Características de los Agregados

La limpieza, sanidad, resistencia y forma de las partículas son importantes en cualquier agregado.

Los agregados se consideran limpios si están exentos de exceso de arcilla, limo, mica, materia orgánica, sales químicas y granos recubiertos. Un agregado es físicamente sano si conserva su integridad bajo cambios de temperatura o  humedad y  si  resiste la acción de la  intemperie sin descomponerse.

Se realizan variadas pruebas en los agregados del hormigón para:


  1. Establecer que se satisfagan requisitos mínimos de calidad; se incluyen esas cualidades básicas deseables como tenacidad, solidez y resistencia a la abrasión,
  2. Determinar características útiles para seleccionar las proporciones para el hormigón; como la gravedad específica y la absorción.
  3. Asegurar que en forma rutinaria se cumplan con los requisitos para el trabajo.

En la mayor parte de los casos, las pruebas aplicadas a los agregados dan un índice para predecir el comportamiento en el hormigón, en lugar de evaluar un atributo en verdad básico.

1. Textura Superficial

La textura superficial de los agregados afecta la calidad del hormigón en estado fresco y tiene gran influencia  en  las  resistencias,  repercutiendo más  en  la  resistencia  a  la  flexotracción  que  a  la compresión.

El  hormigón puede  contener agregado con  una  gran  diversidad de  características superficiales distintas desde una muy lisa hasta muy áspera y de panal y resultar en un hormigón satisfactorio.

Mientras mayor sea la rugosidad superficial de los agregados mayor es la superficie de contacto con la pasta de cemento; haciendo necesaria la utilización de mayor contenido de pasta para lograr la trabajabilidad deseada, pero favorece la adherencia pasta-agregado y así mejora las resistencias. Esto es característico de los agregados de trituración.

En el caso de los cantos rodados, donde su superficie es lisa, dan mejor trabajabilidad al hormigón pero menor adherencia pasta-agregado.

2. Forma del Agregado

La forma del agregado tiene gran influencia en las propiedades del hormigón fresco y endurecido, particularmente en lo que hace a la docilidad y resistencias mecánicas respectivamente.

Como en el caso de la textura superficial, se ha producido hormigón satisfactorio con agregado que consta de una gran diversidad de formas diferentes.

Las partículas naturales de agregado que han sido sujetas a la acción de las olas y el agua durante la historia geológica pueden ser esencialmente esféricas; las otras, rotas por la trituración, pueden ser cúbicas  o  tener  muchos  ángulos  con  vértices  agudos, debiendo tener  por  lo  menos  una  cara fracturada, resultante del proceso de trituración.

Un agregado grueso con muchos ángulos, que presentara un mayor número de vacíos, exigirá una mayor cantidad de arena para dar lugar a un hormigón trabajable, pero tendrá una mayor trabazón. Inversamente,  el  agregado  grueso  bien  redondeado  que  tiende  hacia  las  partículas  esféricas requerirá menos arena y tendrá mayor trabajabilidad, pero tendrá una menor trabazón. No obstante, resulta interesante hacer notar que los hormigones producidos con una gran disparidad en las formas de las partículas, con un contenido dado de cemento por metro cúbico de hormigón, con frecuencia tendrán más o menos la misma resistencia a la compresión.

También se ha medido la forma y textura de las partículas del agregado fino, la investigación indica que la forma de la partícula y la textura superficial del agregado fino puede tener una influencia más importante sobre la resistencia del hormigón que la del agregado grueso.

Las  formas  delgadas  y  alargadas  dan  lugar  a  hormigones  de  peor  calidad.  Disminuyen  la trabajabilidad del hormigón, obligando a una mayor cantidad de agua y arena, lo que en definitiva se traduce en una disminución de la resistencia. Además las formas planas tienden a orientarse en un plano horizontal, acumulando agua y aire debajo de ellas, lo que repercute desfavorablemente en la durabilidad de los hormigones. Por otra parte, aunque el tipo de material sea muy resistente, estas formas son frágiles y se pueden romper en el mezclado y la compactación del hormigón. Algunas especificaciones para el agregado grueso limitan la cantidad de partículas delgadas o alargadas a un máximo del 10 al 15% en peso, más o menos. Esas partículas se definen como aquéllas cuya relación de la dimensión más larga de un prisma rectangular y la dimensión menor sea mayor que 5.

Los agregados triturados resultan en hormigones con alta resistencia a la flexotracción, por lo que son preferidos para pavimentos en carreteras

No se ha probado que la forma de la partícula del agregado grueso en el hormigón sea un problema importante si se incrementa y se elige el contenido de modo que se haga una compensación en los agregados que tienden a producir mezclas ásperas, como las que pueden resultar al usar por completo agregado de piedra triturada o escoria siderurgica.

La norma boliviana NB 596 prescribe que el coeficiente de forma, determinado según el método de ensayo indicado en la NB 610, no debe ser inferior a 0.15, (la EHE restringe este valor a 0.20). En caso de serlo, se deberán realizar ensayos de resistencia en laboratorio, antes de autorizar su uso.
  

3. Resistencia Estructural

“No  se puede  producir hormigón de    alta resistencia  que contenga agregados estructuralmente débiles”.

Para que un agregado pueda considerarse de resistencia adecuada, debe sobrepasar la resistencia propia del aglomerante (cemento).

A pesar de la aparente relación obvia entre la resistencia del hormigón y la del agregado, al menos en los casos extremos, otros factores, como la forma de la partícula, textura superficial, gradación y relación A/C, se conjugan contra la evaluación precisa de la contribución de la resistencia estructural del propio agregado. Por esto no se ha podido hacer predicciones de la calidad del hormigón con relación  a  la  resistencia de  los  agregados. En  la  tabla  2.4  se  muestran  las  resistencias a  la compresión de diversas rocas.

 TABLA 2.4    RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ROCAS DE USO COMÚN COMO AGREGADOS DEL HORMIGÓN
Para la mayor parte de las muestras, la resistencia a la compresión es un promedio de 3 a 15
muestras.
(*) Promedio de todas las muestras,
(**) De todas las muestras probadas, se han suprimido aquellas con los valores más altos o más bajos en 10% por considerarse como no típicas del material.
 
Se considera que las arenas provenientes de río son las de mejores características puesto que, en su mayoría, son de cuarzo, por lo que no habría que preocuparse acerca de su resistencia y durabilidad. Si se trata de arena proveniente de machaqueo o chancadas, se las puede considerar de buena calidad siempre y cuando provengan de una buena fuente.

La resistencia de la grava se encuentra ligada a su dureza, densidad y módulo de elasticidad. Para este propósito se realizan ensayos de resistencia al desgaste por abrasión mediante la máquina de Los Ángeles.

Dentro de los Áridos de los cuales debemos cuidarnos se encuentran las rocas volcánicas sueltas (palmes, toba) y las rocas sedimentarias (caliza-dolomita).

No deben ser utilizados en hormigones las calizas blandas (feldespatos, yesos) ni tampoco piritas o rocas porosas.


4. Gravedad Específica y Absorción (ASTM C127 y ASTM C128)

La Gravedad Específica es la relación entre la densidad del agregado y la del agua (1000 kg/cm3). Sin embargo, todos los agregados son porosos hasta cierto punto, lo que permite la entrada de agua en los espacios de los poros o capilares cuando se colocan en la mezcla de hormigón, o bien, ya están húmedos cuando entran al hormigón. Por lo tanto, la definición cuidadosa de la gravedad específica debe tomar en cuenta tanto el peso como el volumen de la porción de agua contenida dentro de las partículas. El agua libre que se encuentra sobre las superficies exteriores del agregado húmedo no entra en el cálculo de la gravedad específica, pero contribuye a la relación A/C del hormigón.

Se presentan cuatro estados en el agregado ilustrados en la figura 2.3, dependiendo del contenido de agua en sus poros y superficie:

  1. Seco (Secado al horno)
  2. Parcialmente Saturado
  3. Saturado con la superficie seca (SSD, por sus siglas en ingles); poros llenos de agua y seco en la superficie.
  4. Saturado húmedo en la superficie; poros llenos de agua y húmedo en la superficie.

FIGURA 2.3     Estados de saturación de los agregados


La Absorción se define como el incremento de peso de un árido poroso seco, hasta lograr su condición de  saturación con  la  superficie seca,  debido a  la  penetración de  agua  a  sus  poros permeables.

La absorción es el valor de la humedad del agregado cuando tiene todos sus poros llenos de agua, pero su superficie se encuentra seca. En esta condición se hacen los cálculos de dosificación para elaborar el hormigón. Sin embargo el agregado en los acopios puede tener cualquier contenido de humedad (estados 2 a 4). Si la humedad del agregado es inferior a la absorción, se deberá agregar más agua al hormigón para compensar la que absorberán los agregados. Por el contrario, si la
humedad supera a la absorción, habrá que disminuir la cantidad de agua que se pondrá a la mezcla ya que los agregados estarán aportando agua.

El valor de la absorción es un concepto necesario para el ingeniero en obra, en el cálculo de la relación A/C de la mezcla de hormigón, pero, en algunos casos, puede ser que también refleje una estructura porosa que afecte la resistencia a la congelación y deshielo del hormigón.

No se suelen fijar límites de aceptación para la absorción debido a que ésta no solo depende de la porosidad de la roca, sino también de otros aspectos tales como la distribución granulométrica, contenido de finos, tamaño máximo de los agregados, forma de las partículas. Sin embargo se puede considerar como rocas de buena calidad aquellas que presentan una absorción menor 3% para agregado grueso, y menores a 5% para el caso de agregado fino

La absorción de un agregado grueso se expresa arbitrariamente en términos del agua que entra en los poros o capilares durante un periodo de remojo de 24 h y se calcula sobre la base del peso del agregado secado al horno como sigue:

% de Absorción =  B - A • 100
                                A
 
En donde:       A [gr] = peso en el aire de muestra secada al

                      hormo.
B [gr] = peso en el aire de muestra saturada-seca en la superficie.



Se observa que, típicamente, algunas de las rocas sedimentarias más porosas y más blandas tienen valores más altos de absorción.
La gravedad específica se puede calcular para un agregado totalmente seco (estado 1) o para un agregado en estado natural que puede estar seco en la superficie, pero contener humedad en sus poros (estado 2 ó 3).
 
En el sistema métrico la fuerza de empuje B – C, se puede considerar equivalente al volumen del agregado en centímetros cúbicos.

Se concluye que, si se conoce el valor de la absorción del agregado, se puede calcular la gravedad específica de la masassd (base saturada-seca en la superficie), a partir de la gravedad específica de la masa, por la relación siguiente:

Grav. esp. de la masa SSD = grav. Esp. de la masa (1 + absorción)

en donde la absorción se expresa como una fracción decimal.

5. Vacíos y Gradación

Vacíos.- La cantidad de compactación, la forma, textura superficial y la gradación del agregado influyen de manera importante sobre la cantidad de vacíos. Un agregado bien graduado es aquel que contiene cantidades apropiadas de las partículas progresivamente más finas para llenar las aberturas entre los tamaños mayores y, de este modo, reducir el contenido de vacíos. No obstante, no se ha encontrado que un agregado excelentemente graduado, como para dar lugar a un mínimo de vacíos, sea  fundamental  para  tener  un  hormigón  aceptable.  De  hecho,  los  agregados  con  curvas granulométricas discontinuas en uno o más tamaños de tamiz, se han empleado con éxito e, incluso, algunos los recomiendan.

Los vacíos en los agregados se pueden determinar a partir de la relación:
 
El valor de M dependerá del esfuerzo de compactación aplicado para consolidar el agregado, se calcula de la siguiente manera:
 
El contenido de vacíos de los agregados típicos del hormigón variarán entre el 30 al 50%.

Gradación.- Después de la excavación o explotación en la mina, los agregados del hormigón casi siempre se sujetan a un proceso de tamizado para proporcionar los tamaños adecuados para que exista una cantidad mínima de vacíos, los que serán ocupados por la pasta de cemento, como se muestra en la figura 2.4. La confirmación de que los tamaños deseados se encuentran presentes en el producto se realiza por el "análisis mecánico" o prueba de tamices (Figura 2.5).

Dependiendo de la naturaleza de los agregados que se empleen, es posible que deba mantenerse un balance bastante preciso entre la relación de las fracciones de agregado fino y de agregado grueso, para lograr la movilidad, plasticidad y ausencia de segregación deseadas, todo lo cual se agrupa en el término general “trabajabilidad”.
 
                FIGURA 2.4     Áridos de granulometría continua – mínimos vacíos



       FIGURA 2.5      Serie de Tamices
 


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