capítulo 4

LOS AGREGADOS 0 ARIDOS

Introducción

Debido a que el concreto está constituido en su mayor parte por agregados, (7080%

en volumen), estos no son menos importantes que la pasta de cemento endurecida, elagua libre, el aire naturalmente atrapado o los aditivos. Por el contrario, gran parte de las

caracterkticas del concreto, tanto en estado plástico como en estado endurecido, depen-den de las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser estudiadas

para obtener concretos de calidad y económicos.

El objeto de este capítulo es, iniciar el estudio de los agregados naturales, repasandoalgunos conceptos de su origen y clasificación para posteriormente entrar en el estudio desus propiedades, selección, producción y control, de acuerdo con las normas y los proce-dimientos adecuados establecidos para tal fin.

En el sentido general de la palabra los agregados, también llamados áridos, son aquellosmateriales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, que aglomerados por el ce-mento Portland en presencia de agua conforman un todo compacto (piedra artificial)conocido como concreto u hormigón.

Como agregados para concreto, se pueden considerar todos aquellos materiales queteniendo una resistencia propia suficiente (resistencia del grano), no perturban ni afectanlas propiedades y caracterÍsticas del concreto y garantizan una adherencia suficiente conla pasta endurecida de cemento Portland. En general, la mayorÍa son materiales inertes, esdecir que no desarrollan ningún tipo de reacciones con los demás constituyentes del con-

85

creto, especialmente con el cemento; sin embargo, hay algunos cuya fracción más finapresenta actividad en virtud de sus propiedades hidráulicas, colaborando con el desarrollode la resistencia mecánica caracterktica del concreto, tales como, las escorias de altohorno de las siderúrgicas, los materiales de origen volcánico en que hay silice activo, y

el ladrillo triturado entre otros. Pero hay algunos otros, que presentan elementos nocivos

o eventualmente inconvenientes que reaccionan afectando la estructura interna delconcreto y su durabi!idad, como por ejemplo, los que presentan compuestos sulfura-

dos, los que contienen partkulas pulverulentas más finas o aquellos que se encuentran

en descomposición latente como algunas pizarras.

ORIGEN DE LOS AGREGADOS NATURALES

Como el objetivo principal de este capítulo se refiere a los agregados naturales, con-

viene estudiar su origen y naturaleza, ya que todas sus partículas provienen de una masa

mayor que puede haberse fragmentado por procesos naturales tales como, el intemperis-

mo y la abrasión, o mediante la trituración mecánica por el hombre, por lo cual la gran

mayorl’a de sus propiedades y CaracterÍsticas dependen de la roca madre. Esto se refiere

a sus propiedades mineralógicas o substanciales, petrograflá, pureza, densidad, dureza,

porosidad, propiedades fisicomecánicas, composición química y estructura, entre muchas

otras que se estudiaran más adelante,

RESEÑA HISTORICA

De acuerdo con la geologt’a histórica, se sabe que por fenómenos geológicos internos

de la tierra, al solidificarse y consolidarse el magna (mezcla heterogenea de diversos

silicatos), se formaron las rocas originales 0 Ígneas y que posteriormente, por fenómenos

geológicos externos, tales como la meteorización, con el tiempo se formaron las rocas

sedimentarias. Adicionalmente, las rocas igneas y las sedimentarias, al sufrir la acción

de procesos de presión y temperatura, formaron el tercer grupo de rocas denominadas

metamórficas. Esto se conoce como el ciclo geológico de las rocas que se puede visuali-

zar fácilmente en la figura 4.1 Este ciclo está permanentemente en actividad.

Figura 4 7 Ciclo geológico de las rocas

M = MeteorizaciónT = TransporteD = Depósito

C = ConsolidactónQ = Calor

M + T + D + C

86

ROCAS IGNEAS

La mayor Parte de la corteza terrestre está formada por rocas ígneas y de ellas se

derivan las Otras rocas, razón por la cual son llamadas rocas originales. Se les llama tam-bi&l endógenas porque se originan en procesos internos y “magmáticas” porque provienen

del magma. Según la velocidad de solidificación del magma (mezcla heterogénea de

diversos silicatos) y del lugar dentro de la tierra donde ocurre esta consolidación se clasi-fican como aparece en la tabla 4.1.

Tabla 4 7 Clasificación de las rocas igneas según velocidad de

consolidación y localización (origen)

c__-

Denominación Velocidad deSolidificación

Localización

Intrusivas, plutónicas o abisales Lenta Consolidadas a gran profundidad

Filonianas o hipoabisales M e d i a Consolidadas a profundidad me-dia.

Extrusivas, efusivas 0 volcánicas Rápida Consolidadas cerca o sobre la.superflcie (por erupción volcánica).

De acuerdo con la velocidad de enfriamiento del magma, se obtiene una textura dada,

la cual tiene gran incidencia en la capacidad de adherencia del material, como se verá más

adelante. Cuando la velocidad de enfriamiento es baja las partículas son grandes, cuando

es alta las partículas son pequeñas y si es instantánea (erupción de un volcán) quedan

hechas granos (piedra pómez).

ROCAS SEDIMENTARIAS

Son las más abundantes en la superficie terrestre (75%). Están constituidas por frag-

mentos o granos que provienen de rocas igneas, metamórficas u otras rocas sedimentarias.

Su proceso de formación se puede originar de dos maneras, a saber:

Por descomposición y desintegración de las rocas mencionadas sufriendo un procesode erosión, transporte, depositación y consolidación; o por precipitación o depositación

química (carbonatos). Los agentes que contribuyen al transporte y depósito de este tipo

de rocas permiten hacer la clasificación que se indica en la tabla 4.2.

87

Tabla 42 CI&ficación de roces sedimentarias según el egente geológico externo

Agente Transporte Depósito

Agua R io Depbsitos aluviales de canto rodado, gravas, arci l la,

limo, etc.

L a g o Depósitos lacustres en estratos horizontales.

Mar Depósitos marinos que dependen de vientos y ma-reas.

H i e l o Glaciar Mezcla de toda clase de materiales y tamaños porsu sistema de formactón.

Aire Viento Dunas o barjanes (arena) Loess (limo).

Estos agentes arrastran los materiales redondeándolos y dándoles una forma y tamaño

características que son factores de gran incidencia en la calidad del material como agre-

gado para concreto. Por otra parte, de acuerdo al tamaño, los depósitos se pueden clasi-

ficar según la tabla 4.3.

Tabla 43 Clasificación de los depósitos de rocas sedimentarias

DepósitoInconsol idado

Tamaño de laspartículas en mm

Depósito consolidado de rocas

C a n t o s

GravasArenasL i m o sArcillas

2 5 6 . 6 4

64. 55 - 0,074

0,074 - 0,002< 0,002

C o n g l o m e r a d o m u y g r u e s oC o n g l o m e r a d oArenizca

LimolitosArcillolitas, lulitas o argilitas (según compactación)

ROCAS METAMORFICAS

Como ya se mencionó, éstas provienen de las rocas igneas y las rocas sedimentarias, las

cuales experimentan modificaciones en sólido originadas por tres factores a saber:Grandes presiones que sufren los estratos profundos, temperaturas elevadas que hay en el

interior, y emanaciones de los gases del magma. Según la incidencia de cada uno de estos

factores, se pueden tener dos clases de matamorfismo que son:

- Metamorfismo de contacto: Debido a la intrusión del magma y al calor aportado por

éste, la formación de la roca es originada por transformación iónica y porque se presen-

ta una fluidez que permite modificar sin fragmentar los cristales que se alargan y adel-gazan.

88

Metamorfismo regional o dinámico: !3 denomina regional porque generalmente ocupe

grandes extensiones y se presenta a gran profundidad en condiciones de altas presiones

de confinamiento, combinadas con reacciones químicas que originan una reagrupaciónmolecular para conformar una roca más densa en su estructura.

Según el grado de matamorfismo, se obtienen estructuras foliadas (esquistadas) ó masi-

Ve, las cuales inciden notablemente en la forma, tamaño y textura de las partkulas de un

agrdo-

*TROGRAFIA Y MINERALOGIA

De acuerdo con lo expuesto, desde el punto de vista petrográfico los agregados natu-

b se pueden clasificar mediante exámenes visuales y análisis litológicos que permiten

waluar la calidad de los mismos por comparación con otros ya conocidos. Para tal efecto,

Ia clasificación más conocida es la dada por la norma BS-812 que agrupa los agregadossagún el tipo de roca (tabla 4.4) sin que ello implique que todos sean adecuados para

mr concreto. Las técnicas para ejecutar el análisis petrográfico se encuentran descritas

(n la norma ASTM C-295. Por otra parte, el carácter mineralógico de los agregados está

dado por las caracterÍsticas mineralógicas de la roca madre de donde provengan y pueden

wudar a conocer mejor la calidad del material en una situación determinada. En este caso

la norma ASTM C-294 describe los minerales más comunes de los agregados y los tres

tipos de rocas v a mencionados.

Tabla 4.4 Clasificación de los agregados naturales según el tipo de roca.

Según BS-SlZ-75 (4.51

A- Grupo BasálticoAndesitaBasaltoPorfiritas básicas

DiabasaDoleritas de todasdases incluyendo

Teralita y tesquenitaEpid ior i taLamprófiroCuarzo-dolerita

Espilita

B- Grupo Pedernalino

horstenoPedernal

C- Grupo GábricoDiorita básicaGneis básicoGabro

H o r n o b l e n d a - r o c aNorita

PeridotitaPicritaSerpentina

D- Grupo graníticoGneis

GranitoGranodioritaGranulita

PegmatitaCuarzo-diori taSien i ta

E- Grupo arenisco

Arcosa

F- Grupo hornofélsico.Rocas que se alteran

al contacto de todasclases excepto már-

Grawaca

ArenillaAreniscaTufa

Continúa Tabla 4.4

89

Continuacibn Tabla 4.4

G- Grupo calizoDolimitaC a l i z aMármol

H- Grupo porfiriticoAplitaDacitaFelsitaGranófiroQuerátofiroMicrogranito

PórfidoCuarzo-porfiritaReolita

Traquita

I- Grupo cuarzosoArcilla refractaria

Cuarzita recristali-zada.

J- Grupo esquitosoFilita

EsquistoPizarra

Todas las piedras severamentefracturadas

CLASIFICACION DE LOS AGREGADOS

En general los agregados para concreto se han clasificado de varias maneras a través del

tiempo, pero principalmente desde los puntos de vista de su tamaño, procedencia y

densidad.

CLASIFICACION SEGUN SU TAMANO

La forma más generalizada de clasificar los agregados es según su tamaño, el cual varía

desde fracciones de milímetros hasta varios centímetros en sección transversal. Esta dis-

tribución del tamaño de las partículas es lo que se conoce con el nombre de granulome-

tría. La fracción fina de este material, cuyas partículas tienen un diámetro inferior a

4,76 mm y no menor de 0,074 mm (74 P m), es lo que comúnmente se llama arena y la

fracción gruesa, o sea aquellas partículas que tienen un diámetro superior a 4,76 mm es

la que normalmente se denomina agregado grueso o simplemente grava. Una clasificación

más específica es la que se muestra en la tabla 4.5 donde se indican los nombres más

usuales de las fracciones y su aptitud como agregados para concreto según su tamaño.

CLASIFICACION SEGUN SU PROCEDENCIA

De acuerdo con el origen de los agregados, según provengan de fuentes naturales o sean

fabricados a partir de productos industriales, se pueden clasificar de la siguiente manera:

AGREGADOS ANTURALES

Son todos aquellos que provienen de la explotación de fuentes naturales tales como

depósitos de arrastres fluviales (arenas y gravas de río) o de glaciares (cantos rodados) v

9 0

Th/8 15 Clrifkación ~meral del ogresado según su temaRo

Tamaiio de las partículas Denominación más Clasificación

en mm (Puig) corriente

Calificación como

agregado para

concreto

Arcilla

Limo

Fracción muy fina

Arena Agregado fino

Inferior a 0,002

Entre 0,002 - 0,074

(No.200)

No recomendable

Entre 0,074 - 4,76

(No.2001 - (No.41

Entre 4,76 - 19.1

(No.41 - (3/4”)

Gravilla Agregado grueso Material apto para

producir concreto

Entre 19.1 - 50.8

(3/4”) - (2”)

Grava

Entre 50.8 - 152.4

(92”) - (6”)

Piedra

Superior a 152.4

(6”)

Rajón, piedra bola

de canteras de diversas rocas y piedras naturales. Se pueden aprovechar en su granulación

natural o triturándolos mecánicamente, según sea el caso de acuerdo con las especifica-

ciones requeridas.

A G R EG A D O S A R T I F I C I A L E S

Estos agregados se obtienen a partir de productos y procesos industriales tales como

arcillas expandidas, escorias de alto horno, clinker, limaduras de hierro y otros. Por lo

general estos agregados son más ligeros o pesados que los ordinarios.

CLASIFICACION SEGUN su DENSIDAD

Otra forma de clasificar los agregados es según su densidad, la cual depende de la canti-dad de masa por unidad de volumen y del volumen de los poros, ya se trate de agregados

naturales o artificiales. Esta distinción se hace porque afecta la densidad del concreto(ligero, normal o pesado) que se desea producir, como lo indica la tabla 4.6

01

Tabla 46 Clrificación dai 80-0 según su densidad

Tipo de Peso unitario Peso unitario Ejemplo de utilización Ejemplo deconcreto aprox. del ado

F

concreto kg/m3del agre

9agregado

kg/m

Ligero

5 0 0 - 600

950 - 1350

-Concreto para aislamientos Piedra pómez

Concreto para rellenos y480 - 1040 mampostería no estructural Perl i ta

1450 - 1950 Concreto estructural

Canto rodado

N o r m a l 2250 - 2450 1300-1600 Concreto estructural y no Agregados de río

estructural

Pesado 3000 - 5600

Concreto para protección

3400 - 7500 contra radiación gamma ó Piedra barita, magnaX, y contrapesas. tita.

PROPIEDADES QUIMICAS

Tal como se expresó en la definición, la mayorÍa de los agregados son inertes, es decir,

que no reaccionan químicamente con los demás constituyentes del concreto. Sin embar-

go, después de la segunda guerra mundial, se han observado algunas reacciones especial-

mente con la pasta de cemento y por lo general dañinas para el concreto.

EPITAXIA

La única reacción química favorable de los agregados, conocida hasta el momento, es

la llamada epitaxia, la cual mejora la adherencia entre ciertos agregados calizos y la pasta

de cemento, a medida que transcurre el tiempo.

REACCION AGREGADO-ALCALI

Existen otros tipos de reacciones que por lo general originan expansiones dentro de la

masa endurecida del concreto, las cuales inducen esfuerzos de tensión que pueden hacer

fallar la integridad estructural, ya que la resistencia a tensión del concreto es del ordende un 10% de su resistencia a la compresión.

La reacción más común se produce entre los óxidos de silicio (Si02) en sus formas

inestables y los hidrbxidos alcalinos de la pasta de cemento (Na20 y K20). Esta reacción,

que es de tipo sólido-líquido, produce un gel de tipo hinchable que aumenta de volumena medida que absorbe agua, con lo cual aparecen presiones internas en el concreto queconducen a expansión, agrietamiento y ruptura de la pasta de cemento. Esto es lo que se

9 2

conoce como reacción alcali-silice, ya que también existe otra reacci6n similar entre algu-nos tipos de caliza dolomítica y los alcalis del cemento que es llamada reacción alcalis-carbonato, Y que aunque es menos frecuente, de todas maneras vale la pena mencionar.

Dadas las circunstancias anteriormente expuestas, conviene tener en cuenta que losagregados pueden reaccionar con los álcalis de cemento, lo cual debe examinarse cuandose presuma que los agregados contengan silice inestable (estado vitreo, criptocristalino,microcristalino y amorfo).

Las rocas que por lo general contienen silice en estas dos formas son: Rocas silíceas,como pedernal (con ópalo y/o calcedonia), calizas y dolomitas silíceas. Rocas volcánicasacidas e intermedias (con vidrio volcánico) como las riolitas, latitas, dacitas, andesitasy sus respectivas tobas. Algunas formas de cuarzo criptocristalino, microcristalino ó crista-lino intensamente deformado.

Para detectar la presencia de sllice activo en los agregados, hay necesidad de efectuarensayos de reactividad potencial por el método químico descrito en la norma ASTM C-289, la prueba de expansión en mortero por el método de barras descritas en la normaASTM C-227 ó la prueba de reactividad potencial a los álcalis de rocas calizas que apare-ce en la norma ASTM C-586, las cuales deben ir acompañadas de un detallado análisispetrográfico de acuerdo a la norma ASTM C-295.

PROPIEDADES FISICAS

GRANULOMETRIA

La granulometría está definida como la distribución de los tamaños de las particulasque constituyen una masa de agregados. Se determina mediante el análisis granulométri-CO que consiste en dividir una muestra de agregado en fracciones de igual tamaño. Lamedida de la cuantía de cada una de estas fracciones es lo que se conoce como granulo-metr ía.

ANALISIS GRANULOMETRICO

La operación de separar una masa de agregado en fracciones de igual tamaño, consisteen hacer pasar éste a través de una serie de tamices que tienen aberturas cuadradas ycuyas características deben ajustarse a la norka Icontec-32.

La denominación de los tamices anteriormente se hacía teniendo en cuenta el tamañode la abertura en pulgadas para los tamaños grandes y por el nYmero de aberturas porpulgada lineal para tamices menores de 1/8 de pulgada. De tal manera, que por ejemploel tamiz No. 200 tiene 200 x 200 huecos dentro de una pulgada cuadrada con aberturade 0.074 mm cada uno. Hoy en dÍa, la designación de tamices se hace de acuerdo conla abertura de la malla, medida en milímetros o en micras.

9 3

La serie general de tamices se basa teóricamente en que la abertura de un tamiz estáen relación 1 fl con respecto al siguiente tamiz. Sin embargo, hoy en día, la serie .completa está dada por la serie R 40/3 de la ISO (International Standards Organization).

La norma Icontec-32, incluye algunos tamices intermedios que no cumplen la relación1: vpero que se emplean con alguna frecuencia para evitar intervalos muy grandes en-tre dos tamices consecutivos. Esta serie se indica en la tabla 4.7.

Tabla 4 7 Denominación y abertura de tamices

Denominación Designacióndel tamiz I.S.O.

Designación Antigua designaciónICONTEC A.S.T.M.

Equivalente EquivalenteNormal Alterno

150 mm125 mm106 mm

t

90 mm75 mm63 mm53 mm

I

45 mm37.5 mm31.5 mm26.5 mm

1)

22.4 mm19.0 mm16.0 mm13.2 mm

1

11.2 mm9.5 mm8.0 mm6.7 mm

l

5.6 mm4.75 mm4.00 mm3.35 mm2.80 mm2.36 mm2.00 mm

9 4

--------

--

22.4 mm- -

16.0 mm- -

- -

l l .2 mm- -

8.0 mm

5.6 mm

4.00 mm

2.00 mm

- -- --

107.6 mm 4.24”101.6 mm 4 ”90.5 mm 3 112”76.1 mm 3”64.0 mm 2 112”

53.8 mm 2.12”

50.8 mm 2”

45.3 MM 1 314”38.1 mm 1 112”32.0 mm 1 114”26.9 mm 1.06”25.4 mm 1 z*

22.6 mm 718”19.0 mm 314”

16.0 mm 518”

13.5 mm 0.53”12.7 112”

ll .2 mm 7116”9.51 mm 318”8.00 mm 5116”6.73 mm 0.265”6.35 mm 114”

5.66 mm No. 3 ll2

4.76 mm No. 44.00 mm No. 53.36 mm No. 62.83 mm No. 72.38 mm No. 82.00 mm No. 10

- -

3 1/2”3”

2 112”2.12”

2”

1 314”1 112”

1”1.06”

1”718”314”518”

0.53”

7116”318”

5/16”0.265”

No. 3 1/2No. 4No. 5No. 6No. 7Nn. 8

No. 10

Continúa Tabla 4.7

~ntinuacibn Tabla 4.7

Denominación Dasignacibn Designacióndel tamiz I.S.O. ICONTEC

Antigua dasignaci6nA.S.T.M.

1.70 mm - - 1.68 mm

1.40 mm 1.40 mm 1.41 mm

1.18 mm - 1.19 mm

1 . O O m m 1 .OO mm 1 .OO mm

850Ccm - - 841 p”’

7iotim 710 Pm 707pm

6ooPm - - 595 p m

5ooPm 500 P m 500pm

425Pm 420 p m

355Pm 355 Pm 354pm

3ooPm 297 Pm

25occ m 250 pum 250 mp

212Pm - - 210pm

180Clm 180 Pm 177 Pm

150Pm - - 149 Pm

125Ccm 125 Pm 125 Pm

lO6Clm - - 105 ym

90Pm 90 /lm 8 8 Pm

75 ll m - - 7 4 Pm

63Pm 63pm 63 Pm

53Pm - - 5 3 Pm

45 CC m 45 p m 4 4 Ccm38Pm 3 7 Pm

-

NOTA: *Tamices que no cumplen la releciún 1 =*fl

Normal EquivalenteAlterno

Equivalente

No. 12

No. 14

No. 16

No. 18

No. 20

No. 25

No. 30

No. 35No. 40

No. 45

No. 50

No. 60

No. 70

No. 80

No. 100

No. 120

No. 140

No. 170No. 200

No. 230

No. 270

No. 325

No. 400

No. 12

No. 14

No. 16

No. 18

No. 20

No. 25

No. 30

No. 35No. 40

No. 45

No. 50

No. 60

No. 70

No. 80

No. 100

No. 120No. 140

No. 170

No. 200

No. 230

No. 270

No. 325

No. 400

Para fines prácticos, la serie de tamices que se emplea en agregados de concreto se ha

establecido, de manera que la abertura de cualquier tamiz es aproximadamente la mitad

de la abertura del tamiz inmediatamente superior. Esto es una relación 1:2, la cual fue

establecida por primera vez por Abrams, en el juego de tamices americano Tyler. Esta

serie se indica en la tabla 4.8 y de igual manera que en la anterior, se incluyen algunos

tamices que no cumplen la relación 1:2 pero que son de uso frecuente para determinar

mejor la granulometrlá de un agregado en su parte gruesa.

La operación de tamizado, debe ejecutarse de acuerdo con la norma Icontec-77 en el

cual se describen el tamaño de la muestra a ensayarse y los procedimientos adecuadospara realizar un análisis. Los resultados de este análisis generalmente se expresan en forma

tabulada, como se muestra en la tabla 4.9.

wi

Tabla 48 Saria da tamicos mir usuala M agrog8dos par8 conmto

Denominación Designacióndel tamiz ICONTEC

equivalente

1 5 0 . 0 m m

‘ 1 2 5 . 0 m m

l 112.0 mm

‘ 1 1 0 . 0 m m 101.6

l 90.0 mm 90.5

7 5 . 0 m m 7 6 . 1 m m

l 50.8 mm 50.8

3 7 . 5 m m 3 8 . 1 m m

l 26.5 mm 2 5 . 4 m m

1 9 . 0 m m 19.4 mm

l 13.2 mm 12.7 mm

9.5 mm 9.51 mm

4.75 mm 4.76 mm

2.36 mm 2.38 mm

1.18 mm 1.19 mm

WPm 595p m

-Pm 297 p m

150lm 14911 m

75pm 74/l m

NOTA: l Tamices que no cumplen con la relación 1: 2.

Antigua designaciónA.S.T.M.

equivalente

6”

5”

4 1/2”

4”

3 112”

3”

2”

1 112”

1”

314”

112”

318”

No. 4

No. 8

No. 16

No. 30

No. 50

No. 100

No. 200

Tabla 49 Determinación de la granulometría de agragados para concreto

Tamiz Peso retenidomm pulg. g r a m o s

(1) (21

% Retenido

131

% Retenidoacumulado

(4)

% P a s a

(5)

38.1 . 1 i12

25.4 - 1

1 9 . 0 - 314

12.7 - ll2

9.51 - 318

4.76 - N o . 4

F o n d o

x1 y1 z1 ?

x2 y2 z2 t2

x3 y3 z3 ‘ 3

x4 y4 z4 t4

x5 y5 z5 ‘5

‘6 ‘6 ‘6 ‘ 6

x7 y7100 % t7

Total xT 100ouo

~hnna (1): En esta columna se indica la serie de tamices deseada, en orden descen-dente. (En la tabla se indican algunos a manera de ejemplo).

Columna (2): En esta columna aparece indicado el peso retenido en cada tamiz Xi.

Columna (3): En esta columna cada valor Xi de la columna (2) se expresa como un

porcentaje del peso total de la muestra XT de acuerdo a la siguiente

expresión:

Yi =Xi

---x 100 (4 .1 )XT

Columna (4): Esta columna va indicando el acumulado de los porcentajes retenidos en

cada tamiz de acuerdo con la siguiente expresión:

Zi = C Yi (4.2)

De tal maneraque,porejemploZ, = Y,,Z* = Y , + Y2 , Z3 = Y , + Y, + Y3 y

asísucesivamente hasta llegara Zn = 100%

Columna (5): Con base en el porcentaje retenido acumulado en cada tamiz se puede

determinar el porcentaje acumulado que pasa también por cada tamiz.

Como el porcentaje retenido acumulado es el complemento para llegar

al lOO”/p del porcentaje que pasa, éste último fácilmente se determina

según la siguiente expresión:

ti = 100 - Zi (4.3)

El porcentaje acumulado que pasa es el que se utiliza para representar gráficamente

las curvas de granulometrÍa.

CURVAS DE GRANULOMETRIA

Para mayor facilidad de comprensión, los resultados del análisis granulométrico

comúnmente se representan de manera gráfica mediante la curva de granulometrlá o Ihea

de cribado.

Generalmente en una gráfica de granulometrrá, sobre el eje de las ordenadas se repre-

senta el porcentaje acumulado que pasa a través de los tamices en escala aritmética ysobre el eje de las abscisas se indican las aberturas de los tamices, unas veces en escala

aritmética, otras en escala IogarÍtmica y algunas veces según una escala mixta. Esto seilustra en las figuras 4.1, 4.2 y 4.3, que representan la granulometrlá dada en la tabla

4.10.

97

Tabla 4 10 Ejemplo de un análisis granulom6trico

Tamiz Peso retenido YoRetenido %Retenido %Pasa ’mm PUb (gramos) a c u m u l a d o

9.51 318 0 0 0

4.76 -No. 4 50 2.5 2.5

2.38 -No. 8 150 7.5 10.0

1.19 -No. 16 450 22.5 32.5

0.595 - No. 30 500 25.0 57.5

0.297 - No. 50 450 22.5 80.0

0.149 -No. 100 280 14.0 94.0

F o n d o 120 6.0 100.0

-

100.0

97.5

90.0

67.5

42.5

20.0

6.0

0

Total 2.000 100.0 - - - -

Figura 42 Curva de granulometría - Absisa en escala aritmética

4 318)

I ; 6Ot-

Figura 4.3 Curva da granulometría - Absisa en escala logaritmica

TAMIZ N o . 100 50 30 16 8 4

Figura 4.4 Curva de granulometría -Absisa en escala mixta

Aritmética-/c---Logaritmlca-)

FACTORES QUE SE DERIVAN DEL ANALISIS GRANULOMETRICO

Además de determinar la distribución de tamaños dentro de una masa de agregadosy de visualizarla por medio de un gráfico que permite conocer que tan grueso o finoes, así como detectar deficiencias o excesos de un tamaño en particular, del análisisgranulométrico, se derivan algunos factores que constituyen una caracterización másde la distribución de tamaños, que posteriormente se utilizan como parámetros de diseñode una mezcla de concreto. A continuación se describen estos:

MODULO DE FINURA

El módulo de finura es un factor empírico que permite estimar que tan fino o gruesoes un material. Está definido como la suma de los porcentajes retenidos acumulados enlos tamices de la serie “estandar” que cumplen la relación 1:2, desde el tamiz de 149c((No. 100) en adelante, hasta el máximo tamaño que se encuentre, dividido por 100.

El módulo de finura es un promedio logarl’tmico de la distribución de tamaños departl’culas, ya que la serie de tamices se encuentra en una relación 1:2. En términosreales un mismo valor de módulo de finura, puede representar un número infinito dedistribuciones granulométricas, por lo cual no se puede interpretar como una descripciónde la granulometrlá de un agregado dado, sino más bien, como un factor que indica demanera práctica el predominio de partlkulas finas o partkulas gruesas dentro de la distri-bución granulométrica. En general, éste valor puede variar entre 0 y 10 ó más (depen-diendo del tamaño máximo presente).

En la medida en que se acerca a cero indica un agregado fino y en la medida queaumenta su valor indica que el arlrc(lado CS más grueso. Su uso, generalmente SC ha centra-do en la evaluación de “grados de finura” del agregado fino o arena.

99

TAMAÑO MAXIMO

El tamaño máximo del agregado es otro factor que se deriva del análisis granulomG.trice y está deflnido como la abertura del menor tamiz de la serie que permite el pasodel lOO%del material.

En la práctica, lo que indica el tamaño máximo de un agregado, es el tamaño de lapartl’cula más grande que hay dentro de la masa de agregados, el cual debe ser compatiblecon las dimensiones y especificaciones de la estructura.

TAMAÑO MAXIMO NOMINAL

El tercer factor que se deriva del análisis granulométrico es el tamaño máximo nominalque está definido como la abertura del tamiz inmediatamente superior a aquel cuyo

porcentaje retenido acumulado sea del 15%0 más.

En la práctica, lo que indica el tamaño máximo nominal es el tamaño promedio departt’culas más grandes que hay dentro de la masa de agregado. La mayor utilidad de estefactor con respecto al anterior, estriba en que el tamaño máximo nominal define mejorel tamaño de las partl’culas más grandes de la masa de agregados en su fracción gruesa,mientras que el tamaño máximo solo indica el tamaño de la partl’cula más grande que hayen la masa, la cual en algunos casos puede ser única.

Por esta razón generalmente al hacer un análisis granulométrico, los valores del tamañomáximo y el tamaño nominal no coinciden, pero además la mayorl’a de las especifica-ciones granulométricas se dan en función del tamaño máximo nominal, el cual puededefinir de manera más real y generalizada una especificación granulométrica determinada.

De igual manera, que se ha generalizado la costumbre de utilizar el módulo de finuraen el agregado fino. En este caso, el uso del tamaño máximo y el tamaño máximo nominalse aplican al agregado grueso.

TEORIAS SOBRE GRANULOMETRIAS CONTINUAS IDEALES

Muchas son lar. investigaciones que se han desarrollado acerca de lo que es una buenagranulometrla de agregados para concreto. La mayorlá de estas investigaciones, se basanen la capacidad de acomodamiento y compactación de las partÍculas (compacidad)dentro de un volumen dado, para lograr la máxima densidad y con ésto la máxima resis-tencia. SIn embargo, como se vela más adelante, ésto conduce a mezclas poco trabajablesen estado plástico. A continuaclon se presentan las principales teorl’as sobre el tema: .

PRINCIPIO DE GRADACION DE FULLER V THOklPSON

Por lo general el punto de partida de todos los desarrollos teóricos dc curvas de granu-lometrl’a, es el trabajo publicado por Fuller y Thompson (The Laws of Proportioningconcrete) en los Estados Unidos de América, hacia el año de 1907, en el cual se concluye

100

q u e l a s c u r v a s d e g r a d a c i ó n i d e a l d e t o d a l a m a s a ( i n c l u y e n d o e l a g l o m e r a n t e ) p r e s e n t a n

un compor tamien to ellptico e n s u f r a c c i ó n f i n a , e l c u a l c o n v e r g e c o n u n a IÍnea r e c t a

t a n g e n t e a l a e l i p s e ( f i g . 4.5). e n l a s s i g u i e n t e s f r a c c i o n e s . L a e c u a c i ó n g e n e r a l p a r a l a

parte elíptica de esta curva, está dada por:

(v-b)’ + ( x - a ) 2 = 1. (4.4)

b2 a2

Donde

Y e s e l p o r c e n t a j e d e m a t e r i a l q u e p a s a e l t a m i z d e a b e r t u r a x .

a y b s o n c o n s t a n t e s q u e r e p r e s e n t a n l o s e j e s d e l a e l i p s e y s u v a l o r d e p e n d e d e l t a m a ñ o

m á x i m o ( D ) d e l a g r e g a d o y d e l a f o r m a d e l a s partÍculas, e s t o s v a l o r e s s e m u e s t r a n e n l a

t a b l a 4 . l l . E s t a s c o n s t a n t e s f u e r o n p r e s c r i t a s d e t a l f o r m a q u e a m e d i d a q u e l a s partÍculas

s o n m á s a n g u l o s a s e s m á s a m p l i o e l p o r c e n t a j e d e m a t e r i a l f i n o r e p r e s e n t a d o p o r l a p a r t e

el iptica.

Figura 45 Curva de gradación Fuller-Thompson (incluyendo el cemento) (4.2)

Tabla 4 7 1 Valores de las constantes que representan la parte elíptica de la ecuaciónFuller-Thompson (4.12)

Clase de material A B

Agregados dr canto rodado 0,164 D 28.6

Arena natural y ryava trlturntia 0,150 D 30.4

Arena y (jrava trituradas 0,147 D 30.8

___~~ .- ~~

101

En esta curva ideal, Fuller y Thompson encontraron que para un valor de “y” igual al7% el valor de “x” era de 0.074 mm, es decir que el 7% de la masa está constituído por

partÍculas de diámetro inferior a 0.074 mm, o sea la fracción que pasa el tamiz No. 200,más el cemento. Posteriormente, la curva continúa con su forma elíptica, hasta un valor

de “x” aproximadamente igual al 10 por ciento del tamaño máximo, y a partir de este

punto, sigue como una linea recta en que “y” es igual al 100 por ciento y ‘Ix” es igual al

tamaño máximo presente.

Según algunos autores, cuando se desea obtener la curva para el agregado solo, debe

restarse la porción de cemento prevista en cada caso y tomar el resto como 100%. Al

hacer esto, se obtiene una curva de forma aproximadamente parabólica, la cual se ha Ila-

mado curva o parábola de Fuller Thompson y está expresada de la siguiente manera:

p = lOOJ~= 1001dq (4.5)

En donde:

p = porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d.

D = tamaño máximo del agregado.

Los valores númericos correspondientes a las diferentes curvas de cada tamaño máximo

(ecuación 4.5) se presentan en la tabla 4.12.

Tabla 4 12 Gradaciones ideales Fuller - Thompson de agregados para concreto en

porcentaje que pasa

TAMIZ TAMAÑO MAXIMO mm (Puig.)

mm PUb 76.1 50,a 38.1 25.4 19.0 12.7 9.51

(3") (2") (1 112”) (1”) (3/4”) (1/2”) (3/8-)

7 6 . 1 3” 100.0

50.8 2” ai .6

38.1 1 112” 70.7

25.4 1 ” 57.8

19.0 314” 50.0

12.7 112” 40.9

9.51 318 35.4

4.76 N o . 4 25.0

2.38 No. 8 17.7

1.19 No. 16 12.5

0.595 No. 30 8.5

0.297 No. 50 6.2

0 149 No. 100 4.4

100.0

86 6

70.7

61.2

50.0

43.3

30.6

21.6

15.3

i 0.8

7.7

5.4

100.0

81 6

70.7

57.8

50.0

35.0

25.4

17.7

12.5

8.8

6.2

100.0

86 6

70.7

61.2

43.3

30.6

21.6

15.3

lo.8

7.7

100.0

ai .6

70.7

50.0

35.4

25.0

17.7

12.5

8.8

102

100.0

87.2

61.2

43.3

30.6

21.6

15.3

lo.8

100.0

70.8

50.0

35.4

25.0

17.8

12.6

P

Sin embargo, se ha observado que los agregados gradados según la ecuación 4.5 paraproducir máxima densidad dan lugar a mezclas ásperas y poco manejables en estadopfastico debido a fa falta de finos, especialmente para concretos con bajo contenido deCemento. Esta es la razón de que Fuller y Thompson en la ecuación 4.4 hubieran asumidoun 70/ode material con diámetro inferior a 0.074 mm.

TEORIA DE WEYMOUTH

En 1933 se publicó la obra “Effect of particle interferente in mortars and concrete”de GA.G. Weymouth, en la cual el autor expone una teorr’a acerca de las mezclas deconcreto así como el efecto de la partkula de interferencia en los requerimientos de aguav trabajabilidad, incluyendo la tendencia de los diferentes tamaños de las partr’culas asegregarse durante el manejo. El ilustro su concepto en términos de mezcla seca de

agregados, usando el modelo mostrado en la figura 4.6.

figura U6 Modelo de Weymouth para partículas de interferencia (4.13)

(a) (b) (cl

La figura 4.6 (a) representa, en dos dimensiones una mezcla de dos tamaños de par-tículas. Las partÍculas más grandes son pocas y están muy separadas por las partkulas másPequeñas; la distancia promedio entre ellas t, es considerablemente más grande que el

diámetro de las partkulas más pequeñas, (Da). En el diagrama (b), el número relativo delas partículas más grandes es más amplio y la distancia promedio entre ellas es justo igualaf diámetro de las partr’culas más pequeñas. De acuerdo con Weymouth para la composi-ción representada por (a) ó (b), la mezcla puede ser removida sin cambios en la uniformi-dad de los “depósitos vacr’os” definidos por las partr’culas más pequeñas. En la figura 4.6(C) la concentración de partr’culas más grandes es tal que el espacio promedio entre ellases más reducido que el diámetro de las partículas más pequeñas, haciéndose imposibleque los espacios intersticiales de las partículas más grandes sean llenadas uniformementecon las más pequeñas. Wcymouth sostuvo que cuando una mezcla es efectuada en unabatea, hay una tendencia de los dos tamaños a producir segregación. Para aplicar esta

observación a una masa de mayor volumen, él visualizó cómo un grupo de partkulas detamaño dado conformaban un espacio de estructura de rejilla a través de la cual laspartÍculas más pequeñas se mueven en sentido vertical y horizontal tan libremente comoellas puedan durante la manipulación de la mezcla y la masa permanece homogénea,Pero si las partkulas más grandes interfieren con el movimiento de las más pequeñas,entonces ocurre segregación, y los grandes depósitos de vacíos son desarrollados conuna gran pérdida de resistencia y trabajabilidad.

Después de extensos y arduos experimentos Weymouth concluyó que para obtenerla adecuada trabajabilidad con una máxima economía, hay una ley de gradación de losagregados de tal forma que los granos de un solo tamaño deben tener espacio suficientepara moverse dentro del espacio dejado por los granos del tamaño subsiguiente mayor,

evitando de esta manera la interferencia de las partkulas. Esta interferencia aparececuando hay mucha cantidad de agregados de un solo tamaño. Cuando esto ocurre, elespacio medio entre las partÍculas es menor que el diámetro de las partkulas subsiguientemenor. En caso contrario, los granos pueden moverse libremente entre los más grandes,distribuyéndose mejor en el concreto y haciéndolo en extremo trabajable.

Esta ley de gradación, Weymouth la pudo expresar en una ecuación de forma similar

a la de Fuller. La expresión general es:

P= 100 l-ln

d (4.6)D

En donde:

P : Porcentaje que pasa por el tamiz (d)D- Tamaño máximo del agregadon z Exponente que gobierna la distribución de las partkulas y es función del agrega-

do grueso.

En una investigación adelantada por Juan F. García Balado, se dan los valores de ncomo una función del tamaño, los cuales se presentan en la tabla 4.13.

Tabla 4. 13 Valores de n para la ecuación de VJeymouth en función del tamaño d (4.14)

Tamaño d

”

--.

3” 1.1/2” 314” 318” No.4.No 100

0.230 0.268 0.292 0.304 0.305 .

De acuerdo a lo anterior se obtienen las granulometrlás ideales mostradas en la tabla4.14. Sin embargo, se ha observado que estas gradaciones dan lucgar a mezclas con excesosde finos (pastosas) por lo cual requieren de un alto contenido de agua y por lo tanto decemento para una misma resistencia.

.‘ar-J

Tabla 4 14 Gradaciones ideales de Weymouth para agregados en porcentaje que pasa

Tamiz T a m a ñ o m á x i m o m m (Puig.)

m m PUb76.1 50 .8 38.1 2 5 4 19.113).~. 12) Il 1/2) íl! (3/4)-

76.150.8

3 T 100.02 -

38.1 1112 83.025.4 1 -

19.1 314 1 667

9.51 318 1 53.0

4 . 7 6 No. 4 42.92.38 No. 8 3A.81.19 No. 16 281

0.595 N o . 3 0 2 2 8/

0.297 No. 50 18.4

0.149 No. 100 14.9

-100.0

92.6

75.260.1

48.5

39.4

38.1

25.8

20.8

16.9

-100.0- 1

81 6

65.6

53.0

42.9

34.8

28.1

22.8

18.4

-

lOO. -

91.7 100.0

74.1 81 0

60.0 65.5

48.5 53.0

39.3 42.9

31.8 34.8

25.8 28.1

20.8 22.8

OTRAS TEORIAS DE GRADACION

Con el fin de obtener una mayor ilustración sobre el tema, es conveniente enunciarotras investigaciones realizadas con base en las teorÍas descritas anteriormente.

En primer lugar, cabe señalar que la gradación parabólica de Fuller-Thompson querequiere que la fracción más fina de un tamaño dado sea igual a la ralí cuadrada de larelación de tamaños d/D, es solamente una, de muchas familias de parábolas de variosgrados que se podrÍan expresar de la siguiente manera:

P = (d/D)“j = (d/D)q (4 .8 )

Donde j = l/q. Tales gradaciones, para las cuales (q) puede tener otros valores diferentesde 0.5, son también parabólicas.

En 1929 los investigadores A. H .M Andreasen y J. Anderson demostraron que cuandoIOS tamaños de agregados descienden a 0 el contenido de vacíos presentes depende sola-mente del valor de q, y es independiente del tamaño máximo D. De tal manera que entremás pequeño el valor de q es más pequeño el contenido de vacíos; asíque si q se aproxi-ma a 0, de la misma manera hace el contenido de vacios. En el otro extremo, cuando q seaproxima a infinito, el agregado tiende a un tamaño único, creciendo de esta forma elcontenido de vacíos. Esto significa que la hechura de una masa densa de un materialGranular es simplemente asunto de adaptar una gradación parabólica asignando un peque-ño valor de q.

Sin embargo, en la práctica ésto no necesariamente es cierto, debido a la inhabilidadque presentan las partkulas más pequeñas para formar una masa densa.

105

En un estudio adelantado por este autor y otros investigadores, se determinaron

experimentalmente las densidades de “empaquetado” (masa unitarias) de agregados decomposición granulométrica bien definida, tanto para material en estado suelto, como

compactado a base de una energlá de vibrado siempre igual. Para este estudio, las curvade cribado responden a la ecuación:

P = 100 (d/D)” (4 .9 )

En la que para el exponente n se emplearon sucesivamente los valores 0.1, 0.2, 0.3,

0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 y 1.0. Los ensayos se llevaron a cabo con arena v grava de

canto rodado trituradas. La figura 4.7 muestra los resultados obtenidos con me.zc1a.s

compuestas únicamente de agregados, cuyo tamaño máximo es de 25.4 mm (l”), en fa’

cual se aprecia que la parábola de Fuller-Thompson (n = 0.5) no es la que proporciona

la densidad optima de empaquetado. En el caso de la masa unitaria suelta, la máxima den.

sidad de empaquetado corresponde a un valor del exponente n = 0.35 y, en el caso de la

masa unitaria compacta a n = 0.4.

Figura 8 7 Curvas de masas unitarias del agregado en función de n (4.15)

I1 I I r I I r I

0.0 0 . 0 0.7 0.6 0.8 0 . 4 0.8 0.2 0.1VALOR DE n

En la parte izquierda de estas curvas, se observa que a medida que aumenta el valor

de n, se disminuye notablemente el contenido de finos y se incrementa el valor de las

masas unitarias hasta un máximo.

El punto de máxima compacidad se presenta cundo hay un “equilibrio” entre todas

las partÍculas. Este equilibrio se obtiene cuando el espacio dejado por las partr’lulas de

mayor tamaño es ocupado por otras más pequeñas y asÍ sucesivamente de tal manera

que la cantida.d o porcentaje de cada tamño sea el óptimo para que no haya exceso ni

defecto de un tamaño determinado y que cada grano cumpla la función de llenar unvacío, obteniéndose así un conjunto lo más compacto posible con la mayor densidad

que se puede lograr con un determinado material.

106

A medida que n aumenta a partir del punto máximo se tiene el fenómeno inverso,

ésto es, que la fracción gruesa aumenta y la fracción fina disminuye alejándose cadavez más del punto de equilibrio. Esto se debe a que los espacios dejados por las partku-

las de mayor tamaño no alcanzan a ser llenados por los granos más finos ya que cuando,, tiende a infinito el tamaño de las partkulas lo hace a un tamaño único (tamaño máxi-

mo D), obteniéndose as Í un máximo de vacios y por lo tanto bajos valores de masa

unitaria.

Figura 48 Curva de peso unitario del concreto endurecido en función de n (4.15)

~0 UNITARIO

;i Kgh’

VALORD E

oe n

De otra parte, dentro de esta misma investigación, al involuoar cemento a la mezcla,

se observa la misma tendencia a aumentar el peso unitario del concreto conforme al

comportamiento granulométrico de los agregados (ver figura 4.8).

Como se puede ver, el punto de máxima compacidad del concreto endurecido no

coincide con el punto de máxima compacidad de los agregados; ésto se puede explicar

tomando como base el análisis de la masa unitaria compacta del agregado en la cual se

dijo que a medida que n aumenta a partir del punto máximo (n = 0.40) la fracción

gruesa aumenta y la fracción fina disminuye; en forma inversa cuando n disminuye del

Punto de equilibrio. Ahora bien, en el caso de la masa del concreto, la pasta de cemento

necesita ocupar un lugar y para ésto requiere de una granulometrlá que permita que

kta obture los espacios dejados por los agregados y formar asÍ una masa densa. Esto se

logra cuando se tiene una granulometrl’a en que los espacios entre sus granos sean llenados

Por la pasta obteniéndose as;el mínimo de vacios posibles y por lo tanto el mejor acomo-

damiento de pasta y agreqados. Es por esto que la mdxima densidad del concreto endure-

cido se desplaza para una granulometrÍa correspondiente a n- 0.49, (valor prácticamente

kWal al n de Fuller y Thompson).

De acuerdo a lo anterior, se puede ver que el peso unitario es una medida indirecta de

107

la compacidad de una mezcla de concreto en estado endurecido, tal como lo plantearor

Fuller y Thompson.

Sin embargo, la práctica ha demostrado que al tomar un valor de n = 0.5 se requierede una mayor energt’a de compactación para lograr un alto peso unitario y una alta

Figura 4.9 Curva de resistencia a la compresión del concreto en función de n (4.15)

ESFUERZO-l Ka /cm2

I I I

• i 1 1 I/, l \ A 28 Dia?

4 I I / /I

260 ! I I IRIJ I I / /- I

140I

lOO--./’

II

60

2 0 VALOR1 D E

I I , I ,0 .1 0 . 2 0 . 3 0.4 0.5 0.6 0 . 7 0.6 In

reslstencla. Es por ello que se deben emplear valores sustancialmente menores de n para

lograr la más alta resistencia, con menor energlá de compactación. En la figura 4.9, se

puede apreciar que la más alta resistencia de un concreto en función de su granulometrláse obtiene para un valor de n = 0.45, empleando métodos tradicionales de compactación.

Por tales motivos, este autor sugiere la siguiente expresión como curva ideal de grada-

ción de agregados, en función de eliminar la aspereza, mejorar la manejabilidad y obtener

más altas resistencias en una mezcla de concreto.

P = 100 (d/D)“.45 (4.10)

Donde

P= Porcentaje que pasa por el tamiz d

D = Tamaño máximo del agregado

La cual da un valor intermedio de n = 0.45 entre la máxima compasidad de los agrega-

dos solos (n = 0.4) y la de los agregados con cemento (n- 0.5) con métodos tradicionalesde compactación. De acuerdo a lo anterior se obtienen las granulometrlás ideales mostra-

das en la tabla 4.16.

108

Tabla 4 16 Gradaciones ideales para agregados en porcentaje que pasa según el autor

Tamiz Tamaño Máximo

m m Pb.76.1 50.8 38.1 25.4(3) (2) (1 1/21 (1)

76.1 - 3" 100.0

50.8 - 2" 83.3

38.1 - 1 112" 73.2

25.4 1" 61.0

19.0 - 314" 53.6

12.7 - 112" 44.7

9.51 318" 39.2

4.76 No.4 28.7

2.38 No.8 21.0

1.19 No.16 15.4

0.595 No. 30 11.3

0.297 No. 50 8.2

0.149 - No. 100 6.0

TEORIA DE BOLOMEY

100.0

87.9 100.0

73.2 83.3

64.3 73.2

53.6 61.0

47.1 53.6

34.5 39.2

25.2 28.7

18.5 21.0

13.5 15.4

9.9 ll.3

7.3 8.3

100.0

87.9

73.2

64.3

47.1

34.5

25.2

18.5

13.5

9.9

.~m m

19.0(314)

100.0

83.3

73.2

53.6

39.3

28.7

21.0

15.4

11.3

12.7 9.51(112) 318

100.0

87.9 100.0

64.3 73.2

47.1 53.6

34.5 39.3

25.2 28.7

18.5 21.0

13.5 15.4

Desde la publicación de la teoría de Fuller y Thompson y la posterior teoría de

Weymouth, son muchas las curvas ideales de gradación que se han desarrollado hasta

nuestros dÍas. Sin embargo, tal vez la modificación que en SU momento (1947) tue más

aceptada y aún hoy en dÍa tiene vigencia es la propuesta por Bolomey, la cual contempla

un mayor contenido de finos dentro de la masa del agregado, (sin excesos como en la

teorlá de Weymouth) con el objeto de eliminar la aspereza y mejorar la manejabilidad

de la mezcla de concreto en estado plástico. Esta modificación está dada en la expresión

(4.7).

p = f + (,oO-f)x(d/D)“2 ( 4 . 7 )

donde f es una constante empírica que indica el grado de trabajabilidad de una mezcla de

concreto para una consistencia y una forma de las partÍculas determinada. Estos valores

de f se presentan en la tabla 4.15.

1 0 9

. Tabla 4 15 Valores da f según la fórmula de Bolomey (4.13)

Forma de las partículas Consistencia del

de agregados concreto en estadoplástico

S e c a N o r m a l Húmeda(tierra húmeda) (plásticol (fluida)

-

R e d o n d a 6 - 8 10 12

C ú b i c a 8 -10 12 - 1 4 1 4 - 16

ESPECIFICACIONES DE LAS CURVAS DE GRANULOMETRIA

Como se vió anteriormente, la resistencia a la compresión del concreto totalmente

compactado con una determinada relación aguacemento no es independiente de lagranulometria del agregado; para lograr una buena compactación cuando se encuentra

en estado plástico, se requiere una adecuada manejabilidad sin segregación, que solo se

obtiene con una granulometrlá tal que permite compactar la mezcla a la máxima densi-

dad con un uso moderado de energlá.

En este punto, es conveniente anotar que las granulometrías ideales sólo existen a nivel

teórico, difkilmente se pueden reproducir en la práctica, de tal manera que una buenagranulometrÍa o más bien una especificación granulométrica se refiere al aprovechamiento

eficiente de condiciones técnicas y económicas para obtener el resultado deseado.

Para este efecto, casi todas las especificaciones granulométricas contemplan dos curvas,

la primera define el IÍmite superior y la segunda el inferior, dentro de las cuales cualquier

granulometrlá es buena. En el caso europeo, éstas contemplan la gradación completa del

Figura 4.10 Límites de gradación continua completa (finos y gruesos) para agregado detamaño máximo= 30 mm (1.2”) según DIN-1045 (4.13)

110

TAMIZ No.l,nn 50 30 1 6 8 4 3/8”.-- -_-100

314” 1 ll2

60

m.m 1:0 149 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9.51 19.0 38.

Igregado, desde las partÍculas que pasan el tamiz de 0,149 mm hasta el tamaño máximoleseado, como aparece en la figura 4.10 que muestra la especificación alemana DIN045 para agregado de tamaño máximo D = 30 mm (1,2”) y en la figura 4,ll donde se

ndica la especificación británica para agregado de tamaño máximo D= 19.1 mm (3/4”).

Figura 4 7 7 Límites de gradación continua completa (finos y gruesos) para agregado detamaño máximo = 19 mm (3/4”) según BS.1. (4.18)

1 TAMIZ No.1 100 50__ ?.O-_ 1 6 a 4 318” 314

.m.

60

3 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9 . 5 1 19.01

En los Estados Unidos de América la especificación ASTI11 C33, de la cual se ha ex-ractado la norma Icontec 174, específica un par de curvas lÍmites para agregado fino queeben utilizarse para concreto (no para morteros) y 13 pares de curvas para agregadosruesos según su tamaño máximo nominal. En las tablas 4.17 y 4.18 se indican estasspecificaciones y en la figura 4.12, a manera de ejemplo, se muestran las curvas I ímites deradación del agregado grueso cuyo tamaño máximo nominal es de 19 mm (3/4”). La gra-ación del agregado fino que se utiliza en morteros de mampostería está especificada en la

orma ASTM C-144 y es más fina que la de la arena utilizada en concreto, por razonesbvias. Esta gradación se muestra en la tabla 4.19.

Tabla 4 17 Requisitos de granulometría de agregado fino para concreto según ASTM C33e ICONTEC -174

m mTamiz

PUkl.

Porcentaje que pasa%

9.51

4.76

2.38

1.19

0.595

0.297

0.149

318 100

No. 4 95 - 100

No. 8 an 1 0 0

No. 1 6 50 - 85

No. 30 25 60

No. 50 10-30

No. 100 2- 10

111

Figura 4.12 Límites de gradación para agre9edo grueso cuyo TMN = 19 mm(3/4 1 según ASTM C-33 (4.61

En el caso colombiano, existe la norma Icontec-174 que especifica 10 pares de curvas

de granulometría para agregado grueso las cuales se muestran en la tabla 4.20. La especifi-

cación de granulometría de agregado fino para concreto es la misma de la tabla 4.17.

Tabla 4 18 Requisitos de granulometría para agregado grueso según ASTM C-33

REQUERIMIENTOS DE GRANULOMETRIA DEL AGREGADO GRUESO

Tabla 4. 19 Requisitos de granulometria de agregado fino pera mortero según ASTM C-144 (4.6)

T a m i z Porcenta je que pasam m PUb. Arena natural Arena manufacturada

4.75 No. 4 I 1 0 0 1 0 02.36 - N o . 8

1 . 1 8 N o . 1 6

6 0 0 p - N o . 3 0

300~ N o . 5 0

15o/l- N o . 1 0 0

750/~ - N o . 2 0 0

95 - 1 0 0 95 - 1 0 0

70 - 1 0 0 70 - 1 0 0

40. 7 5 40. 7 5

lo- 3 5 20. 4 0

2- 1 5 10 2 5

0. 1 0

FORMA

Como se mencionó anteriormente, los agregados naturales provienen de tres tipos deroca a saber igneas, sedimentarias y metamórficas que, dependiendo de su procedencia,tienen unas características mineralógicas y petrográficas determinadas. Adicionalmentea estas caracterl’sticas, hay algunas propiedades que corresponden al agregado en SI’, peroque indirectamente dependen del tipo de roca. Una de éstas es la forma de las partkulasdel agregado.

En términos generales, se puede decir que los agregados procedentes de piedras natura-les sometidas a un proceso de trituración y clasificación, tienen formas geométricas quevarían desde las aproximadamente cúbicas o poliédricas, a las de esquirlas alargadas oastilladas, o a las laminares aplanadas, o a las de forma de cascos. Mientras que los agrega-dos de rÍo o de depósitos (arrastres fluviales o glaciares) tienen formas de cantosredon-deados (cantos ròdados), o aplanadas (medallón).

Tal vez la clasificación más utilizada hasta el momento, para definir la forma de lasPartkulas del agregado, es la descrita en la norma británica B.S.812 que se muestra en

la tabla 4.2 1.

En términos prácticos, la forma de las partkulas del agregado juega un papel muyimportante en la fabricación de concreto, debido a que la aptitud de compactación deIa mezcla no solo depende de la granulometrlá del agregado sino también del grado deacomodamiento de las partlfulas. Para lograr un alto grado de acomodamiento y compac-tación de las partkulas, que genera una alta densidad y por tanto una mayor resistenciaen el concreto, las formas más adecuadas son las redondeadas para piedras de rÍos ycantos rodados y la cúbica para triturados (fig. 4.13). En la medida en que la forma de

113

Tab

la 4

.20

Req

uis

ito

s d

e gr

anulo

metr

ía p

ara

agre

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TE

C

IPo

rcen

taje

)

Agr

egad

ode

ab

ertu

ra

cuad

rada

-

101.

6

mm

90.5

76,l

64.0

50,8

38

.1

mm

mm

mm

mm

mm

25,4

mm

19.0

12,7

9.51

4,?

62.

381,

19

mm

mm

mm

mm

mm

mm

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

90.5

0 m

ma

38,lO

mm

100

64.0

0 m

m

a 38

,lO m

m

50,8

0 m

ma

4.76

mm

38,lO

mm

a

4.76

mm

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0 m

ma

4.76

mm

19.0

mm

a4.

76

mm

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0 m

ma

4.76

m

m

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mm

a2,

38 m

m

50,8

0 m

ma

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0 m

m

38.1

0 m

m

a 19

,OO

mm

90 a

25 a

Oa

100

60

15

100

90 a

35

aO

a

100

70

15

100

95 a

100

100

95 a

100

100

35 a

70 95 a

100

100

100

90 a

35

aO

a10

0J

O15

100

90a

20a

100

55

0.3 5 Oa

5 35 a

70 90 a

100

100

Oa

15

10 a

30 25 a

60

90

a10

0

100

Oa

5 Oa

5

10a

30 20 a

55 40 a

JO 85 a

100

Oa

5 Oa

5 Oa

10 Oa

10

Oa 15

10 a

30

Oa

5 Oa

5 Oa

5 Oa

Oa

10

5

1~ partículas del agregado se aleje de estas geometrías, menor será la cantidad de partículasque se acomoden dentro de un volumen determinado y por lo tanto quedarán espacios

mtre partkula Y partkula que deben ser llenados con pasta de cemento lo cual encarece

al costo unitario Y aumenta el riesgo de agrietamiento del concreto por el mayor conteni-

do de cemento, con lo cual no se cumplirÍan los objetivos propuestos en el capítuloprimero referentes a las funciones del agregado dentro de una mezcla de concreto.

Tabla 4.27 Clasificación de las partículas según su forma. Norma B S’812 (4.18)

Claslflcaclón

A- Redondeada

Descripoón- -

Totalmente desgastada por el agua ocompletamente limada por frotamiento.

B- Irregular

C- Angular

D- Escamosa(laminar)

E- Elongada

F- Escamosa yelongada

I r regu lar idad natura l , o pa rc ia lmen telimada por frotamiento y con caras re-dondeadas.

Posse caras bien definidas que se formanen la Intersección de caras más o menosplanas.

Material en el cual el espesor es pequeñoen relación con las otras dos dimensiones.

Material normalmente angular, en el cualla longitud es considerablemente mayorque las otras dos dimensiones.

Material cuya longitud es considerable-mente mayor que el ancho y éste consi-derablemente mayor que el espesor.

Figura 4 73 Partículas de forma redondeada y cúbica

115

Por otra parte, la forma ideal es la redondeada, debido a que el grado de acomoda.miento de las partkulas de forma redondeada es mejor que el de partículas de formacúbica. En efecto, se ha demostrado que en un metro cúbico de material de forma redon.

deada puede haber hasta un 25”’ ,O más de material que en igual volumen de material en

forma cúbica.

En cuanto a las partkulas de forma “lajuda” (alargadas y planas), aparte de tener por

lo general una estructura laminar (en capas) con poca resistencia, éstas tienden a colocarse

en posición horizontal dentro de la masa compacta de concreto, lo cual impide la salida

del agua libre de la mezcla durante el proceso de fraguado y genera burbujas de aire que

debilitan la resistencia del concreto (Ver figura 4.14). Por esta razón deben evitarse.

Figura 4 14 Burbuja de agra atrapada por una particula p lana

Con el objeto de impedir ésta situación y de tratar de asegurar una forma de partkulas

que se asemeje a las formas ideales (redondeada y cúbica), la norma Icontec 174 especifi-

ca que el porcentaje de partÍculas de forma indeseable (plana o alargada) no debe exceder

del 50%de la masa total del agregado, sobre la base de las siguientes definiciones:

- Partkula larga: Aquella cuya relación entre longitud y anchura es mayor de 1.5.

Larga+ > 1.5

(4.11)

Donde L = longitud de la part Ícula

b = ancho de la partkula

- PartÍcula plana: Aquella cuya relación entre el espesor y el ancho es menor de 0.5.

Plana d < o.5 (4.12)

b

116

Donde d = espesor de la partkula

b = ancho de la partkula

Otra propiedad que corresponde intrínsecamente al agregado, pero que se deriva

indirectamente de la roca madre es la textura superficial, que tambi6n incide notablemen-

ta en las propiedades del concreto, especialmente la adherencia entre las partículas del

agregado y la pasta de cemento fraguado, y gobierna las condiciones de fluidez mientras la

mezcla se encuentra en estado plástico.

: ,La clasificación de la textura superficial se basa en las caracterhticas de la superficie

da una partkula en términos de si es pulida, mate, suave o áspera, lo cual está ligado a-

Ia dureza, tamaño, forma y estructura de la roca original. En términos generales, se

puede decir que es lisa (agregados redondeados) o áspera (agregados triturados), pero la

clasificación más utilizada está dada por la norma británica BS-812 que aparece en

la tabla 4.22.

Tabla 422 Clssificación de la textura superficial de los agregados - Norma BS-812 (4.18)

Textura CaracterliticasG r u p o superficial

1 Vitrea Fractura concoidal

2 Lisa Desgastada por el agua, o lisa debido a

la fractura de roca laminada o de granof i n o .

3 G r a n u l a r Fractura que muestra granos más omenos uniformemente redondeados.

4 Aspera Fractura áspera de roca con granos finoso medianos que contienen partÍculascrist’alinas no fácilmente visibles.

5 Cristal ina Contiene partÍculas cristalinas fácilmentevis ib les .

6 Apanalada Con poros y cavidades vis ibles.

SUPERFICIE ESPECIFICA

La superficie específica del agregado se define como la relación que hay entre la super-

ficie exterior de una partkula y el volumen que ocupa esa partl’cula. Si se supone una

forma esférica con un diámetro d esta relación es:

117

SE =Area superficial = 4 K r* = 3 = 6 (4.13)

volumen (3/4) 71 r3 r 7

Se observa que el área superficial, resulta inversamente proporcional al tamaño de lapartkula. Por otra parte, se define la superficie de pega o “superficie específica total”

como la suma del área superficial de todas las partkulas que constituyen la masa de agre-

gado. Esta superficie de pega depende de la granulometrlá, la forma y la textura de las

partkulas.

El concepto de superficie fue introducido dentro del campo de la Tecnología del

Concreto en el año 1918 por L. E. Edwards y reviste importancia ya que a partir de la

superficie de pega se calculan los requerimientos de agua (pasta de cemento) para mojar

y unir todas las partículas del agregado. La figura 4.15 esquematiza este concepto.

Figura 4.15 Esquema del área superficial de los agregados

(b) (d)

La explicación es la siguiente: si se supone un cubo de piedra de 1 m de arista (fig.

4.15a) el cual se parte por la mitad (figura 4.15b), para unirlo nuevamente se requiere

de una cantidad de pegante (pasta de cemento) que cubra un área de 1 m* en cada cara,

si se parte nuevamente (figura 4.15~) la superficie de pega aumentará en otro m* por cada

cara; de continuar este procedimiento, (figura 4.15d) el área superficial de pega aumen-

tará en progresión geométrica, de manera que se requerirá cada vez más pasta de cemento

para unirlo nuevamente.

A partir de este concepto, se entiende cómo a medida que es mayor el tamaño máximo

de una masa de agregado, es menor su superficie específica y por tanto se requiere menospasta y por ende menos agua y menos cemento.

DENSIDAD

Dentro de las propiedades físicas de los agregados que dependen directamente de las

propiedades de la roca original de donde provienen, se encuentra la densidad, la cual estádefinida como la relación entre el peso y el volumen de una masa determinada.

118

Sin embargo, en el caso de los agregados para concreto hay necesidad de definircuidadosamente el término densidad, puesto que generalmente entre sus partkulas hay

cavidades o poros que pueden estar vacíos, parcialmente saturados o llenos de agua,dependiendo de SU permeabilidad interna. Para ésto, es necesario examinar la figura 4.16,

a partir de la cual resultan las siguientes definiciones:

Figura 4 16 Partícula de agregado

Poro saturable

n o saturable

DENSIDAD ABSOLUTA

La densidad absoluta se define como la relación que existe entre el peso de la masa

del material y el volumen que ocupa única y exclusivamente la masa sólida, o sea, que se

excluyen todo los poros, saturables y no saturables.

Densidad absoluta = L (4.14)

“m -“p

Donde: PS = Peso seco de la masa m.

‘rn = Volumen ocupado por la masa m.Vp = Volumen de los poros (saturables y no saturables)

DENSIDAD NOMINAL

La densidad nominal se define como la relación que existe entre el peso de la masa del

material y el volumen que ocupan las partkulas de ese material incluídos los porosno saturables.

P SDensidad nominal = --__

(4.15)

V m -Vps

..n

Donde: PS = peso secode la masa m.

Vm = Volumen ocupado por la masa m.Vp,= volumen de los poros saturables

DENSIDAD APARENTE

Por último, la densidad aparente está definida como la relación que existe entre el

peso de la masa del material y el volumen que ocupan las partkulas de ese material

incluidos todos los poros, saturables y no saturables.

P S ( 4 . 1 6 )Densidad aparente = -

Vm

Donde: PS = peso seco de la masa m.

Vm = volumen ocupado por la masa m.

Es conveniente anotar que la densidad aparente se puede determinar en estado secoo en estado húmedo, dependiendo del grado de saturación de sus poros.

En el campo de la tecnologlá del concreto, la densidad que interesa es la densidad

aparente, debido a que lógicamente con ella es que se determina la cantidad (en peso)

de agregado requerida para un volumen unitario de concreto, porque los poros interiores

de las partículas de agregados van a ocupar un volumen dentro de la masa de concreto y

porque el agua que se aloja dentro de los poros saturables no hace parte del agua de

mezclado; entendiéndose por agua de mezclado tanto el agua de hidratación del cemento

como el agua libre que en combinación con el cemento, produce la pasta lubricante de

los agregados cuando la mezcla se encuentra en estado plástico.

La densidad aparente del agregado depende de la constitución mineralógica de la

roca madre y por lo tanto de su densidad, asÍ como también de la cantidad de huecos o

poros que contenga. De tal forma que la densidad aparente es inversamente proporcional

al volumen de poros. Por lo general, el valor de esta densidad en los agregados pétreos

oscila entre 2.30 gr/cm3 y 2.8 gr/cm3 según la roca de origen. En la tabla 4.23 se dan

algunos valores t Ípicos.

POROSIDAD Y ABSORCION

La porosidad de las partkulas del agregado, como se mencionó en el aparte anterior,

es muy importante en el comportamiento de los agregados dentro del concreto porque

una partícula porosa es mucho menos dura que una partícula compacta o maciza, IO

cual afecta no solo las propiedades mecánicas como la adherencia y la resistencia a com-

presión y flexión sino también propiedades de durabilidad como la resistencia al congela-miento y deshielo, estabilidad química y resistencia a la abrasión.

120

La porosidad está relacionada con la capacidad de absorción de agua u otro líquido

dentro de IOS agregados según el tamafio de los poros, su continuidad (permeabilidad) y su

volumen total. En la práctica, lo que se mide para cuantificar la influencia de la porosidaddentro del agregado, es su capacidad de absorción, ya que las partículas del agregadopueden pasar por cuatro etapas, a saber: seco, parcialmer:te saturado, saturado y superfi-cialmente seco, o húmedo, lo cual se esquematiza en la figura 4.17 y depende del g&ode absorción de las partkulas que varía aproximadamente entre 0% y S%para agregados

pétreos de peso normal.

Secado total Parcialmente húmedo

0 @

(4 (b)

Saturado y superficialmente seco Humedad total

(cl (d)

Tabla 423 Densidad aparente seca de algunas rocas (4.5)

Grupo de roca Intervalo de densidad

Basáltico 2.6 - 3.0

Pedernalino 2.4 - 2.6

Gábrico 2.7 - 3.4

G r a n Ilico 2.6 - 3.0

Arenisco 2.6 - 2.9

Hornofëlsico 2.7 - 3.0

C a l i z o 2.5 - 2.8

Porfirltico 2.6 - 2.9

C u a r d o s o 2.6 - 2.7

Esquistoso 2.4 - 2.6

Figura 4 17 Diferentes estados de saturación del agregado

121

Según lo anterior, la capacidad de absorción de las partículas de agregado se puede

determinar fácilmente por diferencia de pesos, entre el peso saturado y superficialmenteseco y el peso seco, expresado como un porcentaje del peso seco.

P s s s -PS x 100 (4 .17 )% absorción = ____

P S

Donde: PS= Peso de la muestra saturada y superficialmente seca.

PS = Peso seco de la muestra.

PESO VOLUMETRICO

El peso volumétrico de un agregado, más comúnmente conocido como masa unitaria,

está definido como la relación existente entre el peso de una muestra de agregado com-

puesta de varias partkulas y el volumen que ocupan esas partkulas agrupadas dentro de

un recipiente de volumen conocido. De tal manera que al colocar el agregado dentro del

recipiente (fig. 4.18) se tendrá un acomodamiento de las partículas en que el menor volu-

men de espacios entre partícula y partícula se logra cuando se coloca la mayor cantidad

posible de piedras, lo cual depende, del tamaño, la granulometría, la forma y la textura

del agregado.

figura 4 78 Esquematiración del peso volumétrico

Espacio entreparticulas

Poro no saturable

--&&d&&-Poro saturable

Al observar la figura 4.18, ío que se percibe en realidad como masa unitaria, es una

densidad del material como conjunto ya que según la expresión 4.18,

P S ( 4 .18 )Masa unitaria = Vr

1 2 2

Donde: PS = peso seco del materialVr = volumen del recipiente

El denominador es el volumen del recipiente, el cual incluye el volumen de las partl’cu-

ias, el volumen de los poros de las partículas (saturables y no saturables) y el volumen delos espacios entre partÍcula y partÍcula. El numerador de la expresión es el peso del ma-

terial que depende de que tan compactas y densas (poco porosas) sean las partículas.

En consecuencia, la masa unitaria de un agregado indica de manera general la calidad

de &te y su aptitud para ser utilizado en la fabricación de concreto. Existen dos tipos de

masas unitarias que se describen a continuación cuyo valor suele oscilar entre 1 .lOO

kg/m3 y 1.600 kg/m3 para agregados naturales, según su grado de compactación.

MASA UNITARIA COMPACTA

Se entiende por masa unitaria compacta el grado de acomodamiento de las partículas

del agregado cuando se ha sometido a vibración ya que esta mejora el acomodamiento

y aumenta la masa unitaria.

La importancia de este factor radica en que con él se determinan los volúmenes absolu-

tos de agregados en el diseño de mezclas por cuanto las partÍculas del agregado van a

quedar confinadas dentro de la masa de concreto.

MASA UNITARIA SUELTA

Se denomina masa unitaria suelta la del material que se encuentra en estado normal de

reposo porque el volumen que ocupa es mayor y por tanto su masa unitaria eimenor.

En este caso, el valor de la masa unitaria suelta es de vital importancia cuando se van

8 manejar los agregados, ya que por ejemplo el transporte, se hace por volumen y en

estado suelto, de tal manera que el volumen de agregado a transportar y consumir será

mayor que el volumen de agregados dentro del concreto a producir, colocar y compactar.

ABULTAMIENTO OE LA ARENA

Conocidos los conceptos de humedad y masas unitarias, hay un fenómeno que afecta

e la arena, conocido como abultamiento o expansión.

Este fenómeno consiste en un aumento de volumen para un determinado peso de

arena, causado por la presión del agua entre partÍcula y partícula de arena cuando se en-

cuentra húmeda, o sea con agua libre en la superficie.

Experimentalmente se ha observado que al aumentar el agua libre de un 5 a un d porciento, e¡ abultamiento puede llegar a ser del 20 al 30 por ciento. Sin embargo, cuando la

arena está totalmente inundada, el volumen disminuye y no existe expansión alguna.

123

Por otra parte, la expansión en arenas gruesas puede ser hasta del 20%~ la de arenas muyfinas hasta’ un 40%.

Por lo expuesto, es conveniente recordar que este fenómeno ocurre, con el objeto deprever que el transporte y el almacenamiento de la arena se puetien ver afectados al sub.

estimar las cantidades reales del material.

PROPIEDADES MECANICAS

RESISTENCIA DE LAS PARTICULAS DEL AGREGADO

La falla de un concreto está regida por las resistencias relativas del agregado, la pasta yde lo que se conoce como la interfase de adherencia. Por lo general, en los agregados natu-rales de peso normal (baja porosidad) sucede que las partículas tienen una resistenciasuperior a la de la pasta de cemento endurecida, por lo cual la resistencia a la compresión

del concreto no se ve muy afectada por la resistencia del agregado a la compresión.

Sin embargo, la resistencia del agregado cobra importancia cuando éste falla antes quela pasta de cemento endurecida, bien sea porque tiene una estructura pobre entre losgranos que constituyen las partkulas o porque previamente se le han inducido fallas a suspartículas durante el proceso de explotación (principalmente cuando se hace con vola-dura) o por un inadecuado proceso de trituración cuando se trata de conseguir unagranulometría dada. Adicionalmente, cuando se aumenta la adherencia por la geome-

tría o la textura superficial del agregado al buscar una alta resistencia en el concreto,también aumenta el riesgo de que las partkulas del agregado fallen antes que la pastade cemento endurecida.

Por tal motivo, se han desarrollado pruebas de resistencia a la trituración en mues-tras de roca y valores de trituración del agregado a granel, los cuales permiten darse

una idea acerca del comportamiento de los agregados en el concreto. La primera pruebatiene el inconveniente de que en realidad se está midiendo la calidad de la roca madrey no la calidad del agregado, la segunda que se llama prueba del valor de trituración,está descrita en la norma BS81 2.

Por otra parte, se ha demostrado que el módulo de elasticidad del agregado grueso,más que su resistencia o 9u valor de trituración, está claramente relacionado con la

Tabla 4.24 Valores típicos de resistencia a compresión y módulo deelasticidad de algunas rocas

Tipo de roca Resistencia a compresión Módulo de elasticidadkg/cm’ kglcm’

Granito 1399 514080 .

CalIza 894 450840

AW!fliZCa 466 189720

124

resistencia del concreto, debido a que generalmente el módulo de elasticidad del concretoes más alto a medida que aumenta el módulo de elasticidad del agregado. En la tabla4.24 se dan algunos valores tÍpicos.

TENACIDAD

Otra de las propiedades mecánicas del agregado que conviene mencionar, es la tenaci-dad o resistencia a la falla por impacto, la cual tiene mucho que ver con el manejo de losagregados, ya que si éstos son débiles ante las cargas de impacto se puede alterar su granu-lometrlá, aparte de indicar una baja calidad para ser utilizados en concreto. La manerade medirlo también se encuentra especificada en la norma BS-812. Desde luego, estatenacidad depende del tipo de roca.

ADHERENCIA

Durante los procesos de fraguado y endurecimiento del concreto, los agregados se

encuentran aglutinados por la pasta de cemento (cuya resistencia y rigidez varía con eltiempo y las condiciones ambientales) y se genera una interacción en la zona de contac-to agregado-pasta, conocida con el nombre de adherencia.

Esta adherencia se debe a fuerzas de origen fkicoquímico que ligan las partkulas delagregado con la pasta.

La adherencia juega un papel muy importante dentro de la masa de concreto, debidoa que cuando esta interacción es lograda a través de una buena traba entre los agregadosy la pasta, la resistencia del concreto es mayor.

La adherencia depende de la calidad de la pasta de cemento y, en gran medida, deltamaño, forma, rigidez y textura de las partículas del agregado, especialmente cuando setrata de resistencia a la flexión.

Hoy en día no se conoce ningún método para medir la buena o mala adherencia deun agregado, pero es claro que ésta aumenta con la rugosidad superficial de las par-tículas.

Cuando el concreto va a estar sometido a desgaste por abrasión (pisos y carreteras), losagregados que se utilicen en su fabricación deben ser duros. La dureza es una propiedadque depende de la constitución mineralógica, la estructura y la procedencia de los agre-gados.

La forma más usual de determinar esta propiedad de una manera indirecta, es el cono-cido ensayo de resistencia al desgaste en la máquina de los Angeles, el cual se encuentradescrito en las normas Icontec 90 y 98 para agregados gruesos.

1 2 5

SUSTANCIAS PERJUDICIALES

CONTENIDO DE ARCILLA Y MATERIAL CON DIAMETRO INFERIOR A 0.074 mm (74 @

D e n t r o d e l o s m a t e r i a l e s q u e p r e s e n t a n e f e c t o s p e r j u d i c i a l e s e n e l c o n c r e t o p o r q u e

i m p i d e n l o s e n l a c e s e n t r e l a p a s t a d e c e m e n t o y l o s a g r e g a d o s s e e n c u e n t r a n l a a r c i l l a ,

el l imo y l o s p o l v o s p r o c e d e n t e s d e l a t r i t u r a c i ó n . E l e f e c t o p e r j u d i c i a l d e e s t a s partccu-

l a s c o n d i á m e t r o i n f e r i o r a 7 4 m i c r a s e s t r i b a e n q u e g e n e r a l m e n t e s o n d e m e n o r d i á m e t r o

q u e l a s p a r t k u l a s d e c e m e n t o y a l e n c o n t r a r s e e n f o r m a d e r e c u b r i m i e n t o s u p e r f i c i a l d e

l o s a g r e g a d o s , i n t e r f i e r e n l a a d h e r e n c i a e n t r e e l a g r e g a d o y l a p a s t a d e c e m e n t o , o r o d e a n

a l a s p a r t k u l a s d e c e m e n t o y l a s a i s l a n h a c i é n d o l e s p e r d e r s u c a p a c i d a d a g l u t i n a d o r a ,

l o c u a l t r a e c o m o c o n s e c u e n c i a d i s m i n u c i ó n e n l a r e s i s t e n c i a d e l c o n c r e t o .

P o r o t r a p a r t e , s i s e t r a t a d e u n a a r c i l l a , y é s t a e s e x p a n s i v a , s e p u e d e g e n e r a r u n

p r o b l e m a a d i c i o n a l c u a n d o e l c o n c r e t o s e h u m e d e c e y l a s partl’culas d e a r c i l l a s e h i n c h a n

d e a g u a , p u e s s e g e n e r a n e s f u e r z o s d e t e n s i ó n d e n t r o d e l a m a s a d e c o n c r e t o e n d u r e c i d o ,

q u e p u e d e n c o n d u c i r a f a l l a s s e g ú n e l c o n t e n i d o d e e s t a s partÍculas.

En e l caso de l imos y p o l v o s p r o c e d e n t e s d e t r i t u r a c i ó n , s i é s t o s s e e n c u e n t r a n e n a l t a

p r o p o r c i ó n , d e b i d o a s u a l t a f i n u r a y a l t a s u p e r f i c i e especjfica, e l r e q u e r i m i e n t o d e a g u a

s e a u m e n t a y p o r l o t a n t o e l c o n t e n i d o d e c e m e n t o p a r a u n a m i s m a r e l a c i ó n a g u a c e m e n t o .

A c a u s a d e l o a n t e r i o r e s n e c e s a r i o c o n t r o l a r e l c o n t e n i d o d e e s t a s p a r t k u l a s i n d e -

s e a b l e s p a r a l o c u a l l a n o r m a I c o n t e c 1 7 4 e s t a b l e c e l o s l í m i t e s d a d o s e n l a t a b l a 4 . 2 5 .

Tabla 425 Contenido máximo de partículas de diámetro inferior a 74 micras para

diversos tipos de concreto según ICONTEC-174. (4.24!

Los procedimtentos p a r a dctcrminar e l p o r c e n t a j e d e m a t e r i a l q u e p a s a ’ e l t a m i z d e

7 4 mlcras s e encwntran d e s c r i t o s e n l a n o r m a I c o n t e c - 7 8 .

1 2 6

MATERIA ORGANICA

: Otra de las sustancias que pueden perjudicar notablemente al concreto especialmenteen las reacciones químicas de hidratación durante el fraguado es la materia orgánica quegeneralmente proviene de la descomposición de material vegetal, como hojas, tallos YraÍces y se manifiesta en forma de humus.

Este humos, en cierta cantidad, puede impedir parcial o totalmente el fraguado delcemento, por lo cual hay que controlar SU presencia en los agregados, especialmente enla arena la cual debido al tamaño de SUS partkulas, suele retener la materia orgánica

finamente dividida y que se encuentra en proceso de descomposición.

Debido a IO anterior, la norma Icontec-174 estipula un contenido ml’nimo de materia

orgánica en el agregado, según el ensayo de la prueba colorimética, la cual se encuentradescrita en la norma Icontec-127 y que consiste en someter una muestra de arena-a laacción de una solución de soda caústica (NaOH) al 3% que le dá una coloración caracte-rktica a las 24 horas según el contenido de materia orgánica.

Para la evaluación del resultado se tiene la tabla 4.26, en donde se considera que el

contenido de materia orgánica no es perjudicial si el ensayo dá un valor de 3 o inferior enel número de referencia.

Tabla 4.26 Valores del contenido de materia orgánica en el agregado fino según Icontec-127

C o l o r Número del color Número de la referenciaNormal Gardner orgánica

Amarillo claro 5 1

Amarillo oscuro 8 2

Ambar l l 3

Ambar oscuro 14 4

N e g r o 1 6 5

Sin embargo, este es un ensayo relativo, ya que si el valor del número de referenciaorgánica se encuentra por encima de 3, no necesariamente quiere decir que la coloraciónse deba a materia orgánica, por lo cual se procede a efectuar un ensayo alterno que estádescrito en la norma lcontec-579 que consiste en hacer cubos de mortero para determinarla resistencia de éstos a los 28 dÍas de edad, para arena sin tratar con soda caustica, yarena lavada.

CONTAMINACION SALINA

Cuando el agregado, especialmente la arena, procede de depósitos marinos o de playaso lugares cercanos al mar, puede contener sal, que posteriormente puede causar manchas

(eflorecencias) en el concreto o eventualmente corrosión en el acero de refuerzo, al absor-ber humedad del aire. Sin embargo, no está totalmente probado que la salinidad ejerza un

efecto dañino y comprometa la estabilidad de una estructura, pero de todas maneras es

conveniente hacer un lavado con agua dulce al material con el objeto de disminuir la pro-

babilidad de que se presente alguno de los fenómenos anteriormente descritos.

PARTICULAS DELEZNABLES

Otro factor que puede afectar de manera perjudicial al concreto y que depende de los

agregados, es la presencia de materiales inestables o deleznables, tales como partículas

blandas, terrones de arcilla, madera, carbón, lignito o mica, los cuales pueden minar la

resistencia del concreto o su durabilidad, en el caso de estar expuestos a la abrasión.

Para tal efecto la norma Icontec-174 establece I ímites en el contenido de este materiallos cuales aparecen en la tabla 4.27 y se determinan según la norma lcontec-589.

Tabla 427 Límites para partículas inestables en el agregado según Icontec-174. (4.24)

Material

Grumos de arcilla

Part iculas blandas

Carbón y Lignito(cuando es impor-tante la apariencia

superficial delconcreto)

Carbón y lignito(otros casos)

Porcentaje máximo del pesototal de la muestre

Agregado fino

1 %

-

0.5%

1 %

Agregado grueso

0.25%

5 %

0 .5%

1 %

SANIDAD DE LOS AGREGADOS

La sanidad de los agregados se refiere a su capacidad para soportar cambios excesivos

en volumen debidos a cambios en las condiciones ambientales como congelamiento-

deshielo, calentamiento-enfriamiento, humedecimiento-secado, los cuales afectan la

durabilidad del concreto y pueden comprometer no solo su aspecto superficial (descas-

caramientos) sino también la estabilidad de una estructura (agrietamientos internos),

con un fenómeno similar al de la reacción agregadoalcali.

La capacidad de los agregados para soportar estos cambios desde luego depende de laprocedencia, granulometrlá, forma, textura, porosidad y propiedades mecánicas de slIs

partkulas.

En la Práctica, es reconocida y aceptada la relación aguacemento como el factor indi-

vidual más importante de la resistencia del concreto totalmente compactado. Sin em-bargo, en la realidad es imposible obtener un concreto completamente compactado,

a pesar de IOS procesos de consolidación, debido a que durante la operación de mezclado

queda aire naturalmente atrapado dentro de la mezcla. Por tal motivo, se dice que la ley

de Abrams es un caso especial de la regla general formulada por Feret en 1896, la cual

incluye el volumen de la porosidad del material endurecido y tiene la siguiente forma:

RI K( c I2 (6.3)c + w + a

donde:

E es la resistencia media; K es una constante que depende del cemento y los agregados;

c, w y a, son los volúmenes absolutos de cemento, agua y aire respectivamente.

Por ello, en la práctica de la ingeniería, se supone que la resistencia del concreto

endurecido a una determinada edad, con un curado y una temperatura especÍficas,

depende principalmente de dos factores: la relación aguacemento y el grado de compac-

tación.

NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO

Como se ha visto, el concreto es una masa endurecida que por su propia naturaleza

es discontinua y heterogénea. El cemento hidratado (gel), es en SI’ mismo una masa

semicristalina discontinua, con un elevado grado de porosidad, que contiene agua libre

y agua no evaporable. Adicionalmente, esta agua libre al exudar y evaporarse, deja micro-

Poros y canales capilares continuos en el gel de cemento, los cuales se convierten pos-

teriormente, en medios para el intercambio de humedad entre el concreto y el ambiente

que lo rodea.

Por otra parte, la presencia de agregados incide notablemente en la heterogeneidad,

debido a la diversidad de tamaños, textura superficial y geométrica de las partkulas.

Todo esto, es lo que hace imposible lograr una adherencia perfecta entre la pasta (ma-triz) de cemento y cada una de las partkulas del agregado, aunque se disponga de

condiciones ideales de mezclado. Sin embargo, esta heterogeneidad del concreto y SU

naturaleza discontinua son ventajosas, debido a que proporcionan la “cuasiductilidad” y

los mecanismos de disipación de energl’a esenciales para un material de construcción bajo

cargas estáticas (por ejemplo peso muerto) y dinámicas (sismos y viento).

Las propiedades y resistencia de cualquier sistema heterogéneo dependen de lasCaracterÍsticas fl’sicas y químicas de sus constituyentes y de las interacciones entre ellos

mismos. En el caso del concreto, los agregados que son relativamente rl’gidos y cuyas

propiedades están bien definidas y son independientes del tiempo, se encuentran

incrustados en una matriz (pasta de cemento) continua viscoso-elástica cuya resistencia y

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