ABSORCION Y PESO ESPECIFICO DEL AGREGADO GRUESO I. OBJETIVOS: Determinar el Peso Específico y la Absorción del agregado grueso a partir del humedecimiento del agregado en un periodo de 24 horas Calcular el peso Específico y absorción de una cierta muestra de agregado grueso para saber si cumple los requerimientos para la elaboración de diseño de mezcla. Establecer el tipo de agregado grueso para la elaboración de un buen diseño de mezcla. Conocer la importancia y cómo influye el peso específico y absorción que tienen el agregado en una mezcla de hormigón. II. MARCO TEORICO AGREGADOS Definición Son materiales granulares, generalmente inertes, resultantes de la desintegración natural o desgaste de las rocas o de otros productos artificiales, que permiten obtener partículas de forma y tamaño estables, destinadas a ser empleados en hormigones, donde ocupan casi un 75% del volumen, siendo envueltos por la pasta cementicia, y en mezclas asfálticas, donde ocupan casi un 95%, siendo envueltos por el asfalto. Clasificación De acuerdo al tamaño que sea mayor o no del tamiz Nº 4 (4 aberturas por pulgada lineal, con una abertura según norma IRAM de 4,75 mm), se clasifican los agregados en gruesos o finos. Es grueso cuando el 95% o más queda retenido sobre el tamiz Nº 4 y es fino cuando el 95% como mínimo pasa por el tamiz Nº 4. Tipos De acuerdo a su origen los agregados pueden ser: A) NATURALES: Agregados gruesos: 1) Piedra Partida: proveniente de la explotación de canteras, donde se produce el desprendimiento de grandes trozos de rocas por medio de la voladura mediante explosivos que se introducen en orificios practicados con barrenos. Los trozos son sometidos a posterior trituración y clasificación por tamaños, siendo los tamaños comerciales más comunes de 6:20 - 10:30 - 30:50, siendo estas dimensiones en mm. En la provincia de Buenos Aires, la mayor cantidad proviene de la roca de granito, que se extrae de las sierras de Tandil, Azul y Olavarría. En la zona de Mar del Plata y Balcarce se encuentra la roca cuarcítica, de color blanco. En la zona de la Mesopotamia, se encuentra la roca de basalto, de color oscuro. 2) Canto rodado: se encuentra en el fondo de los ríos y se extrae por medio de barcazas con bodegas mediante sistema de cangilones, que son palas cargadoras montadas sobre cintas que giran sobre rodillos, que transportan y descargan los mismos en los puertos fluviales. La mayor parte del canto rodado que se vende en la Capital Federal proviene del río Uruguay. 3) Mineral de hierro: como la hematita o la magnetita, como mineral triturado de alto peso específico, que sirve para elaborar hormigones pesados, con usos como en las calotas de las usinas atómicas para protección de pérdida de radiación nuclear Agregados finos: 1) Arena fina y mediana: Proveniente del fondo de ríos, como del Paraná, de donde se extrae mediante embarcaciones que chupan o succionan con bombas el material del fondo por aspiración, llevandola posteriormente a los distintos puertos fluviales que se escalonan por el río Paraná y los del Gran Buenos Aires, en recorridos de entre 20 a 40 Kms. de los lugares de extracción. 2) Arena gruesa: Proveniente en Buenos Aires de la playa de las costas del Uruguay, trayendose en chatas desde ese país. En el interior de nuestro país, existen muchos lugares de provisión, siendo el más cercano a la Capital, la de Río Cuarto, en la provincia de Córdoba. Su costo en Capital es el doble de la arena fina. 3) Arena de playa de mar: Es la de la costa atlántica que va desde San Clemente del Tuyú para el sur, que presentan porcentajes variables de trozos de caparazones o conchillas. El reglamento CIRSOC especifica que no podrá existir más del 50% en peso de carbonato de calcio. La conchilla de gran tamaño ocasiona disminución de la trabajabilidad en la mezcla y ende de la resistencia al desgaste. La presencia de sales como el cloruro de sodio puede afectar a las armaduras de las estructuras de hormigón, provocando corrosión, por lo que es necesario su lavado. 4) Arena de médano: Es la que está más arriba en la línea costera de la arena de mar, de tamaño muy fino, que la hace inconveniente para su empleo en hormigones. 5) Arena de trituración: Es la proveniente del proceso de trituración de la piedra partida, de partículas angulosas. se la encuentra en los lugares de canteras como Olavarría, Azul y Tandil. Es parte integrante de los agregados para mezclas asfálticas. 6) Granulado volcánico: Se encuentra en toda la zona cordillerana, de bajo peso específico y color blanco. B) ARTIFICIALES: Agregados gruesos: 1) Arcilla expandida: Es tierra arcillosa seleccionada y adecuadamente tratada, clinkerizada y sometida a cocción en hornos rotativos a 1.120ºC, lo que le permite una expansión formando millares de pequeñas celdillas, que caracterizan una estructura interna celular encerrada por una corteza ceramizada dura y resistente. Las partículas tienen muy bajo peso específico que les permiten flotar y se proveen en tamaños de 1-3 mm, 3-10 mm. y 10-20 mm. a granel o en bolsas en las dos únicas fábricas instaladas en el país en 1967 y ubicadas en Hudson y José León Suarez. Permite reducir el peso propio de los hormigones de 2.400Kg/m3 a 1.800Kg/m3, permitiendo su empleo como hormigones para estructuras. 2) Escorias: Provienen como material de descarte en la fabricación del acero en los procesos de alto horno, tal el caso de San Nicolás, donde hay tres firmas que se dedican a la comercialización. Si la escoria que se separa del arrabio a alta temperatura, tiene un proceso lento de enfriamiento, los óxidos componentes van cristalizando paulatinamente y con ello pierden su poder de aglomerantes hidraulicos, y tienen uso como agregado de hormigones y ejecución de afirmados en calles. Tienen una gran cantidad de oquedades superficiales, con proporcionan altos valores de absorción, alrededor del 15%. Antes de su uso como agregados para hormigón es conveniente su saturación mediante riego, para no quitar el agua necesaria por el cemento para su hidratación y trabajabilidad. Por el contrario, si el enfriamiento es rápido, la escoria se vitrifica y sus componentes no pierden la característica de hidraulicidad, que es la propiedad de endurecer al ser mezclada con agua. El enfriamiento rápido se logra por medio de chorros de agua sobre la escoria y se producen granos pequeños que se emplean como adiciones en la fabricación del cemento portland. 3) Cascotes de ladrillo: Provienen como material de descarte en las fábricas de ladrillos cerámicos, de bajo peso específico y también una alta absorción. Agregados finos: 1) Arcilla expandida: Se vende también en tamaño 0-3 mm. 2) Escoria: También se vende en tamaño arena, y se emplea como agregado en la fabricación de bloques de hormigón 3) Perlita expandida: Es un agregado liviano que proporciona asimismo aislación termoacústica. La perlita es una roca volcánica silícea que contiene una pequeña cantidad de agua entrampada, que cuando se calienta a una temperatura cercana a los 900ºC, el agua atrapada se vaporiza, y la perlita se expande conteniendo incontables células de aire. El producto se clasifica en distintos tamaños para revoques y hormigones. Vienen como partículas sueltas preexpandidas en forma de pequeñas esferas que se clasifican según su tamaño por tamizado entre diámetros de 0,2 y 2,8 mm., que se emplean como agregado para el hormigón liviano y para fabricar ladrillos porosos. La base es el estireno, un líquido cuyas moléculas se polimerizan en un reactor dando origen a las macromoléculas de poliestireno. Para ello el estireno se mezcla íntimamente con agua y un agente de expansión: hidrocarburo pentano (C5H12). Las partículas, por la acción del calor del vapor de agua entre 90 y 105ºC, aumentan su volumen hasta 50 veces el volumen original, debido al agente de expansión. Propiedades Los agregados deben satisfacer ciertas propiedades que son: a) limpieza: 1) Finos que pasan Tamiz Nº 200: se denominan sustancias perjudiciales las que vienen acompañando al agregado y que son nocivas para el hormigón, siendo la más frecuente el polvo, formado por partículas que pasan el tamiz IRAM 0,074 mm (Tamiz Nº200). El polvo está constituído por arcillas, limos y el polvo proveniente de la trituración. Es sumamente fino, con superficie específica de 15.000 cm2/gr. Cuando se incorpora al hormigón un agregado con cierta cantidad de polvo se hace necesario emplear una mayor cantidad de agua, y si no se modifica el contenido de cemento la presencia de polvo trae como consecuencia la reducción de la resistencia y de la impermeabilidad del hormigón. Para valorar el contenido de polvo se toma una determinada porción de agregado, se seca a peso constante y se pesa. Luego se introduce en un recipiente con agua, se agita vigorosamente y se cuela el líquido por un tamiz de 74 μm. de abertura (tamiz Nº 200). Se seca el material remanente y se pesa, expresando la pérdida de peso en %. Los máximos valores adminisbles, especificados por el CIRSOC son: agregado grueso natural 1 % agregado grueso de trituración 1,5 % agregado fino para hormigón expuesto a desgaste superficial 3 % agregado fino para hormigones comunes 5 % 2) Materia orgánica: de origen húmico, la cual retarda el proceso de hidratación del cemento. En las arenas naturales la determinación del contenido de materia orgánica debe efectuarse siempre, mientras que en los agregados gruesos solamente en aquellos que tengan una porción apreciable de partículas finas. El ensayo consiste en colocar la muestra de arena en una solución de hidróxido de sodio al 3%, agitar y dejar reposar durante 24 horas. Los granos de arena sedimentan y la solución toma distintas tonalidades. Comparando este color con una escala colorimétrica puede obtenerse una valoración de la cantidad de materia orgánica. Cuando da un resultado superior al límite, se debe realizar un estudio comparativo de resistencia realizado sobre dos series de probetas, una con la arena en estudio y otra con la misma arena previamente lavada con hidróxido de sodio. La diferencia de resistencia entre las dos series no debe ser mayor del 5 % a la edad de 7 días. 3) Sales solubles: La presencia de sales como ser los sulfatos reaccionan con el aluminato tricálcico del cemento provocando expansiones; los cloruros atacan las armaduras y los carbonatos aumentan el pH del hormigón lo que puede ocasionar el retardo del proceso de hidratación. El CIRSOC 201 especifica cantidades máximas para el conjunto de materiales: En el nuevo proyecto CIRSOC 201 del año 2000 el Ing. Alberto Giovambattista ha propuesto los valores de cloruros máximos en el hormigón sin armar a 1,2 % en masa del cemento, 0,15 % para hormigón armado en medio ambiente con cloruros, 0,30 % para medio ambiente sin cloruros; 0,10% con curado a vapor y 0,06% para hormigón pretensado. 4) Otras impurezas: En los agregados pueden existir otras impurezas como ser: arcillas, partículas livianas (virutas, papel, etc), carbonosas. El CIRSOC especifica los siguientes porcentajes máximos de materias carbonosas para el agregado fino: hormigón visto 0,5 % hormigones revestidos 1,0 %. Para determinar el contenido de arcilla existen dos formas de evaluarlo, una por terrones de arcilla retenidos en el Tamiz Nº 16 (IRAM 1,2 mm) que se rompen manualmente y se calcula el porcentaje de material que pasa el Tamiz Nº 20 (IRAM 0,84 mm). Se establecen porcentajes máximos del 1% para la arena y 0,25% para el agregado grueso. El otro método es el ensayo de equivalente arena que se basa en que la materia arcillosa se separan y floculan por lavado en una determinada solución de agua y cloruro de calcio. La relación en un frasco de vidrio de los niveles de la arena y de las materias floculadas informa sobre los porcentajes. Puede variar de 0 (todos elementos arcillosos) a 100 (arena sin finos ni arcillas). Equivalente arena = 100 h2/ h1 b) forma: La forma de las partículas del agregado influye en la trabajabilidad del hormigón en estado freco y como consecuencia en la cantidad de agua de mezclado. Para la trabajabilidad los mejores agregados son aquellos cuya forma se aproxima a la esfera, como es el caso de los cantos rodados. Los agregados triturados de forma cúbica tambièn presentan buen comportamiento, pero la presencia de partículas lajosas presentan inconvenientes en el mezclado y ende en la resistencia, pues tiende a ubicarse en posición horizontal y el agua que asciende por exudación queda atrapada bajo las lajas, y al evaporarse deja un vacío. Para valorar esta propiedad las normas IRAM incluyen el ensayo de cubicidad, que consiste en relacionar el tamaño de las partículas, dado por su medida media, con su menor medida. El factor de cubicidad toma el valor de 1 para agregados de cubicidad óptima y de 0 para los de cubicidad deficiente (partículas achatadas o lajosas). En agregados para concreto asfáltico se exige un mínimo de 0,5 del factor de cubicidad. c) textura: Los agregados pueden presentar diversas texturas superficiales, tales como lisas, rugosas, etc. Las lisas dan buena trabajabilidad del hormigón y reducen la cantidad de agua. Las rugosas en cambio presentan una buena adherencia entre pasta y agregado, presentando un mejor comportamiento que los rodados. d) tamaño: El tamaño máximo del agregado está relacionado con el espesor de la pieza a llenarse con el hormigón. El antiguo reglamento PRAEH indicaba que el tamaño máximo del agregado no debe exceder la menor de las dos medidas siguientes: 1/5 de la menor dimensión del elemento 3/4 de la mínima separación horizontal o vertical libre entre armaduras. A su vez el tamaño máximo influencia los requisitos de pasta y de allí que las tablas de dosificación de hormigón para calcular las cantidades de agua y agregado grueso, dependan del tamaño máximo del agregado. Siempre es preferible utilizar el mayor tamaño posible. Se define tamaño máximo a la abertura de la malla del menor tamiz de la serire normal a través del cual pasa en forma acumulada el 95% del peso total del material o valor inmediato superior. e) Granulometría: Es la distribución del tamaño de las partículas que se miden mediante tamices. La serie de tamices según la norma IRAM se establece según la medida de la abertura en mm. mientras que la norma ASTM fija la numeración según la abertura en pulgadas para los agregados gruesos, y con un número que representa la cantidad de aberturas por pulgada lineal para los agregados finos. La serie más habitual para agregado grueso es: IRAM(mm) 76,2 - 63,5 - 50,8 - 38,1 - 25,4 - 19,1 - 12,7 - 9,52 - 4,76 ASTM 3” 21/2” 2” 11/2” 1” 3/4” 1/2” 3/8” Nº 4 La serie para la parte de agregado fino comprende: IRAM(mm) 4,76 - 2,38 - 1,19 - 0,59 - 0,297 - 0,149 ASTM Nº 4 Nº 8 Nº 16 Nº 30 Nº 50 Nº 100 En la serie adoptada para el análisis granulométrico los tamices de 3”, 11/2”, 3/4”, 3/8” y Nº 4 al Nº 100 se definen como medidas standard, pues tienen lados de abertura de malla de longitud doble a las correspondientes del tamiz inmediato siguiente y son los que se toman en cuenta para la determinación del módulo de finura. Los restantes tamices se consideran como medidas intermedias. El modulo de finura es la suma de los porcentajes retenidos acumulados en la serie de medidas standard (relación doble entre tamices) dividido por 100. Expresa en forma práctica un número que define la finura del agregado, pero no da una idea de la distribución de los tamaños de partículas, que sólo puede visualizarse a través de los gráficos granulométricos. Dos agregados con distinta granulometría pueden tener un mismo módulo de finura. El modulo de finura se emplea casi exclusivamente en agregados finos y es el que se utiliza en las tablas para la dosificación de hormigones, para establecer la cantidad de agregado grueso. Un número importante de ensayos han permitido establecer las granulometrías con las que se obtienen la máxima resistencia a compresión y la máxima compacidad del hormigón. Corresponden a las llamadas curvas granulométricas ideales siendo Fuller el primero que ideó este tipo de curvas, cuya parábola tiene la siguiente expresión matemática % que pasa en Ai = 100 (Ai/Tmax)0,5 siendo: Ai = abertura de la malla correspondiente al tamiz y Tmax = tamaño máximo del agregado. La condición de máxima compacidad no es conveniente, ya que afecta la trabajabilidad de las mezclas tanto de hormigones como asfálticas. Características Contenido de humedad: Las partículas de los agregados contienen poros que pueden estar conectados o no con la superficie. Por aquellos poros o capilares que están interconectados con la superficie puede ingresar el agua, hasta saturar los mismos, para luego quedar retenida en la superficie de las partículas formando una película adherida a las mismas. En la figura siguiente se esquematizan los estados de humedad que pueden presentar los agregados: Los cuatro estados graficados responden a las siguientes características: Seco: la humedad del agregado es eliminada totalmente mediante secado en estufa a 105ºC, hasta peso constante. Los poros permeables se encuentran vacíos. Es un estado obtenido en laboratorio. Seco al aire: los poros permeables se encuentran parcialmene llenos de agua. Este estado es el que se encuentra habitualmente en la naturaleza. Saturado y superficie seca: los poros se encuentran llenos de agua, luego de permanecer el agregado 24 hs. cubierto con agua. En el caso del agregado grueso para los ensayos de laboratorio, el secado de la superficie se realiza en forma manual mediante una toalla o trapo. En el caso del agregado fino se extiende sobre una mesada y se trata de secarla mediante alguna corriente de aire. En este caso, se establece una determinación llenando con la arena un molde de un tronco cono, se desmolda y cuando comienza a perder la forma por desmoronamiento, se ha obtenido el estado de saturado y superficie seca. Humedad: es la película superficial de agua que rodea a la partícula, cuando todos los poros se encuentran llenos de agua. Los distintos estados se establecen mediante pesadas y la relación de diferencia entre ellos con respecto al peso de referencia, establece los porcentajes para calcular la absorción y la humedad. LA ABSORCION 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: Absorción = ( [ B – A ] / A ) * 100 La absorción en los agregados finos de origen natural rondan entre 0,8 y 1,3%, los agregados finos de trituración andan en 0,9%, los agregados gruesos como canto rodado andan en 0,2% y en los agregados gruesos de piedra partida andan en 0,8% para los graníticos, 1,8% para los cuarcíticos y 1,6% para los basálticos. La absorción de los agregados de origen artificial suele ser muy elevada, como en el caso de las escorias o de las arcillas expandidas que rondan el 15%. Peso Específico: Es la relación entre el peso y el volumen del material sólido. Para determinar el peso específico o densidad se debe tomar el agregado en estado saturado y superficie seca. Los procedimientos figuran en la Práctica Nº 5 de la Guía de Trabajos Prácticos. El peso específico de muchos de los agregados de origen natural rondan alrededor de 2,65gr/cm3, tal como en los agregados silíceos, calcáreos y granitos, con las excepciones del basalto que está en 2,90 gr/cm3, areniscas en 2,55 gr/cm3 y la cuarcítica en 2,50 gr/cm3. Hay agregados pesados como la piedra partida de roca de hematita que anda en 4,25 gr/cm3. III. MATERIALES E INSTRUMENTOS -Estufa eléctrica termostáticamente controlada (110°±5°C) -Balanza -Dispositivo de Arquímedes -Agregado grueso -Agua potable -Franela absorbente -Guantes -Recipientes -Tamiz N°4 IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para el agregado Grueso 1. Debemos sumergir el agregado en agua durante un lapso de 24 horas. 2. Retirar la muestra del agua y eliminar el exceso de agua existente en la superficie utilizando una tela o franela. 3. Tamizar el material con la malla N°4, para separar el agregado fino. 4. Pesar el material retenido en esta malla la cual será la masa dela muestra en estado superficialmente seco. 5. Colocar el material en el dispositivo de Arquímedes para determinar el peso del material suspendido en agua. 6. Colocar el material en un depósito para introducirlo en la estufa por un periodo de 24 horas a una temperatura de 105°C. V. RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS Agregado Grueso G 1-2 G 3-4 G 5-6 G7 Peso sss 1425 435 1000 815 Peso Peso suspendido(g) Seco(g) 900 1400 275 428.36 625 930 515 796.4 P.E Psss P.E aparente %Absorción 2.666666667 2.714285714 2.8 2.67725 2.71875 2.793166406 2.48 2.666666667 3.049180328 2.654666667 2.716666667 2.830135039 1.785714286 1.550098048 7.52688172 2.335509794 Podemos ver de los datos que la muestra del grupo 5-6 es la que contiene mayor poros, por la variación del peso a la hora de saturarlo y por ende genera una mayor absorción de agua lo cual debe considerarse a la hora de hacer la mezcla ya q se necesitara mayor cantidad de agua para la reacción del cemento debido a que la piedra absorbe buena cantidad de agua puede generar una mezcla sin reaccionar completamente no bien hidratado y no se obtenga los resultados esperados en sus propiedades. De los resultados de absorción se puede ver que los grupos 1-2, 3-4 y 7 cumplen con la condición de buena piedra debido a que su % de absorción es menor al 3%. VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El porcentajes de absorción en las muestras G 1-2, G 3-4 y G 7 oscilan entre 1.5 y 2.4% lo que indica que estas muestras retienen poca agua, lo cual es un factor beneficioso para una buena dosificación en la elaboración de concreto. Una baja absorción de agua por parte del agregado permite un cálculo as exacto de la relación agua/cemento, ya que el agua necesaria para la hidratación del cemento no será absorbida por la porosidad del agregado. El peso específico del agregado en condición de saturado superficialmente seco nos da una idea de la incidencia del peso del mismo en el peso total actuante en un encofrado. La absorción del agregado está directamente vinculada a la porosidad del mismo, a su vez la porosidad del mismo, a su vez la porosidad depende del tamaño de los poros, el volumen total de poros y su permeabilidad. Los valores obtenidos de los pesos específicos nos facilitan los cálculos de dosificación, pues mediante estos podemos dosificar en volumen. VII. El material se debe dejar reposar en agua como minimo de 24 horas y se debe verificar que el material este totalmente sumergido. No debe secarse demasiado la muestra saturada. Es importante que el agregado grueso se encuentre limpio, libre de cualquier partícula superficial. 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