retendría el tamiz aislado Ri

•

Pasa (%) – Muestra que pasa por cada tamiz i Fi

(% retenido acumulado tamiz i) + (% pasa tamiz i) = 100

i=1,2!n n= número de tamices

23



Los áridos

•


Módulo granulométrico – Es el resultado de dividir por 100 la suma de los % retenidos

acumulados en cada tamiz de la serie de tamices normalizada

– Se utiliza para comparar distintos tipos de árido

– El árido más grueso tendrá un M mayor

– Sólo se pueden comparar módulos obtenidos con la mismaserie de tamices

24

M =1

100 ( % Retenido acumulado tamiz ii=1

n

! )



Los áridos

•


Curva granulométrica

25

Resultados del análisis granulométrico

Curva granulométrica



Los áridos

•

Características del esqueleto mineral – Granulometría•

Influye en la resistencia de los mismos

•

Dependiendo del material que se quiera, existen husos enlos que se debe encontrar la granulometría:

– Continua (densa): Máxima compacidad»

MBC, zahorras artificiales, etc.

– Discontinua: Faltan tamaños de áridos» Uniforme:

» Macadam

» Abierta:

» Mezcla porosa

»

Zahorra drenante

26

i i i i



Los áridos

•

Características del esqueleto mineral – Granulometría

Curvas granulométricas de distintos materiales granulares



Los áridos

•

Características del esqueleto mineral – Granulometría•

Husos granulométricos – Hormigón estructural (EHE-08)

–

Carreteras (PG-3)Tabla 550.1

Huso granulométrico del árido fino. Cernido ponderal acumulado (% en masa)

Tamaño de los tamices UNE-EN 933-2 (mm)——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————–

4 2 1 0,500 0,250 0,125 0,063

81-100 58-85 39-68 21-46 7-22 1-8 0-4



29

Índice

•

Los áridos• Áridos para hormigones

• Capas granulares



Áridos para hormigones

•

Compacidad – Interesa alta compacidad (Vs/V) del árido•

Hormigón resistente

•

Durabilidad

•

Baja retracción

Un árido grueso de tamaño uniforme no resulta tancompacto como un agregado bien graduado

30




•

Granulometría del árido – Tamaños máximo y mínimo:•

(D) tamiz más pequeño de los que retienen menos del 10%del árido

•

(d) tamiz más grande de los que pasa menos del 15% delárido

Tabla 28.3.aRequisitos generales de los tamaños máximo D y mínimo d

ÁridoPorcentaje que pasa (en masa)

2 D 1,4 D a )D b )

d d /2 a )

Árido grueso D > 11,2 y D /d > 2 100 98 a 100 90 a 99 0 a 15 0 a 5

D 11,2 ó D /d 2 100 98 a 100 85 a 99 0 a 20 0 a 5

Árido fino D 4 y d = 0 100 95 a 100 85 a 99 — —

a) Como tamices 1,4D y d /2 se tomarán de la serie elegida o el siguiente tamaño del tamiz más próximo de la serie. b) El porcentaje en masa que pase por el tamiz D podrá ser superior al 99 %, pero en tales casos el suministrador

deberá documentar y declarar la granulometría representativa, incluyendo los tamices D , d , d /2 y los tamicesintermedios entre d y D de la serie básica más la serie 1, o de la serie básica más la serie 2. Se podrán excluirlos tamices con una relación menor a 1,4 veces el siguiente tamiz más bajo.

31




•

Designación de los áridos – Tamaño mínimo, tamaño máximo y forma depresentación:

•

EHE (Art. 28.2) d/D-IL-N

•

UNE 146.901 GR-d/D-IL-N(-L)

0

20

40

60

80

100

0.01 0.1 1 10 100

Sieve size (mm)

P e r c e n t p a s s i n g b y w e i g h t

4/10

4/20

4/40

Fine aggregate (0/4)

Overall range

Coarse (CP)

Medium (MP)

Fine (FP) Coarseaggregate

32

l i .




• Granulometría óptima – Para una misma consistencia y relación A/C le

corresponde un consumo mínimo de cemento conmínima segregación

•

Husos granulométricos

33

l l i , i i l

, li l i i i

i

I i i l l l l i l ii l l l l l i li i i l l i i :

. l i l I i ili il i i i . l i ili l i

i l i l i l i i i li i i l i i l . l

l . . l i i l i i l ii i . l i i l i l i .

i l l l i ilil i l l i i lli l i l i i l i

i l i .

i l i , ,

l l i l i

l, l l l l i ,

l l i i l i l li i i l

i l l i i

Tabla 28.4.1.a

Contenido máximo de finos en los áridos

ÁridoPorcentaje máximo

que pasa por el tamiz0,063 mm

Tipos de áridos

Grueso 1,5% — Cualquiera.

Fino 6% — Áridos redondeados.— Áridos de machaqueo no calizos para obras some-

tidas a las clases generales de ex posición IIIa,IIIb, IIIc, IV o bien a alguna de las clases específi-cas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1).

10% — Ári dos de machaqueo cal izos para obras somet i-das a las clases generales de exposición IIIa, IIIb,IIIc, IV o bien a alguna de las clases específicas deexposición Qa, Qb, Qc, E y F (1).

— Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición I, IIa oIIb y no sometidas a ninguna de las clases especí-ficas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1).

16% — Ári dos de machaqueo cal izos para obras somet i-das a las clases generales de exposición I, IIa o IIby no sometidas a ninguna de las clases específi-cas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1).

l l . . . . . .

100 22/10/09 10:58:27

Tabla 28.4.1.bHuso granulométrico del árido fino

LímitesMaterial retenido acumulado, en % en peso, en los tamices

4 mm 2 mm 1 mm 0,5 mm 0,25 mm 0,125 mm 0,063 mm

Superior 0 4 16 40 70 77 (1)

Inferior 15 38 60 82 94 100 100

(1) Este valor será el que corresponda de acuerdo con la tabla 28.4.1.a: — 94% para: – Áridos redondeados. – Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a la clase general de

exposición IIIa, IIIb, IIIc, IV o bien que estén sometidas a alguna clase específicade exposición.

— 90% para: – Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a la clase general de expo-

sición IIIa, IIIb, IIIc ó IV o bien que estén sometidas a alguna clase específica deexposición.

– Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a la clase general deexposición I, IIa ó IIb y que no estén sometidas a ninguna clase específica deexposición.

— 84% para: – Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a la clase general de expo-sición I, IIa ó IIb y que no estén sometidas a ninguna clase específica de expo-sición.




• Granulometría óptima – Granulometrías óptimas teóricas (Fuller, Bolomey,!)

– Método de los módulos granulométricos

34

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35

Índice

• Los áridos

• Áridos para hormigón

• Capas granulares



Capas granulares

• Introducción: – Constituidas exclusivamente por áridos

– Usos:•

Bases: tráfico pesado de intensidad media o baja.

•

Subbases: todo tipo de tráfico.

36

Ejemplos de secciones firmes con capa granularde base o subbase propuestos por la instrucción

española de carreteras 6.1-IC



Capas granulares

• Tipos:

Macadam sin recebar (granulometría uniforme)Partículas gruesas de varios centímetros de igualtamaño.

Zahorra (granulometría continua)Formadas por áridos de una granulometría continua.Zahorras drenantesFormadas por áridos con una granulometría continua,pero sin los tamaños de grano fino más pequeños.

Exceso de finos (granulometría discontinua)Material no recomendable



Capas granulares

• Tipos: – Macadam

•

Áridos gruesos, de granulometría uniforme (5-10 cm.).

•

Los huecos se rellenan mediante una arena limpia llamadarecebo que no pretende tapar todos los huecos, sino cerrarla parte superior y quitar las crestas.

•

Inconvenientes: – Se necesitan áridos muy duros.

– La ejecución en obra es artesanal.

– Sólo se aprovecha una fracción del material producido en elproceso de machaqueo.

– Se necesita una compactación enérgica.

– El recebo puede funcionar como lubricante de las partículasgruesas y eliminar el rozamiento interno.

38



Capas granulares

• Tipos: – Zahorras

•

Material granular de granulometría continua.

•

Se consigue una mejor compactación del material.

•

Mejora la puesta en obra.

•

Disminuyen los esfuerzos entre las partículas.

•

Existen dos tipos: – Zahorras naturales y artificiales

392 2 Árido rodado y procedente de machaqueo (con caras de fractura).



Capas granulares

• Tipos: – Zahorras naturales

•

Partículas no trituradas fundamentalmente.

•

Se empleaban en capas de subbase, aunque actualmente seha eliminado su uso en la vigente Instrucción de firmes.

•

A veces se eliminan las partículas más gruesas o finas.

•

Sus partículas son redondeadas y su granulometríarelativemente continua. La falta de caras de fractura (yeventualmente sus finos) limitan su capacidad estructuralfrente a las zahorras artificiales

40



Capas granulares

• Materiales para zahorras: – Tamaño:

•

Base ! 20-25 mm como máximo.

•

Subbase ! 25-40 como máximo.

– Granulometría: husos estrictos (cernido acumulado)

42

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La designación del tipo de zahorra se hace en función del tamaño máximo nominal, que sedefine como la abertura del primer tamiz que retiene más de un 10% en masa.



Capas granulares

• Materiales para zahorras: – Especificaciones del PG-3 para zahorras

43

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Capas granulares

• Obtención de las zahorras artificiales: – Comprobación de la idoneidad de la cantera.

– Comprobación durante el proceso de machaqueo.•

Limpieza. NP.

•

Granulometría.

–

Vigilancia permanente: evitar fenómenos desegregación.•

Durante fabricación, transporte, acopio y puesta en obra.

44Extracción Transporte Machaqueo

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