UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

Ing. Fernando Peralta Quino - 2015

CAPITULO 03

AGREGADOS

1. INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se realizará una explicación a lo que son los agregados en la construcción, su clasificación, características que tienen que tener un buen agregado, su utilidad en la ingeniería civil. También se tratará de los temas de granulometría y curvas granulométricas.

2. DEFINICIÓN Llamamos agregado al material inorgánico granular, el cual puede ser arena, grava, piedra triturada o escoria, empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero hidráulico. También se denominan áridos, inertes o conglomerados; constituyen entre un 70% y 85% del peso de la mezcla y tiene por finalidad abaratar los costos de la mezcla y dotarla de ciertas características favorables dependiendo de la obra que se quiera ejecutar. Los agregados son la parte inerte del concreto, de los cuales debemos tener muy clara su importancia, la cual antiguamente y durante muchos años fue poco considerada. Los agregados influyen fuertemente en las propiedades tanto en estado fresco como endurecido, en las proporciones de la mezcla y en la economía del concreto.

3. CLASIFICACIÓN Los agregados se presentan diversas clasificaciones, las más comunes se detallan a continuación:

a. Clasificación por modo de fragmentación Esta clasificación de agregados se basa en la forma en que ocurre el proceso de fragmentación de los materiales, los que desde este punto de vista pueden ser:

i. Naturales: fragmentados por procesos naturales (erosión) ii. Manufacturados (triturados): fragmentados por procesos artificiales

(mecánicos) iii. Mixtos: son la combinación de materiales fragmentados tanto por

procesos naturales como artificiales.

b. Clasificación según el origen de procedencia natural.

Esta clasificación toma como base la procedencia natural de las rocas y los procesos físico-químicos involucrados en su formación. Divide a los agregados en tres grandes grupos:

i. Ígneas: agregados provenientes de rocas ígneas. ii. Sedimentarias: agregados provenientes de rocas sedimentarias.

iii. Metamórficas: agregados provenientes de rocas metamórficas.

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c. Clasificación por composición

Esta clasificación tiene como fundamento la composición químico-mineralógica de cada roca, además de llevar en forma implícita una denominación de origen. Al ser las características químicas y mineralógicas las únicas que intervienen en esta forma de agrupamiento, se tiene el gran inconveniente que implica el no considerar las características físicas del material, tan importantes en la evaluación de los agregados para concreto. A continuación se mencionan algunos ejemplos de este tipo de clasificación:

i. La caliza, el mármol y el caliche: tienen la misma composición química, pero no la misma resistencia física; aun más, es muy común que entre las calizas se observen diferentes grados de calidad física.

ii. El basalto y el tezontle: tienen la misma composición química, pero el hecho de tener el tezontle una gran cantidad de espacio poroso lo hace un agregado ligero y de menor resistencia.

d. Clasificación por tamaño de partícula

Esta identificación de los materiales se deriva de la condición mínima del concreto convencional de dividir los agregados en dos fracciones principales cuya frontera nominal es la malla Nº4 (4.75 mm), obteniendo lo siguiente:

i. Agregado fino ( 0.075mm - 4.75mm ): el agregado pasante de la malla Nº4 es considerado como fino.

ii. Agregado grueso ( > 4.75mm ): el agregado con diámetro mayor a 4.75 mm es considerado grueso

e. Clasificación por peso específico

Esta identificación de agregados se genera a partir de una característica básica del concreto que es su peso unitario, el cual a su vez depende del peso específico de los agregados que se utilizan en su fabricación. La división básica que existe es:

i. Ligero ii. Normal

iii. Pesado Esta clasificación valora la correspondiente aptitud de los agregados para producir concreto con diferentes pesos unitarios, pero no considera sus características físico-químicas en forma detallada.

f. Clasificación por su perfil:

i. Agregados sub redondeado: Partículas transportadas por el agua, que

se han desgastado sus aristas por frotamiento. ii. Agregado Laminado: Partículas en las que la medida del espesor es

mucho menor que las otras medidas. iii. Agregado Angular: Partículas que tienen sus aristas bien formadas. iv.

g. Clasificación por su textura superficial:

i. Agregado de textura suave. ii. Agregado que textura rugosa.

iii. Agregado de textura alveolar.

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h. Clasificación por sus propiedades físicas:

i. Agregado Bueno.- Contribuye a una resistencia alta del concreto,

buena durabilidad, resistente a procesos de erosión y abrasión. ii. Agregado Satisfactorio.- Contribuye a una moderada resistencia del

concreto, durabilidad, erosión y abrasión. iii. Agregado Regular.- Similar al anterior, pero bajo condiciones de clima

se pueden destruir. iv. Agregado Pobre.- Cuyos constituyentes son de baja calidad.

4. CARACTERISTICAS DE UN BUEN AGREGADO

Una buena gradación con tamaños intermedios, la falta de dos o más tamaños

sucesivos puede producir problemas de segregación. Forma de los granos compacta. Un tamaño máximo adecuado a las condiciones de la estructura. Redondeada con la superficie bien cerrada Ninguna reacción perjudicial con la pasta de cemento ni con el refuerzo. Invariabilidad de volumen. Suficiente resistencia a los fenómenos climatológicos. Además deben de tener una rigidez y una resistencia propia suficientemente elevada y

ser de calidad permanente y uniforme. Densidad lo menor posible, (esto último es opcional porque depende de los

requerimientos de la obra y tipo de concreto que se quiera elaborar). 5. OBTENCIÓN: Los yacimientos de agregados, son localizados en ríos, lagos, lechos marinos, cerros o lomas a partir de una exploración visual de las formaciones geológicas, y una vez localizados se realiza una exploración mecánica. Una vez identificado la veta se extrae por medios mecánicos o con explosivos si se trata de piedra muy dura. Sin embargo también existe la explotación manual o artesanal la cual se realiza con procedimientos y herramientas manuales como picos, palas, combos, barretas etc.

5.1. Plantas de Producción de Agregados para Concreto Utilizan Las plantas de producción de agregados para concreto utilizan, en su gran mayoría, roca procedente de la explotación de una pedrera o cantera (trituración total) o de un banco de río o conglomerado (trituración parcial). Antes de decidir la explotación de una pedrera, cantera o banco de río, es necesario el conocimiento de la extensión del yacimiento, su volumen y la calidad del producto. El agregado se mezcla con otros materiales aglomerantes o cementasteis para dar una estructura sólida (concretos hidráulicos, mezclas asfálticas, etc.), o puede utilizarse solo, como en el material de balasto, para vías férreas. La mayoría de los agregados se obtienen de la roca natural, aun cuando en ocasiones se utilizan las escorias de alto horno, o el material elaborado en hornos rotatorios de cocción de mezclas silico-calcáreas, si la economía del proyecto lo permite por diversas razones; por ejemplo, que las fuentes de agregados naturales se encuentren a distancias accesibles.

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De acuerdo con la dureza, de la cual depende en gran parte el comportamiento de las

máquinas de trituración en la producción de los agregados pétreos se puede hacer la siguiente clasificación de las rocas más abundantes: rocas suaves, rocas de dureza media, rocas duras y rocas muy duras. Los minerales más comunes en las rocas utilizadas para elaborar agregados son: minerales solicitadas, feldespato, minerales carbonatados, minerales ferromagnéticos, minerales arcillosos y óxidos de hierro, entre otros. Tomando en cuenta el comportamiento de las máquinas de trituración, las rocas pueden ser clasificadas en duras y abrasivas, y en no abrasivas. Rocas duras y abrasivas: Rocas con contenido de cuarzo (Si02) superior al 6% por ejemplo: granito, basalto, diorita. Rocas no abrasivas: Rocas con contenido de cuarzo inferior al 6% ejemplo: caliza, (CA C03), dolomita, mármol. En el caso de las rocas duras y abrasivas, la producción es menor en términos de toneladas por hora y el desgaste en el equipo de trituración es mayor. En otras palabras, costará más dinero el metro cúbico de agregado producido mediante este proceso. Por el contrario, tratándose de rocas no abrasivas, se obtendrán cantidades más grandes y desgastes mínimos en el equipo de trituración, en consecuencia, será más barato el metro cúbico del agregado producido y se podrán utilizar ciertos tipos de trituradoras (rodillos, martillos, impacto), cuya aplicación en la trituración de rocas abrasivas sería antieconómica debido a los elevados desgastes que se producen. Por otro lado, no todas las rocas son adecuadas para elaborar tal o cual tipo de agregado pétreo. Es necesario someterlas a un determinado número de pruebas de laboratorio para determinar sus propiedades físicas, y determinar si cumplen con las especificaciones previamente establecidas. Los agregados pétreos provienen de rocas fragmentadas que han llegado a ese tamaño ya

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sea por un proceso de disgregación natural (Grava arena de río), o bien por medio de un proceso mecánico (trituración), mediante el cual, con máquinas diseñadas para este propósito, se aplican cargas a los fragmentos de roca que provocan su ruptura y por lo tanto, su reducción de tamaño. Para la obtención de los agregados pétreos debidamente clasificados y en la cantidad necesaria y de la calidad especificada, además de las máquinas de reducción (quebradoras, trituradoras, molinos, etc.), se requiere equipo complementario (alimentadores, bandas transportadoras, cribas vibratorias, gusanos lavadores, etc.), para integrar las plantas de trituración estacionarias o portátiles, que son el conjunto de máquinas balanceadas, que transformarán la roca fragmentada, material natural o en greña, en agregados pétreos útiles.

5.2. Etapas básicas en la producción de agregados pétreos: Remover el material natural o en greña. Será necesario realizar una fragmentación inicial de la roca por medio de explosivos. La carga del material fragmentado se efectúa con un cargador frontal sobre neumáticos o sobre orugas, pala mecánica, excavadora hidráulica, y si se trata de bancos de agregados naturales, se realiza con una draga sobre orugas. En muchas ocasiones es necesario efectuar la operación de despalme para eliminar árboles, raíces, tierra vegetal y roca intemperizada, utilizando bullidores y motoescrepas, entre otras máquinas. Una vez preparada en el banco para reducirla en una forma y tamaño que la planta de trituración pueda recibir y manejar, la roca se transporta a la planta por medio de camiones de la capacidad requerida, o en ocasiones por medio de un sistema de transportadores de banda. El material pétreo recibido en la planta se procesa por medio de operaciones sucesivas de alimentación, trituración primaria, secundaria y terciaria, transporte en banda, cribado, lavado, almacenamiento, etc., con objeto de obtener el producto final especificado. 5.3. Equipo de trituración En el campo de las obras civiles generalmente se utilizan, para la producción de agregados pétreos, los siguientes tipos de máquinas que integran las plantas de trituración estacionarias o portátiles:

• Trituradora primaria: Trituradoras de quijada PE • Trituradora secundaria: Trituradoras de Impacto PFW • Trituradora terciaria: Trituradoras de cono HP

6. Granulometría Es la distribución delos tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices.

6.1. La Curva Granulométrica: La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Para este análisis se utilizan dos procedimientos en forma combinada, las partículas mayores se separan por medio de tamices con aberturas de malla estandarizadas, y luego se pesan las cantidades que han sido retenidas en cada tamiz. Las partículas menores se separan por el método hidrométrico.

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Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" o semilogaritmico por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural.

Tamices Abertura

(mm)

¾” 19.1

½” 12.7

3/8” 9.5

Nº4 4.76

Nº10 2.2

Nº16 1.2

Nº30 0.6

Nº50 0.3

Nº100 0.15

Nº200 0.075

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Tamaño máximo: Tamaño de la abertura del tamiz que deja pasar todo el agregado.

Tamaño nominal máximo: Tamaño de la abertura del tamiz que produce el primer retenido del agregado.

Módulo de Fineza: Es la centésima parte del número que se obtiene al sumar los porcentajes retenidos acumulados en el conjunto de tamices estándar, empleados al efectuar un análisis granulométrico. El módulo de fineza nos representa un tamaño promedio ponderado del agregado, pero no representa la distribución de las partículas.

∑ 3

7. AGREGADO FINO Se refiere al que pasa por el tamiz de 3 ” (9.5m.m) y queda retenido en el tamiz N° 200 y además cumple con los límites granulométricos de la norma. El agregado fino o arena se usa como llenante, además actúa como lubricante sobre los que ruedan los agregados gruesos dándole manejabilidad al concreto. Una falta de arena se refleja en la aspereza de la mezcla y un exceso de arena demanda mayor cantidad de agua para producir un asentamiento determinado, ya que entre más arena tenga la mezcla se vuelve más cohesiva y al requerir mayor cantidad de agua se necesita mayor cantidad de cemento para conservar una determinada relación agua cemento

7.1. Características de un buen agregado fino Un buen agregado fino al igual que el agregado grueso debe ser bien gradado para que puedan llenar todos los espacios y producir mezclas más compactas. La cantidad de agregado fino que pasa los tamices 50 y 100 afecta la manejabilidad, la facilidad para lograr buenos acabados, la textura superficial y la exudación del concreto. Las especificaciones permiten que el porcentaje que pasa por el tamiz No 50 este entre 10% y 30%; se recomienda el límite inferior cuando la colocación es fácil o cuando los acabados se hacen mecánicamente, como en los pavimentos, sin embargo en los pisos de concreto acabado a mano, o cuando se desea una textura superficial tersa, deberá usarse un agregado fino que pase cuando menos el 15% el tamiz 50 y 3% el tamiz 100.

7.2. Utilización: • Tarrajeos de paramentos de muros • Enlucido de cielo raso • Enlucido de pisos, veredas • Asentado de unidades de albañilería • Concreto 7.3. Recomendaciones • El agregado para su utilización debe estar libre de limos y arcillas. • Debe estar libre de materia orgánica

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8. AGREGADOS GRUESOS El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada (agregado grueso obtenido por trituración artificial de rocas o gravas) y grava. Los agregados gruesos deben cumplir con las siguientes especificaciones técnicas: - Deberá estar conformado por partículas limpias, de perfil preferentemente angular, duras, compactas, resistentes, y de textura preferentemente rugosa

8.1. Función del agregado grueso Teniendo en cuenta que el concreto es una piedra artificial, el agregado grueso es la materia prima para fabricar el concreto. En consecuencia s e debe usar la mayor cantidad posible y del tamaño mayor, teniendo en cuenta los requisitos de colocación y resistencia. Hasta para la resistencia de 250kgr/cm2 se debe usar el mayor tamaño posible del agregado grueso; para resistencias mayores investigaciones recientes han demostrado que el menor consumo de concreto para mayor resistencia dada (eficiencia), se obtiene con agregados de menor tamaño.

8.2. Clasificación: Por el tamaño de sus granos • Confitillo o gravilla de 3/8 a 5/8 • Gravas, cascajo3/4” a 1 2” • Piedra redonda de origen natural 3” a 4” • Piedra Canto rodado • Piedra Machada

8.3. Usos • Confitillo o gravilla: En concretos expuestos, carreteras • Gravas, cascajo: concreto • Piedra redonda de origen natural: Para empedrados, como base para pisos, veredas • Piedra Canto rodado: Cimientos corridos • Piedra Machada: Cimientos corridos

8. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS

8.1.- PROPIEDADES FÍSICAS

a. Peso Específico.

Es la relación que existe entre el peso y el volumen exacto del material sólido

(SI N/m3), esto quiere decir que no contamos con los espacios vacíos que puede

presentar cualquier material.

Es también un indicador de calidad en los agregados, ya que los que presentan

un valor elevado, presentan un buen comportamiento, mientras que por lo general, los

de valor bajo representan a agregados absorbentes y débiles.

b. Porosidad

Este es el espacio no ocupado de la materia sólida, este es uno de las

propiedades más importantes de los agregados, ya que influye directamente con la

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estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, resistencias

elásticas, gravedad específica, absorción y permeabilidad.

En mecánica de suelos, para tener un índice numérico, conocemos a este como

(n) que se define como la razón entre el volumen de vacíos el volumen total.

c.- Peso Unitario

Es el resultado de dividir el peso de las partículas entre el volumen total de

ellas (incluyendo los vacíos), de esta forma, al incluir los espacios entre las partículas,

incluimos también la forma de acomodo de estos; el procedimiento para su obtención

esta normalizado en ASTM C29 y NTP 400.17.

Este valor se utiliza para la transformación de pesos a volúmenes y viceversa,

por ejemplo, para el agregado grueso, esto significa que quedan muy pocos huecos

para llenar con arena y cemento.

d.- Contenido de Humedad

1.- Seco (secado al horno). 2.- Parcialmente saturado.

3.- Saturado con la superficie seca (Poros llenos de agua, secos en la superficie).

4.- Saturado, húmedo en la superficie.

Los cálculos para obtener las condiciones del concreto se consideran en condiciones de saturado con la superficie seca.

e.- Absorción

Es la cantidad de agua absorbida por el agregado sumergido en agua 24 hrs. Se expresa como un porcentaje del peso del material seco, que es capaz de absorber, de modo que se encuentre en material saturado con la superficie seca.

No se suele fijar límites de aceptación para la absorción, debido a que esta no

solo depende de la porosidad de la roca, sino también de otros aspectos tales como distribuciones granulométricas, contenido de finos, tamaño máximo de agregados, forma de partículas.

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Sin embargo, se puede considerar como rocas de buena calidad, a aquellas que presenten una absorción menor a 3% para agregado grueso, y menores a 5% para el fino.

f.- Porosidad

Es el volumen de espacios dentro de las partículas del agregado, este tiene gran influencia en todas las demás propiedades de los agregados, por ser representativa en la estructura interna de las partículas.

Los valores usuales en agregados suele oscilar entre 0 a 15%, aunque por lo

general el rango común es entre 1% a 5%, en agregados ligeros puede tener porosidades del orden del 15% a 50%.

8.2.- PROPIEDADES MECÁNICAS a.- Resistencia

Para que el agregado sea considerado óptimo, este debe ser más resistente que el aglomerante (cemento).

Se considera que las arenas provenientes de rio, son las de mejores características, puesto que en su mayoría son cuarzo, por lo que no habría que preocuparse por la resistencia y durabilidad, por otro lado, si derivan de machaqueo o chancadas, esto dependerá de la calidad del origen

b.- Tenacidad

Esta característica está asociada directamente con la resistencia al impacto ambiental. Está directamente relacionada con la flexión, angularidad, y textura del material.

La tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la

rotura en condiciones de impacto c.- Dureza

Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la abrasión, o en general al desgaste. La dureza de una partícula depende de sus constituyentes.

d.- Módulo de Elasticidad

Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica, considerándole una medida de resistencia del material a las deformaciones.

El modulo elástico de determina en los agregados, sin embargo el concreto experimenta deformaciones, por lo que es razonable que los agregados deben también tener elasticidad acordes al tipo de concreto. El módulo de elasticidad además influye en el escurrimiento plástico y las contracciones que puedan presentarse.

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8.3.- PROPIEDADES QUÍMICAS

a. Reacción Alcali-Sílice Los álcalis en el cemento están constituidos por el Óxido de sodio y de potasio

quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con ciertos minerales, produciendo un gel expansivo Normalmente para que se produzca esta reacción es necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6% temperaturas ambientes de 30°C y humedades relativas de 80% y un tiempo de 5 años para que se evidencie la reacción.

Existen pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se

encuentran definidas en ASTM C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten obtener información para calificar la reactividad del agregado.

b. Reacción Alcali-carbonatos

Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los agregados generando sustancias expansivas, en el Perú no existen evidencias de este tipo de reacción.

Los procedimientos para la evaluación de esta característica se encuentran normalizados en ASTM C-586.

9.- SUSTANCIAS PERJUDICIALES a.- Materia Orgánica

Trae una demora en el fraguado y un retardo en la adquisición de resistencia, desconociendo si el concreto alcanzara la resistencia prevista en los cálculos para poder seguir avanzando en las etapas constructivas programadas. b.- Sales

Los sulfatos reaccionan con el aluminato tricálcico del cemento provocando expansiones.

Los cloruros atacan las armaduras y elementos metálicos embebidos en el concreto.

Los carbonatos o los bicarbonatos aumentan el pH del concreto lo que puede ocasionar un retardo del proceso de hidratación o provocar manchas denominadas eflorescencias.

c.- Otras Impurezas

Comprenden partículas livianas, carbonosas y arcillas, estas impurezas sino son limitadas traen problemas originados por concentración de tensiones o problemas estéticos.

Aparte de estos materiales, otros, tales como el agua que bien sabemos, no es un material perjudicial, la humificación, el secado, congelamiento, deshielo, son destructivos para algunos tipos de roca, en especial para hormigones ligeros.