AGREGADOS Introducción Introduccion (cont) Cantera de roca

Introducción
• Definición:
– Diccionario: Combinación de distintas partes
unidas en una masa o en un conjunto.
– En ingeniería civil: Masa de piedra triturada,
grava, arena, etc. mayormente compuesta de
partículas individuales.
AGREGADOS
MATERIALES DE INGENIERIA
CIVIL
• Tamaño varia desde 6 in. a 5~10 micrones
• Usos principales en ingeniería civil:
– Material subyacente para fundaciones y
pavimentos.
– Ingredientes del hormigón de cemento portland y
hormigón asfáltico
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Introduccion (cont)
2
Cantera de roca
• Fuente de los agregados :
– Naturales:
• fosas de gravas à grava
• Depósitos en rios à grava
• canteras de rocas à piedra triturada
– Manufacturados:
• Escoria à Hormigón liviano
• Arcillas y esquistos expansivos à Hormigón liviano
• Trozos de acero à Hormigón pesado
3
Usos de los
agregados
Usos de los
agregados (cont)
1. Material subyacente para fundaciones y
pavimentos (base y subbase)
§
Añade estabilidad a la estructura
§
§
Proveen una capa de drenaje
Protegen la estructura de las heladas
4
•
Ingrediente del hormigón de cemento
portland
§
§
§
5
Ocupan 60-75% del volumen y 79-85% del peso
Actuan como relleno para reducir el cemento
necesario en la mezcla
Agregan estabilidad de volumen.
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1
Usos de los agregados (cont)
Propiedades de los agregados
• Forma de la partícula y textura de la
superficie
– La forma determina cómo se va a agrupar ,
qué densidad tendrá y cómo se moverá
dentro de la mezcla.
– Las 2 consideraciones en la forma del
material son:
3.
Ingrediente de hormigón asfáltico:
–
Constituyen >80% del volumen y 92-96% de la masa.
–
El rozamiento entre las partículas de agregados provee la
resistencia y la estabilidad del pavimento
• Angularidad
• “Flakiness”
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8
Propiedades de los agregados
(cont)
Formas de los agregados
– Partículas angulares se obtienen al triturar piedra .
– Al pasar el tiempo las esquinas se rompen formando
partículas subangulares
– Al transportarse y rodar entre sí l a s esquinas se
pueden volver redondas.
– Los angulares producen masas con mayor
estabilidad.
– Los redondos son m a s fáciles de colocar
– El “flakiness” describe la relación entre la menor y la
mayor dimensión del agregado.
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Propiedades de los agregados
(cont)
Propiedades de los agregados
(cont)
• Integridad y durabilidad:
• En cuanto a la textura:
– Agregados rugosos:
•
•
•
•
10
Son más difíciles de compactar densamente
Se adhieren mejor entre sí
Presentan mejor rozamiento entre partículas
Son preferidos para el hormigón asfaltico porque aumentan
la estabilidad del hormigón.
– Agregados redondos:
• Se prefieren en PCC porque mejoran la manejabilidad de la
mezcla
– Es la propiedad de los agregados de
resistir la desintegración debida a agentes
climáticos :
• El congelamiento y los ciclos de hielo/deshielo
son l o s ataques climáticos m á s peligrosos para
los agregados.
• Tenacidad, dureza y resistencia a la
abrasión:
– Es la propiedad de los agregados de
resistir los efectos dañinos de las cargas .
11
12
2
Propiedades de los agregados
(cont)
Propiedades de los agregados
(cont)
– Los agregados deben resistir:
• Trituración
• Degradación
• Desintegración
• cuando están
almacenados
• mezclados como PCC or
AC
• Colocados
• Compactados
• expuestos a cargas
• Absorción:
– La resistencia a la abrasión se evalua mediante el
Ensayo de Abrasión de Los Angeles.
– Es la propiedad de absorber agua (en PCC) o
aglomerante (en AC) en l o s vacios superficiales.
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Propiedades de los agregados
(cont)
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Absorción (cont.)
• Los cuatro estados de humedad de un agregado
son:
• Absorción (cont):
– En el PCC, el agua que los agregados
absorben no está disponible para
reaccionar con el cemento o mejorar la
manejabilidad
– En el AC, el asfalto absorbido no está
disponible para actuar como aglomerante ,
aunque algo de absorcion es necesario
para promover la adhesion entre asfalto y
agregado
– Seco (al horno): no contiene nada de humedad.
– Seco al aire : puede tener humedad pero sin llegar a
saturarse .
– Saturado con superficie seca (SSD): Los vacios están
llenos de humedad pero la superficie está seca.
– Húmedo: Vacios llenos y la superficie también
húmeda.
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Absorción (cont.)
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Gravedad específica
• Basado en lo anterior, la absorción se
define también como:
– La cantidad de agua necesaria para llenar los
vacios superficiales .
– O lo que es lo mismo: La cantidad de
humedad en la condición SSD.
• Si la absorción es menor que la cantidad
de humedad, qué pasa con el agua de la
mezcla?
• El peso del agregado no es una medida de su
calidad pero es importante para el diseño de
la mezcla.
• La gravedad especifica (SG) es el cociente
entre su peso específico y el peso específico
del agua:
SG =
17
γ
γw
18
3
Gravedad específica (cont)
Gravedad específica (cont)
• Hay cuatro tipos de gravedad específica:
– Seca: peso seco / volumen
total
– Saturada: Peso SSD /
volumen total
=
Ws + W p
(V + V + V )γ
s
– Aparente: Peso seco /
volumen no accesible al agua:
• Gravedad específica efectiva: (para hormigón
asfáltico) = Peso del agregado / volumen no
accesible al asfalto
Ws
=
(Vs +Vi + Vp )γ w
=
i
p
Ws
(Vs + Vc )γ w
w
Ws
(Vs +Vi )γ w
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Resistencia y módulo de los
agregados
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Granulometría y tamaño máximo
• La resistencia de los agregados no puede ser
menor que la del hormigón cemento portland o
del hormigón asfáltico
• Es poco frecuente medir la resistencia de los
agregados
• La resistencia en tensión varia entre 100 a 2300
psi y la de compresión entre 5000 a 50000 psi.
• El módulo de elasticidad tampoco se mide con
frecuencia.
• La granulometría describe la distribución de tamaños de
las partículas de agregados
• Agregados grandes se prefieren en PCC y AC porque
tienen menos superficie y por lo tanto requieren menos
aglomerante
• Sin embargo, agregados grandes son m á s difíciles de
colocar en obra.
• Por lo tanto consideraciones constructivas limitan el
tamaño máximo de agregados (capacidad del equipo,
dimensiones de la formaleta, distancia entre aceros de
refuerzo, etc.)
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Definición de tamaño máximo de
agregados
Tamaño máximo
• Cuál partícula usa más agua para
mojarse?
a) Un agregado
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• Tamaño máximo del agregado: el tamiz
más pequeño por el cual pasa el 100% de
los agregados
• Tamaño máximo nominal del agregado: el
tamiz más grande que retiene algún
agregado (usualmente no mayor que el
10%)
b) Dos agregados que en
conjunto tienen el mismo
volumen q u e a)
23
24
4
Análisis de tamices
Análisis de tamices
25
Análisis de tamices (cont)
• La granulometría se establece haciendo
pasar los agregados por una serie de
tamices .
• Los tamices cuyas aberturas son mayores
que ¼” se designan por el tamaño de la
abertura
• Los tamices cuyas aberturas son menores
que ¼” se designan por el número de
aberturas por pulgada lineal
• Los agregados retenidos en el tamiz #4 se
llaman agregados gruesos y los que pasan
se llaman agregados finos
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Ejemplo de analisis de tamices
• Los resultados de una granulometria se
describen usando el porcentaje acumulado
de agregados que, ya sea pasan o quedan
retenidos en un determinado tamano de
tamiz.
• Los resultados generalmente se dibujan en
una grafica semi-logaritmica.
Sieve,
mm
Amount
retained, g
120
4.75
0
100
2.36
33.2
2.00
56.9
1.18
0.60
83.1
151.4
0.30
40.4
0.15
72.0
0.075
58.3
pan
15.6
80
60
40
20
0
0.01
0.1
1
10
27
Granulometria de densidad
maxima
28
Granulometria de densidad
maxima (cont)
• En 1907 Fuller establecio la relacion para determinar la distribucion
de agregados que provee la densidad maxima (minima cantidad de
vacios )
• Cual recipiente tiene mayor volumen de
agregados, o lo que es lo mismo, menor
cantidad de espacios vacios?
0 .45
d 
Pi = 100 i 
D
Y que pasa si
mezclamos a) y
b)?
P i = porcentaje que pasa el tamiz de tamano di
di = el tamano del tamiz en cuestion
D = maximo tamano del agregado
•En los 60’s, el FHWA introdujo la grafica granulometrica potencia
0.45
a) Recipiente lleno de
bolitas de 1”
b) Mismo recipiente
lleno de bolitas de
1/2”
29
•Usualmente, una granulometria densa y no una maxima es la que
se desea en las mezclas.
30
5
Granulometría de máxima
densidad (cont)
Granulometría de máxima
densidad (cont)
31
Otros tipos de granulometría
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Otros tipos de granulometria
• Distribución de un tamaño:
– La mayoría de los agregados pasa un tamiz y e s
retenido en el siguiente
– La curva granulométrica e s casi vertical
– Tienen buena permeabilidad, poca estabilidad
• Granulometría con brecha:
– No tienen uno o más tamaños
– La curva tiene una sección horizontal
• Granulometría abierta :
– No tienen agregados finos para bloquear los
vacíos entre l o s agregados gruesos
– Tienen buena permeabilidad, poca estabilidad
33
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Especificaciones de granulometría ASTM C33
para agregados finos de hormigón de cemento
Portland
Especificaciones de
granulometría
• Las especificaciones de granulometría
indican los máximos y mínimos
porcentajes que debe acumularse en
cada tamiz
• Por ej., la norma ASTM C33 especifica
los requerimientos para agregados finos
y gruesos para hormigón de cemento
Portland
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Tamaño tamiz
3/8 in
#4
#8
# 16
# 30
# 50
# 100
% que pasa
100
95 – 100
80 – 100
50 – 85
25 – 60
10 – 30
2 –10
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6
Combinación de agregados para
cumplir con especificaciones
Módulo de finura
• Es una medida de la granulometría del
agregado fino
• Se usa principalmente en el diseño de mezcla
de hormigón de cemento Portland
• Se define como la suma de los pesos retenidos
acumulados en los tamices # 100, 50, 30, 16, 8,
4 y 3/8”, ¾”, 1-1/2”, 3” y 6”) dividido entre 100.
• El módulo de finura debe estar entre 2.3 y 3.1
en el agregado de hormigón de cemento
Portland
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Combinación de agregados para cumplir
con especificaciones (ejemplo)
• Dibujar los porcentajes que pasan por cada tamiz en el eje
derecho para el agregado A y en el eje izquierdo para el
agregado B
• Para cada tamiz, unir los ejes izquierdo y derecho
• Dibujar los limites de la especificación de cada tamiz en las
lineas
• Unir los puntos límites superior e inferior en cada linea
• Dibujar lineas verticales en el punto más a la derecha de la
linea de límites superiores y en el punto más a la izquierda de la
linea de límites inferiores . Si se sobreponen, no hay solución
• Cualquier linea vertical entre esas dos lineas es una
combinación que cumple con las especificacio.
• Proyectando intersecciones de la linea de la combinación y las
lineas de los tamices da un estimado de la granulometría de la
mezcla,
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Combinacion de agregados para cumplir
con especificaciones (ejemplo)
¾”
½”
3/8”
#4
#8
#30
#50
#100
#200
Specificat
ion
100
80-100
70-90
50-70
35-50
18-29
13-23
8-16
4-10
Aggregat
eA
100
90
59
16
3
0
0
0
0
Aggregat
eB
100
100
100
96
82
51
36
21
9
Blend
100
95
80
56
43
26
18
11
4.5
39
Combinación de agregados para
cumplir especificaciones
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Propiedades de agregados
combinados
• Cuando deban combinarse más de dos agregados :
– Se aplica el método gráfico en forma iterativa
– O se usa la ecuación básica de la combinación usando un
método de tanteo
• Con excepción de la gravedad específica y la
densidad, las propiedades de la combinación siguen la
ecuación:
X = P1 X1 + P2 X 2 + P3 X3 + L
Pi = Aa + Bb + Cc + ...
• Esta ecuación puede usarse para propiedades
tales como la angularidad, la absorción, la
resistencia, y el módulo
P i = Porcentaje de la combinacion que pasa el tamiz i
A, B, C, = Porcentaje de agregados A, B, C que pasan el tamiz i
a, b, c, = Porcentajes (en peso) de los agregados A, B, C usados en la
combinación
41
– X=propiedad de la combinación
– X 1,X2,X3=propiedad de los agregados 1,2, y 3
– P 1,P2,P3=porcentajes de peso de l o s agregados
1,2, y 3
42
7
Sustancias nocivas en los
agregados
Reactividad álcali-agregado
• Es la reacción química entre constituyentes de
sílice del agregado con el álcali en el cemento .
• Ocurre mayormente en lugares húmedos y
cálidos
• Resulta en una excesiva expansión,
agrietamiento y reventones
• El ASTM C227 es el ensayo usado para
determinar la reactividad entre cemento y
agregado
• Es cualquier material en los agregados que afecta la
calidad del hormigón hecho con ellos
• Para hormigón de cemento Portland
–
–
–
–
–
Impurezas orgánicas
Partículas menores que 0.075 mm
Carbón, lignita u otros materiales livianos
Grumos de arcilla y partículas friables
Partículas suaves
• Para el hormigón asfáltico
– Grumos de arcilla
– Partículas suaves o friables
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Thin-Section Cut of ASR-Damaged
Concrete
44
ASR-Induced Damage in
Unrestrained Concrete Element.
45
Extrusion of Joint-Sealing Material Triggered
by Excessive Expansion from ASR.
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Reactividad álcali-agregado
• Opciones para minimizar los efectos:
– Limitar el contenido de álcalis en el cemento
(ej. cemento tipo II)
– Mantener la estructura lo más seca posible
– Usar aditivos puzolánicos (ej. fly ash)
– Reemplazar parte del agregado con piedra
caliza triturada
47
48
8