Aridos Aula

ARIDOS PARA HORMIGON

Definición de Árido o Agregado

Conjunto de partículas de origen pétreo, duras de forma y tamaño estable y que debe cumplir una serie de requisitos. Ocupa entre el 60% y el 80% del volumen total del hormigón.

FUNCIONES „

Resistir esfuerzos internos y externos.

„

Resistir la abrasión.

„

Resistir al paso de humedad.

„

Resistir solicitaciones químicas.

„

Proveer relleno de bajo costo a la pasta de cemento.

„

Disminuir y evitar efectos de cambios de volumen que sufre la pasta de cemento.

„

Detener la fisuración.

Requisitos Generales

„ „

Tener estabilidad física

„ „

Tener resistencia propia

„ „

Tener estabilidad química

Naturaleza y Propiedades Básicas

Procedencia: natural o artificial Rodados Natural Chancados o de Machaqueo

Propiedades „

Resistencia

„

Composición química

„

Estructura

„

Dureza

„

Densidad

„

Compacidad

„

Color

Depende

ROCA DE ORIGEN

Propiedades

„

Tamaño

„

Forma

„

Textura

„

Absorción

Depende

„

Formación del árido

ROCA ROCA DE DE ORIGEN ORIGEN

EXPOSICION EXPOSICION Y Y FACTORES FACTORES DE DE PROCESAMIENTO PROCESAMIENTO

MICROESTRUCTURA MICROESTRUCTURA

POROSIDAD POROSIDAD „„

TAMAÑO TAMAÑO

„„

FORMA FORMA

„„

TEXTURA TEXTURA

COMPOSICION COMPOSICION

DENSIDAD DENSIDAD

MINERALOGICA MINERALOGICA

„„

RESISTENCIA RESISTENCIA TRITURACION TRITURACION

„„

RESISTENCIA RESISTENCIA ABRASION ABRASION

„„

MODULO MODULO ELASTICIDAD ELASTICIDAD

„„

ESTABILIDAD ESTABILIDAD

HORMIGON HORMIGON FRESCO FRESCO

DOSIFICACION DOSIFICACION DEL DEL HORMIGON HORMIGON

„„

CONSISTENCIA CONSISTENCIA

„„

COHESIVIDAD COHESIVIDAD

„„

PESO PESO ESPECIFICO ESPECIFICO

HORMIGON HORMIGON ENDURECIDO ENDURECIDO „„

RESIST. RESIST. COMPRESION COMPRESION

„„

RESIST. RESIST. ABRASION ABRASION

„„

RESIST. RESIST. DIMENSIONAL DIMENSIONAL

„„

DURABILIDAD DURABILIDAD

Propiedades Físicas de los Aridos

„

Densidad y Peso Específico

„

Absorción, Humedad y Esponjamiento Arenas

„

Compacidad, Huecos y Leyes de la Compacidad

„

Superficie Específica

% Humedad

La humedad de un árido es importante para determinar el agua libre. Conociendo la humedad total,

la

humedad

condición SSS.

seca

y

la

humedad

para

Estados de Humedad „

„

„

„

Seco al horno: se obtiene sólo en el laboratorio a 110 ºC constante. Se compara por pesos, cuando el peso final es igual al peso anterior enfriado a temperatura ambiente, Î SECO Seco al aire: se obtiene sólo en verano y es producto de la temperatura ambiente, la velocidad del viento y la humedad relativa. Es un estado “condicionado” Saturado superficialmente seco: se obtiene en laboratorio. Es un estado límite no práctico. Se sumerge por 24 h., se saca y se seca con un paño húmedo. Húmedo mojado: tiene todos sus poros saturados más una película de agua en la superficie.

Estados de humedad de los áridos

Árido seco en Estufa

Árido saturado parcialmente seco

Árido parcialmente seco al aire

Árido Húmedo

POROSIDAD Y ABSORCIÓN HUMEDADES

Ejemplo Visual del Estado de Humedad de una Arena

Absorción en % „ „

„

„

Contenido total de humedad interna de un árido en condición SSS. Medida de la porosidad del árido, porque absorberá tanto como poros tenga y la porosidad determina la calidad del árido y por lo tanto del hormigón. Valores de absorción recomendados para áridos „ Gruesos < 2 % „ Finos <3% Se acepta para hormigones „ Pobres hasta 10 % de porosidad „ Corrientes hasta 5 % de porosidad „ Alta resistencia hasta 3 % de porosidad

Densidades de los Áridos Al considerar los diversos tipos de huecos, aparecen las definiciones y conceptos de las distintas densidades del material: „

DENSIDAD ABSOLUTA

„

DENSIDAD REAL

„

DENSIDAD APARENTE

ρ = M / Vm ρr = M / (Vm + Vpi) ρa = M / (Vm + Vpi + Vh + Vpa)

Compacidad, m; es la relación entre el volumen de sólidos que tiene un material granular y el volumen aparente que ocupa.

Compacidad =

Vr Va

Oquedad, h; o cantidad de huecos, es el complemento de la compacidad, es decir el volumen de huecos por unidad de volumen aparente.

Leyes de la Compacidad „

Un conjunto de granos de igual tamaño debe ser llenado por partículas menores. Para ello se debe estudiar la CANTIDAD Y DIMENSIÓN DEL RELLENO.

„

Tomamos un material BASE cuyos granos tienen un tamaño entre “d” y “d/2” y un RELLENO cuyas partículas tienen un tamaño inferior a “d/2” y mayor que “d/4”

„

Al mezclar estas partículas y determinar su ρa se podrá observar que ésta varía en función de las combinaciones de mezclas.

Primera Ley de la Compacidad

densidad aparente kg/dm3

1,6

1,4

1,2

1

100

80

60

40

20

0

BASE

0

20

40

60

80

100

RELLENO

Primera Ley de Compacidad

„

Se verifica con cualquier par de materiales monogranulares la siguiente PRIMERA LEY DE LA COMPACIDAD: “Se alcanza la máxima Compacidad de una mezcla binaria con siete partes en masa de material BASE y tres partes de material de RELLENO, aproximadamente”.

Superficie Especifica „

Interesa la superficie en que se va a repartir la cantidad de cemento disponible.

„

Cada vez que se parte una piedra, aparece una nueva cara que debe ser “pintada” con pasta de cemento. Hay más superficie específica por unidad de masa en los materiales más finos.

„

La superficie específica de un granulado corresponde a la suma del área total de las partículas que caben en una determinada masa.

„

Generalmente se expresan en cm2/g para los finos y en cm2/kg para las arenas y áridos gruesos.

Forma y Textura Superficial

„

Lo que se persigue es que se asemeje lo más posible a una esfera o cubo. Otra forma conducirá a problemas de trabajabilidad.

„

Partículas alargadas exigirán mayor cantidad de agua para recuperar la trabajabilidad, ya que tienden a trabarse por su forma y rugosidad.

„ „

Árido Chancado : Similar a Cubo

9

2

„ „

Árido Rodado : Similar a Esfera

9

2

Forma de los Granos

„

La dimensión, las irregularidades, las rugosidades de las partículas por medio de la compacidad y superficie

específica,

determinan

resistencias,

docilidad, permeabilidad y otras características de los hormigones.

Coeficiente Volumétrico „

El Coeficiente Volumétrico proporciona una idea de la regularidad de las partículas. Es una relación entre el volumen “v” de la partícula y el volumen V de la esfera circunscrita.

V

=

π d 6

d

CV

3

=

∑ ∑

v V

≤ 1

Análisis y Condiciones de los Áridos „

Granulometría

„

Tamaño Máximo

„

Contenido de Granos Finos

„

Porosidad

„

Resistencia Intrínseca

„

Estabilidad Química y Física

Análisis Granulométrico

„

Consiste en determinar la distribución por tamaños de las partículas que forman el árido.

„

El estudio se realiza haciendo pasar el árido por la serie de tamices recomendada por la Nch 163, es decir la serie ASTM.

Gráficos Granulométricos „

Visualización gráfica de la distribución porcentual de los diferentes tamaños de los granos de un árido.

Tamizador para árido fino y grueso

Clasificación según tamaño

„

Arena (árido fino) = Árido que pasa por el tamiz de abertura nominal de 5 mm y es retenido en el de 0.080 mm.

„

Gravilla (arido grueso) = arido que pasa el tamiz de 20 mm y queda retenido en el de 5 mm.

„

Grava (árido grueso) = Árido retenido en el tamiz de abertura nominal de 5 mm.

„

Árido Total (árido combinado) = Árido resultante de la combinación de arena(s) y grava(s) en proporciones definidas.

Clasificación según tamaño en mm

Arena (A) A<5 Grava (G) 20< G ≤ 40 a 50

Gravilla (g) 5 ≤ g ≤ 20 Grava Gruesa (GG) GG > 40

Correspondencia de Tamices ASTM

Nch (mm)

2 ½” 2” 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” #4 #8 # 16 # 30 # 50 # 100

63 50 40 25 20 12.5 10 5 2.5 1.25 0.630 0.315 0.160

GRAVAS GRAVILLA

ARENAS

Los áridos se clasifican según el tamaño de sus partículas en dos tipos: Arenas y Gravas „

La granulometría de las arenas deben cumplir con los límites especificados en la siguiente tabla:

TAMICES (MM)

10

5

2,5

1,25

0,630

0,315

0,160

% ACUMULADO QUE PASA

100

95-100

80-100

50-85

25-60

10-30

2-10

„

„

Para evaluar el cumplimiento de la granulometría en el caso de las arenas cuyo tamaño máximo nominal exceda los 5 mm se debe efectuar conversión de la granulometría original considerando como 100% el material que pasa por el tamiz de 5 mm de abertura nominal. Las arenas que no cumplen con los requisitos granulométricos pueden ser utilizadas siempre que las mezclas de prueba preparadas con estas arenas cumplan los requisitos de las especificaciones particulares de la obra.

Tipos Granulométricos de áridos gruesos, NCh 163 TAMICES (mm) 80 63 50 40 25 20 12,5 10 5 2,5 1,25

63-40 100 90-100 35-70 0-15 --0-5 -----------

50-25 --100 90-100 33-70 0-15 --0-5 ---------

% ACUMULADO QUE PASA PARA LOS SIGUIENTES GRADOS (DEFINIDOS POR TAMAÑOS LIMITES EN mm) 50-5 40-20 40-5 25-5 20-5 *) --*) ----100 --------90-100 100 100 ------90-100 90-100 100 --35-70 20-55 --90-100 100 --0-15 35-70 --90-100 10-30 ----25-60 ----0-5 10-30 --20-55 0-5 --0-5 0-10 0-10 ------0-5 0-5 -----------

12,5-5 ----------100 90-100 40-70 0-15 0-5 ---

*) Los grados 50 – 5 mm corresponden a mezclas de los grados 50 – 25 mm con 25 – 5 mm y el grado 40 – 5 mm corresponde a mezclas de los grados 40 – 20 mm con 20 – 5 mm.

10-2,5 ------------100 90-100 10-30 0-10 0-5

Observación “Las gravas que no correspondan a ninguno de los grados especficados en la tabla, pueden ser empleadas siempre que las mezclas de prueba preparadas con estas gravas cumplan con los requisitos de las especificaciones particulares de la obra”

Bandas granulométricas de (G + g), F y (G + g + F)

F

G+g+F

G+g

Granulometrías más usadas en: Árido combinado (árido grueso + árido fino) Tamices empleados ASTM 1 1/2" 3/4" 3/8 #4 #8 # 16 # 30 # 50 # 100

% que pasa, en peso, para los tamaños máximos indicados 1 1/2" 3/4" 100 --60-80 100 40-61 90-100 24-48 20-55 15-37 0-15 10-28 oct-28 --6-19 0-5 3-11 --2-5 --MF = 6,40 a 5,11

MF = 5,90 a 5,25

Ajustes Granulométricos

„

Granulometría influye sobre: „ Docilidad „ Dosificación de Cemento y Agua „ Segregación „ Exudación En general sobre las propiedades del Hormigón fresco y Endurecido.

Requisitos Generales „ „

Conferir trabajabilidad adecuada „ „

„ „

Forma de granos : „ „ Forma regular favorece trabajabilidad y disminuye necesidad de agua. Porosidad Relacionada con absorción del agua. Menor densidad real implica mayor porosidad. „ „ Alta porosidad „ „

Tamaño Máximo del Árido

„

Da = Abertura del menor tamiz que deja pasar el 100% de la masa del árido.

„

Dn = Abertura inmediatamente inferior a Da, cuando por dicho tamiz pasa el 90% o más de la masa de un árido. Cuando pase menos de este valor, Da = Dn.

En HORMIGONES - Tamaño Máximo del Árido

„

A mayor tamaño máximo del árido usado en el hormigón menor será la cantidad de agua empleada en él, puesto que la superficie específica a mojar es más pequeña.

Módulo de Finura Arenas Puras

„ „

„ „

Cuantifica el área limitada por la curva granulométrica. Para un 100% de árido que pasa por la malla #4

MF = 6 – % Pasa #4 a #100 100

Módulo de Finura Arenas

„ „

Para un % de árido distinto del 100% que pase por la malla #4 MF MF = =∑ ∑ Nro Nro Tamices Tamices – – ∑ ∑ (Tamiz (Tamiz Pasa Pasa 100% 100% a a la la #100) #100) 100 100

Módulo de Finura Gravas

„ „

Utilizar los tamices de la serie preferida, descartando para el cálculo los tamices 2”, 1” y ½”. Este valor corresponde a un valor medio, es un índice que representa a la granulometría por la distribución de frecuencias de tamaño, con un número.

MF MF = =∑ ∑ Nro Nro Tamices Tamices – –

∑ ∑ (Tamices (Tamices hasta hasta la la #100) #100) 100 100

Contenido de Granos Finos La Norma Nch 163 Of.79 “Aridos para Morteros y Hormigones” Limita la cantidad de finos de tamaño menor a 0.08 mm en las arenas a un máximo de 5% y 7% según sean arenas naturales o manufacturadas respectivamente.

Requisitos Obligatorios – Referencia Nch 163 „

Destinados a Control de Recepción: „

Granulometría: material retenido en tamiz de 5 mm para las arenas y tamaños límites para las gravas.

„

Material fino menor que 0.080 mm

„

Impurezas Orgánicas y

„

Otros

que

se

especifiquen

en

las

Especificaciones

particulares de la obra o que ordene el profesional a cargo de la obra para dosificar: „

Propiedades críticas de un árido por condiciones locales (Ej. Sales solubles)

„

Propiedades

requeridas

para

obtener

especiales. (Ej. Hormigón de pavimentos)

hormigones

Destinados a Control para Uso - Dosificación „ „

Granulometría Granulometría

„ „

Densidad Densidad Aparente Aparente

„ „

Densidad Densidad Real Real

„ „

Densidad Densidad Neta Neta

„ „

Absorción Absorción

„ „

Huecos Huecos

„ „

Humedad Humedad

„ „

Finos Finos por por Lavado Lavado

Frecuencia de Ensayos

Debe coincidir con la frecuencia de muestreo establecida en la NCh 164 y determinada con el representante técnico y/o contratista

CONTROL DE CALIDAD ADICIONAL

„ „

Esponjamiento de las Arenas

„ „

Contenido de Humedad

„ „

Determinación de Cloruros y Sulfatos (Nch 1444)

„ „

Desgaste de los Ángeles

„ „

Finos por Lavado

CONTROL DE CALIDAD

„ „

Coeficiente Volumétrico de las Gravas (Nch 1511)

„ „

Partículas Favorables (Din 4226)

„ „

Determinación Colorimétrica de Impurezas Orgánicas en las Arenas (Nch 166)

„ „

Determinación de Huecos (Nch 1326)

„ „

Determinación Partículas Desmenuzables (Nch 1327)

PARTICULAS FAVORABLES Figura 1

Figura 2

Ancho

Figura 3 Espesor

CRITERIOS BASICOS PARA LA ESPECIFICACION

„ „

Para Para la la especificación especificación de de áridos áridos para para morteros morteros yy hormigones, hormigones, se se deben deben tener tener en en consideración consideración los los siguientes siguientes aspectos aspectos básicos: básicos: „ „

Procedencia Procedencia de de los los áridos; áridos;

„ „

Tipo Tipo de de ambiente ambiente en en que que prestarán prestarán servicio; servicio;

„ „

Realizar Realizar hormigones hormigones de de prueba prueba para para la la verificación verificación de de resistencias; resistencias;

„ „

Establecer Establecer por por especificación especificación los los ensayos ensayos necesarios necesarios para para verificar verificar la la calidad calidad del del material. material.

EJEMPLO DE METODOLOGIA PARA CLASIFICAR UN ARIDO

„ „

Sugerencias Sugerencias para para establecer establecer clasificación: clasificación:

„ „

Fabricar Fabricar series series de de hormigones hormigones de de prueba. prueba.

„ „

Curvas Curvas granulométricas granulométricas dadas dadas por por el el proveedor proveedor de de áridos. áridos.

„ „

Realizar Realizar amasadas amasadas utilizando utilizando cementos cementos de de la la misma misma partida partida para para cada cada evaluación. evaluación.

„ „

Determinar Determinar valores valores de de resistencia, resistencia, de de consistencia consistencia yy trabajabilidad. trabajabilidad.

Requisitos Código 318

Código de Diseño del Hormigón Armado

Normas para Ensayos y Materiales

„

Registros de Ensayos de Materiales.

„

NCh 163 y NCh 170 – ASTM C 33 y ASTM C 330.

„

Limitaciones del tamaño máximo del árido.

Para DISEÑO DE HORMIGONES Tamaño Máximo Nominal del Árido

Debe ser igual o inferior al menor de los siguientes valores: „

¾ de la menor distancia horizontal libre entre armaduras. de la menor distancia entre paredes del moldaje.

„

1/5

„

1/3

del espesor de losas armadas.

¾ de la menor distancia horizontal libre entre armaduras.

¾

¾

1/3

1/3 del espesor de losas armadas.

Requisitos Manual de Carreteras Volumen Nº8

Capitulo 8.200 – Agregados Petreos „

Esta especificación establece los requisitos que deben cumplir los áridos para hormigones y morteros de cemento hidráulico. Se aplica a los áridos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3 que se emplean en la elaboración de morteros y hormigones.

„

Terminología: „ „ „ „ „ „

Árido Natural Árido Tratado Árido Fino Árido Grueso Árido Combinado Árido Integral

Capitulo 8.200 – Agregados Petreos Finos

Capitulo 8.200 – Agregados Petreos Gruesos

Capitulo 8.200 – Agregados Petreos „

Muestra de laboratorio. La cantidad de muestra necesaria para ser enviada al laboratorio depende del tipo y número de ensayos a los cuales será sometido el material. Las cantidades mínimas requeridas para los ensayos básicos de calidad son las siguientes: „ „

„

Pétreo Fino: 30 kg Pétreo grueso: una cantidad en kg equivalente a 2 veces el tamaño máximo absoluto del pétreo grueso, expresado en mm. Pétreo Integral: en este caso se cumplirá simultáneamente con las cantidades mínimas requeridas para los distintos tipos de pétreos antes mencionados.

Capitulo 8.200 – Agregados Petreos Frecuencias de Muestreo „

Control de Recepción. „

Al menos 1 muestra cada 500 m3 ó cuando se cambie de proveedor.

„

Control para el Uso. „

Una o más muestras por cada 250 m3 de cada tipo de material pétreo.

„

Cuando se cambie de fuente de abastecimiento.

Combinación de Áridos

ANALISIS GRANULOMETRICO TIPO DE ARIDO : GRAVA MASA INICIAL : 7335 Grs. TAMICES PESO RETENIDO ASTM

GRAMOS

RETENIDO PARCIAL

PORCENTAJE QUE PASA

%

%

2" 11/2 "

100

1"

3951.5

53.87

46

3/4 "

2578.3

35.15

11

1/2 "

773.1

10.54

1

3/8 "

3.6

0.05

0

N° 4

1.9

0.03

0

ANALISIS GRANULOMETRICO

TIPO DE ARIDO : GRAVILLA MASA INICIAL : 5215 Grs. TAMICES PESO RETENIDO

RETENIDO PARCIAL

PORCENTAJE QUE PASA

ASTM

GRAMOS

%

%

3/4 "

15

0.29

100

1/2 "

2046.8

39.25

100

3/8 "

1334.6

25.59

60

N° 4

1574.2

30.19

35

ANALISIS GRANULOMETRICO TIPO DE ARIDO : ARENA MASA INICIAL : 617.6 Grs. T TAMICES PESO RETENIDO ASTM

GRAMOS

RETENIDO PARCIAL

PORCENTAJE QUE PASA

%

%

3/8 "

100

N° 4

4.3

0.70

99

N° 8

139

22.51

77

N° 16

127.7

20.68

56

N° 30

79.2

12.82

43

N° 50

91.8

14.86

28

N° 100

116.4

18.85

10

COMBINACION DE ARIDOS TAMICES

ARIDO

ARIDO

ARIDO

A.S.T.M.

A

B

C

2" 11/2 "

100

1"

46

3/4 "

11

100

1/2 "

1

60

3/8 "

35

100

N° 4

5

99

N° 8

1

77

N° 16

56

N° 30

43

N° 50

28

N° 100

10

COMBINACION DE ARIDOS

TAMICES

ARIDO

ARIDO

A.S.T.M.

A

B

0,53*A

0,47*B

G

TABLA N ° 3 40 - 5

2"

100

11/2 "

100

100

53

47

100

90-100

1"

46

100

24

47

71

3/4 "

11

100

6

47

53

1/2 "

1

60

1

28

29

3/8 "

0

35

0

16

16

10-30

N° 4

0

5

0

2

2

0-5

35-70

¾ de la menor distancia horizontal libre entre armaduras.

1/5 de la menor distancia entre paredes del moldaje.

1/3 del espesor de losas armadas.

Ley de Compacidad En resumen, hay una cantidad de relleno y una dimensión de relleno óptima y cuando estan bien proporcionados los pares BASE-RELLENO, se puede considerar que no existen pérdidas de compacidad de las mezclas. „

La compacidad depende de la granulometría y hay soluciones tanto continuas como discontinuas. La compacidad alta es favorecida por la forma regular de las partículas. Los granos de cantos rodados dan más altas compacidades que los materiales chancados.