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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. ESTUDIO DE LOS AGREGADOS O ÁRIDOS

Ing. Wiston Henry Azañedo Medina

Observar el video y reflexionar sobre las propiedades que se requieren conocer para su correcto comportamiento.

https://www.youtube.com/watch?v=W0BwuWYx6fo

Dialoguemos !!! • ¿Cuáles son las características de los materiales? • ¿Cuál es el origen de los agregados? • ¿Qué es peso saturado superficialmente seco?

ÁRIDO:

Se define como el conjunto de partículas o granos de rocas preexistentes reducidas por fenómenos mecánicos o químicos. Existen dos tipos de áridos: Las gravas y las arenas.

AGREGADOS PARA CONCRETO Definiciones: Partículas inorgánicas de origen natural o artificial. Cuyas dimensiones fijadas por la NTP 400.011. •Ocupa entre 65 y 80% del volumen de la unidad cúbica del concreto. •Interviene en las resistencias mecánicas, la durabilidad, el comportamiento elástico, propiedades térmicas, acústicas, etc.

• Debe estar constituido por partículas limpias y adecuadamente conformadas, en su estructura deben entrar materiales resistente y durables, poseer granulometría adecuada. • Tener preferentemente perfil angular y textura rugosa. • Tener límites en su capacidad de adsorción y de partículas inconvenientes. • Deber ser resistente a la abrasión.

• Debe tener inalterabilidad de volumen; que debe ser capaz de resistir cambios físicos y químicos que produzcan rajaduras, hinchazón o ablandamiento del concreto, etc.

Temperatura

vientos

Efecto del Hielo

Glaciar Lluvia

Agua subterránea

Sismo

Gravas

Arenas

USOS DEL CONCRETO El concreto es utilizado en la construcción de diversos tipos de obras: AGREGADO FINO O ARENA

CEMENTO ADITIVO

AGUA

AGREGADO GRUESO O PIEDRA CHANCADA

•

Pavimentos rígidos

•Pavimentos FLEXIBLES

EDIFICACIONES

Obras viales

AGREGADO DE PESO NORMAL Agregados más comunes • Arena • Grava

• Piedra triturada

Produce concreto de peso normal 2200 a 2400 kg/m3

AGREGADO LIGERO

ASTM C 330. Piedra pómez Perlita Vermiculita Diatomita Produce concreto aislante ligero— 250 a 1450 kg/m3

Esquisto, Arcilla, Pizarra, Escoria: Produce concreto estructural ligero 1350 a 1850 kg/m3

AGREGADO PESADO

ASTM C 637, C 638 (Blindaje para radiación) • • • • • •

Barita Limonita Magnetita Ilmenita Hematita Esferas de Hierro

Produce concreto pesado de hasta 6400 kg/m3 (400 lb/pies3)

CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS Característica

Importancia

Resistencia a abrasión y degradación

Resistencia al desgaste en pavimentos y pisos

Resistencia a congelación-deshielo

Descascaramiento de la superficie, aspereza, perdida de sección, deformación

Resistencia a sulfatos

Descascaramiento de la superficie, aspereza, pérdida de sección, deformación

Absorción y humedad superficial

Control de calidad del concreto

CARACTERÍSTICAS Y ENSAYOS Característica

Importancia Trabajabilidad del concreto en estado Granulometría fresco, economía M F, TMA Cálculos para el diseño de mezclas Trabajabilidad del concreto en estado Forma y textura superficial de fresco las partículas Resistencia a la reactividad con los álcalis y cambio de volumen

Masa volumétrica Masa específica relativa

Sanidad

Cálculos para el diseño de mezclas Cálculos para el diseño de mezclas

TAMAÑOS DE PARTÍCULAS

Agregado Grueso (Gravas). ASTM C 33 - NTP 400.037.

• Es aquel material que queda retenido, como mínimo, en un 95% en el tamiz N° 4 (4.75mm). • Resultante de la desintegración natural y abrasión de rocas o transformación de un conglomerado débilmente cementado. • Pueden ser el producto de la disgregación natural de las rocas o dela trituración o chancado de las mismas. • Tienen aplicación en mampostería, confección de concreto armado y para pavimentación de líneas de ferrocarriles y carreteras.

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESO • Esta dado por la abertura de la malla inmediatamente superior a la que retiene el 15% o más del agregado grueso tamizado. • A quedado demostrado que cuando se extiende la granulometría del agregado de tamaño hasta 1 ½” las necesidades de agua de mezcla se puede reducir.

ESPECIFICACIONES RNE PARA TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL AGREGADO

El tamaño no debe exceder de:  1/5 de la dimensión más pequeña del elemento de concreto.  3/4 del espacio libre entre las barras de acero del refuerzo y entre las varillas de refuerzo y los encofrados o cimbras.  1/3 de la profundidad de las losas .

MATERIALES PERJUDICIALES

Sustancia

Efecto en el concreto

Impurezas orgánicas

Afecta el tiempo de fraguado y el endurecimiento, puede causar deterioro

Material más fino que 75 m (tamiz No. 200) Carbón, lignito u otro material ligero Partículas blandas

Afecta adherencia, aumenta la demanda de agua Afecta la durabilidad, puede causar manchas y erupciones Afecta la durabilidad

MATERIALES PERJUDICIALES

Sustancias

Efecto en el concreto

Terrones de arcilla y partículas desmenuzables

Afecta la trabajabilidad y la durabilidad, puede causar erupciones

Agregados reactivos con los álcalis

Causa expansión anormal, fisuración en forma de mapa (“viboritas”, acocodrilamiento, piel de cocodrilo)

REACTIVIDAD ÁLCALI-AGREGADO ( RAA ) — Es una reacción entre los constituyentes minerales activos de algunos agregados y los hidróxidos alcalinos de sodio y potasio en el concreto. • Reacción álcali-sílice (RAS) • Reacción álcali-carbonato (RAC)

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA POR TAMIZADO (AASHTO T 88 O ASTM D 422) •

Se tamiza el material y se pesa lo retenido en cada malla o tamiz.

MÓDULO DE FINURA = (S % retenido acumulados en las mallas 3”, 1 ½”, ¾”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N° 30, N° 50 y N°100) / 100

Para elaborar concreto, la grava debe tener un módulo de finura entre 3.5 Y 7.8

HUSOS GRANULOMÉTRICOS SEGÚN ASTM C33

• HUSO 57: tamaño máximo nominal 1” • HUSO 67: tamaño máximo nominal 3/4” • HUSO 7: tamaño máximo nominal 1/2” • HUSO 357: tamaño máximo nominal 2” (*) • HUSO 467: tamaño máximo nominal 1 1/2” (*) ** De uso a pedido.

ALGUNOS HUSOS GRANULOMÉTRICOS ASTM C33

Porcentaje en peso que pasa por los tamices individuales

Tamiz U.S. Standard

Dimensión de la malla (mm)

-

-

19 mm

38 mm

51 mm

2"

50

-

100

100

1½"

38

-

95-100

95-100

1"

25

100

-

35-70

3/4"

19

90-100

35-70

-

½"

13

-

-

10-30

3/8"

10

20-55

10-30

-

N° 4

4.8

0-10

0-5

0-5

N° 8

2.4

0-5

-

-

ENSAYO PESO ESPECIFICO DE AGREGADO GRUESO (GRAVEDAD ESPECIFICA) Pem= A / (B-C) Pemsss = B/(B-C) Pea=A/(A-C) %Abs= (B-A)/A *100 Donde: • A:Peso en el aire dela muestra seca al horno.(gr) • B:Peso en el aire de la muestra SSS.(gr) • C:Peso en el agua de la muestra SSS.(gr)

PROCEDIMIENTO:

Obtener muestra por cuarteo.

Obtener peso sumergido – Peso bajo el agua.

Lavar y saturar muestra.

Obtener Peso Saturado Superficialmente Seco.

Obtener peso seco

ENSAYO DE ABRASIÓN – LOS ÁNGELES ASTM C131 Consiste en colocar cierta cantidad de material junto a una determinada cantidad de Esferas de acero. Se inicia la rotación del tambor. (500rev) Luego del número establecido devueltas se extrae el material y se tamiza el material con la malla N°12.

CONTENIDO DE HUMEDAD Se determina eligiendo una muestra representativa de 5 kg del agregado con su humedad natural a la cual se lo pesa y luego se lo seca en el horno durante 24h a una temperatura de 100°C, luego se extrae la muestra del horno , se lo deja enfriar y se obtiene su peso seco. W%= (Ph – Ps)/Ps * 100 Donde: • Ph: Peso húmedo o natural (g) • Ps: Peso seco hasta peos constante (g)

PESO VOLUMÉTRICO UNITARIO SUELTO SECO. • PUSS = Peso de muestra suelta/ Volumen de recipiente • Determinación de volumen de recipiente: F : factor de calibración de recipiente F = 1000 / Wa Wa : Peso del agua para llenar el recipiente a 16.7°C. PUSS= Ws * f Ws : Peso neto del agregado

PESO UNITARIO COMPACTADO SECO. • PUCS = Peso de muestra compactada/ Volumen de recipiente • Determinación de volumen de recipiente: F : factor de calibración de recipiente f = 1000 / Wa Wa : Peso del agua para llenar el recipiente a 16.7°C. PUCS= Ws * f Ws : Peso neto del agregado

AGREGADO FINO (ARENA O ÁRIDO FINO) ASTM C 33 - NTP 400.037. • Es aquel que pasa íntegramente por el tamiz 3/8” y como mínimo en un 95% el tamiz N° 4, quedando retenido en el tamiz N° 200. • Es el material que resulta de la desintegración natural de las rocas o se obtiene de la trituración de las mismas. Para su uso se clasifican las arenas por su tamaño. Arena gruesa: 2-5mm Arena media: 0.5 – 2mm Arena fina: 0.05 – 0.5mm Polvo de roca: 0.005 – 0.5mm

CLASES A) POR SU PROCEDENCIA: -Arenas silicosas. -Arenas calcáreas. -Arenas arcillosas. - Arenas Graníticas.

B) POR SU COMPOSICIÓN MINERALÓGICA • • • • • •

Arenas de río Arenas de playa o mar. Arenas de duna Arenas de banco Arenas de lago Arenas artificiales

C) POR SU GRANULOMETRÍA - No existe un solo criterio. En el Perú la sociedad de ing. del Perú propuso la siguiente clasificación: Arena gruesa: 2 – 5mm Arena media: 0.5 - 2mm Arena fina: 0.05 – 0.5mm Polvo de roca: 0.005 – 0.05mm En concreto para establecer que el agregado fino es el material que pasa el tamiz N° 4 (4.76mm)

MODULO DE FINURA Otro parámetro físico que permite calificar al agregado fino es el MODULO DE FINURA que se calcula a partir del análisis granulométrico sumando los porcentajes retenidos acumulados en los tamices: 3”, 1 ½”, ¾”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N° 30, N° 50 y N° 100. Para elaborar concreto, la arena (A.F.) debe tener un modulo de finura entre 2.1 y 3.5 y Para la GRAVA (A.G.) debe tener un modulo de finura entre 3.5 y 7.5

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO se dibujan curvas referenciales a coordenadas rectangulares en donde las abscisas representan las aberturas del diámetro de los tamices y , las ordenadas los porcentajes en peso que pasa el diámetro correspondiente.

LÍMITES DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO – HUSO GRANULOMÉTRICO Tamiz

Porcentaje que pasa (en masa)

9.5 mm

(3/8 pulg.)

100

4.75 mm

(No. 4)

95 a 100

2.36 mm

(No. 8)

80 a 100

1.18 mm

(No. 16)

50 a 85

600 µm

(No. 30)

25 a 60

300 µm

(No. 50)

5 a 30

150 µm

(No. 100)

0 a 10

Límites granulométricos del Agregado Fino (ASTM C 33/AASHTO M6, NTP 400.037, COVENIN 277, IRAM 1512, Nch 163, NMX-C-111, NTC 174)

ESPECIFICACIONES CAMA APOYO RED DE TUBERÍA

ACTIVIDAD: EJEMPLO 1) DETERMINE C.U., M.F. Y DIBUJE C.G, DEL ENSAYO DE GRANULOMETRÍA CUYOS RESULTADOS SON LOS SIGUIENTES: PESO INICIAL: 3500 GR

MALLA ESTÁNDAR ASTM

DIÁMETRO (mm)

PESO RETENIDO (gr)

4

4.76

241

8

2.36

443

16

1.18

765

30

0.60

780

50

0.300

657

100

0.150

473

200

0.075

134

CASOLETA

SOLUCIÓN:

3500

MALLA DIÁMETRO PESO % % RET ASTM (mm) RETENIDO RETENIDO ACUM. (g) 4 4.76 6.90% 6.90% 241 8 2.36 12.68% 19.58% 443 16 1.18 21.90% 41.48% 765 30 0.6 22.33% 63.81% 780 50 0.3 18.81% 82.62% 657 100 0.15 13.54% 96.16% 473 200 0.075 3.84% 100.00% 134

% PASA

93.10% 80.42% 58.52% 36.19% 17.38% 3.84% 0.00%

RESULTADOS GRANULOMETRÍA

MALLA

HUSO GRANULOMÉTRICO ASTM C 33

4

90 – 100

8

80 – 100

16

50 – 95

30

25 – 60

50

10 – 30

100

2 – 10

200

0

% PASA

93.10% 80.42% 58.52% 36.19% 17.38% 3.84% 0.00%

HUSO GRANULOMETRICO PARA AGREGADO FINO 120

100

% Que pasa

80

60

40

20

0 0.1

1

Abertura DE TAMIZ (mm)

10

RESULTADOS HUSO GRANULOMETRICO 120

100

% Que pasa

80

60

40

20

0 0.1

1 Abertura tamiz (mm)

10

PESO ESPECIFICO O GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO • PESO ESPECIFICO: Se define como la relación entre la masa de un volumen unitario del material y la masa igual al volumen de agua destilada, libre de gas a una temperatura especificada (17°C). Según el sistema internacional de unidades el término correcto es densidad. • PESO ESPECIFICO APARENTE: Es la relación de la masa en el aire de un volumen unitario de material, a la masa en el aire (de igual densidad) de igual de agua destilada libre de gas a una temperatura específica; cuando el material es sólido, se considera el volumen de la porción impermeable.

PESO ESPECIFICO O GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO • PESO ESPECIFICO DE MASA: Viene a ser la relación entre la masa en el aire de un volumen unitario del material permeable (incluyendo los poros accesibles e inaccesibles) a la masa en el aire (de igual densidad) de un volumen igual de agua destilada a temperatura especificada. • PESO ESPECIFICO DE MASA SATURADA SUPERFICIALMENTE SECO: Es similar que P.E.M, con la salvedad de que la masa incluye el agua en los poros permeables.

GRADO DE ABSORCIÓN

• Es la capacidad que tiene los agregados para llenar de agua los vacios permeables de su estructura interna, al ser sumergidos durante 24 horas en esta. La relación del incremento en peso, al peso de la muestra seca, expresándolo en porcentaje se denomina: Porcentaje de absorción. • G.A.= (Psat – Psec ) / Psec * 100

• Tiene relación directa con porosidad. Aunque el valor de PE y GA no tiene limites, las normas técnicas correspondientes suelen aconsejar que el peso especifico debe tener un valor entre 1.2 – 2.2 gr/cm3 para concretos ligeros y 2.3 – 2.9 gr/cm3, para concretos pesados.

PROCEDIMIENTO

Muestreo: cuarteo

Comprobar SSS

Arena saturada se extiende y se deja secar en corriente de aire

Colocar en fiola

Compactado de arena

Eliminación de burbujas de aire.

Añadiendo agua hasta marca.

Determinación de Pesos Específicos P.E.M= W0/(V- VA) P.EMSSS= 500/(V- VA) P.E.A= W0/((V- VA)-(500-W0)) % ABS= (500-W0)/ W0 *100 Donde: • W0: Peso seco (g) • V: Volumen del frasco (cm3) • Va: Volumen añadido de agua (cm3)

PESO UNITARIO SUELTO SECO • PUSS = Peso de muestra / Volumen de recipiente • Determinación de volumen de recipiente: f = 1000 / Wa Wa = Peso del agua para llenar el recipiente a 16.7°C. PU= Ws * f Ws : Peso neto del agregado

DETERMINACIÓN DE SUSTANCIAS DELETÉREAS

• Consiste en coger una muestra de 500 gr de agregado fino seco y luego someterlo a un proceso de agitamiento y lavarlo hasta que el color del agua sea claro y utilizando para ello el tamiz N° 200. • Cuando se haya logrado el lavado completo, se saca cuidadosamente el contenido de dicho tamiz y se lo seca en la estufa. Se obtiene mediante la siguiente expresión: % Part. Finas = (Pi – Pf)/Pi * 100 • Deben ser menores al 5%.

02) INDIQUE SI EL MATERIAL CUYOS RESULTADOS DE ENSAYO A LA ABRASIÓN SE MUESTRAN, PUEDEN SER UTILIZADOS PARA UNA OBRA DE PAVIMENTACIÓN. PESO INICIAL: 5002GR. PESO RETENIDO EN LA MALLA N° 12: 2460GR.

3) DETERMINE, M.F. Y DIBUJE C.G, DEL ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE UN AGREGADO GRUESO, CUYOS RESULTADOS SON LOS SIGUIENTES:

Tamiz N° 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" N4 cazoleta perdidas SUMATORIA

peso retenido (gr)

Peso retenido (%)

0 150 241 1797 730 212 5 15 3150

0.00 0.00 8.03 59.90 24.33 7.07 0.17 0.50 100.00

Peso retenido Porcentaj acumulado e que (%) pasa (%)

-

VERIFIQUEMOS!!

I. ¿Cómo se interpreta el CU de los agregados? II. ¿ Cómo se interpreta el MF de los agregados? III. ¿Qué es el TMN de los agregados?

NORMAS: