USO DE ARENAS CON ALTO CONTENIDO DE MATERIAL MÁS FINO QUE EL TAMIZ 200 EN LA ELABORACIÓN DE HORMIGONES HIDRÁULIC

Transcripción

1 USO DE ARENAS CON ALTO CONTENIDO DE MATERIAL MÁS FINO QUE EL TAMIZ 200 EN LA ELABORACIÓN DE HORMIGONES HIDRÁULIC E.J. Pérez García, J. E. González Paz CTDMC. La Habana. Cuba, MICONS. Ciego de Ávila. Cuba RESUMEN Se parte de de conocer de que la influencia de la calidad de los áridos en el consumo de cemento en hormigones, se condiciona muchas veces al material mas fino que el tamiz 200. Se presenta un estudio realizado en la que se realizo una investigación con la Arena que suministraba en la cantera comercialmente, esta Arena es lavada en hormigonera, eliminándole el material más fino que el tamiz 200 a la misma, otra Arena mejorada granulométricamente y el uso del los Material mas que el tamiz 200 que se eliminaron de la arena.se elabora un hormigón patrón de 20,0 MPa con los áridos comerciales que suministra industria de materiales y además hormigones usando la arena completamente limpia y agregando material mas que el tamiz 200 del lavado. Se llegan a conclusiones interesantes y sea actualiza en relación al uso de arenas contaminadas con arcilla, y que no tengan implicaciones negativas en el comportamiento del hormigón, tanto en estado fresco como endurecido. Cabe señalar que este es un tema que se repite en distintas ciudades del país, haciéndolo un problema no solamente exclusivo de la capital. INTRODUCCION El costo y disponibilidad de áridos material finos de buena calidad, son algunos de los motivos que hacen el empleo de arenas que no cumplan con algunos de los requisitos estipulados por las normativas vigentes. Uno de los requisitos que no cumplen, es el contenido de polvo de piedra presente en la arena. La eliminación del polvo, implica tres aspectos importantes: - Mayor complejidad en el sistema operativo de la planta. - Incremento en el consumo de energía. - Contaminación de los depósitos de polvo.[6] La forma de las partículas de la arena triturada, depende de la mineralogía de la roca madre, del tipo de trituradora y de la relación entre los tamaños de entrada y de salida del material en la trituradora. La textura superficial está influenciada por la dureza, el tamaño del grano y la porosidad de la roca original. En el caso hormigon de la provincia de Ciego de Avila con un gran volumen de construcciones fundamentalmente en la cayería norte, presenta un serio problema con la disposición de arena. Existian 2 arenas de minas, una practicamente agotada y la otra con serios problemas del yacimiento, existe un molino que produce arena triturada con un modulo de finura muy elevado que ha obligado a utilizar de un 45% en 1990, un 53% en 1997 para mejorar la plasticidad y laborabilidad de la mezcla. Esta arena posee un T.200 que oscila de % y un valor promedio de 4.58%. El contenido de polvo está limitado por las normas, la norma IRAM 5%, la ASTM 7%, la Britsh Standard (BS) acepta el 15%, la NC aceptaba un T.200 hasta 5%. El alto contenido de vacíos en estado suelto y las características físicas de las arenas de trituración incrementan aproximadamente en un 30% el volumen de pasta de cemento para asegurar una determinada trabajabilidad. El polvo mezclado con la pasta de cemento actúa SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

2 como lubricante, ayudando a separar las partículas de arena y disminuyendo la fricción mecánica. Además mejora la cohesión y la terminación de las mezclas.[7] También existe la posibilidad de los fillers que se incorporan al cemento, principalmente de roca caliza, este material se usa en E.U. como agente plastificante de los cementos y en los cementos de albañilería. La caliza debe tener los siguientes requisitos para ser usadas como fillers: - Contenido de CACO3 > 75 %. - Contenido de arcilla < 1.2g/100 g. - Contenido de materia orgánica < 0.2 %. Algunas consideraciones de los trabajos de referencia son: - Los resultados de resistencia mecánica de los cementos con adiciones de polvo son similares a los cementos normales. - La incorporación de caliza al cemento acelera y aumenta el grado de hidratación de las muestras. Alternativas. 1º. Usar la arena con sus características actuales o rechazarla. Esta arena tiene un elevado Módulo de Finura que implica un mayor consumo de pasta de cemento para rellenar los vacíos en el hormigón. Rechazarla implica afectar los planes constructivos al no disponer de un sustituto. 2º. Modificar los criterios de aceptación. La NC :85 plantea la división en clases de calidad de las arenas en función del ensayo del porciento de material más fino que el tamiz #200, según lo siguiente Calidad Resultado del tamiz #200 en % I Inferior o igual a 3 II. Superior a 3 e igual a 4 III. Superior a 4 e igual a 5 Añadiendo que los áridos de calidad II y III que no cumplan con los límites normalizados pueden usarse en la fabricación de hormigón hidráulico solamente después de un análisis económico. Tenemos conocimiento de que un porciento adecuado de materiales material mas que el tamiz 200 calizos (fillers) puede ser conveniente en el hormigón, pues aportaría plasticidad y ocuparía espacios a rellenar con pasta de cemento, por tanto; averiguar la procedencia e influencia de la adición de material mas que el tamiz 200 de nuestra cantera nos permitirá redefinir las especificaciones para el ensayo de tamiz #200 de la arena, según los criterios de resistencia y durabilidad de los hormigones elaborados con estas adiciones de material mas que el tamiz 200. Se propone un proyecto de investigación con los siguientes objetivos: Determinar la influencia de la adición de material mas que el tamiz 200 de nuestra cantera. Proponer nuevas especificaciones para el ensayo de tamiz #200 de la arena, según los criterios de resistencia y durabilidad de los hormigones elaborados con estas adiciones de material mas que el tamiz 200. Proponer las modificaciones tecnológicas que permitan la aplicación de esta investigación. 2. Investigación de la influencia de la calidad de los áridos en el consumo de cemento en hormigones de la provincia de Ciego de Ávila Materiales y método SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

3 2.1.1Caracteristicas del yacimiento Maximiliano Reynoso - Clasificación de la roca sedimentaria: Prevalecen las calizas organogenias muy carbonatadas. - Propiedades químicas: CaCO % MgCO % SO % - Propiedades Físico- mecánicas : Peso específico g/cm3 Absorción % Porosidad % Resistencia a compresión kg/cm2 Nota : Datos tomados del proyecto de explotación de yacimientos de Chambas de Características de los áridos empleados. Arena A: Arena de la cantera antes de ser sometida al lavado en el molino de trituración de áridos. Esta arena no fue posible obtener en el molino. Arena B: Arena comercial que suministra industria de materiales. Arena C: Arena lavada en hormigonera, eliminándole los material mas que el tamiz 200 inferiores al tamiz 200. Arena C tamizada: Arena C mejorada granulométricamente. Material resultante del lavado: Material mas que el tamiz 200 que se eliminan de la arena C. Relación de los ensayos de áridos Ensayos físico- mecánicos y químicos Arena B y C. Ensayos mecánicos Arena C tamizada. Ensayos químicos, determinación de limos y arcillas Material resultante del lavado. Ensayos físico- mecánicos Gravilla mm. Resultados de los ensayos físico- mecánicos: Arena B Por la evaluación de los ensayos físico- mecánicos clasifica sin calidad: No cumple las especificaciones de Tamiz 200 según normativa vigente en 1999 NC Aridos especificaciones de calidad. La granulometria cumple las especificaciones de tercera calidad. Presenta un modulo de finura muy elevado, no cumple las especificaciones. Arena C Por la evaluación de los ensayos físico- mecánicos clasifica tercera calidad: El tamiz 200 cumple las especificaciones de primera calidad. La granulometría cumple las especificaciones de tercera calidad. Presenta un modulo de finura muy elevado, no cumple las especificaciones. Arena C tamizada Se realizó el tamizado para mejorar granulometría de la arena C. La granulometría cumple las especificaciones de primera calidad. El modulo de finura cumple las especificaciones. Material resultante del lavado Limo mm % Arcilla < mm % SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

4 Gravilla Por la evaluación de los ensayos físico- mecánicos clasifica sin calidad: La granulometría no cumple las especificaciones. El tamiz 200 cumple las especificaciones de primera calidad. Partículas planas y alargadas cumplen las especificaciones de primera calidad. Indice de triturabilidad % Roca grado A, superior a 80 Mpa. Resultados de los ensayos químicos: Arena B, C y Material resultante del lavado El material resultante del lavado presenta porcientos más elevados de SiO2, Fe2O3 y Al2O3 que las arenas B y C por contener mayor cantidad de arcilla en su composición, posee menor porciento de CaO y mayor cantidad de materia orgánica. La arena B posee mayores porcientos y en algunos casos similares a la arena C de los compuestos químicos, por poseer mayor cantidad de arcilla en su composición. El NaCL está en porcientos despreciables para los 3 materiales. Para elaborar las dosificaciones se tomó un hormigón patrón de 200 kg/cm2 de R bk con los áridos comerciales que suministra industria de materiales. 2.2 Pruebas realizadas. Se realizaron 3 mezclas de prueba con la Arena B: Las mezclas 28B, 2B y 3B con un total de 18 probetas. Para ensayar a compresión 9 a 7días y 9 a 28 días. También se elaboraron 6 probetas para absorción, absorción capilar, porosidad y ultrasonido. Además se calcularon asentamiento, a/c, peso unitario suelto y peso unitario compactado (fresco y endurecido). Se realizaron 3 mezclas de prueba con la Arena C Tamizada para los distintos porcientos de impurezas, desde 0 % impurezas hasta 11% de Material resultante del lavado: 0%,3%,5%,7%,9% y 11% de impurezas. Con un total de 18 probetas, para ensayar a compresión 9 a 7días y 9 a 28 días; también se elaboraron 6 probetas para absorción, absorción capilar, porosidad y ultrasonido; Además para cada % de impurezas se calcularon asentamiento, a/c, peso unitario suelto y peso unitario compactado (fresco y endurecido). 2.3 Análisis De Resultados Los hormigones elaborados con la Arena B y Arena C tamizada 0% de impurezas tienen problemas de docilidad y no se pueden laborar en las obras. El comportamiento de la resistencia a compresión a 28 días nos demuestra que los mejores resultados se logran en el entorno de 3-5% de material más que el tamiz 200 en la arena y a medida que se aumenta el % se observa una caída de resistencia. El comportamiento de la a/c nos demuestra que los mejores resultados se logran con el 3% de material mas que el tamiz 200 en la arena y a medida que se aumenta el % se observa un incremento de a/c. El comportamiento del peso unitario suelto nos demuestra que los mejores resultados se logran con 3% de material mas que el tamiz 200 en la arena. El comportamiento del peso unitario compactado fresco los mejores resultados se logran en el entorno de 0-5% de material mas que el tamiz 200 en la arena y a medida que se aumenta el % se observa su disminución. El comportamiento del peso unitario compactado a 28 días los mejores resultados se logran con el 3% de material más que el tamiz 200 en la arena y a medida que se aumenta el % se observa su disminución. SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

5 El comportamiento de la porosidad nos demuestra que los mejores resultados se logran en el entorno del 0-5% de material mas que el tamiz 200 en la arena y a medida que se aumenta el % se observa un incremento de la misma. El comportamiento de la absorción nos demuestra que los mejores resultados se logran en el entorno del 0-3% de material mas que el tamiz 200 en la arena y los demás resultados para los otros % no tienen un comportamiento estable. El comportamiento de la absorción capilar los mejores resultados se logran en el entorno del 0-5% de material mas que el tamiz 200 en la arena y a medida que se aumenta el % se observa un incremento de la misma. La penetración de agua a las 48 horas nos demuestra como se incrementa a medida que aumenta el % de material mas que el tamiz 200 en la arena, obteniéndose los mejores resultados de 0-5% de material mas que el tamiz 200. Los resultados de ultrasonido nos demuestran un comportamiento bastante estable del hormigón obteniéndose los mejores resultados con 5% de material más que el tamiz 200 en la arena. En la arena comercial se admitirá hasta un 5% material más que el tamiz 200 pasados por tamiz 200. La arena para logara cumplir con NC en granulometría, se deben colocar un paño de corte en molino de 6,36 mm como máximo. 3. Innovaciones para el tratamiento de áridos contaminados con arcilla Las obras que se necesitan en la actualidad en muchas ocasiones, tiene las materias primas disponibles con contaminantes que demeritan las características de este noble material. Un caso es las arcillas, cuyos efectos en el hormigón han sido estudiados de manera profunda y es bien sabido que entre los problemas más graves que provocan se encuentra el aumento en el consumo de agua necesaria para obtener una trabajabilidad dada, con la consecuente disminución de la resistencia y el aumento de los cambios volumétricos Debido a esto la calidad y durabilidad del hormigón se compromete de manera significativa. Para entender el fenómeno de acción de las arcillas debemos imaginar lo que sucede a nivel atómico y molecular. Las partículas de arcilla presentan cargas negativas residuales superficiales, y una vez que el agua ingresa al espacio disponible entre las moléculas de arcilla, sus cargas bipolares generan fuerzas de atracción molecular que mantienen al agua y a la arcilla formando bicapas. Como las partículas de arcilla se acomodan en estructuras multicapa, cuando se combinan con el agua suceden los cambios de volumen, debido principalmente a la presencia de cationes libres y a la distancia entre capas. no obstante, es importante mencionar que, dependiendo del mineral arcilloso del que se trate, el cambio de volumen puede presentarse en mayor o menor grado.si la distancia entre capas es pequeña, las fuerzas de atracción serán muy fuertes y los cambios volumétricos serán pequeños o no ocurren). Por el contrario, si la distancia es grande, las fuerzas de atracción son más débiles y la absorción de agua ocurre con mayor facilidad, incrementando con esto el cambio de volumen que tanto daño genera en estructuras en las que deseamos estabilidad. Si a lo anterior se suma la escases cada vez mayor de áridos para hormigones que cumplan al ciento por ciento con las especificaciones establecidas para los proyectos, el encarecimiento de los fletes de transporte y el costo de la obra, es clara la necesidad de desarrollar alternativas para poder utilizar áridos que, aun teniendo ciertos componentes no adecuados para el hormigón, se puedan aprovechar al ser tratados con algún compuesto (o aditivo) que ayude a minimizar los efectos perjudiciales. Desde el punto de vista de la factibilidad para su utilización, los áridos para hormigones hidráulicos deben tener dos características principales: a) cumplir con las especificaciones respectivas y b) ser económicamente atractivos. SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

6 En cuanto a las especificaciones, están directamente asociadas a la cantidad de finos permitidos, particularmente en la arena, la normativa indica que la cantidad de partículas menores que la malla no. 200 puede ser de hasta 5% ó 7 %, dependiendo del tipo de hormigón a fabricar con ese árido y cuando esos finos sean producto de trituración y no contengan arcilla. Es bien sabido en la industria de la construcción los bancos que están libres de arcilla son escasos y cada día se incrementan los costos de transporte de las arenas de buena calidad que se encuentran en sitios alejados. Por lo anterior, se vuelve de suma importancia contar con alternativas que permitan el empleo de arenas contaminadas con arcilla, a costos razonables y que no tengan implicaciones negativas en el comportamiento del hormigón, tanto en estado fresco como endurecido. Cabe señalar que este es un tema que se repite en distintas ciudades del país, haciéndolo un problema no solamente exclusivo de la capital. Se deberán considerarse los métodos para medir la cantidad de materiales menores que tamiz no. 200 que pudieran considerarse arcilla contaminante. si bien algunas pruebas tradicionales como la pérdida por lavado, el equivalente de arena o el límite liquido aportan cierta idea de lo que el agregado fino pudiera contener, en función de la importancia y el volumen de materiales que se explotarán en determinado banco, se puede volver necesario realizar pruebas complementarias, tales como: límite plástico e índice de plasticidad, azul de metileno de materiales pétreos usando papel filtro Y Determinación del azul de metileno (prueba rápida con colorímetro). Resultados de estudios que se realizan por investigadores del instituto tecnológico y de estudios superiores de Monterrey(11), tratan de identificar algún compuesto químico que ayude a minimizar los efectos que las arcillas provocan en el hormigón cuando se emplean aridos que contienen arcilla. Algunos de los resultados obtenidos se muestran en las figuras 1 y 2, donde se aprecian los efectos que los distintos compuestos evaluados (entre ellos aminas cuaternarias, cloruros de amonio, compuestos metilsulfato y melaminas, entre los más destacados) le confieren a las lechadas y morteros. en particular, de la figura 1 se desprenden las dosis óptimas en las que los compuestos fueron evaluados en mortero, mientras que los datos de la figura 2 indican que los mejores compuestos para disminuir la cantidad de agua requerida en el mortero para alcanzar el revenimiento objetivo fueron el s-cr80 y el P-Fs, ambos dosificados al 0.5 por ciento por peso de cemento (y para el agregado indicado en la misma figura). SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

7 Figura No.1.Tiempo de Flujo Marsh de las lechadas modificadas para dos de los cinco bancos de agregados estudiados. Tomado de articulo (11). Figura.No.2.Demanda de agua en pruebas de mortero para uno de los cinco bancos de agregados estudiados. Tomado de articulo (11). CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1º. Los cambios realizados a la normativa de áridos que aumentan el porciento admitidos de material mas fino que le tamiz 200 están sustentados en estudios como este que demuestran su factibilidad. 2º. Desarrollar estudio para implementar el empleo de arenas contaminadas con arcilla con algunos compuestos químicos que no tengan implicaciones negativas en el comportamiento del hormigón. BIBLIOGRAFIA 1º. Estudio de la influencia de la calidad de los áridos en el consumo de cemento en hormigones de la provincia de Ciego de Ávila. 2º. NC Áridos especificaciones de calidad. 3º. NC Hormigón especificaciones generales. 4º. RAMOS, S. OLGA. : Geología elemental, La Habana, º. ARREDONDO Y VERDU, F. : Los áridos en la construcción, º. COLECTIVO DE AUTORES, ISPJAE. : Materiales de construcción, º. ORUS, A. F. : Materiales de construcción, º. REVISTA INGENIERIA ESTRUCTURAL : Las clasificaciones de las rocas sedimentarias, diciembre 1985, volumen VIII, No 2. SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS

8 9º. REVISTA HORMIGON. Análisis de la limitación del contenido de polvo en las arenas graníticas trituradas, No 27, 1994 Argentina. 10º. CABRERA, OSCAR, BONAVETTI V. Seminario cementos con fillers calcáreo, 1995 Argentina. 11º. C. de la Rosa Serrano.Innovaciones para el tratamiento de agregados contaminados con arcilla. Revista Construcción y tecnología en Concreto. IMCYC. SEPTIEMBRE SEXTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS