Áridos para Hormigones

Laboratorio Nº2: Áridos para Hormigones Alumnos: J. Fernando Albornoz Francisco Salazar Profesor: Federico Delfin A. Auxiliar: Jacques Bornand A. Fecha: 02 de Diciembre de 2013

Índice 1.- Introducción.... 3 2.- Metodología.... 5 3.- Datos obtenidos.... 6 3.1.- Granulometría.... 6 3.2.- Densidades para la Grava... 9 3.3.- Densidades para la Gravilla.... 10 3.4.- Densidades para la Arena.... 11 3.5.- Resultados para materia combinado.... 12 4.- Análisis de resultados, comentarios y conclusiones.... 14 5.- ANEXOS... 16 5.1 Clasificación y descripción de tipos de áridos.... 16 Clasificación según tamaño:... 16 Clasificación según textura superficial de las partículas:... 16 5.2.- Áridos de planta seleccionadora:... 17 5.3.- Áridos naturales: Rodados Río Maipo: Ripio y Arena.... 19 5.4.- Árido de hormigón reciclado... 20 Página 2

1.- Introducción. El hormigón considera al menos tres elementos básicos dentro de su composición tradicional, estos elementos son el cemento, el agua y los áridos. Estos últimos tienen como función aportar la resistencia mecánica a la mezcla y disminuir el consumo de cemento, disminuyendo los costos de fabricación. Es por esto que constituyen la mayor parte del volumen y masa del hormigón. Su nombre se explica porque en forma general, tienen la característica de no reaccionar químicamente con los otros componentes del concreto. Pero el árido no se puede añadir en forma indiscriminada, y para tener un buen desempeño debe cumplir algunos estándares mínimos en relación a su granulometría, módulo de finura, formas, contenido de cloruros y sulfatos, etc. Estos estándares quedan establecidos en las siguientes normas: - NCh163 Of.1979: Áridos para morteros y hormigones - Requisitos generales. - NCh165 Of.1977: Áridos para morteros y hormigones Tamizado y determinación de la granulometría. - NCh1116 Of.1977: Áridos para morteros y hormigones Determinación de la densidad aparente. - NCh1117 Of.2010: Áridos para morteros y hormigones Determinación de las densidades reales y neta y de la absorción de agua de las gravas. - NCh1239 Of.1977: Áridos para morteros y hormigones Determinación de las densidades reales y neta y de la absorción de agua de las arenas. - NCh1326 Of.1977: Áridos para morteros y hormigones Determinación de huecos. Para el caso de normas ASTM, los agregados de peso normal deben satisfacer la norma ASTM C33, mientras que los agregados de peso liviano deben cumplir con lo establecido en la norma ASTM C330. Esto está establecido en el Reglamento para Concreto Estructural ACI 318. Página 3

En esta experiencia de laboratorio se trabajó con cuatro fuentes de áridos diferentes, a las cuales se les realizó inspección visual. Para el caso de los áridos de plante se realizaron los ensayos establecidos en las normas chilenas mencionadas. - Áridos de planta seleccionadora: Grava, Gravilla y Arena. - Áridos naturales: Rodados Río Maipo (Ripio y Arena). - Áridos marginales: Pascua Lama. - Árido de Hormigón Reciclado: Materiales Chancados. Página 4

2.- Metodología. Para esta experiencia lo primero que se realizó fue identificar visualmente los áridos de tal forma de tener una noción previa al análisis posterior con respecto al tamaño de estos, buscando conocer de forma superficial la granulometría de estos, tamaño máximo absoluto de un árido, tamaño máximo absoluto nominal de un árido ; formas de los áridos en particular la cubicidad y esfericidad de estos, textura entre otras características de interés, esto se realizó de manera cualitativa por motivos de tiempo. Luego se procedió a obtener la densidad aparente de estos pesándolos en un recipiente con volumen conocido para luego dividir el peso por el volumen. Se procedió según la norma NCh1116 a obtener la densidad aparente compactada y la densidad aparente suelta. Para el cálculo de la densidad aparente compactada se procedió a llenar la medida con tres capas de espesores, con la última capa de forma que sobrepase la altura de la medida para luego compactar mediante percusiones. Para obtener la densidad aparente suelta se procedió a llenar la medida descargando desde altura a 5 centímetros y de tal forma que los áridos se distribuyan uniformemente. Para la determinación de la densidad real y neta, además de determinación de la absorción de agua de las gravas y arenas se debe: 1. Preparar la muestra. 2. Se pesa al aire ambiente en condiciones seca y saturada superficialmente seca. 3. Se determina su volumen por diferencia entre los pesos al aire ambiente y saturada. 4. Se calculan la densidad real y neta y la absorción de agua en función de los valores obtenidos en las diferentes condiciones de peso. Finalmente, para la determinación del porcentaje de huecos se debe restar la densidad real del árido con la densidad aparente del árido, dividirla por la densidad real y multiplicar por 100. Página 5

3.- Datos obtenidos. 3.1.- Granulometría. A continuación se presentan las tablas con los resultados y cálculos relevantes obtenidos de la experiencia en el laboratorio: Determinación de la granulometría para las distintas muestras. Tabla N 1 Granulometría Para las muestras. ASTM mm 2 1/2" 63 2" 50 Grava-M1 Gravilla-M2 Arena-M3 % pasa % pasa % pasa 1 1/2" 40 100% 1" 25 42% 100% 3/4" 20 2% 94% 1/2" 12,5 0,7% 52% 3/8" 10 0,5% 29% 100% 4 5 0,43% 3% 97% 8 2,5 0,01% 0,57% 79% 16 1,25 0,03% 62% 30 0,63 44% 50 0,315 20% 100 0,16 7% Módulo de Finura 5,53 4,21 2,81 Donde un resumen de cada muestra se presenta en las siguientes tablas: Tabla N 2 Resumen granulometría Para Grava. Tamaño muestra 20478,0 Masa [g] [%] Total masa fracciones 20475,0 > 5 mm 20389 99,6% % Grava > 99,5 % gravas 100,0 < 5mm 86,00 0,42% % Arena Tabla N 3 Resumen granulometría Para Gravilla. Tamaño muestra 8900,0 Masa [g] [%] Total masa fracciones 8897,0 > 5 mm 8668 97,4% % Grava > 99,5 % gravas 100,0 < 5mm 229,00 2,57% % Arena Tabla N 4 Resumen granulometría Para Arena. Masa [g] [%] > 5 mm 22,8 2,9% % Grava < 5mm 763,8 97,1% % Arena Página 6

% que pasa % que pasa UNIVERSIDAD DE CHILE Luego se puede graficar el % que pasa por cada tamiz para cada muestra. Gráfico N 1 - % que pasa para Grava. 100% % Que Pasa 80% 60% 40% Grava - M1 20% 0% 1 10 mm del tamiz Gráfico N 2 - % que pasa para Gravilla. % Que Pasa 100% 80% 60% 40% Gravilla - M2 20% 0% 1 10 100 mm del tamiz Página 7

% que pasa UNIVERSIDAD DE CHILE Gráfico N 3 - % que pasa para Arena. 120% 100% % Que Pasa 80% 60% 40% Arena - M3 20% 0% 0 1 10 mm del tamiz Página 8

3.2.- Densidades para la Grava. Determinación de la densidad real y absorción para la Grava. Tabla N 5 Datos ensayo. FRACCIÓN GRAVA - Datos del ensayo G1 G2 Unidad Masa muestra de árido sss - masa del agua desplazada A 1199 1194 [ g ] Masa del árido sss B 1890 1891 [ g ] Masa del árido seco C 1870 1873 [ g ] Tabla N 6 Resultados Grava. RESULTADOS GRAVA G1 G2 Promedio Unidad Aceptación Dif. Densidad real árido sss Dr sss B/(B-A) 2.715 2.713 2.710 [kg/m 3 ] 30 3 Densidad real árido seco Dr seco C/(B-A) 2.690 2.688 2.690 [kg/m 3 ] 30 3 Densidad neta D neta C/(C-A) 2.759 2.756 2.760 [kg/m 3 ] 30 3 Absorción de agua Abs (B-C)/C 0,9 0,9 0,9 [%] 0,3 0,0 Determinación de la densidad aparente para la Grava. Tabla N 7 Densidad aparente. Densidad aparente compactada G1 G2 Unidad Capacidad volumétrica de la medida v 15007 [ cm 3 ] Masa del árido compactado mc 24676 24433 [ g ] Densidad aparente compactada dac 1644 1628 [ kg/m 3 ] dac Densidad aparente compactada final 1640 [ kg/m final 3 ] Dac (G1-G2) 16 < 30 kg/m 3 Densidad aparente suelta G1 G2 Unidad Capacidad volumétrica de la medida v 15007 [ cm 3 ] Masa del árido suelto ms 22639 22697 [ g ] Densidad aparente suelta das 1509 1512 [ kg/m 3 ] das Densidad aparente suelta final final 1510 [ kg/m 3 ] Dac (G1-G2) 4 < 30 kg/m 3 Página 9

3.3.- Densidades para la Gravilla. Determinación de la densidad real y absorción para la Gravilla. Tabla N 8 Datos ensayo. FRACCIÓN GRAVA - Datos del ensayo G1 G2 Unidad Masa muestra de árido sss - masa del agua desplazada A 892 894 [ g ] Masa del árido sss B 1412 1416 [ g ] Masa del árido seco C 1399 1403 [ g ] Tabla N 9 Resultados Gravilla. RESULTADOS GRAVA G1 G2 Promedio Unidad Aceptación Dif. Densidad real árido sss Dr sss B/(B-A) 2.715 2.713 2.710 [kg/m 3 ] 30 3 Densidad real árido seco Dr seco C/(B-A) 2.690 2.688 2.690 [kg/m 3 ] 30 3 Densidad neta D neta C/(C-A) 2.759 2.756 2.760 [kg/m 3 ] 30 3 Absorción de agua Abs (B-C)/C 0,9 0,9 0,9 [%] 0,3 0,0 Determinación de la densidad aparente para la Gravilla. Tabla N 10 Densidad aparente. Densidad aparente compactada G1 G2 Unidad Capacidad volumétrica de la medida v 9804 [ cm 3 ] Masa del árido compactado mc 16117 16103 [ g ] Densidad aparente compactada dac 1644 1642 [ kg/m 3 ] dac Densidad aparente compactada final final 1640 [ kg/m 3 ] Dac (G1-G2) 1 < 30 kg/m 3 Densidad aparente suelta G1 G2 Unidad Capacidad volumétrica de la medida v 9804 [ cm 3 ] Masa del árido suelto ms 15016 15036 [ g ] Densidad aparente suelta das 1532 1534 [ kg/m 3 ] das Densidad aparente suelta final 1530 [ kg/m final 3 ] Dac (G1-G2) 2 < 30 kg/m 3 Página 10

3.4.- Densidades para la Arena. Determinación de la densidad real y absorción para la Arena. Tabla N 11 Datos ensayo. FRACCIÓN ARENA - Datos del ensayo A1 A2 Unidad Masa de ensayo seca ms 195,7 195,1 [ g ] Masa de ensayo SSS msss 199,7 199,4 [ g ] Masa matraz + el agua hasta marca calibración ma 656,1 660,1 [ g ] Masa matraz + masa de ensayo + agua mm 779,6 783,2 [ g ] Tabla N 12 Resultados Arena. RESULTADOS ARENA A1 A2 Promedio Unidad Aceptación Dif. Densidad real árido sss Dr sss msss ma+msss-mm 2.621 2.613 2.620 [kg/m 3 ] 30 7 Densidad real árido seco Dr seco ms ma+msss-mm 2.568 2.557 2.560 [kg/m 3 ] 30 11 Densidad neta D neta ms ma+ms-mm 2.711 2.710 2.710 [kg/m 3 ] 30 1 Absorción de agua Abs msss-ms ms 2,0 2,2 2,1 [%] 0,3 0,2 Determinación de la densidad aparente para la Arena. Tabla N 13 Densidad aparente. Densidad aparente compactada G1 G2 Unidad Capacidad volumétrica de la medida v 2942 [ cm 3 ] Masa del árido compactado mc 5073 5115 [ g ] Densidad aparente compactada dac 1724 1739 [ kg/m 3 ] dac Densidad aparente compactada final 1730 [ kg/m final 3 ] Dac (G1-G2) 14 < 30 kg/m 3 Densidad aparente suelta G1 G2 Unidad Capacidad volumétrica de la medida v 2942 [ cm 3 ] Masa del árido suelto ms 4692 4725 [ g ] Densidad aparente suelta das 1595 1606 [ kg/m 3 ] das Densidad aparente suelta final 1600 [ kg/m final 3 ] Dac (G1-G2) 11 < 30 kg/m 3 Página 11

% que pasa UNIVERSIDAD DE CHILE Finalmente también se tiene los datos para el material combinado, los cuales se muestran a continuación. 3.5.- Resultados para materia combinado. Tabla N 14 Granulometría materia combinado. ASTM mm Masa retenida % Retenido % Acumulado % Que pasa 2 1/2" 63 100% 2" 50 100% 1 1/2" 40 100% 1" 25 11785 39,1% 39,1% 60,9% 3/4" 20 8677 28,8% 67,8% 32,2% 1/2" 13 4118 13,7% 81,5% 18,5% 3/8" 10 2103 7,0% 88,5% 11,5% 4 5 2396,8 7,9% 96,4% 3,58% 8 2,5 411,4 1,4% 97,8% 2,21% 16 1,25 181,2 0,60% 98,4% 1,61% 30 0,63 142,5 0,47% 98,9% 1,14% 50 0,315 182,5 0,61% 99,5% 0,53% 100 0,160 102,6 0,34% 99,8% 0,19% Residuo - 58,6 0,19% 100,0% 0,00% Fracciones 30158,6 MF 5,072 Gráfico N 4 - % que pasa para Material combinado. Granulometría completa - % que pasa 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% 0 1 10 100 Tamaño partículas Página 12

Tabla N 15 Módulo de finura combinado. Masa % Muestra MF %Muestra MF M1 20475 68% 5,53 3,76 M2 8897 30% 4,21 1,24 M3 786,6 3% 2,81 0,07 Σ 30158,6 MF comb 5,07 Tabla N 16 Contenido de huecos. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Densidad real seca Kg/m³ 2.700 2.690 2.560 Densidad aparente suelta Kg/m³ 1530 1530 1600 % Huecos % 43,3 43,1 37,5 Página 13

4.- Análisis de resultados, comentarios y conclusiones. No siempre se les da a los áridos la importancia que realmente tienen en la calidad final del hormigón. Aunque cada vez es menos frecuente, aún se siguen descuidando aspectos ligados a la calidad, y para su selección sólo se considera su costo. Esto usualmente resulta en una economía mal entendida, ya que cualquier deficiencia en la calidad de los áridos debe ser compensada con la incorporación de mayor cantidad de cemento. En otras ocasiones, la obra en que las dosificaciones de hormigón se inician con cantidades de cemento usuales para áridos de calidad normal evidenciará, a poco andar, incumplimiento en las especificaciones del hormigón, con el grave problema que esto conlleva. Desde esta perspectiva, los áridos deben conformar el esqueleto o estructura base del hormigón. Este esqueleto debe ser lo más robusto, grande e inerte posible. Es decir, en cada unidad volumétrica de hormigón debe existir la mayor cantidad posible de áridos y con el mayor tamaño compatible con los demás requisitos que deba cumplir la mezcla. De esta forma se obtendrá el hormigón más estable y económico. A pesar de ser considerados como un verdadero relleno o "agregado" para el hormigón, nunca debemos menospreciar la importancia de los áridos. Sus características, buenas o malas, se transmitirán directamente al hormigón del cual forman parte. Normalmente, ocupan alrededor de un 75 % del volumen total del hormigón, y por lo tanto, es fácil entender su importancia relativa. De la inspección visual de las muestras, se puede establecer fácilmente la diferencia en la esfericidad y cubicidad, sobre todo para el caso de los rodados de río, que presentan una gran esfericidad y los materiales chancados que presentan una gran cubicidad. También se puede notar la porosidad o textura que presenta la superficie de los áridos, siendo más bien lisa en los rodados de río, y rugosa o áspera para el caso de los chancados. Por otro lado, los áridos rodados requieren de una menor cantidad de agua de amasado que los chancados para lograr la misma trabajabilidad. Así, la relación A/C será menor pudiendo alcanzar una mayor resistencia mecánica con igual dosis de cemento. La menor cantidad de agua requerida se explica por la menor trabazón y/o facilidad de acomodación entre partículas rodadas que las chancadas, y por la menor superficie específica del árido rodado. Sin embargo la adherencia entre el cemento y el árido rodado es menor que la que se produce con el árido chancado, lo que afecta en la resistencia mecánica del hormigón, sobretodo en la resistencia a la flexión. Por lo que para mayores resistencias se recomienda el uso de áridos chancados. Página 14

La granulometría de los áridos es uno de los parámetros más importantes empleados para la dosificación del hormigón, pues la mayoría de los métodos de dosificación presentan especificaciones sobre las granulometrías óptimas que deben tener los áridos. A partir de su granulometría es posible determinar el modulo de finura, parámetro que da una idea sobre el tamaño medio del árido utilizado. Su valor es importante determinarlo debido a que, todas las mezclas de áridos que poseen el mismo modulo precisan la misma cantidad de agua para producir hormigones de la misma trabajabilidad y resistencia siempre que empleen idéntica cantidad de cemento. El módulo de finura tiene valores entre 2,3 y 3,1 para arenas y entre 5 y 7 para gravas. En este laboratorio se realizaron ensayos de granulometría para las tres muestras de áridos de la planta seleccionadora, que arrojaron resultados de 5.53 para las gravas, 4.21 para las gravillas y 2.81 para las arenas, que determinan un módulo de finura del árido combinado igual a 5.07. De esta forma se puede concluir que la muestra combinada es de granulometría combinada gruesa. En cuanto al porcentaje de absorción de agua, representa el contenido de humedad interna de un árido, lo que es una medida de la porosidad del árido, pues absorberá tanta agua como poros tenga. La porosidad determina la calidad del árido y por lo tanto del hormigón. De los resultados también se puede comentar que la densidad aparente suelta es menor que la compactada y que a medida que disminuye el tamaño del árido, aumentan sus densidades (tanto suelta como compactada). Esto ocurre porque disminuye el contenido de huecos. A medida que disminuye el tamaño del árido, disminuye también el contenido de huecos, en cuanto a los valores experimentales se obtuvo que el contenido de huecos menor es en la arena, luego sigue la gravilla y por ultimo la grava. El contenido de huecos es el complemento de la compacidad, por lo tanto se desprende que la arena presenta una mayor compacidad. Se concluye que el contenido de huecos esta directamente relacionado con la permeabilidad que presentara el hormigón, pues un hormigón compuesto de áridos más gruesos presentará una mayor permeabilidad, que uno compuesto por áridos de arena. Página 15

5.- ANEXOS 5.1 Clasificación y descripción de tipos de áridos. Los áridos, también llamados agregados, se definen como materiales compuestos de partículas de origen pétreo, duras, de forma y tamaño estables. Se denominan o clasifican según su tamaño y textura superficial de sus partículas. Clasificación según tamaño: Actualmente, los áridos se clasifican según el tamaño de las partículas que lo componen, de acuerdo al siguiente criterio: Grava: Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 20 y 40 mm. Gravilla: Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 5 y 20 mm. Arena: Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 0.16 y 5 mm Clasificación según textura superficial de las partículas: Árido chancado (árido tratado): Aquel árido proveniente de un proceso industrial. Normalmente chancado o triturado, separado por tamaños y lavado. Sus partículas presentan caras rugosas y de forma irregular, pero cercanas a una forma cúbica. Árido rodado (árido natural): Aquel árido que proviene de ríos o empréstitos naturales. Su proceso de producción contempla básicamente la separación por tamaños y el lavado. Sus partículas presentan caras lisas y suaves y son de forma redondeada. Página 16

5.2.- Áridos de planta seleccionadora: Los áridos se van separando mediante una parrilla Separadora de Tamaños, se separa el material integral, entre arenas y gravas y el material de mayor tamaño es transportado por otra cinta al cono chancador. A continuación se presenta una imagen de este proceso. Parrilla Separadora de Tamaños Proceso de Chancado del Material Página 17

Proceso Final de Acopio del Material Chancado Página 18

5.3.- Áridos naturales: Rodados Río Maipo: Ripio y Arena. Son los procedentes de yacimientos minerales obtenidos sólo por procedimientos mecánicos. Están constituidos por dos grandes grupos: Áridos granulares. Se obtienen básicamente de graveras que explotan depósitos granulares. Estos áridos se usan después de haber sufrido un lavado y clasificación. Tienen forma redondeada, con superficies lisas y sin aristas, y se les denomina áridos rodados. Son principalmente áridos de naturaleza silícea. Áridos de machaqueo. Se producen en canteras tras arrancar los materiales de los macizos rocosos y someterlos posteriormente a trituración, molienda y clasificación. Presentan superficies rugosas y aristas vivas. Son principalmente áridos de naturaleza caliza, aunque también pueden ser de naturaleza silícea. Árido rodado Árido chancado Página 19

5.4.- Árido de hormigón reciclado El árido reciclado es el que resulta del reciclaje de residuos de demoliciones o construcciones y de escombros. Hormigón reciclado. Página 20