Petrografia Agregados
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PETROGRAFIA DE AGREGADOS
PARA CONCRETO
Los agregados
Los agregados comprenden cerca de tres
cuartas partes del volumen de una mezcla de
concreto, de manera que su mineralogía,
tamaño máximo, gradación, forma y textura
superficial tienen influencia sobre las
propiedades ingenieriles y arquitectónicas del
concreto.
Antecedentes
El microscopio petrográfico ha sido utilizado desde mediados del siglo
XIX por los geólogos para entender e interpretar la génesis y
mineralogía de las rocas.
Propósitos del análisis petrográfico
de los agregados para concreto
Conocer el efecto de la mineralogía y estructura cristalina de los
agregados en la resistencia del concreto.
Determinar las propiedades físicas y químicas del material.
Describir y clasificar los constituyentes de la muestra.
Determinar las cantidades relativas de los constituyentes de la
muestra.
Identificar tipos y variedades de rocas presentes y la presencia
de minerales química y volumétricamente inestables o reactivos.
Propósitos del análisis petrográfico
de los agregados para concreto
Discriminar la porción de cada agregado grueso que está
meteorizado y su grado.
Determinar las proporciones de partículas según su forma.
Identificar porcentaje de ingredientes con potencialidad a las
reacciones álcali-sílice y álcali-carbonato
Identificar posible presencia de contaminantes en los
agregados que alteren las condiciones de fraguado u otras
propiedades del concreto.
TIPOS DE EXAMEN
Superficial o rutinario.
Lupa – simple vista
Semirutinario
Estereomicroscopio
Detallado
Microscopio petrográfico
- Aceites de inmersión
- Secciones delgadas
Procedimiento de Examen Petrográfico
Dividir fracciones por tamizado.
300 partículas por tamiz
Agregado grueso:
3 – 5 fracciones
Agregado fino:
5 fracciones
Analizar varias muestras y ponderar resultados
Número de partículas X tipo de roca o mineral x fracción
Ponderación en peso
Rasgos a observar
Forma de la partícula
Textura superficial
Grado de meteorización
Tamaño de grano
Estructura
Matriz o cemento
Color
Composición mineralógica
Componentes nocivos
Forma de la partícula
Textura Superficial
Grado de Meteorización
Roca Fresca Roca Meteorizada
Tamaño de grano
Estructura
Matriz o Cemento
Composición Mineralógica
Componentes Nocivos
El petrógrafo debe concentrar su atención durante la
descripción de los agregados, en aquellos que tienen un
efecto potencial en las propiedades del concreto.
Debe identificar los constituyentes indeseables o
"potencialmente nocivos" incluyendo:
Intraclastos de arcilla
Mica libre
Yeso
Pirita
Materiales reactivos a los álcalis del cemento.
Algunos constituyentes potencialmente nocivos presentes en los agregados.
Compilado a partir de información de Sims & Brown (1997)
Constituyentes potencialmente nocivos para el concreto
i ii iii iv v
Recubrimientos de arcilla sobre las partículas de agregados x
Fragmentos de arcilla y partículas de roca alterada x x xx
Particulas adsorbentes y microporosas x x xx
Partículas de carbón y livianas xx
Partículas o recubrimientos blanods o livianos xx x x xx
Materia orgánica xx x
Mica xx x
Cloruros x x
Sulfatos x xx x
Pirita xx xx
Plomo soluble, zinc o cadmio xx
Constituyentes reactivos a alkalis x xx
Alkalis libre xx
1 i Interferencia química con el fraguado del cemento
ii limitación física de la adherencia entre el agregado y la pasta de cemento
iii modificación de las propiedades del concreto en estado fresco en detrimento de la durabilidad y resistencia
del material endurecido.
iv interacción entre la pasta de cemento y el agregado que continua luego del endurecimiento, causando a veces
expansión y fisuramiento del concreto.
v debilidad y baja durabilidad de las partículas de agregado.
2 El principal problema con los cloruros en el concreto está asociado con la corrosión del acero de refuerzo.
xx = efecto principal x = efecto adicional
Tomado de: Sims & Brown, 1997
Posible efecto adverso en el concreto1
Minerales reactivos al álcalis
Partículas < 1mm : ópalo, mica, arcilla
Los métodos petrográficos NO pueden predecir el
grado de reactividad o si se presentará la reacción
realmente.
Lo que se establece es la existencia y proporción
de constituyentes potencialmente reactivos.
Tipos de rocas:
Carbonatos
Afanítico-silíceas
ricas en cristales de cuarzo de grano medio a grueso.
Minerales reactivos al álcalis
Opalo.
Calcedonia.
Tridimita.
Cuarzo criptocristalino, microcristalino o liso
Cuarzo de grano grueso muy fracturado, granulado
o deformado intensamente o relleno con inclusiones
microscópicas de arcilla.
Minerales reactivos al álcalis
Calcedonia
Como el cuarzo, pero criptocristalino. Color: incoloro. Pleocroismo: no. Relieve:
positivo bajo. Habito: prismatico. Exfoliacion: no. Birrefringencia: baja. Angulo de
extincion: 0°. Elongacion:positiva o carente. Maclas: no. Grupo optico : uniáxico
positivo
Minerales reactivos al álcalis
Opalo
Color: incoloro. Pleocroismo: no. Relieve: negativo moderado. Habito: masivo.
Exfoliacion: no. Birrefringencia: nula. Angulo de extincion: no. Elongacion: no.
Maclas: no. Grupo optico : isotropo
Fragmentos de rocas reactivos al álcalis
Rocas Componentes Reactivos
Igneas
Granitos. Mas del 30% de cuarzo
Granodioritas deformado, extinción
Charnockitas ondulatoria
Fragmentos de rocas reactivas
al álcalis Rocas Igneas Componentes Reactivos
Piedra pómez Cristales volcánicos ricos en
Riolita sílice, ácidos a intermedios
Andesita cristal desvitrificado, tridimita
Dacita
Latita
Perlita
Obsicidiana
Tobas volcánicas
Basaltos Calcedonia, ópalo y palagonita
Fragmentos de rocas reactivas
al álcalis
Metamórficas Componentes Reactivos
Gneis Más del 30% de cuarzo deformado,
Esquisto extinción ondulatoria. 5% o más de
Cuarcita caliza.
Corneanas Filosilicatos, cuarzo deformado
Filitas
Argilitas
Fragmentos de rocas reactivas
al álcalis
Sedimentarias Componentes Reactivos
Areniscas Cuarzo deformado, 5% o más de
Grauvacas caliza.
Caliza
Pedernal Filosilicatos, cuarzo deformado,
cuarzo criptocristalino, chalcedonia,
ópalo
Diatomita Opalo, cuarzo criptocristalino
Carbonatos Dolomita, filosilicatos
Componentes Nocivos
Reactividad Alcali-Agregado: Concepto de proporción pésima de agregado reactivo
Clase 1. TIPOS DE ROCAS
REACTIVAS A LOS
ALKALIS (Identificadas en estructuras)
Clase 2. CASOS EN DUDA
Clase 3. TIPOS DE ROCAS NO
REACTIVAS (inocuos)
1. ROCAS
SEDIMENTARIAS
* Arenisca
- Arcosa
- Areniscas de cuarzo
* Arcillolita (también
shale)
* Limolita (también
shale)
* Margas
(también esquistosas
y/o metamórficas)
* Grauwacka
(también metamórfica)
Las estructuras
sedimentarias deben ser
observadas
5. CASOS EN DUDA Ejemplos:
* Cuarcita, Esquisto
de cuarzo
* Tipos de roca con
cuarzo
(Contenido de cuarzo
>20%)
* Calizas
(con contaminación de
cuarzo finamente
distribuido)
* Hornfelsas con
cuarzo
* Milonitas con
pequeñas cantidades
de cuarzo (1-5%)
6. TIPOS DE ROCAS
MAFICAS
* Basaltos
* Rocas verdes
* Gabro
* Anfibolita
Todos los tipos de
variedades de rocas,
también metamórficas
Fuente: FARIN: Forum for Alkali aggregate Reactivity in Norway http://this.is/ergo/efarub/bergartsliste.htm
Clase 1. TIPOS DE ROCAS
REACTIVAS A LOS
ALKALIS (Identificadas en estructuras)
Clase 2. CASOS EN DUDA
Clase 3. TIPOS DE ROCAS NO
REACTIVAS (inocuos)
2. MILONITAS/
CATACLASITAS (que contengan cuarzo)
* Milonitas
* Cataclasitas
* Gneis milonítico
Los tipos de roca que
continen cuarzo pueden ser
potencialmente reactivos.
Sin embargo, esto depende
de parámetros petrológicos
tales como tamaño de
granos de cuarzo, grado de
deformación y otros rasgos
estructurales.
Varios tipos de cuarcitas
han reaccionado en el
concreto.
Cuarcita microcristalina
(granos de cuarzo de <60
µm) deben ser clasificados
como reactiva a los álkalis.
La cuarcita con granos de
cuarzo <130 µm, deben ser
clasificadas como un caso
en duda. Cuarcita con
venas de cuarzo > 130 µm,
deben clasificarse como
inocuas, aún cuando la
cuarcita contenga cuarzo
deformado
7. TIPOS DE ROCAS QUE
CONTENGAN CUARZO
* Granito/Gneiss * Cuarcita-/Esquisto
de cuarzo
* Esquisto micáceo
3. ROCAS VOLCANICAS
ACIDAS
* Riolita
* Keratofiro de cuarzo
8. TIPOS DE ROCAS
FELDEPATICAS
Clase 1. TIPOS DE ROCAS
REACTIVAS A LOS
ALKALIS (Identificadas en estructuras)
Clase 2. CASOS EN DUDA
Clase 3. TIPOS DE ROCAS
NO REACTIVAS
(inocuos)
4. OTROS TIPOS DE
ROCAS
* Cuarcita
microcristalina
*Filita
* Esquisto de cuarzo
9. OTROS NO
IDENTIFICADOS
* Caliza (pura) y
mármol
* Otros no
reactivos (también
cristales aislados)
* Porfiroclastos
* Milonitas libres de
cuarzo
.
Tamaño típico de
granos de cuarzo <
60 µm
Excepción:
Arenisca
Tamaño típico de
granos de cuarzo <
130 µm
Tamaño típico de
granos de cuarzo >
130 µm o cuarzo no
presente
Tipos de rocas reactivas a álkalis
1. Rocas Sedimentarias: Areniscas
Arenisca, 0.19% expansión a 14 días Arenisca
Arenisca, 0.21% expansión a 14 días Arenisca
Tipos de rocas reactivas a álkalis 1. Rocas Sedimentarias: Arcillolitas, Limolitas, Margas (con o sin metamorfismo)
Limolita Limolita
Arcillolita Marga metamorfisada
Tipos de rocas reactivas a álkalis
1. Rocas Sedimentarias: Grauwackas y Metagrauwackas (metamórfica)
Grauwacka. Grauwacka, 0.323% expansión a 14 días
Metagrauwacka, 0.19% expansión a 14 dias. Metagrauwacka, 0.26% expansión a 14 días.
Tipos de rocas reactivas a álkalis
2. Milonitas y Cataclasitas
Milonita Milonita
Milonita Milonita
Tipos de rocas reactivas a álkalis
2. Milonitas y Cataclasitas
Milonita Milonita
Cataclasita Cataclasita
Tipos de rocas reactivas a álkalis
3. Rocas volcánicas ácidas: Riolitas
Milonita Riolita
Riolita Riolita
Tipos de rocas reactivas a álkalis
4. Otros tipos de rocas
Filita Filita
Cuarzofilita Esquisto de biotita y cuarzo
Casos en duda
5. Casos en duda: Cuarcita y esquisto de cuarzo
Cuarcita de grano fino Cuarcita rica en biotita
Cuarcita Cuarcita
Casos en duda
5. Casos en duda: Tipos de roca con cuarzo
Roca rica en cuarzo de grano fino Roca de grano fino con cuarzo microcristalino
Roca de grano fino rica en cuarzo Roca de grano fino con cuarzo microcristalino
Casos en duda
5. Casos en duda: Caliza con contaminación de cuarzo finamente distribuido, hornfelsa con cuarzo
Roca de grano fino rica en cuarzo Caliza impura
Hornfelsa Hornfelsa
Casos en duda
6. Tipos de rocas máficas: Basalto, gabro y anfibolita
Basalto Metagabro
Anfibolita Esquisto de anfibolita
Rocas no reactivas
7. Tipos de rocas que contienen cuarzo: Granito, Gneis, Cuarcita y esquisto de cuarzo
Granito/granodiorita Gneiss
Cuarcita Cuarcita
Rocas no reactivas
8. Tipos de rocas feldespáticas
Roca feldespática deformada Roca feldespática deformada
Roca feldespática deformada Roca feldespática deformada
Rocas no reactivas
9. Otros tipos de rocas no identificadas
Roca feldespática deformada Hardpan meteorizado
Porfiroclasto rómbico Porfiroclasto rómbico
Conclusiones
El examen petrográfico ayuda a intepretar los ensayos
físicos y químicos realizados a fuentes de agregados y
permite descubrir elementos nocivos.
No existe agregado perfecto, se trata de establecer si
es el adecuado para el uso propuesto.
ANÁLISIS DE CASOS PETROGRAFIA
Concreto deteriorado por reactividad Alkali-Agregado en New England, E.E.U.U.
ALKALI-AGGREGATE REACTIVITY IN CONCRETE, NEW ENGLAND REGION, USA
Autor:
Stokowski, Jr., Steven J., Stone Products Consultants, 10 Clark Street, Suite A, Ashland, Massachusetts, United States of America, 01721
http://members.aol.com/CrushStone/asr2.htm
Localidades donde se ha reportado la presencia de
estructuras con Reactividad Alkali-Agregado (RAA)
Localidades donde se ha confirmado la ocurrencia de RAA en estructuras de concreto tales como: puentes, presas, estructuras de contención, pavimentos y construcciones.
Localidades donde se sospecha sin que se haya probado
1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.
Metagrauwacka y filita plegadas
1) Metamorfismo barroviano
Descripción
Las pizarras son una secuencia metamórfica que comienza con shales y progresa pasando por filita, esquisto y gneis.
Asociación Tectónica de las Filitas
Asociados a eventos principales de formación de montañas donde los shales y areniscas ricas en arcillas (wackas) son metamorfisadas por profundidad de enterramiento y proximidad a batolitos
El precursor de esta roca es una pizarra y si se metamorfisa más se convierte en un esquisto.
1) Shale
Descripción
Diagrama ternario que presenta la composición típica de un shale
2) Pizarra
Descripción
Foliación de clivaje pizarroso compuesto del alineamiento de los clivajes basales en los nuevos minerales colira composed of the lining up of the basal cleavages de clorita y/o muscovita. El resultado es clivaje esquistoso en caras planas
1) Filitas
Minerales principales
Minerales accesorios
Clorita Si está presente, de color rojo: biotita
Descripción
Foliación de clivaje pizarroso (slaty) compuesto de cristales de clorita. Otro nombre: Esquisto de clorita (cristales grandes y reconocibles). Usualmente contiene los minerales biotita y muscovita
1) Filita
Descripción
Foliación de clivaje pizarroso compuesto del alineamiento de los clivajes basales en los nuevos minerales colira composed of the lining up of the basal cleavages de clorita y/o muscovita. El resultado es clivaje esquistoso en caras planas
1) Esquisto
Descripción
Foliación esquistosa compuesta de cuarzo intermezclado con feldespato, y biotita (también anfíbol. Estos minerales están bien mezclados formando el patron característico esquistoso.
Minerales principales
Minerales accesorios
Cuarzo, feldespato, biotita
Granate y estaurolita
Descripción Foliación bandeada compuesta de capas/zonas de cuarzo coloreado claro, feldespato interestratificado con capas/zonas de biotita y anfibol de color oscuro. Las bandas de minerales en la muestra se están empezando a formar, pero se distinguen unos de otros lo cual lo pone en la categoría gnéisica.
1) Gneiss
Minerales principales Minerales accesorios
Cuarzo, feldespato, biotita, anfibol
Granate y estaurolita
Descripción Banded foliation where the light- colored quartz and feldspar have segregated into layers from the pods/zones of dark colored amphibole and biotite
1) Gneiss de granate
Minerales principales Minerales accesorios
Cuarzo, feldespato, biotita, anfibol
Granate y estaurolita
1) Gneiss plegado
Description Banded foliation where the light- colored quartz, feldspar have segregated into layers from the pods/zones of dark colored amphibole and biotite. In this gneiss not only have the minerals separated into layers, these layers have been folded. The intensity of the folding shows how plastic the rocks was during deformation.
2) Cuarzo deformado en granitos • Granitos gneisicos • Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica
greenstone • Metatobas y metariolitas • Riolitas • Venas de cuarzo • Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas
CUARZO es el mineral más común en sedimentos terrígenos, (65% de minerales en arenaiscas, 30% en shales (arcillas fisibles), y <5% en rocas carbonatadas.Los granos de cuarzo tiene muchas variedades
• Cuarzo monocristalino: un grano formado de una pieza de un cristal (como aparece en la roca original meteorizada).
• Cuarzo policristalino: un grano que continee dos o más cristales interconectados.
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas
• Cuarzo deformado – grano con una capa cristalina distorsionada
que muestra extinción ondulosa.
Tipos de rocas reactivas a alkalis
1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.
2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica
greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas
1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.
2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies
metamórfica greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas
metasedimentarias
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas
1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.
2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica
greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas
1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.
2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica
greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas
1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.
2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica
greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias
Tipos de rocas reactivas reportadas
tanto en gravas como en arenas