SEMANA 4

AGREGADOS

Se entiende por agregados a una colección de partículas de diversos tamaños que se pueden encontrar en la naturaleza, ya sea en forma de finos, arenas y gravas o como resultado de la trituración de rocas. Cuando el agregado proviene de la desintegración de las rocas debido a la acción de diversos agentes naturales se le llama agregado natural, y cuando proviene de la desintegración provocada por la mano del hombre se le puede distinguir como agregado de trituración, pues éste método es el que generalmente se aplica para obtener el tamaño adecuado. Los agregados naturales y los de trituración se distinguen por tener por lo general un comportamiento constructivo diferente, sin embargo se pueden llegar a combinar teniendo la mezcla a su vez características diferentes.

Los agregados que se emplean más en la construcción se derivan de las rocas ígneas, de las sedimentarias y de las metamórficas, y es de esperarse que las cualidades físicas y mecánicas de la roca madre se conserven en sus agregados. En la actualidad es posible producir algunos tipos de agregado de manera artificial, como por ejemplo la perlita y la vermiculita que se obtienen de la cocción de espumas volcánicas, otro ejemplo lo constituye el agregado ligero que se obtiene de la expansión por cocción de nódulos de arcilla, en general a estos agregados se les puede llamar agregados sintéticos. Existen otros materiales resultado de la actividad industrial que bajo ciertas condiciones pudieran usarse como agregados (en lugar de almacenarse como desperdicio), como la escoria de alto horno, la arena sílica residual del moldeo de motores, la ceniza de carbón quemado y otros.

Los agregados ya sean naturales, triturados o sintéticos se emplean en una gran variedad de obras de ingeniería civil, algunas de las aplicaciones pueden ser: construcción de filtros en drenes, filtros para retención de partículas sólidas del agua, rellenos en general, elaboración de concretos hidráulicos, elaboración de concretos asfálticos, elaboración de morteros hidráulicos, construcción de bases y subbases en carreteras, acabados en general, protección y decoración en techos y azoteas, balasto en ferrocarriles y otras.

Para el caso de Perú, se tiene la Norma Técnica Peruana 400.012 “Concretos. Especificaciones de los Agregados para Concretos”, que establece los requisitos de gradación y calidad para los agregados finos y gruesos (excepto los agregados livianos y pesados), para uso en concreto; además, presenta información que puede ser utilizada por el contratista, el proveedor o el comprador de agregados para concreto.

Aunque la clasificación de los agregados básicamente se centra en agregados finos y gruesos, existen distintos tipos como:

• Clasificación por origen.
• Clasificación por color.
• Clasificación por tamaño de partícula.
• Clasificación por modo de fragmentación.
• Clasificación por peso específico.
• Agregados reciclados.

Clasificación por origen

Dentro de la clasificación por origen, la cual se realiza con base en la procedencia de las rocas y los procesos físico-químicos involucrados en su formación, se pueden encontrar las siguientes clases de agregados:

1. Agregados ígneos: 

Son todos los agregados provenientes de rocas ígneas, generalmente, este tipo de rocas son conocidas también como originales, endógenas o magmáticas. Se pueden clasificar en:

• Intrusivas, abisales o plutónicas.
• Filonianas o hipoabisales.
• Extrusivas, efusivas o volcánicas.

2. Agregados sedimentarios:

 Son los agregados provenientes de rocas sedimentarias, las cuales son las de mayor abundancia en la superficie terrestre. Este tipo de rocas está formado por fragmentos de rocas ígneas, metamórficas u otras sedimentarias. Se pueden originar por descomposición y desintegración o por precipitación o deposición química.

3. Agregados metamórficos: 

Son todos los agregados provenientes de rocas metamórficas, que a su vez provienen de ígneas y sedimentarias, las cuales experimentan grandes presiones y altas temperaturas generadas en los mismos metamorfismos de contacto o metamorfismo regional o dinámico.

Clasificación por color

Es una de las clasificaciones más fáciles de utilizar ya que solo considera el color del material para hacer una diferenciación, sin embargo también es uno de los métodos que menos información proporciona acerca del material y del desempeño que puede tener en la mezcla de concreto.

Clasificación por tamaño de partícula

Esta identificación de los agregados se deriva de dividirlos de acuerdo con aquel que pasa o no la frontera nominal de 4,75 mm (Tamiz N°4), de acuerdo a lo estipulado en la Norma Técnica Colombiana NTC 32, Tejido de alambre y tamices para propósito de ensayo.

De acuerdo al tamaño de la partícula se tienen dos clases de agregados:

• Agregado fino: material que pasa 100% el tamiz 3/8” y queda retenido en la malla N° 200. Generalmente es clasificado como arena gruesa o fina.

• Agregado grueso: es aquel que es retenido 100% en el tamiz N° 4 o superior.

Clasificación por fragmentación

Dependiendo del tipo de fragmentación que tienen, los agregados se pueden clasificar en:

• Agregados naturales: son los agregados fragmentados por procesos naturales como la erosión.

• Agregados manufacturados: son todos los agregados fragmentados con procesos mecánicos.

Agregados mixtos: son una combinación de agregados fragmentados de forma natural y de forma artificial.

Clasificación por peso específico

La clasificación por peso específico es determinada a través del peso unitario de los agregados, dependiendo de esta característica se tienen:

• Agregados ligeros.

• Agregados normales.

• Agregados pesados.

Agregados reciclados

Los agregados reciclados tienen su origen principal en las demoliciones y varían dependiendo de la estructura de la cual provengan (nueva construcción, reforma o demolición) y de factores como función para la cual fue diseñada la estructura original, edad de la estructura, zona donde fue construida, entre otros.

Se pueden clasificar en dos grandes grupos:

Agregados reciclados limpios: son los que están compuestos por un solo elemento en su mayoría (aproximadamente 95%) y además tienen un porcentaje de impurezas muy bajo (alrededor del 5%).

Agregados reciclados sucios: son todos aquellos agregados que tienen valores fuera de los rangos que se encuentran establecidos.

La importancia de los agregados en el concreto

El uso de agregados en el concreto tiene como objetivo reducir los costos en la producción de la mezcla (relleno adecuado para la mezcla, ya que reduce el contenido de pasta de cemento por metro cúbico), ayudar a controlar los cambios volumétricos (cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado, de curado y secado de la mezcla de concreto) y aportar a la resistencia final del material.

Es un material que tiene una participación entre el 65% y el 70% del total de la mezcla de concreto.

La forma y textura superficial de las partículas individuales de cualquier tipo de agregado tienen una influencia importante en la manejabilidad del concreto en su estado fresco y en otras características físicas de su estado sólido.

El uso de diferentes tipos de agregados finos puede generar variaciones en el asentamiento de la mezcla de concreto, por ejemplo, las arenas angulares tendrán un menor asentamiento que una mezcla diseñada con agregados finos redondeados y lisos. Esto puede generar la necesidad de hacer un cambio en la relación agua/material cementante.

Aunque la forma y textura de los agregados gruesos también influye en dicha relación, se afecta en mayor medida la resistencia a través de la relación adherencia agregado/pasta de cemento.

Existe un límite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del concreto. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva, ocurrirá el fenómeno de segregación. De la misma forma los agregados finos deben estar dosificados de forma tal que permitan una buena trabajabilidad y brinden cohesión a la mezcla, pero a la vez no deben estar en exceso porque perjudicarían la manejabilidad y la resistencia del concreto.

Granulometría de suelos por tamizado

La granulometria es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices (norma ASTM C 136).

El tamaño de partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino tiene aberturas que varían desde la malla No. 100(150 micras) hasta 9.52 mm.

Los números de tamaño (tamaños de granulometria), para el agregado grueso se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a través de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 en lista los trece números de tamaño de la ASTM C 33, mas otros seis números de tamaño para agregado grueso.

La arena o agregado fino solamente tiene un rango de tamaños de partícula.

Análisis granulométrico por tamices

Nuestras herramienta principal de trabajo para este proceso es la malla o tamiz. Existen dos escuelas , claramente diferenciables, en cuanto a la forma en sí del tamiz: la escuela alemana y la escuela norteamericana.

La escuela alemana utiliza una plancha metálica agujereada , mientras que la escuela norteamericana forma la malla con hilos metálicos dispuestos en forma de cuadrícula .

No puede afirmarse en ningún momento que una escuela sea superior a la otra en esta aspecto; cada una tiene sus ventajas, como también sus desventajas. Las mallas alemanas tienen la bondad de presentar orificios circulares que se asemejan más a la forma de las partículas que el cuadro de las mallas norteamericanas. Ahora bien, las planchas agujereadas presentan zonas ciegas, donde puede quedar retenido material que de otra manera hubiera pasado, quedando este efecto reducido a un mínimo en las mallas norteamericanas. Ya se utilice una o la otra, siempre debe tenerse la precaución de no mezclar ambas normas, advertencia que puede ser aplicada a todas las ramas restantes de la ingeniería civil.

Dentro de la escuela norteamericana, podemos distinguir dos tipos de tamices: La serie Tyler: en este juego de tamice, cada malla tiene una separación veces mayor que la del cedazo próximo menor y su designación numérica corresponde al número de aberturas por pulgada lineal. La serie U.S. Standard: a diferencia de la serie anterior, los números que designan a cada tamiz son inversamente proporcionales al tamaño de las aberturas.

Por ejemplo : un tamiz Núm. 200 tiene aberturas igual a la mitad de las correspondientes a la malla Núm. 100. Cuando las mallas son muy gruesas, se usa para su identificación la separación entre hilos.

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS FINOS

Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas mas pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometria que mas se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo mas conveniente para lograr una buena trabajabilidad.

Entre mas uniforme sea la granulometria, mayor sera la economía. Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%.

REPRESENTACIÓN GRÁFICA SEMI-LOGARITMICA ACUMULATIVA 

Para representar gráficamente la distribución de los diversos tamaños de partículas que contiene una muestra de un material, hará falta seguir un proceso de ensayo granulométrico por cedazos.

Nuestro primer paso será la selección de la muestra a ensayar, luego de determinado su peso, se coloca en su totalidad, seca, en la malla más gruesa de nuestra batería de tamices y al vibrar el conjunto de mallas, conseguiremos que cada corpúsculo se quede en la malla de tamaño menor al de su diámetro.

Contenido De Humedad En Agregados

Los agregados son materiales que tienen poros, por lo tanto un porcentaje de humedad atmosférica llega a introducirse en dichos poros y genera un porcentaje de humedad en los agregados. Esto es importante conocer ya que de esta manera podríamos agregar agua a cualquier mezcla; sin saberlo, que podría realizarse con el agregado.

Así pues, al realizar cualquier operación con un agregado este contendrá cierto porcentaje de humedad que agregara agua a nuestra mezcla y tal vez llegando a obtener resultados muy distintos de los esperados debido a la ya mencionada humedad.

En el laboratorio de química de la Universidad de Huánuco se llevó a cabo un proceso experimental para determinar la cantidad de humedad contenida en un …ver más…

Cuando la humedad libre es positiva se dice que el agregado está aportando agua a la mezcla, para el diseño de mezclas es importante saber esta propiedad; y cuando la humedad es negativa se dice que el agregado está quitando agua a la mezcla.

Esta propiedad está regido por la Norma Técnica Colombiana # 1776 "Determinación del Contenido de Humedad Total" donde explica el procedimiento a seguir para realizar el ensayo para determinar dicha propiedad. Este método no se puede aplicar en aquellos casos en el que el calor pueda alterar al agregado, o donde se requiere una determinación más refinada de la humedad. 

CONCLUSIÓN

Se debe optimizar la proporción de cada material de forma tal que se logren las propiedades deseadas y necesarias según el diseño de mezcla. Los agregados deben cumplir y ser partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la mezcla de concreto.