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BryanAlexanderFiguer1
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Nov 18, 2023
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Criterio mezcla
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CONCEPTOS GENERALES SOBRE LOS
AGREGADOS
LUIS OCTAVIO GONZÁLEZ SALCEDO
INGENIERO CIVIL, M. Sc.
PROFESOR ASOCIADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE PALMIRA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
PALMIRA
ENERO DE 2008
AGREGADOS
LUIS OCTAVIO GONZÁLEZ SALCEDO
INGENIERO CIVIL, M. Sc.
PROFESOR ASOCIADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE PALMIRA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
PALMIRA
ENERO DE 2008
2
CONCEPTOS GENERALES SOBRE LOS
AGREGADOS
LUIS OCTAVIO GONZÁLEZ SALCEDO
INGENIERO CIVIL, M. Sc.
Módulo para las asignaturas:
Estructuras y Materiales de Construcción.
Construcciones Agrícolas.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE PALMIRA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
PALMIRA
ENERO DE 2008
CONCEPTOS GENERALES SOBRE LOS
AGREGADOS
LUIS OCTAVIO GONZÁLEZ SALCEDO
INGENIERO CIVIL, M. Sc.
Módulo para las asignaturas:
Estructuras y Materiales de Construcción.
Construcciones Agrícolas.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE PALMIRA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
PALMIRA
ENERO DE 2008
3
CONTENIDO
Página
Presentación 7
Glosario 8
1. Los Agregados 10
1.1. Introducción 10
1.2. Tamaño de los agregados 11
1.3. Evaluación de las propiedades de los agregados 14
1.4. Agregados para concretos compactados con rodillos 19
1.5. Pruebas no destructivas en la evaluación de la calidad del concreto 20
1.6. Caracterización geológica, mineralógica y geoquímica 25
1.7. Áridos reciclados 28
1.8. Normatividad para especificaciones y calidad de los agregados 31
1.9. Bibliografía 33
2. Teoría sobre granulometrías continuas ideales 36
2.1. Principio de gradación de Fuller y Thompson 36
2.2. Teoría de Weymouth 37
2.3. Teoría de Bolomey 38
2.4. Otras teorías de gradación 38
2.5. Bibliografía 42
3. Petrografía de los agregados 43
3.1. Historia de la petrografía 43
3.2. Objetivos de la petrografía 47
3.3. Importancia de la petrografía 52
3.4. Petrografía de los morteros 55
3.5. Petrografía de las rocas 57
3.6. Bibliografía 62
4. Reacción álcali agregado 63
4.1. Introducción 63
4.2. Mecanismo de la reacción 65
4.3. Evaluación 68
4.4. Bibliografía 69
CONTENIDO
Página
Presentación 7
Glosario 8
1. Los Agregados 10
1.1. Introducción 10
1.2. Tamaño de los agregados 11
1.3. Evaluación de las propiedades de los agregados 14
1.4. Agregados para concretos compactados con rodillos 19
1.5. Pruebas no destructivas en la evaluación de la calidad del concreto 20
1.6. Caracterización geológica, mineralógica y geoquímica 25
1.7. Áridos reciclados 28
1.8. Normatividad para especificaciones y calidad de los agregados 31
1.9. Bibliografía 33
2. Teoría sobre granulometrías continuas ideales 36
2.1. Principio de gradación de Fuller y Thompson 36
2.2. Teoría de Weymouth 37
2.3. Teoría de Bolomey 38
2.4. Otras teorías de gradación 38
2.5. Bibliografía 42
3. Petrografía de los agregados 43
3.1. Historia de la petrografía 43
3.2. Objetivos de la petrografía 47
3.3. Importancia de la petrografía 52
3.4. Petrografía de los morteros 55
3.5. Petrografía de las rocas 57
3.6. Bibliografía 62
4. Reacción álcali agregado 63
4.1. Introducción 63
4.2. Mecanismo de la reacción 65
4.3. Evaluación 68
4.4. Bibliografía 69
4
INDICE DE FIGURAS
Número
Página
1 Apariencia típica de la contextura de la arena. 12
2 Apariencia típica de la contextura de la grava. 12
3 Variación de los contenidos de agua, concreto y aire incluido, en mezclas de
concreto con tamaños máximos de agregados.
13
4 Distribuciones recomendadas y típicas de tamaños de agregados naturales
para mezclas de concreto.
13
5 Tamices y agregados retenidos en cada uno. 15
6 Máquina de Los Ángeles. 16
7 Tamices y balanza. 16
8 Medición de dimensiones en dos sentidos, para agregados gruesos. 16
9 Equipo para el ensayo de friabilidad. 16
10 Aspecto de un árido de procedencia caliza, antes y después de ser sometido
a un sulfato magnésico.
17
11 Límites granulométricos especificados para el proyecto Uruguay I. 20
12 Datos y curvas de ajustes de velocidad resistencia concretos preparados
con un agregado calizo triturado con características promedio de Yucatán,
estudio realizado por Castellanos, 1985.
21
13 Datos y curvas de ajustes de velocidad resistencia concretos preparados
con seis agregados de Yucatán, estudio realizado por Solís y Baeza, 2003.
21
14 Datos y curvas de ajustes de velocidad resistencia concretos preparados
con seis muestras de agregados.
22
15 Datos y curvas de ajuste exponencial para los agregados de alta calidad. 23
16 Concreto con a / c = 0,40. 23
17 Concreto con a / c = 0,50. 24
18 Concreto con a / c = 0,60. 24
19 Concreto con a / c = 0,70. 25
20 Imagen de microscopio óptico para grava de Joyitas. 26
21 Difracción de rayos X, para una arena de Joyitas. 26
22 Difracción de rayos X, para una grava de Joyitas. 27
23 Difracción de rayos X, para una ceniza volcánica. 27
24 Granulometría de áridos naturales y reciclados. 28
25 Contenido de finos. 29
26 Coeficiente de friabilidad. 29
27 Coeficiente de desgaste de Los Ángeles. 29
28 Absorción de agua. 30
29 Coeficiente de forma. 30
30 Distribución de los áridos en función de su tamaño 39
31 Distribución de los áridos clasificados en tamiz ASTM 40
32 Instrumentos usados en petrografía. 43
33 Equipo para fluorescencia de rayos X. 44
34 Difractómetro de rayos X de cuatro ejes. 45
35 Microsonda electrónica. 45
36 Diamond Window Cell. 45
37 Espectómetro de masas de ión secundario. 46
38 Espectómetro de masas de plasma. 46
39 Espectómetro Ramán de Laser. 46
INDICE DE FIGURAS
Número
Página
1 Apariencia típica de la contextura de la arena. 12
2 Apariencia típica de la contextura de la grava. 12
3 Variación de los contenidos de agua, concreto y aire incluido, en mezclas de
concreto con tamaños máximos de agregados.
13
4 Distribuciones recomendadas y típicas de tamaños de agregados naturales
para mezclas de concreto.
13
5 Tamices y agregados retenidos en cada uno. 15
6 Máquina de Los Ángeles. 16
7 Tamices y balanza. 16
8 Medición de dimensiones en dos sentidos, para agregados gruesos. 16
9 Equipo para el ensayo de friabilidad. 16
10 Aspecto de un árido de procedencia caliza, antes y después de ser sometido
a un sulfato magnésico.
17
11 Límites granulométricos especificados para el proyecto Uruguay I. 20
12 Datos y curvas de ajustes de velocidad resistencia concretos preparados
con un agregado calizo triturado con características promedio de Yucatán,
estudio realizado por Castellanos, 1985.
21
13 Datos y curvas de ajustes de velocidad resistencia concretos preparados
con seis agregados de Yucatán, estudio realizado por Solís y Baeza, 2003.
21
14 Datos y curvas de ajustes de velocidad resistencia concretos preparados
con seis muestras de agregados.
22
15 Datos y curvas de ajuste exponencial para los agregados de alta calidad. 23
16 Concreto con a / c = 0,40. 23
17 Concreto con a / c = 0,50. 24
18 Concreto con a / c = 0,60. 24
19 Concreto con a / c = 0,70. 25
20 Imagen de microscopio óptico para grava de Joyitas. 26
21 Difracción de rayos X, para una arena de Joyitas. 26
22 Difracción de rayos X, para una grava de Joyitas. 27
23 Difracción de rayos X, para una ceniza volcánica. 27
24 Granulometría de áridos naturales y reciclados. 28
25 Contenido de finos. 29
26 Coeficiente de friabilidad. 29
27 Coeficiente de desgaste de Los Ángeles. 29
28 Absorción de agua. 30
29 Coeficiente de forma. 30
30 Distribución de los áridos en función de su tamaño 39
31 Distribución de los áridos clasificados en tamiz ASTM 40
32 Instrumentos usados en petrografía. 43
33 Equipo para fluorescencia de rayos X. 44
34 Difractómetro de rayos X de cuatro ejes. 45
35 Microsonda electrónica. 45
36 Diamond Window Cell. 45
37 Espectómetro de masas de ión secundario. 46
38 Espectómetro de masas de plasma. 46
39 Espectómetro Ramán de Laser. 46
5
Número Página
40 Estudio mineralógico de una roca ígnea intrusiva 48
41 Evidencia de exudación excesiva 49
42 Apariencia de una pasta bien hidratada (color ma rrón) y una pasta con
porosidad capilar (color azul)
49
43 Apariencia de un concreto mediante la técnica de microscopía fluorescente
50
44 Apariencia de un concreto con vacíos de agua 50
45 Apariencia de un concreto bien hidratado 51
46 Estructura interna de un concreto para pavimento 51
47 Petrografía con el microscopio petrográfico. 52
48 Grupo de poros de aire a lo largo de la periferia de una partícula de agregado
grueso.
54
49 Microfotografía de sección delgada mostrando con creto dañado por la
reacción expansiva álcalis agregado (ASR).
54
50 Microfotografía de corte delgado. 55
51 Secciones pulidas de mortero elaborado con agregado reciclado y natural. 56
52 Detalle de una micrografía de un mortero 57
53 Imagen microscópica en falso color con luz polarizada. 58
54 Mineralogía del meteorito de Reliegos 59
55 Imagen de una inclusión en la alineación metálica 60
56 61
57 61
58 63
59 Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado 67
60 Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado 67
Número Página
40 Estudio mineralógico de una roca ígnea intrusiva 48
41 Evidencia de exudación excesiva 49
42 Apariencia de una pasta bien hidratada (color ma rrón) y una pasta con
porosidad capilar (color azul)
49
43 Apariencia de un concreto mediante la técnica de microscopía fluorescente
50
44 Apariencia de un concreto con vacíos de agua 50
45 Apariencia de un concreto bien hidratado 51
46 Estructura interna de un concreto para pavimento 51
47 Petrografía con el microscopio petrográfico. 52
48 Grupo de poros de aire a lo largo de la periferia de una partícula de agregado
grueso.
54
49 Microfotografía de sección delgada mostrando con creto dañado por la
reacción expansiva álcalis agregado (ASR).
54
50 Microfotografía de corte delgado. 55
51 Secciones pulidas de mortero elaborado con agregado reciclado y natural. 56
52 Detalle de una micrografía de un mortero 57
53 Imagen microscópica en falso color con luz polarizada. 58
54 Mineralogía del meteorito de Reliegos 59
55 Imagen de una inclusión en la alineación metálica 60
56 61
57 61
58 63
59 Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado 67
60 Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado 67
6
INDICE DE CUADROS
Número
Página
1 Ejemplos de agregados empleados en CCR, para proy ectos de presas. 20
2 Valores de las constantes a y b, que representan la parte elíptica de la
ecuación Fuller Thompson.
36
3 Valores de n para la ecuación de Weymouth en func ión del tamaño. 37
4 Valores de f según la teoría de Bolomey. 38
INDICE DE CUADROS
Número
Página
1 Ejemplos de agregados empleados en CCR, para proy ectos de presas. 20
2 Valores de las constantes a y b, que representan la parte elíptica de la
ecuación Fuller Thompson.
36
3 Valores de n para la ecuación de Weymouth en func ión del tamaño. 37
4 Valores de f según la teoría de Bolomey. 38
7
PRESENTACIÓN
Los agregados, conformados por las arenas (agregado fino) y las gravas
(agregado grueso), constituyen más del 70% en una mezcla para la elaboración
del hormigón u concreto, material estructural y de construcción por excelencia. Se
conocen también como áridos, expresión utilizada para definir un material que no
debe tener reacción química de ningún tipo con el cementante, el agua o con otros
aditivos naturales o químicos; sin embargo, el fenómeno de la reacción álcalis
agregado descubierta muchos años atrás, muestra que esta pasividad no es tan
evidente.
Lo anteriormente descrito, constituyen razones importantes para conocer acerca
de los agregados. Este documento, para un estudio inicial de los mismos, de
conceptos generales, ha sido divido en cuatro capítulos, basados en una
introducción, en las curvas granulométricas, en la petrografía, y en la reacción
álcalis agregado. Se ha preparado para los cursos de Estructuras y Materiales
de Construcción, y Construcciones Agrícolas, de la carrera de Ingeniería Agrícola,
con el fin de brindar un mejor entendimiento al estudio del concreto, como material
estructural y como material de construcción, respectivamente.
Estas notas se han preparado, con el material utilizado por el autor en el curso de
Tópicos Avanzados: Durabilidad del Concreto, del Programa de Doctorado en
Ingeniería de Materiales, de la Universidad del Valle, donde se participó con la
revisión bibliográfica y exposición de dichos temas. Debo entonces, agradecer a
los compañeros del colectivo, por su atenta disposición en la temática, quienes
son mencionados a continuación: Ing. Marisol Gordillo, MSc., Físico William
Aperador, MSc., Ing. Michel Angelo Ospina, Ing. Susan Andrea Bernal, Ing. Erich
David Rodríguez, y a la Coordinadora del Curso, Química Ruby Mejía de
Gutiérrez, PhD, quien autorizó la utilización del material empleado, para la
elaboración de estas notas.
La labor de revisión del documento, fue llevada a cabo por los Ingenieros Jair
Mauricio Drada Salazar y Santiago Gaona Jurado, sus correcciones y sugerencias
fueron incluidas. Finalmente, y como siempre, el autor agradece a Adelaida, Luis
Miguel y Laura Sofía, por permitir usar parte del tiempo que con derecho les
pertenece, para la dedicación académica del suscrito.
Luis Octavio González Salcedo, Ing. Civil, MSc.
Profesor Asociado
Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira.
PRESENTACIÓN
Los agregados, conformados por las arenas (agregado fino) y las gravas
(agregado grueso), constituyen más del 70% en una mezcla para la elaboración
del hormigón u concreto, material estructural y de construcción por excelencia. Se
conocen también como áridos, expresión utilizada para definir un material que no
debe tener reacción química de ningún tipo con el cementante, el agua o con otros
aditivos naturales o químicos; sin embargo, el fenómeno de la reacción álcalis
agregado descubierta muchos años atrás, muestra que esta pasividad no es tan
evidente.
Lo anteriormente descrito, constituyen razones importantes para conocer acerca
de los agregados. Este documento, para un estudio inicial de los mismos, de
conceptos generales, ha sido divido en cuatro capítulos, basados en una
introducción, en las curvas granulométricas, en la petrografía, y en la reacción
álcalis agregado. Se ha preparado para los cursos de Estructuras y Materiales
de Construcción, y Construcciones Agrícolas, de la carrera de Ingeniería Agrícola,
con el fin de brindar un mejor entendimiento al estudio del concreto, como material
estructural y como material de construcción, respectivamente.
Estas notas se han preparado, con el material utilizado por el autor en el curso de
Tópicos Avanzados: Durabilidad del Concreto, del Programa de Doctorado en
Ingeniería de Materiales, de la Universidad del Valle, donde se participó con la
revisión bibliográfica y exposición de dichos temas. Debo entonces, agradecer a
los compañeros del colectivo, por su atenta disposición en la temática, quienes
son mencionados a continuación: Ing. Marisol Gordillo, MSc., Físico William
Aperador, MSc., Ing. Michel Angelo Ospina, Ing. Susan Andrea Bernal, Ing. Erich
David Rodríguez, y a la Coordinadora del Curso, Química Ruby Mejía de
Gutiérrez, PhD, quien autorizó la utilización del material empleado, para la
elaboración de estas notas.
La labor de revisión del documento, fue llevada a cabo por los Ingenieros Jair
Mauricio Drada Salazar y Santiago Gaona Jurado, sus correcciones y sugerencias
fueron incluidas. Finalmente, y como siempre, el autor agradece a Adelaida, Luis
Miguel y Laura Sofía, por permitir usar parte del tiempo que con derecho les
pertenece, para la dedicación académica del suscrito.
Luis Octavio González Salcedo, Ing. Civil, MSc.
Profesor Asociado
Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira.
8
GLOSARIO
Canto rodado: Un canto rodado es un guijarro o fragmento de roca suelta,
susceptible de ser transportado por medios naturales como las corrientes de agua
o los corrimientos de tierra, el cual adquiere una morfología más o menos
redondeada, sub-redondeada u oblonga, sin aristas y con la superficie lisa debida
al desgaste sufrido por los procesos erosivos [Tom ado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Canto_rodado, consultada enero 2008]. También se
conoce, en términos geológicos, como un fragmento de roca con un diámetro
mayor a 256 mm, es decir más grande que un guijarro [Tomado de:
http://enciclopedia.us.es/index.php/Canto_rodado, consultada enero 2008].
Revenido: Conocido más comúnmente dentro de la literatura técnica sobre
concreto como slump. El slump es un término inglés que puede traducirse
literalmente como baja repentina, baja súbita o caí da [Tomado de:
http://www.woxikon.es/eng/slump.php, consultada enero 2008], y se refiere al
asentamiento de la masa de concreto una vez ha sido realizada el mezclado. El
asentamiento del concreto hace referencia a la diferencia de altura entre una masa
de concreto recién mezclada dentro de un molde y la altura de la masa, una vez
retirado el molde [Tomado de:
http://www.portaldoconcreto.com.br/?pagina=slump, consultada enero 2008].
Consistencia: La consistencia está relacionada con las características inherentes
del propio concreto y está más relacionada con la movilidad de la masa de
concreto y la cohesión entre sus componentes. Uno de los métodos para
determinar la consistencia es el ensayo de abatimiento del concreto, también
conocido como ensayo de slump [Tomado de:
http://www.portaldoconcreto.com.br/?pagina=slump, consultada enero 2008].
Trabajabilidad: La trabajabilidad depende de la consistencia del concreto, de las
características de la obra y de los métodos adoptados para el transporte y
lanzamiento del concreto [Tomado de:
http://www.portaldoconcreto.com.br/?pagina=slump, consultada enero 2008].
Superficie específica: Se llama superficie específica de un polvo, a la superficie
de un gramo de este polvo igual a la suma de de las superficies de individuales de
todos los gramos [Tomado de:
GLOSARIO
Canto rodado: Un canto rodado es un guijarro o fragmento de roca suelta,
susceptible de ser transportado por medios naturales como las corrientes de agua
o los corrimientos de tierra, el cual adquiere una morfología más o menos
redondeada, sub-redondeada u oblonga, sin aristas y con la superficie lisa debida
al desgaste sufrido por los procesos erosivos [Tom ado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Canto_rodado, consultada enero 2008]. También se
conoce, en términos geológicos, como un fragmento de roca con un diámetro
mayor a 256 mm, es decir más grande que un guijarro [Tomado de:
http://enciclopedia.us.es/index.php/Canto_rodado, consultada enero 2008].
Revenido: Conocido más comúnmente dentro de la literatura técnica sobre
concreto como slump. El slump es un término inglés que puede traducirse
literalmente como baja repentina, baja súbita o caí da [Tomado de:
http://www.woxikon.es/eng/slump.php, consultada enero 2008], y se refiere al
asentamiento de la masa de concreto una vez ha sido realizada el mezclado. El
asentamiento del concreto hace referencia a la diferencia de altura entre una masa
de concreto recién mezclada dentro de un molde y la altura de la masa, una vez
retirado el molde [Tomado de:
http://www.portaldoconcreto.com.br/?pagina=slump, consultada enero 2008].
Consistencia: La consistencia está relacionada con las características inherentes
del propio concreto y está más relacionada con la movilidad de la masa de
concreto y la cohesión entre sus componentes. Uno de los métodos para
determinar la consistencia es el ensayo de abatimiento del concreto, también
conocido como ensayo de slump [Tomado de:
http://www.portaldoconcreto.com.br/?pagina=slump, consultada enero 2008].
Trabajabilidad: La trabajabilidad depende de la consistencia del concreto, de las
características de la obra y de los métodos adoptados para el transporte y
lanzamiento del concreto [Tomado de:
http://www.portaldoconcreto.com.br/?pagina=slump, consultada enero 2008].
Superficie específica: Se llama superficie específica de un polvo, a la superficie
de un gramo de este polvo igual a la suma de de las superficies de individuales de
todos los gramos [Tomado de:
9
http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/supespT2.htm, consultada enero
2008]. En términos generales es la superficie de contacto del agregado y del
cemento a la cual se le va a adherir la masa del concreto.
Petrografía: Es la parte de la petrología que trata del estudio de la composición,
estructura, y clasificación de las rocas [Tomado d e:
http://www.wordreference.com/definicion/petrograf%EDa, consultada enero 2008].
Las rocas constituyen el material de que se compone la corteza terrestre, sobre la
cual se asientan directa o indirectamente los seres vivos, de ahí que su estudio,
que es el objeto de la petrografía, tenga una singular importancia para el
conocimiento de la Tierra y por las numerosas aplicaciones prácticas que conlleva;
la petrografía es la rama de la geología que se ocupa del estudio e investigación
de las rocas, en especial en cuanto respecta a su aspecto descriptivo, su
composición mineralógica, y su estructura [Tomado de:
http://es.wikipedia.org/wiki/Petrograf%C3%ADa, consultada enero 2008].
Estudio petrográfico: Las rocas se componen de diferentes minerales y, según
su estado y las condiciones de formación, se clasifican en tres grande grupos
(ígneas, sedimentarias, y metamórficas); el estudio de una roca requiere en primer
lugar el examen físico de la misma en lo que concierne a aspecto, color, dureza,
etc.; y a continuación suele procederse a su análisis microscópico, para lo cual se
cortan mediante máquinas especiales de espesor mínimo que permitan su
exploración al microscopio. Éste revela la forma de los cristales que componen la
roca, la relación entre los distintos minerales, la microestructura y toda una serie
de magnitudes evaluables [Tomado de:
http://es.wikipedia.org/wiki/Petrograf%C3%ADa, consultada enero 2008].
http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/supespT2.htm, consultada enero
2008]. En términos generales es la superficie de contacto del agregado y del
cemento a la cual se le va a adherir la masa del concreto.
Petrografía: Es la parte de la petrología que trata del estudio de la composición,
estructura, y clasificación de las rocas [Tomado d e:
http://www.wordreference.com/definicion/petrograf%EDa, consultada enero 2008].
Las rocas constituyen el material de que se compone la corteza terrestre, sobre la
cual se asientan directa o indirectamente los seres vivos, de ahí que su estudio,
que es el objeto de la petrografía, tenga una singular importancia para el
conocimiento de la Tierra y por las numerosas aplicaciones prácticas que conlleva;
la petrografía es la rama de la geología que se ocupa del estudio e investigación
de las rocas, en especial en cuanto respecta a su aspecto descriptivo, su
composición mineralógica, y su estructura [Tomado de:
http://es.wikipedia.org/wiki/Petrograf%C3%ADa, consultada enero 2008].
Estudio petrográfico: Las rocas se componen de diferentes minerales y, según
su estado y las condiciones de formación, se clasifican en tres grande grupos
(ígneas, sedimentarias, y metamórficas); el estudio de una roca requiere en primer
lugar el examen físico de la misma en lo que concierne a aspecto, color, dureza,
etc.; y a continuación suele procederse a su análisis microscópico, para lo cual se
cortan mediante máquinas especiales de espesor mínimo que permitan su
exploración al microscopio. Éste revela la forma de los cristales que componen la
roca, la relación entre los distintos minerales, la microestructura y toda una serie
de magnitudes evaluables [Tomado de:
http://es.wikipedia.org/wiki/Petrograf%C3%ADa, consultada enero 2008].
10
1. LOS AGREGADOS
1.1. INTRODUCCIÓN
En una mezcla de concreto, el 75% del volumen lo constituyen los agregados; con
este término, se agrupan las arenas, gravas naturales y la piedra triturada, con la
cual se elaboran también morteros y concretos especiales, como los concretos
ligeros, pesados y de alto rendimiento
[1]
. Bajo la denominación de áridos
artificiales, se denominan los subproductos industriales o urbanos que reúnen las
condiciones para su utilización en la fabricación de concretos, como
[2]
:
· Estériles de explotaciones mineras.
· Cenizas volantes de centrales térmicas
[3]
.
· Residuos de incineración de residuos urbanos.
· Materiales de demolición
[4-5]
.
· Escorias de procesos siderúrgicos o metalúrgicos
[3]
.
Los agregados no solamente son componentes del concreto; una clasificación
sobre su uso, permite hablar de
[2]
: agregados para concretos y morteros,
agregados para concretos asfálticos, agregados para carreteras, agregados para
aplicaciones industriales, agregados ligeros, entre otros.
Son características importantes en los agregados, condiciones deseables en la
limpieza, sanidad, resistencia y forma de las partículas. A continuación se
describen estas condiciones deseables
[1, 6]
:
· Limpieza: que estén exentos de arcilla, limo, mica, materia orgánica, sales
químicas y granos recubiertos.
· Sano físicamente: que sea estable en su forma ante cambios de
temperatura y de humedad, además de resistir la acción de la intemperie
sin descomponerse.
· Resistencia: se considera adecuada, si tiene la capacidad de desarrollar
toda la resistencia propia del aglomerante. Para condiciones de desgaste
externo, es requerido un agregado duro y tenaz.
· Forma de las partículas: la docilidad del concreto se ve afectada con la
presencia de partículas alargadas y planas, siendo necesario el aumento de
arena, cemento y agua.
Los agregados que cumplen con condiciones deseables, se denominan agregados
de calidad, y están constituidos, entonces, por partículas durables, limpias, duras,
1. LOS AGREGADOS
1.1. INTRODUCCIÓN
En una mezcla de concreto, el 75% del volumen lo constituyen los agregados; con
este término, se agrupan las arenas, gravas naturales y la piedra triturada, con la
cual se elaboran también morteros y concretos especiales, como los concretos
ligeros, pesados y de alto rendimiento
[1]
. Bajo la denominación de áridos
artificiales, se denominan los subproductos industriales o urbanos que reúnen las
condiciones para su utilización en la fabricación de concretos, como
[2]
:
· Estériles de explotaciones mineras.
· Cenizas volantes de centrales térmicas
[3]
.
· Residuos de incineración de residuos urbanos.
· Materiales de demolición
[4-5]
.
· Escorias de procesos siderúrgicos o metalúrgicos
[3]
.
Los agregados no solamente son componentes del concreto; una clasificación
sobre su uso, permite hablar de
[2]
: agregados para concretos y morteros,
agregados para concretos asfálticos, agregados para carreteras, agregados para
aplicaciones industriales, agregados ligeros, entre otros.
Son características importantes en los agregados, condiciones deseables en la
limpieza, sanidad, resistencia y forma de las partículas. A continuación se
describen estas condiciones deseables
[1, 6]
:
· Limpieza: que estén exentos de arcilla, limo, mica, materia orgánica, sales
químicas y granos recubiertos.
· Sano físicamente: que sea estable en su forma ante cambios de
temperatura y de humedad, además de resistir la acción de la intemperie
sin descomponerse.
· Resistencia: se considera adecuada, si tiene la capacidad de desarrollar
toda la resistencia propia del aglomerante. Para condiciones de desgaste
externo, es requerido un agregado duro y tenaz.
· Forma de las partículas: la docilidad del concreto se ve afectada con la
presencia de partículas alargadas y planas, siendo necesario el aumento de
arena, cemento y agua.
Los agregados que cumplen con condiciones deseables, se denominan agregados
de calidad, y están constituidos, entonces, por partículas durables, limpias, duras,
11
resistentes, y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y
otros materiales finos que pueden afectar la hidratación y la adherencia de la
pasta de cemento
[7]
.
Se han desarrollado diversos métodos para mejorar la calidad del agregado,
cuando existen especificaciones no deseables. Algunos métodos son: lavado, la
separación en medio pesado, el clasificador hidráulico, el fraccionamiento elástico,
entre otros
[1]
.
Los agregados también son denominados como áridos, y se definen como
fragmentos rocosos que proceden de la desintegración de las piedras naturales, y
suelen clasificarse de la siguiente manera
[6, 8-9]
:
· De acuerdo al tamaño del grano: gruesos, como las gravas, si el tamaño del
grano es superior a 5 mm; finos, como las arenas, si el tamaño del grano es
inferior a 5 mm; cuando se presentan tamaños diversos, las mezclas
naturales de gravas y arenas, se denominan zahorras.
· De acuerdo con la procedencia: arenas de río, con granos redondeados;
arenas de mina, con granos ásperos, angulosos; arenas de mar, con
granos excesivamente pequeños cargados de sales, que requieren lavados
antes de su uso.
· De acuerdo a su naturaleza química: según sea la piedra natural de la que
proceden, ofreciendo características particulares en cada caso. Por
ejemplo, las procedentes de granitos y basaltos, son considerados
excelentes; los obtenidos de calizas son de calidad muy variable y
resistencia al desgaste baja; los de tipo silíceo, ofrecen gran durabilidad en
medios agresivos.
· De acuerdo al sistema de obtención: pueden ser de canto rodado o
triturados.
1.2. TAMAÑO DE LOS AGREGADOS
Un agregado puede clasificarse si es fino o grueso, a partir del módulo de finura,
MF. Valores del MF entre 2.5 a 3.0, son considerados como normales. Este índice
es calculado como
[1]
:
MF = ∑ porcentajes acumulativos retenidos / 100 (1)
Mientras sea constante la relación agua cemento (a/c) y el revenido, la variación
en la granulometría de la arena, no afectará la resistencia a la compresión de los
morteros y concretos. Sin embargo, el contenido de cemento varía inversamente
resistentes, y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y
otros materiales finos que pueden afectar la hidratación y la adherencia de la
pasta de cemento
[7]
.
Se han desarrollado diversos métodos para mejorar la calidad del agregado,
cuando existen especificaciones no deseables. Algunos métodos son: lavado, la
separación en medio pesado, el clasificador hidráulico, el fraccionamiento elástico,
entre otros
[1]
.
Los agregados también son denominados como áridos, y se definen como
fragmentos rocosos que proceden de la desintegración de las piedras naturales, y
suelen clasificarse de la siguiente manera
[6, 8-9]
:
· De acuerdo al tamaño del grano: gruesos, como las gravas, si el tamaño del
grano es superior a 5 mm; finos, como las arenas, si el tamaño del grano es
inferior a 5 mm; cuando se presentan tamaños diversos, las mezclas
naturales de gravas y arenas, se denominan zahorras.
· De acuerdo con la procedencia: arenas de río, con granos redondeados;
arenas de mina, con granos ásperos, angulosos; arenas de mar, con
granos excesivamente pequeños cargados de sales, que requieren lavados
antes de su uso.
· De acuerdo a su naturaleza química: según sea la piedra natural de la que
proceden, ofreciendo características particulares en cada caso. Por
ejemplo, las procedentes de granitos y basaltos, son considerados
excelentes; los obtenidos de calizas son de calidad muy variable y
resistencia al desgaste baja; los de tipo silíceo, ofrecen gran durabilidad en
medios agresivos.
· De acuerdo al sistema de obtención: pueden ser de canto rodado o
triturados.
1.2. TAMAÑO DE LOS AGREGADOS
Un agregado puede clasificarse si es fino o grueso, a partir del módulo de finura,
MF. Valores del MF entre 2.5 a 3.0, son considerados como normales. Este índice
es calculado como
[1]
:
MF = ∑ porcentajes acumulativos retenidos / 100 (1)
Mientras sea constante la relación agua cemento (a/c) y el revenido, la variación
en la granulometría de la arena, no afectará la resistencia a la compresión de los
morteros y concretos. Sin embargo, el contenido de cemento varía inversamente
12
con el módulo de finura de la arena, influenciando la docilidad y calidad del
acabado del concreto
[1]
.
Los agregados finos, denominados como arenas (figura 1), se definen como las
partículas de agregado menores de 4.75 mm pero mayores de 75 micras, o
también como la porción de material que pasa la malla no. 4 y es retenido en la
malla no. 200. El agregado grueso es conocido como grava (figura 2), y su tamaño
máximo tiene su fundamento en la economía; por lo general se requiere más agua
y más cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores.
El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el
cual debe pasar la mayor parte del agregado. El agregado grueso se define como
las partículas mayores de 4.75 mm, es decir, el retenido en la malla no. 4
[2]
.
Figura 1. Apariencia típica de la arena
[2]
.
Figura 2. Apariencia típica de la grava
[2]
.
De acuerdo con la US BUREAU RECLAMATION, el tamaño máximo del agregado
grueso, condiciona inversamente el contenido de agua y cemento; como se
enseña en la figura 3, la cual está basada en una relación a/c de 0.54 y un
revenido de 3 pulgadas
[1]
. La figura 4, presenta curvas típicas de granulometría
para arena, grava, arena y agregado combinado, así como los límites
recomendados y las distribuciones típicas por tamaños, según la US BUREAU
RECLAMATION
[1]
.
con el módulo de finura de la arena, influenciando la docilidad y calidad del
acabado del concreto
[1]
.
Los agregados finos, denominados como arenas (figura 1), se definen como las
partículas de agregado menores de 4.75 mm pero mayores de 75 micras, o
también como la porción de material que pasa la malla no. 4 y es retenido en la
malla no. 200. El agregado grueso es conocido como grava (figura 2), y su tamaño
máximo tiene su fundamento en la economía; por lo general se requiere más agua
y más cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores.
El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el
cual debe pasar la mayor parte del agregado. El agregado grueso se define como
las partículas mayores de 4.75 mm, es decir, el retenido en la malla no. 4
[2]
.
Figura 1. Apariencia típica de la arena
[2]
.
Figura 2. Apariencia típica de la grava
[2]
.
De acuerdo con la US BUREAU RECLAMATION, el tamaño máximo del agregado
grueso, condiciona inversamente el contenido de agua y cemento; como se
enseña en la figura 3, la cual está basada en una relación a/c de 0.54 y un
revenido de 3 pulgadas
[1]
. La figura 4, presenta curvas típicas de granulometría
para arena, grava, arena y agregado combinado, así como los límites
recomendados y las distribuciones típicas por tamaños, según la US BUREAU
RECLAMATION
[1]
.
13
Figura 3. Variación de los contenidos de agua, concreto y aire incluido, en mezclas de
concreto con tamaños máximos de agregados
[1]
.
Figura 4. Distribuciones recomendadas y típicas de tamaños de agregados naturales para
mezclas de concreto
[1]
.
Los agregados ligeros son usados para la fabricación de concretos ligeros. Estos
agregados pueden producirse a partir de diversos procesos, a saber
[1, 6]
:
Figura 3. Variación de los contenidos de agua, concreto y aire incluido, en mezclas de
concreto con tamaños máximos de agregados
[1]
.
Figura 4. Distribuciones recomendadas y típicas de tamaños de agregados naturales para
mezclas de concreto
[1]
.
Los agregados ligeros son usados para la fabricación de concretos ligeros. Estos
agregados pueden producirse a partir de diversos procesos, a saber
[1, 6]
:
14
· Expansión de minerales por calor: arcilla, esquisto, pizarra, perlita,
obsidiana y vermiculita.
· Expansión de escorias de alto horno, usando procesos especiales de
enfriamiento.
· Explotación de yacimientos: piedra pómez, escorias, cenizas volcánicas,
toba y diatomita.
· Utilización de cenizas industriales.
Los agregados gruesos son utilizados para la fabricación de concretos pesados,
utilizados en la construcción de reactores nucleares, donde es requerido un gran
blindaje y capacidad estructural. Estos agregados pueden ser obtenidos a partir
de
[1, 6]
:
· Productos de hierro: usando municiones de acero como agregado fino y
punzonados de acero como agregado grueso.
· Explotación de canteras.
· Explotación de yacimientos de minerales: berita, limonita, magnetita.
1.3. EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS
AGREGADOS
El conocimiento de las propiedades de los agregados permite prever el
desempeño del concreto al cual será incorporado. Los ensayos que se realizan al
agregado grueso son: análisis granulométrico (módulo de finura), peso unitario en
volumen del agregado seco y suelto / compactado, densidad relativa del agregado
saturado con superficie seca y seco, porcentaje de vacíos del agregado seco y
suelto / compacto, material fino mayor del tamiz no. 200, absorción de agua a las
24 horas, materia carbonosa, materia orgánica, terrones de arcilla y partículas
friables, determinación de partículas lajosas y elongadas, desgaste en la máquina
de los Ángeles, y estabilidad de rocas basálticas por inmersión en etilen glicol.
Para el agregado fino, se realizan los siguientes ensayos: análisis granulométrico
(módulo de finura), densidad relativa del agregado saturado con superficie seca y
seco, material fino mayor del tamiz no. 200, absorción de agua a las 24 horas,
materia carbonosa, materia orgánica, terrones de arcilla y partículas friables,
equivalente de arena, y método de ensayo de durabilidad por ataque con sulfato
de sodio (figuras 5-9)
[2, 6, 10]
.
Con la presencia de minerales potencialmente reactivos con los álcalis puede
producirse, bajo ciertas condiciones de humedad, temperatura y presencia de
álcalis, la formación de un gel expansivo, el cual se expande ante la existencia de
humedad, provocando fisuras en el concreto y alterando la durabilidad del
mismo
[10-11]
; la reactividad potencial frente a los álcalis del cemento se pueden
· Expansión de minerales por calor: arcilla, esquisto, pizarra, perlita,
obsidiana y vermiculita.
· Expansión de escorias de alto horno, usando procesos especiales de
enfriamiento.
· Explotación de yacimientos: piedra pómez, escorias, cenizas volcánicas,
toba y diatomita.
· Utilización de cenizas industriales.
Los agregados gruesos son utilizados para la fabricación de concretos pesados,
utilizados en la construcción de reactores nucleares, donde es requerido un gran
blindaje y capacidad estructural. Estos agregados pueden ser obtenidos a partir
de
[1, 6]
:
· Productos de hierro: usando municiones de acero como agregado fino y
punzonados de acero como agregado grueso.
· Explotación de canteras.
· Explotación de yacimientos de minerales: berita, limonita, magnetita.
1.3. EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS
AGREGADOS
El conocimiento de las propiedades de los agregados permite prever el
desempeño del concreto al cual será incorporado. Los ensayos que se realizan al
agregado grueso son: análisis granulométrico (módulo de finura), peso unitario en
volumen del agregado seco y suelto / compactado, densidad relativa del agregado
saturado con superficie seca y seco, porcentaje de vacíos del agregado seco y
suelto / compacto, material fino mayor del tamiz no. 200, absorción de agua a las
24 horas, materia carbonosa, materia orgánica, terrones de arcilla y partículas
friables, determinación de partículas lajosas y elongadas, desgaste en la máquina
de los Ángeles, y estabilidad de rocas basálticas por inmersión en etilen glicol.
Para el agregado fino, se realizan los siguientes ensayos: análisis granulométrico
(módulo de finura), densidad relativa del agregado saturado con superficie seca y
seco, material fino mayor del tamiz no. 200, absorción de agua a las 24 horas,
materia carbonosa, materia orgánica, terrones de arcilla y partículas friables,
equivalente de arena, y método de ensayo de durabilidad por ataque con sulfato
de sodio (figuras 5-9)
[2, 6, 10]
.
Con la presencia de minerales potencialmente reactivos con los álcalis puede
producirse, bajo ciertas condiciones de humedad, temperatura y presencia de
álcalis, la formación de un gel expansivo, el cual se expande ante la existencia de
humedad, provocando fisuras en el concreto y alterando la durabilidad del
mismo
[10-11]
; la reactividad potencial frente a los álcalis del cemento se pueden
15
evaluar a partir de tres ensayos: acelerados de barras de mortero, barras de
mortero, prismas de concreto
[10-11]
. Los agregados, bajo esta condición, pueden
también ser evaluados desde los siguientes puntos de vista: reactividad de los
agregados frente a un cemento de alto álcalis, influencia de los distintos tipos de
cemento sobre la expansión producida por la reacción álcalis sílice, e influencia
de la combinación de agregados
[10]
.
Figura 5. Tamices y agregados retenidos en cada uno
[6]
.
Figura 6. Máquina de Los Ángeles
[6]
.
evaluar a partir de tres ensayos: acelerados de barras de mortero, barras de
mortero, prismas de concreto
[10-11]
. Los agregados, bajo esta condición, pueden
también ser evaluados desde los siguientes puntos de vista: reactividad de los
agregados frente a un cemento de alto álcalis, influencia de los distintos tipos de
cemento sobre la expansión producida por la reacción álcalis sílice, e influencia
de la combinación de agregados
[10]
.
Figura 5. Tamices y agregados retenidos en cada uno
[6]
.
Figura 6. Máquina de Los Ángeles
[6]
.
16
Figura 7. Tamices y balanza
[2]
.
Figura 8. Medición de dimensiones en dos sentidos, para agregados gruesos
[2]
.
Figura 9. Equipo para el ensayo de Friabilidad
[2]
.
Figura 7. Tamices y balanza
[2]
.
Figura 8. Medición de dimensiones en dos sentidos, para agregados gruesos
[2]
.
Figura 9. Equipo para el ensayo de Friabilidad
[2]
.
17
Se puede hacer un complemento de los ensayos anteri ores, mediante el
conocimiento de la composición petrográfica y mineralógica; se han reconocido
una serie de minerales, con un contenido máximo, que presentan un potencial
reactivo frente a los álcalis: el cuarzo tensionado, microfracturado, o
microcristalino; el chert y / o calcedonia con trazas de ópalo; la tridimita y / o
cristobalita; el ópalo; el vidrio volcánico y las arcillas esmectíticas
[10]
. En la figura
10, se muestra a manera de ejemplo, el aspecto de un árido calizo antes y
después de ser sometido a disoluciones de sulfato magnésico
[6]
.
Figura 10. Aspecto de un árido de procedencia caliza, antes y después de ser sometido a un
sulfato magnésico
[6]
.
La descripción de una roca que proporciona agregado, debe contener la siguiente
información
[6]
:
· Nombre de la roca.
· Color.
· Tamaño de grano.
· Textura y estructura.
· Estado de meteorización.
· Resistencia (cualitativa).
· Otras características y propiedades.
Por ejemplo, la descripción de la roca de un agregado podrá ser
[6]
: BASALTO gris
oscuro verdoso, de grano fino, con bandeado de flujo muy fino, ligeramente
meteorizado, muy resistente, con disyunción columnar a gran escala. Existen
otras maneras de describir una roca para áridos, algunas metodologías sugieren
[6]
:
por el grado de meteorización; por sus propiedades mecánicas indicando la forma
de la partícula y la resistencia al impacto; por la porosidad, humedad de
saturación, y peso específico normalizados; y por el empleo de términos locales o
tradiciones.
Se puede hacer un complemento de los ensayos anteri ores, mediante el
conocimiento de la composición petrográfica y mineralógica; se han reconocido
una serie de minerales, con un contenido máximo, que presentan un potencial
reactivo frente a los álcalis: el cuarzo tensionado, microfracturado, o
microcristalino; el chert y / o calcedonia con trazas de ópalo; la tridimita y / o
cristobalita; el ópalo; el vidrio volcánico y las arcillas esmectíticas
[10]
. En la figura
10, se muestra a manera de ejemplo, el aspecto de un árido calizo antes y
después de ser sometido a disoluciones de sulfato magnésico
[6]
.
Figura 10. Aspecto de un árido de procedencia caliza, antes y después de ser sometido a un
sulfato magnésico
[6]
.
La descripción de una roca que proporciona agregado, debe contener la siguiente
información
[6]
:
· Nombre de la roca.
· Color.
· Tamaño de grano.
· Textura y estructura.
· Estado de meteorización.
· Resistencia (cualitativa).
· Otras características y propiedades.
Por ejemplo, la descripción de la roca de un agregado podrá ser
[6]
: BASALTO gris
oscuro verdoso, de grano fino, con bandeado de flujo muy fino, ligeramente
meteorizado, muy resistente, con disyunción columnar a gran escala. Existen
otras maneras de describir una roca para áridos, algunas metodologías sugieren
[6]
:
por el grado de meteorización; por sus propiedades mecánicas indicando la forma
de la partícula y la resistencia al impacto; por la porosidad, humedad de
saturación, y peso específico normalizados; y por el empleo de términos locales o
tradiciones.
18
En el estudio de las rocas, es útil la aplicación de técnicas de análisis petrográfico,
con las cuales, cuyas fases son
[12-13]
:
· Inspección y ensayo de estructuras in situ: una vez se realice la localización
de las áreas de la estructura a ser muestreada para el estudio petrográfico,
una inspección visual debe establecer la naturaleza del problema, y sugerir
un número de causas posibles y descartar otras. A partir de esta evaluación
inicial, se seleccionan otros métodos para el estudio de las muestras.
· Inspección inicial: donde se realiza inspección visual, uso de lupa y
estereomicroscopio binocular. Permite observar rasgos inusuales y
proporcionar una descripción general de las características de las muestras,
núcleos, y bloques pulidos.
· Microscopía petrográfica convencional: El microscopio petrográfico
convencional está diseñado para analizar secciones delgadas y pulidas de
concreto de menos de 0.025 mm de espesor. Esta metodología permite el
análisis de las características de los agregados.
La evaluación petrográfica de los agregados del concreto, consiste entonces en un
examen y análisis visual en términos de su litología y propiedades de las
partículas individuales; su procedimiento incluye como se ha mencionado, el uso
de lupas, y microscopios petrográficos y estereoscópico, complementados con
técnicas avanzadas de caracterización como difracción de rayos x, análisis térmico
diferencial y / o microscopía electrónica de barrido. La evaluación petrográfica
abarca los siguientes resultados: abundancia relativa de tipos específicos de rocas
y minerales; cualidades físicas y químicas, como la forma de las partículas, textura
superficial, características de los poros, dureza, y reactividad química potencial;
identificación de recubrimientos; y presencia de sustancias contaminantes
[14]
.
La evaluación petrográfica se ha convertido en una herramienta de evaluación
usada en varias líneas en el campo de los agregados, a saber: investigación,
selección, ensayos, y control de calidad. Ha sido aplicada desde 1936 por el
BUREAU OF RECLAMATION, US DEPARTMENT OF THE INTERIO R
[15-16]
; desde
1940 por el CUERPO DE INGENIEROS DE LOS ESTADOS UNI DOS
[17]
; por los
laboratorios del Ministerio de Transporte de Ontario
[18]
; y por otras agencias
federales de los Estados Unidos relacionadas con la construcción y el transporte;
desde 1954 ha sido adoptada como norma por la ASTM
[19]
.
Mielinz
[19]
, reporta que la evaluación petrográfica debe ser incluida en la
investigación y ensayos de agregados para concreto, que serán usados en la
construcción y en la fabricación de productos de concreto, y elementos
estructurales prefabricados; aplicada en el campo, el método ayuda en la
exploración y muestreo y permite la evaluación preliminar de materiales de
diferentes orígenes. El examen detallado de los agregados en el laboratorio
En el estudio de las rocas, es útil la aplicación de técnicas de análisis petrográfico,
con las cuales, cuyas fases son
[12-13]
:
· Inspección y ensayo de estructuras in situ: una vez se realice la localización
de las áreas de la estructura a ser muestreada para el estudio petrográfico,
una inspección visual debe establecer la naturaleza del problema, y sugerir
un número de causas posibles y descartar otras. A partir de esta evaluación
inicial, se seleccionan otros métodos para el estudio de las muestras.
· Inspección inicial: donde se realiza inspección visual, uso de lupa y
estereomicroscopio binocular. Permite observar rasgos inusuales y
proporcionar una descripción general de las características de las muestras,
núcleos, y bloques pulidos.
· Microscopía petrográfica convencional: El microscopio petrográfico
convencional está diseñado para analizar secciones delgadas y pulidas de
concreto de menos de 0.025 mm de espesor. Esta metodología permite el
análisis de las características de los agregados.
La evaluación petrográfica de los agregados del concreto, consiste entonces en un
examen y análisis visual en términos de su litología y propiedades de las
partículas individuales; su procedimiento incluye como se ha mencionado, el uso
de lupas, y microscopios petrográficos y estereoscópico, complementados con
técnicas avanzadas de caracterización como difracción de rayos x, análisis térmico
diferencial y / o microscopía electrónica de barrido. La evaluación petrográfica
abarca los siguientes resultados: abundancia relativa de tipos específicos de rocas
y minerales; cualidades físicas y químicas, como la forma de las partículas, textura
superficial, características de los poros, dureza, y reactividad química potencial;
identificación de recubrimientos; y presencia de sustancias contaminantes
[14]
.
La evaluación petrográfica se ha convertido en una herramienta de evaluación
usada en varias líneas en el campo de los agregados, a saber: investigación,
selección, ensayos, y control de calidad. Ha sido aplicada desde 1936 por el
BUREAU OF RECLAMATION, US DEPARTMENT OF THE INTERIO R
[15-16]
; desde
1940 por el CUERPO DE INGENIEROS DE LOS ESTADOS UNI DOS
[17]
; por los
laboratorios del Ministerio de Transporte de Ontario
[18]
; y por otras agencias
federales de los Estados Unidos relacionadas con la construcción y el transporte;
desde 1954 ha sido adoptada como norma por la ASTM
[19]
.
Mielinz
[19]
, reporta que la evaluación petrográfica debe ser incluida en la
investigación y ensayos de agregados para concreto, que serán usados en la
construcción y en la fabricación de productos de concreto, y elementos
estructurales prefabricados; aplicada en el campo, el método ayuda en la
exploración y muestreo y permite la evaluación preliminar de materiales de
diferentes orígenes. El examen detallado de los agregados en el laboratorio
19
complementan las pruebas estándares, especialmente para detectar propiedades
adversas, comparar el agregado con agregados ya reportados, explicar resultados
de ensayos y justificarlos, detectar contaminantes, y determinar la eficiencia y
merito relativo de métodos de procesamiento y manufacturación de producción de
agregados. La evaluación petrográfica puede ser aplicada para arenas, grava,
piedra triturada, agregados livianos naturales y sintéticos, y áridos reciclados
[19]
.
1.4. AGREGADOS PARA CONCRETOS COMPACTADOS CON
RODILLOS
En la fabricación de concreto compactado con rodillo (HCR o CCR), los agregados
a utilizar, además de cumplir con los requisitos habituales para un concreto
convencional, es necesario asegurar que la combinación ligante agregado no
conduzca a expansiones deletéreas, y es importante que la resistencia mecánica
de los agregados gruesos, sea lo suficiente para soportar las presiones de
compactación
[20]
.
La granulometría para este tipo de agregado se caracteriza por
[20]
:
· Un tamaño máximo ideal está por el orden de 80 mm, sin embargo se
reportan casos donde se ha utilizado por encima de 150 mm y menores de
40 mm.
· Hay una diferencia en las curvas granulométricas de áridos para concretos
convencionales, especialmente en la fracción fina, recomendándose el
empleo de material fino menor de 0.075 mm entre el 4 y 10%. Se muestra
como ejemplo, en la figura 11, los límites especificados para el Proyecto
Uruguay-I.
· En la mayoría de los proyectos de construcción de presas en HCR, se ha
dividido el agregado de 3 a 5 fracciones según su tamaño máximo, lo que
permite recombinarlos y obtener una granulometría total deseable para
cada proyecto específico (cuadro 1).
· Se ha desarrollado software para realizar el proporcionamiento en forma
inmediata, no sólo para el diseño de mezclas, sino también para compensar
posibles desviaciones en la granulometría de las fracciones acopiadas
durante la producción del concreto
[21]
.
Para CCR de pavimentos, se deben utilizar agregados obtenidos por trituración
mecánica para prevenir la segregación y lograr una mayor capacidad de soporte,
con el fin de darle uso al pavimento una vez se ha terminado la compactación; la
granulometría debe ser densa, continua y estable, recomendándose tamaños finos
entre20 mm, ¾ pulgada, y 38 mm, 1 ½ pulgada
[22]
.
complementan las pruebas estándares, especialmente para detectar propiedades
adversas, comparar el agregado con agregados ya reportados, explicar resultados
de ensayos y justificarlos, detectar contaminantes, y determinar la eficiencia y
merito relativo de métodos de procesamiento y manufacturación de producción de
agregados. La evaluación petrográfica puede ser aplicada para arenas, grava,
piedra triturada, agregados livianos naturales y sintéticos, y áridos reciclados
[19]
.
1.4. AGREGADOS PARA CONCRETOS COMPACTADOS CON
RODILLOS
En la fabricación de concreto compactado con rodillo (HCR o CCR), los agregados
a utilizar, además de cumplir con los requisitos habituales para un concreto
convencional, es necesario asegurar que la combinación ligante agregado no
conduzca a expansiones deletéreas, y es importante que la resistencia mecánica
de los agregados gruesos, sea lo suficiente para soportar las presiones de
compactación
[20]
.
La granulometría para este tipo de agregado se caracteriza por
[20]
:
· Un tamaño máximo ideal está por el orden de 80 mm, sin embargo se
reportan casos donde se ha utilizado por encima de 150 mm y menores de
40 mm.
· Hay una diferencia en las curvas granulométricas de áridos para concretos
convencionales, especialmente en la fracción fina, recomendándose el
empleo de material fino menor de 0.075 mm entre el 4 y 10%. Se muestra
como ejemplo, en la figura 11, los límites especificados para el Proyecto
Uruguay-I.
· En la mayoría de los proyectos de construcción de presas en HCR, se ha
dividido el agregado de 3 a 5 fracciones según su tamaño máximo, lo que
permite recombinarlos y obtener una granulometría total deseable para
cada proyecto específico (cuadro 1).
· Se ha desarrollado software para realizar el proporcionamiento en forma
inmediata, no sólo para el diseño de mezclas, sino también para compensar
posibles desviaciones en la granulometría de las fracciones acopiadas
durante la producción del concreto
[21]
.
Para CCR de pavimentos, se deben utilizar agregados obtenidos por trituración
mecánica para prevenir la segregación y lograr una mayor capacidad de soporte,
con el fin de darle uso al pavimento una vez se ha terminado la compactación; la
granulometría debe ser densa, continua y estable, recomendándose tamaños finos
entre20 mm, ¾ pulgada, y 38 mm, 1 ½ pulgada
[22]
.
20
Figura 11. Límites granulométricos especificados para el Proyecto Uruguay-I
[20]
.
Cuadro 1. Ejemplos de agregados empleados en CCR, para proyectos de presas
[20]
.
Proyecto
de
presa
Diámetro
máximo
(mm)
Número
de
Fracciones
Fracciones
granulométricas
(mm)
Okinawa (Japón) 80 4 0-5, 5-20, 20-40, 40-80
Shin Nakano (Japón) 80 4 0-5, 5-20, 20-40, 40-80
Shin Nakano (Japón) 150 5 0-5, 5-20, 20-40, 40-80, 80-150
Castiblanco (España) 50 4 0-5, 5-12.5, 12.5-25, 25- 50
Morales (España) 80 4 0-5, 5-20, 20-40, 40-80
Morales (España) 40 3 0-5, 5-20, 20-40
Erizana (España) 100 4 0-6, 6-20, 20-50, 50-100
Monkville (USA) 76 2 0-25, 25-76
Willow Creek (USA) 76 3 0-20, 20-38, 38-76
Upper Stillwater (USA) 40 3 0-4, 3/16- ¾, ¾-1 ½
Saco (Brasil) 76 2 0-30, 30-70
1.5. PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS EN LA EVALUACIÓN DE
LA CALIDAD DEL CONCRETO
Una de las pruebas no destructivas para evaluar la calidad del concreto, es la
medición de la velocidad del pulso ultrasónico, la cual fue desarrollada en Canadá
por Leslie y Cheesman, alrededor de 50 años atrás
[23]
. Se han desarrollado
diversos estudios para identificar variables adicionales a la velocidad que
expliquen la varianza independiente en la resistencia, entre ellas la fuente de
Figura 11. Límites granulométricos especificados para el Proyecto Uruguay-I
[20]
.
Cuadro 1. Ejemplos de agregados empleados en CCR, para proyectos de presas
[20]
.
Proyecto
de
presa
Diámetro
máximo
(mm)
Número
de
Fracciones
Fracciones
granulométricas
(mm)
Okinawa (Japón) 80 4 0-5, 5-20, 20-40, 40-80
Shin Nakano (Japón) 80 4 0-5, 5-20, 20-40, 40-80
Shin Nakano (Japón) 150 5 0-5, 5-20, 20-40, 40-80, 80-150
Castiblanco (España) 50 4 0-5, 5-12.5, 12.5-25, 25- 50
Morales (España) 80 4 0-5, 5-20, 20-40, 40-80
Morales (España) 40 3 0-5, 5-20, 20-40
Erizana (España) 100 4 0-6, 6-20, 20-50, 50-100
Monkville (USA) 76 2 0-25, 25-76
Willow Creek (USA) 76 3 0-20, 20-38, 38-76
Upper Stillwater (USA) 40 3 0-4, 3/16- ¾, ¾-1 ½
Saco (Brasil) 76 2 0-30, 30-70
1.5. PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS EN LA EVALUACIÓN DE
LA CALIDAD DEL CONCRETO
Una de las pruebas no destructivas para evaluar la calidad del concreto, es la
medición de la velocidad del pulso ultrasónico, la cual fue desarrollada en Canadá
por Leslie y Cheesman, alrededor de 50 años atrás
[23]
. Se han desarrollado
diversos estudios para identificar variables adicionales a la velocidad que
expliquen la varianza independiente en la resistencia, entre ellas la fuente de
21
origen de los agregados y la relación entre la grava y la arena. Se pueden citar los
estudios realizados por Castellanos, 1985, en cuyo trabajo exploratorio se estudió
la correlación entre la velocidad y la resistencia utilizando concretos preparados
con un agregado de propiedades físicas promedio del área de Yucatán,
obteniendo un coeficiente de correlación r = 0.94, y donde se mantuvieron
constantes las propiedades elásticas de los agregados
[24]
(figura 12); Solís y
Baeza, 2003, quienes obtuvieron una curva de regresión exponencial con r = 0.82
para concretos preparados con seis diferentes muestras de agregados calizos
triturados (figura 13), observándose una alta dispersión entre los datos
experimentales, sin embargo, la variación de las propiedades elásticas de los
agregados, permitió concluir que la variación de los agregados introdujo una
varianza en la resistencia que la velocidad por si misma no puede explicar
[25]
.
Figura 12. Datos y curva de ajuste velocidad resistencia para concretos preparados con un
agregado calizo triturado con características promedio de Yucatán, estudio realizado por
Castellanos, 1985
[24]
.
Figura 13. Datos y curva de ajuste de velocidad resistencia para concretos preparados con
seis agregados de Yucatán, estudio realizado por Solís y Baeza, 2003
[25]
.
origen de los agregados y la relación entre la grava y la arena. Se pueden citar los
estudios realizados por Castellanos, 1985, en cuyo trabajo exploratorio se estudió
la correlación entre la velocidad y la resistencia utilizando concretos preparados
con un agregado de propiedades físicas promedio del área de Yucatán,
obteniendo un coeficiente de correlación r = 0.94, y donde se mantuvieron
constantes las propiedades elásticas de los agregados
[24]
(figura 12); Solís y
Baeza, 2003, quienes obtuvieron una curva de regresión exponencial con r = 0.82
para concretos preparados con seis diferentes muestras de agregados calizos
triturados (figura 13), observándose una alta dispersión entre los datos
experimentales, sin embargo, la variación de las propiedades elásticas de los
agregados, permitió concluir que la variación de los agregados introdujo una
varianza en la resistencia que la velocidad por si misma no puede explicar
[25]
.
Figura 12. Datos y curva de ajuste velocidad resistencia para concretos preparados con un
agregado calizo triturado con características promedio de Yucatán, estudio realizado por
Castellanos, 1985
[24]
.
Figura 13. Datos y curva de ajuste de velocidad resistencia para concretos preparados con
seis agregados de Yucatán, estudio realizado por Solís y Baeza, 2003
[25]
.
22
Un reporte reciente de Solís et al., 2004, usando agregados del área de Mérida,
concluyó que para modelos de predicción de la resistencia del concreto con base
en la velocidad del pulso ultrasónico, la relación a / c fue la principal fuente de
varianza, tanto en la velocidad como en la resistencia, y por lo tanto a ella se
puede atribuir la correlación entre estas variables; y una de las principales fuentes
de dispersión en esta correlación es el índice de calidad de los agregados,
variable que fue definida con base en la principales propiedades de los agregados
mismos [figuras 14-19)
[26]
.
La expresión (2), muestra el modelo final de predicción, donde R es la resistencia,
V es la velocidad, IC es el índice de calidad de los agregados, y A es la cantidad
de agua de la mezcla
[26]
:
R = 0.25 V 33, 058 IC + 1,795 A 904.35 (2)
El índice de calidad, se calculó a partir de la normalización de los valores de las
siguientes propiedades: velocidad, densidad de la grava, densidad de la arena,
porcentaje de finos que pasa la malla 200 en la arena, peso volumétrico seco
compacto de la grava, absorción de la grava, porcentaje de desgaste de la grava,
absorción de la arena, y peso volumétrico seco suelto de la arena. El índice
corresponde al valor promedio de las propiedades normalizadas
[26]
.
Figura 14. Datos y curva de ajuste de velocidad resistencia para los concretos preparados
con seis muestras de agregados
[26]
.
Un reporte reciente de Solís et al., 2004, usando agregados del área de Mérida,
concluyó que para modelos de predicción de la resistencia del concreto con base
en la velocidad del pulso ultrasónico, la relación a / c fue la principal fuente de
varianza, tanto en la velocidad como en la resistencia, y por lo tanto a ella se
puede atribuir la correlación entre estas variables; y una de las principales fuentes
de dispersión en esta correlación es el índice de calidad de los agregados,
variable que fue definida con base en la principales propiedades de los agregados
mismos [figuras 14-19)
[26]
.
La expresión (2), muestra el modelo final de predicción, donde R es la resistencia,
V es la velocidad, IC es el índice de calidad de los agregados, y A es la cantidad
de agua de la mezcla
[26]
:
R = 0.25 V 33, 058 IC + 1,795 A 904.35 (2)
El índice de calidad, se calculó a partir de la normalización de los valores de las
siguientes propiedades: velocidad, densidad de la grava, densidad de la arena,
porcentaje de finos que pasa la malla 200 en la arena, peso volumétrico seco
compacto de la grava, absorción de la grava, porcentaje de desgaste de la grava,
absorción de la arena, y peso volumétrico seco suelto de la arena. El índice
corresponde al valor promedio de las propiedades normalizadas
[26]
.
Figura 14. Datos y curva de ajuste de velocidad resistencia para los concretos preparados
con seis muestras de agregados
[26]
.
23
Figura 15. Datos y curva de ajuste exponencial para los agregados de alta calidad
[26]
.
Figura 16. Concretos con a / c = 0.40
[26]
Figura 15. Datos y curva de ajuste exponencial para los agregados de alta calidad
[26]
.
Figura 16. Concretos con a / c = 0.40
[26]
24
Figura 17. Concretos con a / c = 0.50
[26]
.
Figura 18. Concretos con a / c = 0.60
[26]
.
Figura 17. Concretos con a / c = 0.50
[26]
.
Figura 18. Concretos con a / c = 0.60
[26]
.
25
Figura 19. Concretos con a / c = 0.70
[26]
.
1.6. CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA, MINERALÓGICA Y
GEOQUÍMICA
Es de importancia también el estudio de las propiedades físicas y químicas de los
agregados pétreos y su relación con las propiedades mecánicas de los concretos
hidráulicos; esta propiedades son determinadas a partir de la caracterización
geológica, mineralógica y geoquímica, usando técnicas como la microscopía
óptica, difracción de rayos x, fluorescencia de rayos x, y microscopía electrónica
de barrido
[27]
. A continuación se describen los alcances de cada técnica, cuando
son empleadas en la caracterización de agregados
[27]
:
· La microscopía óptica permite identificar rápidamente la mayoría de las
especies minerales que contienen las rocas, mostrando porosidad, grietas,
y la distribución de los materiales. Presenta limitaciones cuando el material
es de grano grueso, cuando hay minerales poco comunes y requieren
identificación con otras técnicas, y cuando hay bajos porcentajes de
minerales accesorios de importancia. La figura 20, muestra una imagen de
microscopio óptico para una grava de Joyitas, donde se aprecia una
exfoliación perfecta en una dirección y el color blanco con gris característico
de los feldespastos.
· La fluorescencia de rayos x es la técnica empleada para determinar los
elementos componentes de una muestra a través de un análisis cuantitativo
de sus elementos. La muestra es bombardeada con electrones mediante un
Figura 19. Concretos con a / c = 0.70
[26]
.
1.6. CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA, MINERALÓGICA Y
GEOQUÍMICA
Es de importancia también el estudio de las propiedades físicas y químicas de los
agregados pétreos y su relación con las propiedades mecánicas de los concretos
hidráulicos; esta propiedades son determinadas a partir de la caracterización
geológica, mineralógica y geoquímica, usando técnicas como la microscopía
óptica, difracción de rayos x, fluorescencia de rayos x, y microscopía electrónica
de barrido
[27]
. A continuación se describen los alcances de cada técnica, cuando
son empleadas en la caracterización de agregados
[27]
:
· La microscopía óptica permite identificar rápidamente la mayoría de las
especies minerales que contienen las rocas, mostrando porosidad, grietas,
y la distribución de los materiales. Presenta limitaciones cuando el material
es de grano grueso, cuando hay minerales poco comunes y requieren
identificación con otras técnicas, y cuando hay bajos porcentajes de
minerales accesorios de importancia. La figura 20, muestra una imagen de
microscopio óptico para una grava de Joyitas, donde se aprecia una
exfoliación perfecta en una dirección y el color blanco con gris característico
de los feldespastos.
· La fluorescencia de rayos x es la técnica empleada para determinar los
elementos componentes de una muestra a través de un análisis cuantitativo
de sus elementos. La muestra es bombardeada con electrones mediante un
26
haz electrónico de alta energía, apareciendo radiación de rayos x
secundarios cuyo espectro es característico para cada elemento.
· Mediante el análisis por difracción de rayos x se estudia la constitución
estructural y la composición elemental y de fase de las sustancias naturales
allí presentes. Las figuras 21-23, muestran las difracciones de rayos x, para
una arena de Joyitas, una grava de Joyitas, y una ceniza volcánica,
respectivamente.
· La utilización de la microscopía electrónica de barrido, permite estudiar las
particularidades superfinas de morfología de partículas pequeñas de
minerales, las superficies de las caras, interfase y fracturas, la variación en
las propiedades de diferentes muestras, así como la estructura interna de
los materiales. También se puede estudiar las estructura de los minerales
finamente dispersos, criptocristalinos y amorfos.
Figura 20. Imagen de microscopio óptico para grava de Joyitas
[27]
.
Figura 21. Difracción de rayos x, para una arena de Joyitas
[27]
.
haz electrónico de alta energía, apareciendo radiación de rayos x
secundarios cuyo espectro es característico para cada elemento.
· Mediante el análisis por difracción de rayos x se estudia la constitución
estructural y la composición elemental y de fase de las sustancias naturales
allí presentes. Las figuras 21-23, muestran las difracciones de rayos x, para
una arena de Joyitas, una grava de Joyitas, y una ceniza volcánica,
respectivamente.
· La utilización de la microscopía electrónica de barrido, permite estudiar las
particularidades superfinas de morfología de partículas pequeñas de
minerales, las superficies de las caras, interfase y fracturas, la variación en
las propiedades de diferentes muestras, así como la estructura interna de
los materiales. También se puede estudiar las estructura de los minerales
finamente dispersos, criptocristalinos y amorfos.
Figura 20. Imagen de microscopio óptico para grava de Joyitas
[27]
.
Figura 21. Difracción de rayos x, para una arena de Joyitas
[27]
.
27
Figura 22. Difracción de rayos x, para una grava de Joyitas
[27]
.
Figura 23. Difracción de rayos x, para una ceniza volcánica
[27]
.
Figura 22. Difracción de rayos x, para una grava de Joyitas
[27]
.
Figura 23. Difracción de rayos x, para una ceniza volcánica
[27]
.
28
1.7. ARIDOS RECICLADOS
La producción de concreto también puede realizarse mediante el empleo de áridos
reciclados
[4-5]
. Algunos estudios han realizado procesos de reciclado en planta y
en laboratorio
[4-5]
, y han realizado comparaciones en el uso de éstos y de naturales
de diferentes procedencias. Conclusiones sobre la comparación de áridos
reciclados y naturales, son descritas a continuación
[4]
:
· Se presentan curvas granulométricas similares (figura 24).
· Los áridos reciclados en planta presentan un menor contenido de finos con
respecto al de laboratorio, debido al proceso industrial y lavado previo al
cual es sometido (figura 25). Los áridos reciclados en general presentan
mayor contenido de finos ya que estos se generan du rante su
manipulación, además de la aportación del mortero adherido procedente de
las pastas en concretos reciclados. Este mortero también incide en el
coeficiente de friabilidad, como se muestra en la figura 26. Sin embargo, en
el ensayo de determinación de partículas blandas, este mortero rayado por
el cuzín del esclerómetro, clasifica dichas partículas como blandas, no
determinándose la dureza real del árido reciclado.
· El coeficiente de desgaste de los Ángeles de áridos reciclados es mayor
que el de los naturales, debido a que en el ensayo se elimina el mortero
adherido al árido (figura 27).
· La pasta de mortero adherida al árido reciclado, incide en la presencia de
mayores valores de absorción de agua, como es mostrado en la figura 28.
· El coeficiente de forma es similar para los diferentes tipos de áridos (figura
29).
Figura 24. Granulometría de áridos naturales y reciclados comparados
[4]
1.7. ARIDOS RECICLADOS
La producción de concreto también puede realizarse mediante el empleo de áridos
reciclados
[4-5]
. Algunos estudios han realizado procesos de reciclado en planta y
en laboratorio
[4-5]
, y han realizado comparaciones en el uso de éstos y de naturales
de diferentes procedencias. Conclusiones sobre la comparación de áridos
reciclados y naturales, son descritas a continuación
[4]
:
· Se presentan curvas granulométricas similares (figura 24).
· Los áridos reciclados en planta presentan un menor contenido de finos con
respecto al de laboratorio, debido al proceso industrial y lavado previo al
cual es sometido (figura 25). Los áridos reciclados en general presentan
mayor contenido de finos ya que estos se generan du rante su
manipulación, además de la aportación del mortero adherido procedente de
las pastas en concretos reciclados. Este mortero también incide en el
coeficiente de friabilidad, como se muestra en la figura 26. Sin embargo, en
el ensayo de determinación de partículas blandas, este mortero rayado por
el cuzín del esclerómetro, clasifica dichas partículas como blandas, no
determinándose la dureza real del árido reciclado.
· El coeficiente de desgaste de los Ángeles de áridos reciclados es mayor
que el de los naturales, debido a que en el ensayo se elimina el mortero
adherido al árido (figura 27).
· La pasta de mortero adherida al árido reciclado, incide en la presencia de
mayores valores de absorción de agua, como es mostrado en la figura 28.
· El coeficiente de forma es similar para los diferentes tipos de áridos (figura
29).
Figura 24. Granulometría de áridos naturales y reciclados comparados
[4]
29
Figura 25. Contenido de finos
[4]
.
Figura 26. Coeficiente de friabilidad
[4]
.
Figura 27. Coeficiente de desgaste de los Ángeles
[4]
.
Figura 25. Contenido de finos
[4]
.
Figura 26. Coeficiente de friabilidad
[4]
.
Figura 27. Coeficiente de desgaste de los Ángeles
[4]
.
30
Figura 28. Absorción de agua
[4]
.
Figura 29. Coeficiente de forma
[4]
.
Los áridos reciclados, deben cumplir con propiedades para su óptimo uso en el
concreto; estas propiedades son: granulometría, resistencia estática, coeficiente
de forma, resistencia a la abrasión, contenido de cloruros, contenido de hierro y
vanadio, inestabilidad potencial debida a calcio y hierro, contenido de arcilla
expansiva, y resistencia a las heladas
[5]
.
La presencia de contaminantes en los áridos reciclados debe evaluarse para
controlar los efectos sobre el nuevo concreto, considerando que pueden llegar a
disminuir, incluso para los valores admitidos, hasta un 15% de la resistencia de
Figura 28. Absorción de agua
[4]
.
Figura 29. Coeficiente de forma
[4]
.
Los áridos reciclados, deben cumplir con propiedades para su óptimo uso en el
concreto; estas propiedades son: granulometría, resistencia estática, coeficiente
de forma, resistencia a la abrasión, contenido de cloruros, contenido de hierro y
vanadio, inestabilidad potencial debida a calcio y hierro, contenido de arcilla
expansiva, y resistencia a las heladas
[5]
.
La presencia de contaminantes en los áridos reciclados debe evaluarse para
controlar los efectos sobre el nuevo concreto, considerando que pueden llegar a
disminuir, incluso para los valores admitidos, hasta un 15% de la resistencia de
31
diseño del concreto; la presencia de yeso provoca fenómenos expansivos; la
presencia de cloruros requiere de un lavado cuando supera los límites
establecidos; concentraciones menores del 10% en vidrio, mampostería de ladrillo
y cerámica, tienen influencia significativa
[5]
.
1.8. NORMATIVIDAD PARA ESPECIFICACIONES Y CALIDAD
DEL AGREGADO
A continuación se enuncian los ensayos que normalmente se efectúan a los
agregados para poder especificar y analizar sus características, basándose en
normas mínimas
[9-10, 28]
.
1.8.1. Ensayos frecuentemente especificados
· INCONTEC 77: Granulometría o tamizado de material es
granulados.
· INCONTEC 78: Determinación del porcentaje de mate rial que
pasa el tamiz # 200 (INCONTEC 74) por el método del lavado.
· INCONTEC 176: Determinación de la densidad y abso rción de
agregados gruesos.
· INCONTEC 237: Determinación de la densidad y abso rción de
agregados finos.
· INCONTEC 1776: Determinación de la humedad de los agregados.
· INCONTEC 92: Determinación de la masa unitaria de los
agregados.
· INCONTEC 93-98: Determinación de la resistencia a l desgaste de
agregados en la máquina de Los Ángeles.
· INCONTEC 183: Dureza Ensayo de rayado.
· INCONTEC 175: Determinación de la reactividad pot encial de los
agregados.
· INCONTEC 177: Determinación del porcentaje de gru mos de
arcilla en agregados.
· INCONTEC 127-579: Determinación del contenido apro ximado de
materia orgánica en arenas.
· INCONTEC 130: Método para determinar la cantidad de partículas livianas
en los agregados.
· INCONTEC 589: Determinación del porcentaje de terrones de arcilla y
partículas deleznables.
· INCONTEC 126: Determinación de la sanidad de los a gregados, para
ataque con sulfato de sodio o sulfato de magnesio.
diseño del concreto; la presencia de yeso provoca fenómenos expansivos; la
presencia de cloruros requiere de un lavado cuando supera los límites
establecidos; concentraciones menores del 10% en vidrio, mampostería de ladrillo
y cerámica, tienen influencia significativa
[5]
.
1.8. NORMATIVIDAD PARA ESPECIFICACIONES Y CALIDAD
DEL AGREGADO
A continuación se enuncian los ensayos que normalmente se efectúan a los
agregados para poder especificar y analizar sus características, basándose en
normas mínimas
[9-10, 28]
.
1.8.1. Ensayos frecuentemente especificados
· INCONTEC 77: Granulometría o tamizado de material es
granulados.
· INCONTEC 78: Determinación del porcentaje de mate rial que
pasa el tamiz # 200 (INCONTEC 74) por el método del lavado.
· INCONTEC 176: Determinación de la densidad y abso rción de
agregados gruesos.
· INCONTEC 237: Determinación de la densidad y abso rción de
agregados finos.
· INCONTEC 1776: Determinación de la humedad de los agregados.
· INCONTEC 92: Determinación de la masa unitaria de los
agregados.
· INCONTEC 93-98: Determinación de la resistencia a l desgaste de
agregados en la máquina de Los Ángeles.
· INCONTEC 183: Dureza Ensayo de rayado.
· INCONTEC 175: Determinación de la reactividad pot encial de los
agregados.
· INCONTEC 177: Determinación del porcentaje de gru mos de
arcilla en agregados.
· INCONTEC 127-579: Determinación del contenido apro ximado de
materia orgánica en arenas.
· INCONTEC 130: Método para determinar la cantidad de partículas livianas
en los agregados.
· INCONTEC 589: Determinación del porcentaje de terrones de arcilla y
partículas deleznables.
· INCONTEC 126: Determinación de la sanidad de los a gregados, para
ataque con sulfato de sodio o sulfato de magnesio.
32
1.8.2. Ensayos particularmente especificados
· ASTM C-295: Observación visual y análisis petrogr áfico.
· CRD C-119: Determinación de relaciones dimension ales por
medio de calibradores (forma de las partículas).
· ASTM C-127, C-128: Determinación de la porosidad a partir de los
pesos específicos real y aparente de las partículas.
· ASTM D-3: Determinación de la tenacidad a partir de
cilindros de roca.
· CRD C-124: Calor específico, método de mezclas.
1.8.3. Ensayos del Instituto Argentino de Normalización
· IRAM 1512: Agregado fino natural para hormigon de cemento portland.
· IRAM 1627: Granulometria de los agregados para hormigones.
· IRAM 1637: Determinación de la reactividad alcalina potencial usando el
método de la barra de mortero.
· IRAM 1648: Método de ensayo de inhibidores minerales.
· IRAM 1649: Examen petrografico de agregados para hormigones.
· IRAM 1671: Cemento Pórtland resistente a la reacción álcalis-agregado.
· IRAM 1674: Determinación de la reactividad alcalina potencial en
agregados usando el método acelerado de la barra de mortero.
· IRAM 1700: Determinación del cambio de longitud en prismas de
hormigón, debido a la reacción álcalis-agregado.
1.8.4. Ensayos Normalizados para la Unión Europea
· UNE-EN 933-1: Determinación de la granulometría de las partículas
usando el método del tamizado.
· UNE-EN 933-3: Determinación de la forma de las partículas, usando el
índice de Lajas.
· UNE-EN 933-4: Determinación de la forma de las partículas, usando el
coeficiente de forma.
· UNE-EN 933-5: Determinación de porcentaje de caras de fractura de las
partículas de áridos grueso.
· UNE-EN 933-6: Evaluación de las características superficiales, usando
el coeficiente del flujo de los áridos.
· UNE-EN 933-8: Evaluación de finos, usando el ensayo del equivalente
de arena.
· UNE-EN 933-9: Evaluación de los finos, usando el ensayo de azul de
metileno.
1.8.2. Ensayos particularmente especificados
· ASTM C-295: Observación visual y análisis petrogr áfico.
· CRD C-119: Determinación de relaciones dimension ales por
medio de calibradores (forma de las partículas).
· ASTM C-127, C-128: Determinación de la porosidad a partir de los
pesos específicos real y aparente de las partículas.
· ASTM D-3: Determinación de la tenacidad a partir de
cilindros de roca.
· CRD C-124: Calor específico, método de mezclas.
1.8.3. Ensayos del Instituto Argentino de Normalización
· IRAM 1512: Agregado fino natural para hormigon de cemento portland.
· IRAM 1627: Granulometria de los agregados para hormigones.
· IRAM 1637: Determinación de la reactividad alcalina potencial usando el
método de la barra de mortero.
· IRAM 1648: Método de ensayo de inhibidores minerales.
· IRAM 1649: Examen petrografico de agregados para hormigones.
· IRAM 1671: Cemento Pórtland resistente a la reacción álcalis-agregado.
· IRAM 1674: Determinación de la reactividad alcalina potencial en
agregados usando el método acelerado de la barra de mortero.
· IRAM 1700: Determinación del cambio de longitud en prismas de
hormigón, debido a la reacción álcalis-agregado.
1.8.4. Ensayos Normalizados para la Unión Europea
· UNE-EN 933-1: Determinación de la granulometría de las partículas
usando el método del tamizado.
· UNE-EN 933-3: Determinación de la forma de las partículas, usando el
índice de Lajas.
· UNE-EN 933-4: Determinación de la forma de las partículas, usando el
coeficiente de forma.
· UNE-EN 933-5: Determinación de porcentaje de caras de fractura de las
partículas de áridos grueso.
· UNE-EN 933-6: Evaluación de las características superficiales, usando
el coeficiente del flujo de los áridos.
· UNE-EN 933-8: Evaluación de finos, usando el ensayo del equivalente
de arena.
· UNE-EN 933-9: Evaluación de los finos, usando el ensayo de azul de
metileno.
33
· UNE-EN 933-10: Evaluación de los finos, usando la granulometría de los
fillers.
· UNE-EN 1097-1: Determinación de la resistencia al desgaste, usando
Micro Deval.
· UNE-EN 1097-2: Determinación de la resistencia a la fragmentación,
usando el ensayo de Los Ángeles.
· UNE-EN 1097-3: Determinación de la densidad aparente y la porosidad.
· UNE-EN 1097-4: Determinación de la porosidad del f iller seco
compactado.
· UNE-EN 1097-5: Determinación del contenido de hume dad por secado
en estufa.
· UNE-EN 1097-6: Determinación de la densidad de par tículas y la
absorción de agua, usando el picnómetro.
· UNE-EN 1097-8: Determinación del coeficiente de pulimento acelerado.
· UNE-EN 1097-9: Determinación de la resistencia al desgaste por
abrasión por neumático claveteado, usando el ensayo nórdico.
· UNE-EN 1367-1: Determinación de la resistencia a ciclos de hielo y
deshielo.
· UNE-EN 1367-2: Ensayo de sulfato de magnesio.
· UNE-EN 1367-3: Ensayo de ebullición para los basaltos.
· UNE-EN 1367-4: Determinación de la retracción por secado.
· UNE-EN 1367-5: Determinación de la resistencia al choque térmico.
· UNE-EN 1744-1: Determinación de propiedades químicas de los áridos.
1.9. BIBLIOGRAFÍA
[1]JONES, R.C.; Materiales de Construcción. Sección 5. pp5.1-5.51, En:
Manual
del Ingeniero Civil, MERRIT, F.S., (Editor). McGraw-Hill. México, 1984, 3
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Politécnica de Madrid. Madrid, 18 de marzo de 2003. Presentación en Power
Point.
[3]SALAZAR J., A.; Panorama del uso de las puzolanas en Colombia. En:
Reunión del Concreto 1994. Asocreto. Memorias Técnicas, Tomo 4: Materiales y
patología.
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hormigones preparados con áridos reciclados. Universidad Politécnica de Madrid.
Madrid, 2006, 14p.
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reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición (I). En:
Materiales, pp41-46. Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja.
· UNE-EN 933-10: Evaluación de los finos, usando la granulometría de los
fillers.
· UNE-EN 1097-1: Determinación de la resistencia al desgaste, usando
Micro Deval.
· UNE-EN 1097-2: Determinación de la resistencia a la fragmentación,
usando el ensayo de Los Ángeles.
· UNE-EN 1097-3: Determinación de la densidad aparente y la porosidad.
· UNE-EN 1097-4: Determinación de la porosidad del f iller seco
compactado.
· UNE-EN 1097-5: Determinación del contenido de hume dad por secado
en estufa.
· UNE-EN 1097-6: Determinación de la densidad de par tículas y la
absorción de agua, usando el picnómetro.
· UNE-EN 1097-8: Determinación del coeficiente de pulimento acelerado.
· UNE-EN 1097-9: Determinación de la resistencia al desgaste por
abrasión por neumático claveteado, usando el ensayo nórdico.
· UNE-EN 1367-1: Determinación de la resistencia a ciclos de hielo y
deshielo.
· UNE-EN 1367-2: Ensayo de sulfato de magnesio.
· UNE-EN 1367-3: Ensayo de ebullición para los basaltos.
· UNE-EN 1367-4: Determinación de la retracción por secado.
· UNE-EN 1367-5: Determinación de la resistencia al choque térmico.
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Politécnica de Madrid. Madrid, 18 de marzo de 2003. Presentación en Power
Point.
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Reunión del Concreto 1994. Asocreto. Memorias Técnicas, Tomo 4: Materiales y
patología.
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hormigones preparados con áridos reciclados. Universidad Politécnica de Madrid.
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34
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Tecnología de áridos. Escuela Politécnica de Madrid. Madrid, 2005 2006.
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[8]Los áridos (I). En: Edificación, año III, no. 27, Diciembre de 2003, pp3.
[9]ITG-ITCL; Guía metodológica para el aseguramiento de la medida, sector
construcción (producción de áridos). Instituto Tecnológico de Galicia. Instituto
Tecnológico de Castilla y León. 87p.
[10]RUIZ, A.P.; FAVA, C.; Estudio de fuentes de agregados de la República de
Argentina. Centro Técnico Loma Negra. 5p.
[11]ADAMS, N.; STONES, D.B.; Tecnología del litio como solución a la reacción
álcali sílice (ASR). En: Revista Noticreto, no. 66, Enero Abril, 2003, pp46-50.
[12]St. JOHN, D.A.; POOLE, A.B.; SIENS, I.; Concrete Petrography: A
Handbook of Investigative Techniques. Edward Arnold. London, 1998.
[13]GIRALDO, J.J.; PÉREZ, R.V.; Petrografía: ciencia aplicada al estudio del
concreto y sus materias primas. En: Revista Noticreto, no. 61, Diciembre, 2001,
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and Mineralogical Characteristics of Aggregates in Very High-Strength Concrete.
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Identifying Reactive Concrete Aggregates. Proceedings, American Society for
Testing and Materials, Philadelphia, Vol. 48, 1948, pp 1071-1103.
[16]DEPUY, G.W.; Petrographic Investigations of Concrete and Concrete
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Ontario. Petrography Applied to Concrete and Concrete Aggregates, ASTM STP
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computer-based method to fit a desired grading. In: Material and Structures. Vol.
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[9]ITG-ITCL; Guía metodológica para el aseguramiento de la medida, sector
construcción (producción de áridos). Instituto Tecnológico de Galicia. Instituto
Tecnológico de Castilla y León. 87p.
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Argentina. Centro Técnico Loma Negra. 5p.
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álcali sílice (ASR). En: Revista Noticreto, no. 66, Enero Abril, 2003, pp46-50.
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concreto y sus materias primas. En: Revista Noticreto, no. 61, Diciembre, 2001,
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and Mineralogical Characteristics of Aggregates in Very High-Strength Concrete.
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Identifying Reactive Concrete Aggregates. Proceedings, American Society for
Testing and Materials, Philadelphia, Vol. 48, 1948, pp 1071-1103.
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Aggregates, ASTM STP 1061, ERLIN, B.; STARK, D.; (Editors), American Society
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Aggregates for Concrete. Proceedings, American Society for Testing and
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Ontario. Petrography Applied to Concrete and Concrete Aggregates, ASTM STP
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31, pp341-364.
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35
[22]DE LA ROSA, S.J.; Pavimentos de concreto compactado con rodillos
CCR. En: Revista Noticreto, no. 19, marzo de 1980, pp23-25.
[23]MALHOTRA, V.M.; CARINO. N.J.; Handbook on nondestructive testing of
concrete. CRC Press. Boca Raton, 1991.
[24]CASTELLANOS, G.; Aplicaciones del método de velocidad de pulso
ultrasónico correlacionado con la resistencia a la compresión para la evaluación de
la calidad del concreto hidráulico. Tesis (Maestro en Ciencias). Universidad
Autónoma de Yucatán, 1985.
[25]SOLÍS C., R.G.; BAEZA, J.; Influencia de las propiedades físicas de los
agregados en la técnica de pulso ultrasónico para predecir la resistencia a la
compresión del concreto. En: Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería. Vol.
26, no. 1, pp44-55.
[26]SOLÍS C., R.G.; MORENO, E.I.; CASTILLO P., W.R. ; Predicción de la
resistencia del concreto con base en la velocidad de pulso ultrasónico y un índice
de calidad de los agregados. En: Ingeniería Revista Académica, mayo agosto,
Vol. 8, no. 2, 2004, pp41-52.
[27]MARTÍNEZ, W.; CHÁVEZ, H.L.; OSTROUMOV, M.; VELA SCO, F.; RUBIO,
C.; VALENCIA, L.E.; ALONSO, E.; MARTÍNEZ, L.; CASTA ÑO V.; Incremento
de trabajabilidad de concreto hidráulico adicionando cenizas volcánicas en
sustitución a los finos. 12p. PDF.
[28]SÁNCHEZ DG., D.; Tecnología del concreto y del mortero. Biblioteca de la
Construcción. Bhandar Editores Ltda. Santafé de Bogotá, 1993, pp65-108.
[22]DE LA ROSA, S.J.; Pavimentos de concreto compactado con rodillos
CCR. En: Revista Noticreto, no. 19, marzo de 1980, pp23-25.
[23]MALHOTRA, V.M.; CARINO. N.J.; Handbook on nondestructive testing of
concrete. CRC Press. Boca Raton, 1991.
[24]CASTELLANOS, G.; Aplicaciones del método de velocidad de pulso
ultrasónico correlacionado con la resistencia a la compresión para la evaluación de
la calidad del concreto hidráulico. Tesis (Maestro en Ciencias). Universidad
Autónoma de Yucatán, 1985.
[25]SOLÍS C., R.G.; BAEZA, J.; Influencia de las propiedades físicas de los
agregados en la técnica de pulso ultrasónico para predecir la resistencia a la
compresión del concreto. En: Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería. Vol.
26, no. 1, pp44-55.
[26]SOLÍS C., R.G.; MORENO, E.I.; CASTILLO P., W.R. ; Predicción de la
resistencia del concreto con base en la velocidad de pulso ultrasónico y un índice
de calidad de los agregados. En: Ingeniería Revista Académica, mayo agosto,
Vol. 8, no. 2, 2004, pp41-52.
[27]MARTÍNEZ, W.; CHÁVEZ, H.L.; OSTROUMOV, M.; VELA SCO, F.; RUBIO,
C.; VALENCIA, L.E.; ALONSO, E.; MARTÍNEZ, L.; CASTA ÑO V.; Incremento
de trabajabilidad de concreto hidráulico adicionando cenizas volcánicas en
sustitución a los finos. 12p. PDF.
[28]SÁNCHEZ DG., D.; Tecnología del concreto y del mortero. Biblioteca de la
Construcción. Bhandar Editores Ltda. Santafé de Bogotá, 1993, pp65-108.
36
2. TEORÍAS SOBRE GRANULOMETRÍAS
CONTÍNUAS IDEALES
1
Se han realizado diversas investigaciones para la obtención de una buena
granulometría de agregados para concreto, las cuales en su mayoría se basan en
la capacidad de acomodamiento y compactación de las partículas dentro de un
volumen dado para lograr una máxima densidad y una máxima resistencia, que se
define como compacidad.
2.1. PRINCIPIO DE GRADACIÓN DE FULLER Y THOMPSON
En 1907, Fuller y Thompson, publicaron en Estados Unidos el documento The
Laws of Proportioning Concrete, el cual se constituyó en el punto de partida de
todos los desarrollos teóricos de curvas de granulometría; éste se basa en un
comportamiento elíptico en su fracción fina, de la curva de gradación ideal de toda
la masa, incluyendo el aglomerante, y que converge en una línea recta tangente a
la elipse.
La ecuación general para la parte elíptica de la curva, está dada por:
(y b)
2
/ b
2
+ (x a)
2
/ a
2
= 1 (3)
donde, y es el porcentaje de material que pasa el tamiz de abertura x; a y b son
constantes que representan los ejes de la elipse y su valor depende del tamaño
máximo (D) del agregado y de la forma de las partículas. Las constantes se
caracterizan de tal manera que al ser más angulosas las partículas, más amplio es
el porcentaje de material fino representado por la parte elíptica. En el cuadro 2, se
muestran los valores de las constantes a y b.
Cuadro 2. Valores de las constantes a y b, que representan la parte elíptica de la ecuación
Fuller Thompson.
Clase de material a b
Agregados de canto rodado 0.164 D 28.6
Arena natural y grava triturada 0.150 D 30.4
Arena y grava trituradas 0.147 D 30.8
En la curva ideal de Fuller Thompson, se encuentra un valor de x = 0.074 mm
para un valor de y del 7%, es decir, que el 7% de la masa está constituido por
partículas de diámetro inferior a 0.074 mm, o pasa tamiz 200 más el cemento;
para algunos autores, la obtención de la curva para solo el agregado, se obtiene al
restarse la porción de cemento en cada caso y tomar el resto como 100%. Esto
1
Este capítulo está basado en la referencia [1], con incorporaciones bibliográficas en la sección 4.
2. TEORÍAS SOBRE GRANULOMETRÍAS
CONTÍNUAS IDEALES
1
Se han realizado diversas investigaciones para la obtención de una buena
granulometría de agregados para concreto, las cuales en su mayoría se basan en
la capacidad de acomodamiento y compactación de las partículas dentro de un
volumen dado para lograr una máxima densidad y una máxima resistencia, que se
define como compacidad.
2.1. PRINCIPIO DE GRADACIÓN DE FULLER Y THOMPSON
En 1907, Fuller y Thompson, publicaron en Estados Unidos el documento The
Laws of Proportioning Concrete, el cual se constituyó en el punto de partida de
todos los desarrollos teóricos de curvas de granulometría; éste se basa en un
comportamiento elíptico en su fracción fina, de la curva de gradación ideal de toda
la masa, incluyendo el aglomerante, y que converge en una línea recta tangente a
la elipse.
La ecuación general para la parte elíptica de la curva, está dada por:
(y b)
2
/ b
2
+ (x a)
2
/ a
2
= 1 (3)
donde, y es el porcentaje de material que pasa el tamiz de abertura x; a y b son
constantes que representan los ejes de la elipse y su valor depende del tamaño
máximo (D) del agregado y de la forma de las partículas. Las constantes se
caracterizan de tal manera que al ser más angulosas las partículas, más amplio es
el porcentaje de material fino representado por la parte elíptica. En el cuadro 2, se
muestran los valores de las constantes a y b.
Cuadro 2. Valores de las constantes a y b, que representan la parte elíptica de la ecuación
Fuller Thompson.
Clase de material a b
Agregados de canto rodado 0.164 D 28.6
Arena natural y grava triturada 0.150 D 30.4
Arena y grava trituradas 0.147 D 30.8
En la curva ideal de Fuller Thompson, se encuentra un valor de x = 0.074 mm
para un valor de y del 7%, es decir, que el 7% de la masa está constituido por
partículas de diámetro inferior a 0.074 mm, o pasa tamiz 200 más el cemento;
para algunos autores, la obtención de la curva para solo el agregado, se obtiene al
restarse la porción de cemento en cada caso y tomar el resto como 100%. Esto
1
Este capítulo está basado en la referencia [1], con incorporaciones bibliográficas en la sección 4.
37
genera una curva de tendencia parabólica, la cual se denomina parábola de Fuller
Thompson y se expresa como:
P = 100 √(d/D) = 100 [d/D]
½
(4)
En donde, P es el porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d; y D
es el tamaño máximo del agregado. Se ha observado que los agregados gradados
a través de la ecuación (4) dan lugar a mezclas ásperas y poco manejables en
estado plástico debido a la falta de finos, especialmente para concretos con bajo
contenido de cemento.
2.2. TEORÍA DE WEYMOUTH
C.A.G. Weymouth publicó en 1933 la obra Effect of particle inference in mortars
concrete, en la cual además de exponerse sobre las mezclas de concreto, se
muestra el efecto de la partícula de interferencia en los requerimientos de agua y
trabajabilidad, así como la tendencia de los diferentes tamaños de las partículas a
segregarse. Después de numerosas investigaciones, Weymouth concluyó que
para obtener una adecuada trabajabilidad con una máxima economía, los granos
de un solo tamaño deben tener espacio suficiente para moverse dentro del
espacio dejado por los granos del tamaño subsiguiente mayor, evitando de esta
manera la interferencia de las partículas.
Esta ley de gradación, se expresa como:
P = 100 [d/D]
n
(5)
En donde, P es el porcentaje que pasa por el tamiz d; D es el tamaño máximo del
agregado; y n es un exponente que gobierna la distribución de las partículas y es
función del agregado grueso. De acuerdo con García, 1968 (Citado por Sánchez,
1993), los valores de n, son función del tamaño, como se muestra en el cuadro 3.
Cuadro 3. Valores de n para la ecuación de Weymouth en función del tamaño.
Tamaño d n
3 0.230
1 ½ 0.268
¾ 0.292
⅜ 0.304
No. 4 No. 100 0.350
genera una curva de tendencia parabólica, la cual se denomina parábola de Fuller
Thompson y se expresa como:
P = 100 √(d/D) = 100 [d/D]
½
(4)
En donde, P es el porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d; y D
es el tamaño máximo del agregado. Se ha observado que los agregados gradados
a través de la ecuación (4) dan lugar a mezclas ásperas y poco manejables en
estado plástico debido a la falta de finos, especialmente para concretos con bajo
contenido de cemento.
2.2. TEORÍA DE WEYMOUTH
C.A.G. Weymouth publicó en 1933 la obra Effect of particle inference in mortars
concrete, en la cual además de exponerse sobre las mezclas de concreto, se
muestra el efecto de la partícula de interferencia en los requerimientos de agua y
trabajabilidad, así como la tendencia de los diferentes tamaños de las partículas a
segregarse. Después de numerosas investigaciones, Weymouth concluyó que
para obtener una adecuada trabajabilidad con una máxima economía, los granos
de un solo tamaño deben tener espacio suficiente para moverse dentro del
espacio dejado por los granos del tamaño subsiguiente mayor, evitando de esta
manera la interferencia de las partículas.
Esta ley de gradación, se expresa como:
P = 100 [d/D]
n
(5)
En donde, P es el porcentaje que pasa por el tamiz d; D es el tamaño máximo del
agregado; y n es un exponente que gobierna la distribución de las partículas y es
función del agregado grueso. De acuerdo con García, 1968 (Citado por Sánchez,
1993), los valores de n, son función del tamaño, como se muestra en el cuadro 3.
Cuadro 3. Valores de n para la ecuación de Weymouth en función del tamaño.
Tamaño d n
3 0.230
1 ½ 0.268
¾ 0.292
⅜ 0.304
No. 4 No. 100 0.350
38
2.3. TEORÍA DE BOLOMEY
Bolomey en 1947, realizó una modificación a la teoría de Fuller Thompson, lo
que conllevó a la obtención de una gradación con mayor contenido de finos dentro
de la masa del agregado, pero sin exceso, con el objeto de eliminar la aspereza y
mejorar la manejabilidad de la mezcla de concreto en estado plástico. La
expresión que gobierna esta teoría es:
P = f + (100 f) x (d/D)
½
(6)
Donde f es una constante empírica que indica el grado de trabajabilidad de una
mezcla de concreto para una consistencia y una forma determinada de las
partículas, los cuales se muestran en el cuadro 4.
Cuadro 4. Valores de f según la teoría de Bolomey.
Forma de las partículas Consistencia del
concreto en estado plástico
del agregado Seca (tierra húmeda) Normal (plástico) Húmeda (fuida)
Redonda 6 8 10 12
Cúbica 8 10 12 14 14 16
2.4. OTRAS TEORÍAS DE GRADACIÓN
En 1929, los investigadores Andreasen y Anderson demostraron que cuando los
tamaños de agregados descienden a cero, el contenido de vacíos presentes
depende solamente del valor del exponente de la familia parabólica, la cual es
independiente del tamaño máximo D; entre mas pequeñ o sea el valor del
exponente, más pequeño es el contenido de vacíos. Por otra parte, si el exponente
tiende a infinito, entonces el agregado tiende a un tamaño único, creciendo de
esta forma el contenido de vacíos. Sin embargo, en la práctica esto no es
necesariamente cierto, debido a la inhabilidad que presentan las partículas más
pequeñas para formar una masa densa.
De acuerdo con Sanguino, 1973 (citado por Sánchez, 1993) y Sánchez, 1993, las
curvas de cribado determinadas experimentalmente pa ra densidades de
empaquetamiento (masas unitarias) de agregados de composición granulométrica
bien definida, tanto de material en estado suelto como compactado, responden a
la expresión (5), en la que el exponente n, tomó valores de 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5,
0.6, 0.7, 0.8, 0.9, y 1.0, para arena y grava de canto rodado trituradas. Sánchez,
1993, sugiere como curva ideal de gradación, en lugar de eliminar las asperezas,
mejorar la manejabilidad y obtener más altas resistencias en una mezcla de
concreto, la expresión:
P = 100 [d/D]
0.45
(7)
2.3. TEORÍA DE BOLOMEY
Bolomey en 1947, realizó una modificación a la teoría de Fuller Thompson, lo
que conllevó a la obtención de una gradación con mayor contenido de finos dentro
de la masa del agregado, pero sin exceso, con el objeto de eliminar la aspereza y
mejorar la manejabilidad de la mezcla de concreto en estado plástico. La
expresión que gobierna esta teoría es:
P = f + (100 f) x (d/D)
½
(6)
Donde f es una constante empírica que indica el grado de trabajabilidad de una
mezcla de concreto para una consistencia y una forma determinada de las
partículas, los cuales se muestran en el cuadro 4.
Cuadro 4. Valores de f según la teoría de Bolomey.
Forma de las partículas Consistencia del
concreto en estado plástico
del agregado Seca (tierra húmeda) Normal (plástico) Húmeda (fuida)
Redonda 6 8 10 12
Cúbica 8 10 12 14 14 16
2.4. OTRAS TEORÍAS DE GRADACIÓN
En 1929, los investigadores Andreasen y Anderson demostraron que cuando los
tamaños de agregados descienden a cero, el contenido de vacíos presentes
depende solamente del valor del exponente de la familia parabólica, la cual es
independiente del tamaño máximo D; entre mas pequeñ o sea el valor del
exponente, más pequeño es el contenido de vacíos. Por otra parte, si el exponente
tiende a infinito, entonces el agregado tiende a un tamaño único, creciendo de
esta forma el contenido de vacíos. Sin embargo, en la práctica esto no es
necesariamente cierto, debido a la inhabilidad que presentan las partículas más
pequeñas para formar una masa densa.
De acuerdo con Sanguino, 1973 (citado por Sánchez, 1993) y Sánchez, 1993, las
curvas de cribado determinadas experimentalmente pa ra densidades de
empaquetamiento (masas unitarias) de agregados de composición granulométrica
bien definida, tanto de material en estado suelto como compactado, responden a
la expresión (5), en la que el exponente n, tomó valores de 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5,
0.6, 0.7, 0.8, 0.9, y 1.0, para arena y grava de canto rodado trituradas. Sánchez,
1993, sugiere como curva ideal de gradación, en lugar de eliminar las asperezas,
mejorar la manejabilidad y obtener más altas resistencias en una mezcla de
concreto, la expresión:
P = 100 [d/D]
0.45
(7)
39
En las figura 30 y 31, se muestran curvas granulométricas de diferentes áridos de
una investigación
2
, incluyendo la correspondiente al diseño del hormigón
comparada con la curva de distribución granulométrica de Fuller. En la figura 30,
se han graficado las distribuciones de los áridos en escala logarítmica y en la 31,
se han graficado sin escala y mostrando en ambos ejes de abscisas la abertura
del tamiz y su correspondiente denominación para la clasificación ASTM. En
ambas figuras se han graficado los valores en orden inverso, es decir, de mayor a
menor tamaño.
Figura 30. Distribución de los áridos en función de su tamaño [mm], en escala logratímica
[2]
.
2
Documento en PDF, sin datos para catalogarlo dentro de la bibliografía.
En las figura 30 y 31, se muestran curvas granulométricas de diferentes áridos de
una investigación
2
, incluyendo la correspondiente al diseño del hormigón
comparada con la curva de distribución granulométrica de Fuller. En la figura 30,
se han graficado las distribuciones de los áridos en escala logarítmica y en la 31,
se han graficado sin escala y mostrando en ambos ejes de abscisas la abertura
del tamiz y su correspondiente denominación para la clasificación ASTM. En
ambas figuras se han graficado los valores en orden inverso, es decir, de mayor a
menor tamaño.
Figura 30. Distribución de los áridos en función de su tamaño [mm], en escala logratímica
[2]
.
2
Documento en PDF, sin datos para catalogarlo dentro de la bibliografía.
40
Figura 31. Distribución de los áridos clasificados en tamiz ASTM
[2]
.
Gailius y ukauskas, 2006, proponen un método matemático para diseñar la
gradación de los agregados del concreto; el cual podría proveer una posibilidad
para obtener un diseño más preciso de la composición de los agregados, y el cual
está basado en la limitación por las curvas de las cantidades máximas y mínimas
de la parte mineral de la mezcla de concreto que puede pasar a través de tamices
específicos
[2]
. El modelo matemático propuesto es:
(8)
Figura 31. Distribución de los áridos clasificados en tamiz ASTM
[2]
.
Gailius y ukauskas, 2006, proponen un método matemático para diseñar la
gradación de los agregados del concreto; el cual podría proveer una posibilidad
para obtener un diseño más preciso de la composición de los agregados, y el cual
está basado en la limitación por las curvas de las cantidades máximas y mínimas
de la parte mineral de la mezcla de concreto que puede pasar a través de tamices
específicos
[2]
. El modelo matemático propuesto es:
(8)
41
donde, a
ij es la cantidad de material mineral j en porcentaje que pasa a través del
tamiz i, b
min, i, bmax, i, son las cantidades limitadas que pasan por el tamiz i, n es el
número de tamices, d
vj es el coeficiente de la desigualdad adicional v
correspondiente al material mineral j, h
v es el valor límite de la desigualdad
adicional, s es el número de desigualdades, m es el número de componentes, c
j
es el multiplicador ponderado del componente j, x
j es la cantidad del componente j
en partes de la unidad.
La composición del agregado que es el resultado de la solución de (8) puede ser
comparada con una composición de agregado ideal usando un coeficiente de
correlación, calculado como
[2]
:
(9)
donde,
(10)
(11)
El intervalo entre las curvas límites pueden ser acercadas desde diferentes vías,
recomendándose la siguiente ecuación
[2]
:
(12)
donde b
min, i, bmax, i, son los límites del porcentaje de componentes (fracciones) de
un agregado particular.
donde, a
ij es la cantidad de material mineral j en porcentaje que pasa a través del
tamiz i, b
min, i, bmax, i, son las cantidades limitadas que pasan por el tamiz i, n es el
número de tamices, d
vj es el coeficiente de la desigualdad adicional v
correspondiente al material mineral j, h
v es el valor límite de la desigualdad
adicional, s es el número de desigualdades, m es el número de componentes, c
j
es el multiplicador ponderado del componente j, x
j es la cantidad del componente j
en partes de la unidad.
La composición del agregado que es el resultado de la solución de (8) puede ser
comparada con una composición de agregado ideal usando un coeficiente de
correlación, calculado como
[2]
:
(9)
donde,
(10)
(11)
El intervalo entre las curvas límites pueden ser acercadas desde diferentes vías,
recomendándose la siguiente ecuación
[2]
:
(12)
donde b
min, i, bmax, i, son los límites del porcentaje de componentes (fracciones) de
un agregado particular.
42
2.5. BIBLIOGRAFÍA
[1]SÁNCHEZ DG., D.; Tecnología del concreto y del mortero. Biblioteca de la
Construcción. Bhandar Editores Ltda. Santafé de Bogotá, 1993, 349p.
[2]GAILIUS, A.; UKAUSKAS, D.; Optimization of the Aggregates Composition
in Concrete. In:
Materials Science, Vol. 12, No. 1, 2006, pp62-64.
2.5. BIBLIOGRAFÍA
[1]SÁNCHEZ DG., D.; Tecnología del concreto y del mortero. Biblioteca de la
Construcción. Bhandar Editores Ltda. Santafé de Bogotá, 1993, 349p.
[2]GAILIUS, A.; UKAUSKAS, D.; Optimization of the Aggregates Composition
in Concrete. In:
Materials Science, Vol. 12, No. 1, 2006, pp62-64.
43
3. PETROGRAFÍA DE LOS AGREGADOS
3.1. HISTORIA DE LA PETROGRAFÍA
La petrografía en el sentido moderno fue fundada al final del siglo XVIII por A.G.
Werner (1749 1817), quien trabajó en Bergakademie Freiberg (Academia de
Mineralogía de Freiberg, Alemania). Los estudios de él fueron basados apenas en
observaciones a ojo en lupa, por eso, las descripciones fueron parciales y
limitadas. Por ejemplo, no hubo como observar la composición mineralógica de
rocas con granulometría muy fina, o sea, rocas constituidas por minerales
pequeños, indistinguibles a ojo
[1]
. A mitad del siglo XIX, se iniciaron los análisis
químicos de rocas; el microscopio, inventado en la misma época, logró
revoluciones drásticas en los estudios de rocas y minerales. Junto con la
aplicación de la técnica de lámina delgada, este instrumento posibilitó el análisis
de rocas de granulometría muy fina en el estudio detallado de cada mineral, Una
lámina delgada es una película fina de roca con 30 µm de espesor, preparada
para la observación microscópica. Una invención posterior del polarizador por W.
Nicol, en 1928, causó otra revolución, perfeccionando la técnica de identificación y
la clasificación de minerales, es decir, la mineralogía óptica (figura 32); un
microscopio equipado de polarizadores es llamado microscopio petrográfico
[1]
.
Figura 32. Instrumentos usados en petrografía: Microscopio petrográfico (izquierda) y lupa
binocular
[1]
.
Entonces, la petrografía microscópica fue establecida antes del inicio del siglo XX,
principalmente por investigadores alemanes y franceses: H.C. Sorby (1858; On
the mineralogical structure of crystals), F. Zirkel (1866; Lehrbuch der
3. PETROGRAFÍA DE LOS AGREGADOS
3.1. HISTORIA DE LA PETROGRAFÍA
La petrografía en el sentido moderno fue fundada al final del siglo XVIII por A.G.
Werner (1749 1817), quien trabajó en Bergakademie Freiberg (Academia de
Mineralogía de Freiberg, Alemania). Los estudios de él fueron basados apenas en
observaciones a ojo en lupa, por eso, las descripciones fueron parciales y
limitadas. Por ejemplo, no hubo como observar la composición mineralógica de
rocas con granulometría muy fina, o sea, rocas constituidas por minerales
pequeños, indistinguibles a ojo
[1]
. A mitad del siglo XIX, se iniciaron los análisis
químicos de rocas; el microscopio, inventado en la misma época, logró
revoluciones drásticas en los estudios de rocas y minerales. Junto con la
aplicación de la técnica de lámina delgada, este instrumento posibilitó el análisis
de rocas de granulometría muy fina en el estudio detallado de cada mineral, Una
lámina delgada es una película fina de roca con 30 µm de espesor, preparada
para la observación microscópica. Una invención posterior del polarizador por W.
Nicol, en 1928, causó otra revolución, perfeccionando la técnica de identificación y
la clasificación de minerales, es decir, la mineralogía óptica (figura 32); un
microscopio equipado de polarizadores es llamado microscopio petrográfico
[1]
.
Figura 32. Instrumentos usados en petrografía: Microscopio petrográfico (izquierda) y lupa
binocular
[1]
.
Entonces, la petrografía microscópica fue establecida antes del inicio del siglo XX,
principalmente por investigadores alemanes y franceses: H.C. Sorby (1858; On
the mineralogical structure of crystals), F. Zirkel (1866; Lehrbuch der
44
Petrographie), A. Michel-Lévy, K.H.F. Rosenbusch (1877; Microscopische
Phisiographie der massigen Gesteine), etc. Los anteriores trabajos, son
considerados como la petrografía moderna, y fueron escritos en forma de libros de
cuatro volúmenes por A. Johannsen (1931; A descriptive petrography of the
igneous rocks). Después del establecimiento de la petrografía descriptiva, los
investigadores se interesaron más por la génesis de las rocas, creando a
petrología. En el inicio del siglo XX, F. Becke desarrolló el concepto de provincias
petrográficas a través de trabajos geoquímicos, y la clasificación de las fallas
metamórficas por medio de condiciones de presión y temperatura (1903; Ueber
Mineralbestand und Struktur der Kristallinen Schifer). J.H.L. Vogt interpretó
magmas como silicatos que forman un sistema eutético, y estableció diagramas de
fase de minerales félsicos, que son compuestos principalmente de Si, Al, Na y K,
con bajo contenido de Fe y Mg (1903-1904; Die Silikatschmelzlozungen); A.
Harker relacionó los tipos de rocas ígneas con las condiciones tectónicas: En las
regiones tectónicamente compresivas ocurren magmas no alcalinos, y en las
distensiones, magmas alcalinos (1909; The natural history of igneous rocks); en
esta publicación, Harker llamo a las rocas no alcalinas como tipo pacífico, y a las
alcalinas como tipo atlántico
[1]
.
Actualmente, los laboratorios de petrografía poseen equipos modernos donde se
realizan además, estudios geoquímicas, y otros de c aracterización que
complementan las inspecciones petrográficas, como son mostrados en las figuras
33-36. Los equipos de tecnología de punta, son mostrados en las figuras 37-39
[1]
.
Figura 33. Equipo para flourescencia de rayos x, del Tokio Institute of Technology, Japón,
para análisis químicos de elementos minerales principales y menores en roca total
[1]
.
Petrographie), A. Michel-Lévy, K.H.F. Rosenbusch (1877; Microscopische
Phisiographie der massigen Gesteine), etc. Los anteriores trabajos, son
considerados como la petrografía moderna, y fueron escritos en forma de libros de
cuatro volúmenes por A. Johannsen (1931; A descriptive petrography of the
igneous rocks). Después del establecimiento de la petrografía descriptiva, los
investigadores se interesaron más por la génesis de las rocas, creando a
petrología. En el inicio del siglo XX, F. Becke desarrolló el concepto de provincias
petrográficas a través de trabajos geoquímicos, y la clasificación de las fallas
metamórficas por medio de condiciones de presión y temperatura (1903; Ueber
Mineralbestand und Struktur der Kristallinen Schifer). J.H.L. Vogt interpretó
magmas como silicatos que forman un sistema eutético, y estableció diagramas de
fase de minerales félsicos, que son compuestos principalmente de Si, Al, Na y K,
con bajo contenido de Fe y Mg (1903-1904; Die Silikatschmelzlozungen); A.
Harker relacionó los tipos de rocas ígneas con las condiciones tectónicas: En las
regiones tectónicamente compresivas ocurren magmas no alcalinos, y en las
distensiones, magmas alcalinos (1909; The natural history of igneous rocks); en
esta publicación, Harker llamo a las rocas no alcalinas como tipo pacífico, y a las
alcalinas como tipo atlántico
[1]
.
Actualmente, los laboratorios de petrografía poseen equipos modernos donde se
realizan además, estudios geoquímicas, y otros de c aracterización que
complementan las inspecciones petrográficas, como son mostrados en las figuras
33-36. Los equipos de tecnología de punta, son mostrados en las figuras 37-39
[1]
.
Figura 33. Equipo para flourescencia de rayos x, del Tokio Institute of Technology, Japón,
para análisis químicos de elementos minerales principales y menores en roca total
[1]
.
45
Figura 34. Difratómetro de rayos x de cuatro ejes, del Hirosaki University, Japón, para
análisis cristalográfico de minerales
[1]
.
Figura 35. Microsonda electrónica para análisis químicos de elementos principales en
pequeña área, del Tokyo Institute of Technology
[1]
.
Figura 36. Diamond window cell, para ensayos en condición de manto inferior y de núcleo
externo, del Kyoto University, Japón
[1]
.
Figura 34. Difratómetro de rayos x de cuatro ejes, del Hirosaki University, Japón, para
análisis cristalográfico de minerales
[1]
.
Figura 35. Microsonda electrónica para análisis químicos de elementos principales en
pequeña área, del Tokyo Institute of Technology
[1]
.
Figura 36. Diamond window cell, para ensayos en condición de manto inferior y de núcleo
externo, del Kyoto University, Japón
[1]
.
46
Figura 37. SIMS, espectómetro de masa de ión secundario, del Tokyo Institute of
Technology, Japón, que realiza análisis químicos e isotópicos de de ultra alta sensibilidad
en pequeña área
[1]
.
Figura 38. LA-ICP-MS, espectómetro de masa de plasma, del Tokio Institute of Technology,
Japón, para análisis químicos e isotópicos de ultra alta sensibilidad
[1]
.
Figura 39. Espectómetro Raman de Laser, del Tokio Institute of Technology, Japón, que
realiza análisis mineralógico
[1]
.
Figura 37. SIMS, espectómetro de masa de ión secundario, del Tokyo Institute of
Technology, Japón, que realiza análisis químicos e isotópicos de de ultra alta sensibilidad
en pequeña área
[1]
.
Figura 38. LA-ICP-MS, espectómetro de masa de plasma, del Tokio Institute of Technology,
Japón, para análisis químicos e isotópicos de ultra alta sensibilidad
[1]
.
Figura 39. Espectómetro Raman de Laser, del Tokio Institute of Technology, Japón, que
realiza análisis mineralógico
[1]
.
47
3.2. OBJETIVOS DE LA PETROGRAFÍA
Dentro de los objetivos fundamentales de un estudio petrográfico se puede
mencionar
[2]
:
· Determinar la naturaleza de los materiales constitutivos del concreto y la
manera en que cada componente aporta a las propiedades físicas del
mismo.
· Conocer el efecto de la mineralogía y estructura cristalina de los agregados
en la resistencia del concreto. De la naturaleza del contacto entre los
agregados y la pasta de cemento depende en gran med ida del
comportamiento y desempeño del concreto en una estructura.
La petrografía permite conocer las proporciones de los constituyentes del concreto
en estado endurecido: agregados, cemento, adiciones y vacíos; y la forma en que
éstos interactúan para proporcionar las propiedades físicas y desempeño del
concreto durante su vida útil. La apariencia de estos constituyentes bajo el
microscopio y su correlación con las propiedades físicas permite hacer inferencias
acerca de la historia del concreto de estudio y la influencia de las diferentes etapas
por las que atraviesa este material desde la fabricación de sus materias primas,
pasando por el proceso de mezclado, su colocación en obra, su curado y
finalmente su comportamiento frente a las condiciones ambientales a las que es
sometido
[2]
.
En el estudio de los agregados, el petrógrafo debe concentrar su atención durante
la descripción de los mismos, en aquellos que tienen un efecto potencial en las
propiedades del concreto, como por ejemplo constituyentes indeseables o
potencialmente nocivos, incluyendo arcilla, mica libre, yeso, pirita y materiales
reactivos a los álcalis. La figura 40, muestra la estructura interna de un agregado
procedente de rocas ígneas intrusivas, donde la presencia de cristales de caras
rectas y gran tamaño permite hacer inferencias sobre la fragilidad de este material
influyendo en la respuesta mecánica del concreto por la naturaleza del contacto en
la interfase pasta agregado
[2]
.
3.2. OBJETIVOS DE LA PETROGRAFÍA
Dentro de los objetivos fundamentales de un estudio petrográfico se puede
mencionar
[2]
:
· Determinar la naturaleza de los materiales constitutivos del concreto y la
manera en que cada componente aporta a las propiedades físicas del
mismo.
· Conocer el efecto de la mineralogía y estructura cristalina de los agregados
en la resistencia del concreto. De la naturaleza del contacto entre los
agregados y la pasta de cemento depende en gran med ida del
comportamiento y desempeño del concreto en una estructura.
La petrografía permite conocer las proporciones de los constituyentes del concreto
en estado endurecido: agregados, cemento, adiciones y vacíos; y la forma en que
éstos interactúan para proporcionar las propiedades físicas y desempeño del
concreto durante su vida útil. La apariencia de estos constituyentes bajo el
microscopio y su correlación con las propiedades físicas permite hacer inferencias
acerca de la historia del concreto de estudio y la influencia de las diferentes etapas
por las que atraviesa este material desde la fabricación de sus materias primas,
pasando por el proceso de mezclado, su colocación en obra, su curado y
finalmente su comportamiento frente a las condiciones ambientales a las que es
sometido
[2]
.
En el estudio de los agregados, el petrógrafo debe concentrar su atención durante
la descripción de los mismos, en aquellos que tienen un efecto potencial en las
propiedades del concreto, como por ejemplo constituyentes indeseables o
potencialmente nocivos, incluyendo arcilla, mica libre, yeso, pirita y materiales
reactivos a los álcalis. La figura 40, muestra la estructura interna de un agregado
procedente de rocas ígneas intrusivas, donde la presencia de cristales de caras
rectas y gran tamaño permite hacer inferencias sobre la fragilidad de este material
influyendo en la respuesta mecánica del concreto por la naturaleza del contacto en
la interfase pasta agregado
[2]
.
48
Figura 40. Estructura mineralógica de una roca ígnea intrusiva
[2]
.
También se pueden establecer indicadores de la relación agua / cemento
observables pretrográficamente, como
[2]
:
· Exudación excesiva o segregación del agua con respecto al resto de
constituyentes de la mezcla, lo que corresponde a una alta relación a/c, que
afecta tanto la resistencia como la durabilidad y se manifiesta por medio de
vacíos irregulares o zonas de pasta de cemento localizadas excesivamente
porosas.
· Porosidad capilar.
· Rasgos mineralógicos, con la observación de la cantidad, tamaño de
cristalización, y disposición, variantes con la relación a/c.
La figura 41, muestra evidencias de exudación excesiva manifestada por la
presencia de zonas de concentración de pasta con microporosidad y un canal
capilar (azul). La figura 42, muestra en color marrón una pasta bien hidratada,
mientras que en color azul tenue, una pasta con porosidad capilar. La figura 43,
muestra la apariencia de un concreto en sección delgada mediante la técnica de
microscopía fluorescente, apreciándose zonas de color verde oscuro que
Figura 40. Estructura mineralógica de una roca ígnea intrusiva
[2]
.
También se pueden establecer indicadores de la relación agua / cemento
observables pretrográficamente, como
[2]
:
· Exudación excesiva o segregación del agua con respecto al resto de
constituyentes de la mezcla, lo que corresponde a una alta relación a/c, que
afecta tanto la resistencia como la durabilidad y se manifiesta por medio de
vacíos irregulares o zonas de pasta de cemento localizadas excesivamente
porosas.
· Porosidad capilar.
· Rasgos mineralógicos, con la observación de la cantidad, tamaño de
cristalización, y disposición, variantes con la relación a/c.
La figura 41, muestra evidencias de exudación excesiva manifestada por la
presencia de zonas de concentración de pasta con microporosidad y un canal
capilar (azul). La figura 42, muestra en color marrón una pasta bien hidratada,
mientras que en color azul tenue, una pasta con porosidad capilar. La figura 43,
muestra la apariencia de un concreto en sección delgada mediante la técnica de
microscopía fluorescente, apreciándose zonas de color verde oscuro que
49
presentan una relación a/c más baja que las zonas de color verde claro, la
estructura interna de los agregados, en color negro, y las fisuras y vacíos en color
amarillo. La figura 44, muestra la apariencia de un concreto con vacíos de agua,
evidenciados por su forma irregular y gran tamaño de color rojo
[2]
.
Figura 41. Evidencia de exudación excesiva
[2]
.
Figura 42. Apariencia de una pasta bien hidratada (color marrón) y una pasta con porosidad
capilar (color azul)
[2]
.
presentan una relación a/c más baja que las zonas de color verde claro, la
estructura interna de los agregados, en color negro, y las fisuras y vacíos en color
amarillo. La figura 44, muestra la apariencia de un concreto con vacíos de agua,
evidenciados por su forma irregular y gran tamaño de color rojo
[2]
.
Figura 41. Evidencia de exudación excesiva
[2]
.
Figura 42. Apariencia de una pasta bien hidratada (color marrón) y una pasta con porosidad
capilar (color azul)
[2]
.
50
Figura 43. Apariencia de un concreto mediante la técnica de microscopía fluorescente
[2]
.
Figura 44. Apariencia de un concreto con vacíos de agua
[2]
.
La petrografía utiliza diversas técnicas de análisis con diversas aplicaciones; entre
ellas, la inspección y el ensayo de estructuras in situ, la inspección inicial, la
microscopía petrográfica convencional, y el método de diagnóstico rápido por
medio del giraldoscopio. La figura 45, muestra la apariencia típica de un concreto
bien hidratado bajo el microscopio petrográfico, donde en color blanco son
observados los agregados y en color marrón la pasta de cemento bien hidratada.
Figura 43. Apariencia de un concreto mediante la técnica de microscopía fluorescente
[2]
.
Figura 44. Apariencia de un concreto con vacíos de agua
[2]
.
La petrografía utiliza diversas técnicas de análisis con diversas aplicaciones; entre
ellas, la inspección y el ensayo de estructuras in situ, la inspección inicial, la
microscopía petrográfica convencional, y el método de diagnóstico rápido por
medio del giraldoscopio. La figura 45, muestra la apariencia típica de un concreto
bien hidratado bajo el microscopio petrográfico, donde en color blanco son
observados los agregados y en color marrón la pasta de cemento bien hidratada.
51
La figura 46, muestra la estructura interna de un concreto para pavimentos
observado a través de un giraldoscopio
[2]
.
Figura 45. Apariencia de un concreto bien hidratado
[2]
.
Figura 46. Estructura interna de un concreto para pavimentos
[2]
.
La figura 46, muestra la estructura interna de un concreto para pavimentos
observado a través de un giraldoscopio
[2]
.
Figura 45. Apariencia de un concreto bien hidratado
[2]
.
Figura 46. Estructura interna de un concreto para pavimentos
[2]
.
52
3.3. IMPORTANCIA DE LA PETROGRAFÍA
Entonces la petrografía del concreto se ha convertido también en una herramienta
única para resolver determinados problemas del concreto, razón por la cual
centros de investigación de este material, han realizado avances significativos en
la aplicación de esta técnica. Se puede citar como ejemplo, los trabajos
desarrollados por The Construction Technology Laboratories Inc., del PCA, donde
se han expresado de la evaluación petrográfica de la siguiente manera: la
evaluación petrográfica del concreto con método petrográficos proporciona
información valiosa sobre su composición, condición, y desempeño funcional. Un
examen petrográfico, realizado en conformidad con la norma nacionalmente
aceptada, ASTM C 856, a menudo produce el análisis más rentable cuando las
propiedades del material están en duda
[3]
.
La petrografía permite identificar o excluir causas posibles de una variedad de
problemas relacionados con el concreto, y de igual manera, permite sugerir
decisiones hacia ensayos adicionales; los resultados de un examen petrográfico
se presentan en un informe que incluye las observac iones detalladas,
documentación fotográfica de las características importantes, y un resumen de los
hallazgos. El examen petrográfico es una herramienta única para resolver un
problema específico, parte de una evaluación de ingeniería exhaustiva, o soporte
en procesos de litigio; entonces, se podría definir la petrografía del concreto, como
la investigación del concreto y materiales de construcción relacionados que utiliza
métodos y técnicas derivadas de la geología, metalurgia, y los cerámicas
[3-4]
.
La petrografía se puede aplicar a los agregados, morteros, grout, yeso, estuco,
terrazo, y mezclas similares de cemento Pórtland; sin embargo, se requiere de la
preparación cuidadosa y el examen de muestras por especialistas altamente
entrenados, y la utilización de adecuados equipos para tal fin, figura 47
[3]
.
Figura 47. Petrografía con el microscopio petrográfico
[3]
.
3.3. IMPORTANCIA DE LA PETROGRAFÍA
Entonces la petrografía del concreto se ha convertido también en una herramienta
única para resolver determinados problemas del concreto, razón por la cual
centros de investigación de este material, han realizado avances significativos en
la aplicación de esta técnica. Se puede citar como ejemplo, los trabajos
desarrollados por The Construction Technology Laboratories Inc., del PCA, donde
se han expresado de la evaluación petrográfica de la siguiente manera: la
evaluación petrográfica del concreto con método petrográficos proporciona
información valiosa sobre su composición, condición, y desempeño funcional. Un
examen petrográfico, realizado en conformidad con la norma nacionalmente
aceptada, ASTM C 856, a menudo produce el análisis más rentable cuando las
propiedades del material están en duda
[3]
.
La petrografía permite identificar o excluir causas posibles de una variedad de
problemas relacionados con el concreto, y de igual manera, permite sugerir
decisiones hacia ensayos adicionales; los resultados de un examen petrográfico
se presentan en un informe que incluye las observac iones detalladas,
documentación fotográfica de las características importantes, y un resumen de los
hallazgos. El examen petrográfico es una herramienta única para resolver un
problema específico, parte de una evaluación de ingeniería exhaustiva, o soporte
en procesos de litigio; entonces, se podría definir la petrografía del concreto, como
la investigación del concreto y materiales de construcción relacionados que utiliza
métodos y técnicas derivadas de la geología, metalurgia, y los cerámicas
[3-4]
.
La petrografía se puede aplicar a los agregados, morteros, grout, yeso, estuco,
terrazo, y mezclas similares de cemento Pórtland; sin embargo, se requiere de la
preparación cuidadosa y el examen de muestras por especialistas altamente
entrenados, y la utilización de adecuados equipos para tal fin, figura 47
[3]
.
Figura 47. Petrografía con el microscopio petrográfico
[3]
.
53
El análisis petrográfico se hace sobre secciones delgadas; la preparación de una
sección delgada se realiza con equipo adecuado dotado con piezas de diamante,
que cortan y pulen superficies de una porción seleccionada del concreto sobre un
portaobjetos de vidrio, puliéndose dicho material hasta que la luz pase a través de
él. La sección delgada es examinada utilizando microscopios petrográficos y
estereoscopio y, si es necesario, un microscopio electrónico de barrido. Así, el
examen petrográfico describe la composición y las propiedades del concreto y
puede determinar
[3]
:
· Condición del material.
· Causas de calidad inferior o deterioro.
· Cumplimiento con las especificaciones del proyecto.
· Potencial del desempeño futuro.
Las características del material evaluadas mediante un examen petrográfico son
[3]
:
· Estimado del contenido de poros de aire (figura 48).
· Estimado de la relación agua-cemento.
· Grado de hidratación del cemento.
· Extensión de la corrosión del refuerzo de acero.
· Extensión de la carbonatación de la pasta.
· Causas potenciales de manchas o decoloración.
· Evidencia de deterioro por congelamiento y deshielo.
· Evidencia de acabado inadecuado.
· Evidencia de congelamiento temprano.
· Presencia de reacción nociva álcali agregado (figura 49), ataque de
sulfatos, u otro ataque químico.
· Tipo de agregado.
· Presencia o ausencia de materiales cementosos suplementarios (por
ejemplo, microsílice, ceniza volante, escoria granulada de alto horno).
· Presencia o ausencia de otras adiciones tales como fibras y pigmentos.
El análisis petrográfico se hace sobre secciones delgadas; la preparación de una
sección delgada se realiza con equipo adecuado dotado con piezas de diamante,
que cortan y pulen superficies de una porción seleccionada del concreto sobre un
portaobjetos de vidrio, puliéndose dicho material hasta que la luz pase a través de
él. La sección delgada es examinada utilizando microscopios petrográficos y
estereoscopio y, si es necesario, un microscopio electrónico de barrido. Así, el
examen petrográfico describe la composición y las propiedades del concreto y
puede determinar
[3]
:
· Condición del material.
· Causas de calidad inferior o deterioro.
· Cumplimiento con las especificaciones del proyecto.
· Potencial del desempeño futuro.
Las características del material evaluadas mediante un examen petrográfico son
[3]
:
· Estimado del contenido de poros de aire (figura 48).
· Estimado de la relación agua-cemento.
· Grado de hidratación del cemento.
· Extensión de la corrosión del refuerzo de acero.
· Extensión de la carbonatación de la pasta.
· Causas potenciales de manchas o decoloración.
· Evidencia de deterioro por congelamiento y deshielo.
· Evidencia de acabado inadecuado.
· Evidencia de congelamiento temprano.
· Presencia de reacción nociva álcali agregado (figura 49), ataque de
sulfatos, u otro ataque químico.
· Tipo de agregado.
· Presencia o ausencia de materiales cementosos suplementarios (por
ejemplo, microsílice, ceniza volante, escoria granulada de alto horno).
· Presencia o ausencia de otras adiciones tales como fibras y pigmentos.
54
Figura 48. Grupo de poros de aire a lo largo de la periferia de una partícula de agregado
grueso
[3]
.
Figura 49. Microfotografía de sección delgada mostrando concreto dañado por la reacción
expansiva álcali sílice (ASR)
[3]
.
El examen petrográfico es complementado a menudo con el análisis químico,
análisis por difracción de rayos-x, análisis de porosidad, ensayos físicos, y
microscopia electrónica de barrido. La microscopia electrónica de barrido con
espectroscopia rayos-x de energía dispersiva (SEM / EDS) es una importante
herramienta para el examen y análisis de las características microestructurales y
microquímicas de los materiales. El SEM proporciona imágenes de alta resolución
a grandes aumentos con una mayor profundidad de cam po, mejorando las
características morfológicas y texturales del material; El EDS proporciona el
microanálisis elemental de las partículas o áreas de una muestra o puede trazar el
mapa de distribución de los elementos dentro de una muestra. El uso de SEM /
EDS puede complementar el examen petrográfico en las siguientes aplicaciones,
entre otras
[3]
:
· Análisis de contaminación superficial o manchas.
· Evaluación de pinturas o recubrimiento.
· Evaluación de productos de corrosión.
· Identificación y medida de características microscópicas.
Figura 48. Grupo de poros de aire a lo largo de la periferia de una partícula de agregado
grueso
[3]
.
Figura 49. Microfotografía de sección delgada mostrando concreto dañado por la reacción
expansiva álcali sílice (ASR)
[3]
.
El examen petrográfico es complementado a menudo con el análisis químico,
análisis por difracción de rayos-x, análisis de porosidad, ensayos físicos, y
microscopia electrónica de barrido. La microscopia electrónica de barrido con
espectroscopia rayos-x de energía dispersiva (SEM / EDS) es una importante
herramienta para el examen y análisis de las características microestructurales y
microquímicas de los materiales. El SEM proporciona imágenes de alta resolución
a grandes aumentos con una mayor profundidad de cam po, mejorando las
características morfológicas y texturales del material; El EDS proporciona el
microanálisis elemental de las partículas o áreas de una muestra o puede trazar el
mapa de distribución de los elementos dentro de una muestra. El uso de SEM /
EDS puede complementar el examen petrográfico en las siguientes aplicaciones,
entre otras
[3]
:
· Análisis de contaminación superficial o manchas.
· Evaluación de pinturas o recubrimiento.
· Evaluación de productos de corrosión.
· Identificación y medida de características microscópicas.
55
Una aplicación interesente en esta área, es la evaluación de concretos sometidos
al fuego; la figura 50, muestra una microfotografía de corte delgado, cuya
caracterización petrográfica mediante microscopía de una piedra partida sometida
a 4 horas y media de fuego normalizado (1200 °C), permite observar colores
blancuzcos, fragilidad y un desgranamiento de sus componentes; con respecto a
su textura, se visualiza una disposición de minerales similar como si no se hubiera
sometido al fuego, pero con un mayor grado de fractura y rotura; las micas
(biotitas) se han transformado en óxidos de hierro y en los bordes de estos se
aprecian síntomas de fusión; los feldespatos (microclino y ortosa) al igual que el
cuarzo presentan solo alteración física, como fractura y fisura
[5]
.
Figura 50. Microfotografía de corte delgado
[5]
.
3.4. PETROGRAFÍA DE MORTEROS
Gran parte de las investigaciones, cuyo fin es el de medir y evaluar la calidad de la
adherencia entre el mortero y la unidad de mampostería, emplean métodos
macroestructurales orientados al estudio del comportamiento mecánico de dicha
interfase. En vista del amplio rango de resultados contradictorios que se obtienen,
las investigaciones han sido encaminadas hacia los métodos microestructurales,
con el fin de examinar con un mayor grado de detalle la interfase mortero
unidad. Fundamentalmente la adhesión en la mampostería es una propiedad que
depende de la microestructura. La tasa inicial de absorción, la porosidad de la
Una aplicación interesente en esta área, es la evaluación de concretos sometidos
al fuego; la figura 50, muestra una microfotografía de corte delgado, cuya
caracterización petrográfica mediante microscopía de una piedra partida sometida
a 4 horas y media de fuego normalizado (1200 °C), permite observar colores
blancuzcos, fragilidad y un desgranamiento de sus componentes; con respecto a
su textura, se visualiza una disposición de minerales similar como si no se hubiera
sometido al fuego, pero con un mayor grado de fractura y rotura; las micas
(biotitas) se han transformado en óxidos de hierro y en los bordes de estos se
aprecian síntomas de fusión; los feldespatos (microclino y ortosa) al igual que el
cuarzo presentan solo alteración física, como fractura y fisura
[5]
.
Figura 50. Microfotografía de corte delgado
[5]
.
3.4. PETROGRAFÍA DE MORTEROS
Gran parte de las investigaciones, cuyo fin es el de medir y evaluar la calidad de la
adherencia entre el mortero y la unidad de mampostería, emplean métodos
macroestructurales orientados al estudio del comportamiento mecánico de dicha
interfase. En vista del amplio rango de resultados contradictorios que se obtienen,
las investigaciones han sido encaminadas hacia los métodos microestructurales,
con el fin de examinar con un mayor grado de detalle la interfase mortero
unidad. Fundamentalmente la adhesión en la mampostería es una propiedad que
depende de la microestructura. La tasa inicial de absorción, la porosidad de la
56
unidad, la textura superficial de la unidad, y las características de la interfase
mortero unidad son propiedades controladas por la estructura de los materiales
a nivel microscópico
[6]
.
El estudio petrográfico del mortero, realizado mediante las técnicas aplicadas al
hormigón (por la similitud entre los dos materiales) permite describir propiedades
físicas como permeabilidad, densidad, absorción, durabilidad, patrones de fisuras,
la distribución de los agregados, la composición porcentual de éstos y de la matriz
cementante y la naturaleza de la adherencia entre la pasta y agregados, según
está descrito en la ASTM C 856 95. Este estudio puede limitarse, a una
inspección visual y estereoscópica, permite identificar la composición del mortero,
la distribución, forma, textura superficial y gradación de los agregados, el color y
patrón de falla alrededor de la matriz o a través del agregado
[6-7]
.
La figura 51, muestra micrografías de secciones pulidas, de un mortero elaborado
con áridos reciclados y agregados naturales, respectivamente. La micrografía del
mortero elaborado con el árido reciclado muestra una distribución similar del
tamaño de los granos en toda su composición, a diferencia del mortero tradicional,
que presenta una tendencia a contener acumulación de material más fino en
ciertas zonas
[6]
.
Figura 51. Secciones pulidas de morteros elaborados con agregado reciclado (izquierda) y
natural
[6]
.
Al observarse en detalle la micrografía del mortero elaborado con árido reciclado
(figura 52-a), se puede reconocer que éste no presenta fisuras notables que
puedan afectar su resistencia, a pesar de que podría pensarse que la angulosidad
de los granos pudiera inducir esfuerzos en los extremos generando patrones de
fisuras que se extendieran a los largo de la pasta de cemento. Sin embargo
pequeñas reducciones en la resistencia a la compresión con relación a un mortero
de áridos naturales, puede ser debida a la presencia de una fracción
unidad, la textura superficial de la unidad, y las características de la interfase
mortero unidad son propiedades controladas por la estructura de los materiales
a nivel microscópico
[6]
.
El estudio petrográfico del mortero, realizado mediante las técnicas aplicadas al
hormigón (por la similitud entre los dos materiales) permite describir propiedades
físicas como permeabilidad, densidad, absorción, durabilidad, patrones de fisuras,
la distribución de los agregados, la composición porcentual de éstos y de la matriz
cementante y la naturaleza de la adherencia entre la pasta y agregados, según
está descrito en la ASTM C 856 95. Este estudio puede limitarse, a una
inspección visual y estereoscópica, permite identificar la composición del mortero,
la distribución, forma, textura superficial y gradación de los agregados, el color y
patrón de falla alrededor de la matriz o a través del agregado
[6-7]
.
La figura 51, muestra micrografías de secciones pulidas, de un mortero elaborado
con áridos reciclados y agregados naturales, respectivamente. La micrografía del
mortero elaborado con el árido reciclado muestra una distribución similar del
tamaño de los granos en toda su composición, a diferencia del mortero tradicional,
que presenta una tendencia a contener acumulación de material más fino en
ciertas zonas
[6]
.
Figura 51. Secciones pulidas de morteros elaborados con agregado reciclado (izquierda) y
natural
[6]
.
Al observarse en detalle la micrografía del mortero elaborado con árido reciclado
(figura 52-a), se puede reconocer que éste no presenta fisuras notables que
puedan afectar su resistencia, a pesar de que podría pensarse que la angulosidad
de los granos pudiera inducir esfuerzos en los extremos generando patrones de
fisuras que se extendieran a los largo de la pasta de cemento. Sin embargo
pequeñas reducciones en la resistencia a la compresión con relación a un mortero
de áridos naturales, puede ser debida a la presencia de una fracción
57
(aproximadamente del 15%) con partículas planas de cemento hidratado, como se
muestra en la figura 52-b
[6]
.
Figura 52. Detalle de una micrografía de un mortero
[6]
.
3.5. PETROGRAFÍA DE ROCAS
Algunas aplicaciones de la petrografía es el estudio o la evaluación de una roca
como cantera potencial para la extracción de agregados para el concreto. A
continuación se muestran diversos análisis desde el punto de vista de una
evaluación petrográfica de una roca para aspectos geológicos, que podrían ser
aplicados para el estudio de los agregados del concreto.
Un análisis petrográfico permite clasificar la arena como un material constituido
esencialmente por cuarzo, con elevado estado de recristalización y cierto
estiramiento mineral. La orientación de los cristales indica que se trata de una roca
metamórfica generada en un elevado estado deformaci onal. Una muestra
analizada y clasificada como roca metamórfica de composición granítica formada
en zona de falla, cuarzo microclinio milonito, al ser vista en una imagen
microscópica en falso color con luz polarizada, muestra las características
anhédricas de los minerales y, en algunos casos, el estiramiento del cristal de
cuarzo; también puede observarse el estado deformacional de los diferentes
minerales, ya sea como una fractura, en este caso precedido como una mica
blanca; figura 53
[8]
.
(aproximadamente del 15%) con partículas planas de cemento hidratado, como se
muestra en la figura 52-b
[6]
.
Figura 52. Detalle de una micrografía de un mortero
[6]
.
3.5. PETROGRAFÍA DE ROCAS
Algunas aplicaciones de la petrografía es el estudio o la evaluación de una roca
como cantera potencial para la extracción de agregados para el concreto. A
continuación se muestran diversos análisis desde el punto de vista de una
evaluación petrográfica de una roca para aspectos geológicos, que podrían ser
aplicados para el estudio de los agregados del concreto.
Un análisis petrográfico permite clasificar la arena como un material constituido
esencialmente por cuarzo, con elevado estado de recristalización y cierto
estiramiento mineral. La orientación de los cristales indica que se trata de una roca
metamórfica generada en un elevado estado deformaci onal. Una muestra
analizada y clasificada como roca metamórfica de composición granítica formada
en zona de falla, cuarzo microclinio milonito, al ser vista en una imagen
microscópica en falso color con luz polarizada, muestra las características
anhédricas de los minerales y, en algunos casos, el estiramiento del cristal de
cuarzo; también puede observarse el estado deformacional de los diferentes
minerales, ya sea como una fractura, en este caso precedido como una mica
blanca; figura 53
[8]
.
58
Figura 53. Imagen microscópica en falso color con luz polarizada
[8]
.
Al realizarse un estudio de una muestra mediante luz transmitida y reflejada, se
pueden observar sus características texturales, con las cuales se hace la
clasificación petrográfica, de acuerdo con un tipo petrografíco (seguido de un
número de la clasificación). A manera de ejemplo, se muestra en la figura 54, la
mineralogía de una roca, a la cual se le hace el siguiente análisis: los cóndrulos
presentan secciones elipsoidales y distintos tipos texturales y mineralógicos, su
tamaño oscila entre 0,5 y 1,5 mm aproximadamente, excepto un cóndrulo de 8 mm
visible en muestra de mano; aunque los más frecuentes son los cóndrulos radiales
de piroxeno (figura 54-a), también se han reconocido cóndrulos barrados de
olivino (figura 54-b), de olivino mas minerales metálicos (figura 54-c),
microgranulares de olivino (figura 54-d), porfídicos de olivino mas piroxeno (figura
54-e) y un cóndrulo rico en cromo (figura 54-f); y en mayor o menor grado, todos
los cóndrulos presentan una mesostasia de composición plagioclásica. El cóndrulo
rico en cromo (0,8 x 1 mm) exhibe una microestructura donde se diferencian
claramente tres zonas: una zona externa formada por granos euhedrales de
cromita (1-20 µm) y troilita mas fases Fe,Ni (5-30 µm) accesorias; una zona
intermedia que consiste en granos de cromita euhedrales (1-10 µm) y apatito
anhedral (10-70 µm) accesorio, y una zona interna con granos de cromita (1-5 µm)
e ilmenita anhedral (1-5 µm) accesoria; todas las zonas están incluidas en una
mesostasia cuya composición es plagioclasa
[9]
.
Figura 53. Imagen microscópica en falso color con luz polarizada
[8]
.
Al realizarse un estudio de una muestra mediante luz transmitida y reflejada, se
pueden observar sus características texturales, con las cuales se hace la
clasificación petrográfica, de acuerdo con un tipo petrografíco (seguido de un
número de la clasificación). A manera de ejemplo, se muestra en la figura 54, la
mineralogía de una roca, a la cual se le hace el siguiente análisis: los cóndrulos
presentan secciones elipsoidales y distintos tipos texturales y mineralógicos, su
tamaño oscila entre 0,5 y 1,5 mm aproximadamente, excepto un cóndrulo de 8 mm
visible en muestra de mano; aunque los más frecuentes son los cóndrulos radiales
de piroxeno (figura 54-a), también se han reconocido cóndrulos barrados de
olivino (figura 54-b), de olivino mas minerales metálicos (figura 54-c),
microgranulares de olivino (figura 54-d), porfídicos de olivino mas piroxeno (figura
54-e) y un cóndrulo rico en cromo (figura 54-f); y en mayor o menor grado, todos
los cóndrulos presentan una mesostasia de composición plagioclásica. El cóndrulo
rico en cromo (0,8 x 1 mm) exhibe una microestructura donde se diferencian
claramente tres zonas: una zona externa formada por granos euhedrales de
cromita (1-20 µm) y troilita mas fases Fe,Ni (5-30 µm) accesorias; una zona
intermedia que consiste en granos de cromita euhedrales (1-10 µm) y apatito
anhedral (10-70 µm) accesorio, y una zona interna con granos de cromita (1-5 µm)
e ilmenita anhedral (1-5 µm) accesoria; todas las zonas están incluidas en una
mesostasia cuya composición es plagioclasa
[9]
.
59
Figura 54. Mineralogía del meteorito de Reliegos: a.- cóndrulo radial de piroxeno; b.-
cóndrulo barrado de olivino; c.- cóndrulo de olivino mas metálicos; d.- cóndrulo
microgranular de olivino; e.- cóndrulo porfídico de olivino mas piroxeno; f.- cóndrulo rico en
cromo; g.- Fe-Ni metálico; h.- troilita
[9]
.
Se puede observar también, que la matriz está compuesta por agregados
metálicos (0,3-4 mm) y fragmentos de cóndrulos (con un tamaño medio de 300µm)
incluidos en un agregado heterogéneo de grano más f ino, compuesto
mayoritariamente por olivino y ortopiroxeno, con cromita y apatito accesorios. La
condrita contiene aproximadamente un 6,5 % en volumen de componentes
metálicos diseminados. Se reconocen agregados de kamacita, taenita, troilita y Cu
nativo accesorio que presentan un halo de oxidación, aunque observados con luz
reflejada no se reconocen alteraciones a óxidos de hierro. Los análisis de
microsonda electrónica han permitido diferenciar claramente las distintas fases de
Fe, Ni metálico. Estas fases metálicas son anhedrales con morfologías globulares
típicas de procesos de fusión (figura 54-g). La troilita está en contacto con los
Figura 54. Mineralogía del meteorito de Reliegos: a.- cóndrulo radial de piroxeno; b.-
cóndrulo barrado de olivino; c.- cóndrulo de olivino mas metálicos; d.- cóndrulo
microgranular de olivino; e.- cóndrulo porfídico de olivino mas piroxeno; f.- cóndrulo rico en
cromo; g.- Fe-Ni metálico; h.- troilita
[9]
.
Se puede observar también, que la matriz está compuesta por agregados
metálicos (0,3-4 mm) y fragmentos de cóndrulos (con un tamaño medio de 300µm)
incluidos en un agregado heterogéneo de grano más f ino, compuesto
mayoritariamente por olivino y ortopiroxeno, con cromita y apatito accesorios. La
condrita contiene aproximadamente un 6,5 % en volumen de componentes
metálicos diseminados. Se reconocen agregados de kamacita, taenita, troilita y Cu
nativo accesorio que presentan un halo de oxidación, aunque observados con luz
reflejada no se reconocen alteraciones a óxidos de hierro. Los análisis de
microsonda electrónica han permitido diferenciar claramente las distintas fases de
Fe, Ni metálico. Estas fases metálicas son anhedrales con morfologías globulares
típicas de procesos de fusión (figura 54-g). La troilita está en contacto con los
60
granos de Fe,Ni y también en inclusiones anhedrales en el interior de los mismos
(figura 54-h). La cromita de la matriz se encuentra como pequeños granos
anhedrales (0,4 mm de media en su máxima dimensión) , habitualmente en
contacto con troilita y con Fe,Ni metal
[9]
.
La figura 55, permite hacer mediante un estudio petrográfico de la muestra, poner
de relieve que se trata de un compuesto metálico de textura masiva, en la que
aparecen de manera dispersa, y a modo de inclusiones, pequeños agregados
cristalinos de morfologías esféricas o elipsoidales, y un tamaño no superior a 250
µm. Estos agregados presentan una textura granular definida por un
intercrecimiento de dos fases minerales con distinta luminiscencia bajo el haz de
electrones retrodispersados. Ambas fases muestran t amaños de grano
homogéneos (< 10 µm), aunque también aparecen agregados de varios cristales
de la misma fase
[10]
.
Figura 55. Imagen (electrones retrodispersados) de una inclusión en la alineación metálica
que contiene un agregado mineral formado por dos fases distintas: una fase de sulfuro de
manganeso (de color gris claro) y otra de silicato de manganeso (de color gris oscuro)
[10]
.
Petrográficamente las arenitas poseen granulometría de arenas gruesas, en la
clasificación de Wentworth, con granos mal seleccionados y predominantemente
angulosos a sub-angulosos. El empaquetamiento es de tipo flojo, en la
clasificación de Khan, predominando contactos fluctuantes entre los granos del
arcabouzo, como es mostrado en la figura 56-a, donde también se observa que
debido a la sustitución de los granosdel arcabouzo por el cimiento carbonático es
difícil observar la forma original de los granos en algunas de las muestras. Las
figuras 56-b a 56-e, y 57-a muestran un madurez mineral baja debida a la
presencia de granos de piroxenio, anfibolio y fragmentos de rocas volcánicas. La
granos de Fe,Ni y también en inclusiones anhedrales en el interior de los mismos
(figura 54-h). La cromita de la matriz se encuentra como pequeños granos
anhedrales (0,4 mm de media en su máxima dimensión) , habitualmente en
contacto con troilita y con Fe,Ni metal
[9]
.
La figura 55, permite hacer mediante un estudio petrográfico de la muestra, poner
de relieve que se trata de un compuesto metálico de textura masiva, en la que
aparecen de manera dispersa, y a modo de inclusiones, pequeños agregados
cristalinos de morfologías esféricas o elipsoidales, y un tamaño no superior a 250
µm. Estos agregados presentan una textura granular definida por un
intercrecimiento de dos fases minerales con distinta luminiscencia bajo el haz de
electrones retrodispersados. Ambas fases muestran t amaños de grano
homogéneos (< 10 µm), aunque también aparecen agregados de varios cristales
de la misma fase
[10]
.
Figura 55. Imagen (electrones retrodispersados) de una inclusión en la alineación metálica
que contiene un agregado mineral formado por dos fases distintas: una fase de sulfuro de
manganeso (de color gris claro) y otra de silicato de manganeso (de color gris oscuro)
[10]
.
Petrográficamente las arenitas poseen granulometría de arenas gruesas, en la
clasificación de Wentworth, con granos mal seleccionados y predominantemente
angulosos a sub-angulosos. El empaquetamiento es de tipo flojo, en la
clasificación de Khan, predominando contactos fluctuantes entre los granos del
arcabouzo, como es mostrado en la figura 56-a, donde también se observa que
debido a la sustitución de los granosdel arcabouzo por el cimiento carbonático es
difícil observar la forma original de los granos en algunas de las muestras. Las
figuras 56-b a 56-e, y 57-a muestran un madurez mineral baja debida a la
presencia de granos de piroxenio, anfibolio y fragmentos de rocas volcánicas. La
61
figura 57-b muestra una madurez textural baja, ocurriendo en algunas muestras
una inversión textural debida a la infiltración mecánica de arcillas
[10]
.
Figura 56. a.- contactos fluctuantes entre los granos y sustitución del grano de cuarzo por
calcita; b.- fragmento de roca volcánica básica compuesta de arcabouzo de la arenita, donde
se observa la cimentación precoz por hematita en torno a los fragmentos líticos. C.-
Fragmento de roca volcánica alcalina presentando una textura vitrofírica y fenocristalina de
feldespatóides, K-feldespato y aegerina-augita. d.- Arenita presentando baja madurez
mineralógica
[10]
.
Figura 57. a.- fragmento de roca volcánica alcalina, donde se observa la textura vitrofírica y
el proceso de palagonitización del vidro volcánico; c.- Arenita presentando inversión
textural debida a la infiltración mecánica de arcillas; c.- cuarzo autigénico (Qz), donde se
observa que el cimiento de calcita espática (Z1) corroe el overgrowth del cuarzo, y la Z2
indica la película de arcilla envolviendo el grano detrítico; d.- grano de cuarzita (Q) envuelto
por una franja de calcita (Z) y la cimentación por barita (Ba)
[10]
.
figura 57-b muestra una madurez textural baja, ocurriendo en algunas muestras
una inversión textural debida a la infiltración mecánica de arcillas
[10]
.
Figura 56. a.- contactos fluctuantes entre los granos y sustitución del grano de cuarzo por
calcita; b.- fragmento de roca volcánica básica compuesta de arcabouzo de la arenita, donde
se observa la cimentación precoz por hematita en torno a los fragmentos líticos. C.-
Fragmento de roca volcánica alcalina presentando una textura vitrofírica y fenocristalina de
feldespatóides, K-feldespato y aegerina-augita. d.- Arenita presentando baja madurez
mineralógica
[10]
.
Figura 57. a.- fragmento de roca volcánica alcalina, donde se observa la textura vitrofírica y
el proceso de palagonitización del vidro volcánico; c.- Arenita presentando inversión
textural debida a la infiltración mecánica de arcillas; c.- cuarzo autigénico (Qz), donde se
observa que el cimiento de calcita espática (Z1) corroe el overgrowth del cuarzo, y la Z2
indica la película de arcilla envolviendo el grano detrítico; d.- grano de cuarzita (Q) envuelto
por una franja de calcita (Z) y la cimentación por barita (Ba)
[10]
.
62
3.6. BIBLIOGRAFÍA
[1]MOTOKI, A.; Descrição Petrográfica de Rochas Ígneas. Departamento de
Mineralogia e Petrologia Ígnea, Universidade do Estado do Rio de Janeiro. 2004. 8
p.
[2]GIRALDO, J.J.; PÉREZ, R.V.; Concreto bajo microscopio, petrografía: ciencia
aplicada al estudio del concreto y sus materias primas. En:
Revista Notricreto, no.
61, pp40-46.
[3]CAFFERO, A.M.; Petrografía del concreto. En: Concrete Technology Today.
2p. PDF.
[4]FRANCK, R.; JOUKOSKI, A.; GARCÍA, M.I.; PORTELLA , K.F.; DERKSEN,
R.; estudos físico-químicos e mecânicos de concretos produzidos com rejeitos de
porcelana de linhas de transmissão e distribuição, em substituição parcial ou total
dos agregados naturais. II Congresso Brasileiro de Termodinmica Aplicada. 26-
29 setembro 2004.
[5]CHARREAU, G.L.; LUNA, F.S.; Efecto del fuego sobre los hormigones,
alteraciones sufridas por los agregados. Instituto Nacional de Tecnología
Industrial, INTI CECON. 14p.
[6]HINCAPIÉ H., A.M.; AGUJA L., E.A.; Agregado reciclado para morteros. En:
Revista Universidad EAFIT, Vol. 39, no. 132, 2003, pp76-89.
[7]ALCOCER, S.M.; Rehabilitación de estructuras de mampostería. 106p.
[8]GARCÍA, M.I.; JOUKOSKI, A.; PORTELLA, K.F.; GOME S JR., S.B.;
Utilização de terra Füller, proveniente de regeneração de óleo isolante de
transformadores, como agregado miúdo em concretos. IBRACON - Volume II -
Construções em Concreto - Trabalho CBC0239 - pp. II.1736 - II.1750. 46º
Congresso Brasileiro do Concreto.
[9]MARTÍN C., T.; LOZANO, R.P.; Caracterización mineralógica y petrográfica de
dos ejemplares de la colección de meteoritos del Museo Geominero (IGME).
Universidad Rey Juan Carlos Museo Geominero. Madrid, 10p.
[10]BATEZELLI, A.; SOUZA G., N.; PERINOTTO, J.A.D.J .; Petrografia e
evolução diagenética dos arenitos da porção norte e nordeste da bacia bauru
(cretáceo superior). Revista Brasileira de Geociencias 35(3):311-322, setembro
de 2005.
3.6. BIBLIOGRAFÍA
[1]MOTOKI, A.; Descrição Petrográfica de Rochas Ígneas. Departamento de
Mineralogia e Petrologia Ígnea, Universidade do Estado do Rio de Janeiro. 2004. 8
p.
[2]GIRALDO, J.J.; PÉREZ, R.V.; Concreto bajo microscopio, petrografía: ciencia
aplicada al estudio del concreto y sus materias primas. En:
Revista Notricreto, no.
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[3]CAFFERO, A.M.; Petrografía del concreto. En: Concrete Technology Today.
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[4]FRANCK, R.; JOUKOSKI, A.; GARCÍA, M.I.; PORTELLA , K.F.; DERKSEN,
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porcelana de linhas de transmissão e distribuição, em substituição parcial ou total
dos agregados naturais. II Congresso Brasileiro de Termodinmica Aplicada. 26-
29 setembro 2004.
[5]CHARREAU, G.L.; LUNA, F.S.; Efecto del fuego sobre los hormigones,
alteraciones sufridas por los agregados. Instituto Nacional de Tecnología
Industrial, INTI CECON. 14p.
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Revista Universidad EAFIT, Vol. 39, no. 132, 2003, pp76-89.
[7]ALCOCER, S.M.; Rehabilitación de estructuras de mampostería. 106p.
[8]GARCÍA, M.I.; JOUKOSKI, A.; PORTELLA, K.F.; GOME S JR., S.B.;
Utilização de terra Füller, proveniente de regeneração de óleo isolante de
transformadores, como agregado miúdo em concretos. IBRACON - Volume II -
Construções em Concreto - Trabalho CBC0239 - pp. II.1736 - II.1750. 46º
Congresso Brasileiro do Concreto.
[9]MARTÍN C., T.; LOZANO, R.P.; Caracterización mineralógica y petrográfica de
dos ejemplares de la colección de meteoritos del Museo Geominero (IGME).
Universidad Rey Juan Carlos Museo Geominero. Madrid, 10p.
[10]BATEZELLI, A.; SOUZA G., N.; PERINOTTO, J.A.D.J .; Petrografia e
evolução diagenética dos arenitos da porção norte e nordeste da bacia bauru
(cretáceo superior). Revista Brasileira de Geociencias 35(3):311-322, setembro
de 2005.
63
4. REACCIÓN ÁLCALIS AGREGADO
4.1. INTRODUCCIÓN
La presencia de minerales potencialmente reactivos con los álcalis puede producir,
bajo ciertas condiciones de humedad, temperatura y presencia de álcalis, la
formación de un gel expansivo. Dicho gel se expande ante la existencia de
humedad, pudiendo provocar fisuras importantes en el hormigón y alterando la
durabilidad del mismo
[1]
. Estas reacciones denominadas reacción álcali
agregado (AAR) se produce debido a la presencia de los álcalis del cemento
Pórtland, óxidos de sodio y de potasio, y en los agregados, sílice amorfa o
semicristalina; la humedad juega un papel importante ya que actúa como agente
propiciador de la reacción, además del álcali presente en el medio externo
[2]
.
El desarrollo de reacciones entre los agregados y los álcalis del cemento ha sido
motivo de investigaciones y experimentación en ensayos de corta duración en
condiciones de degradación acelerada, en los cuales se parte del supuesto que el
comportamiento del material en servicio será el mismo que en el ensayo acelerado
realizado en laboratorio, donde la diferencia con la realidad radicaría en la
velocidad en que se desarrolla el proceso de deterioro; las experiencias
reportadas en la literatura pone en evidencia que aún en la actualidad, no se
puede asegurar en qué medida existe correlación con su comportamiento en
servicio
[3]
.
Las estructuras de hormigón que durante algún período de su vida en servicio
pudieran estar, en forma permanente o periódica, en contacto con agua, suelos
húmedos o atmósferas con humedad relativa superior al 80 %, deben ser
construidas con un conjunto de materiales componentes (cemento, agregados,
aditivos, adiciones minerales y agua) para los cuales esté comprobado que no se
producen expansiones y / o deterioros como consecuencia de la reacción álcali
sílice (RAS). Los resultados de estas evaluaciones son definitivos acerca de la
existencia de RAS en la estructura observada y de su potencial de ocurrencia en
las que se van a construir con las condiciones antes mencionadas; estas
conclusiones son válidas con prescindencia de los resultados que se obtengan en
los ensayos de laboratorio, cuyo procedimiento de evaluación puede ser orientado
de acuerdo con el diagrama de flujo mostrado en la figura 58
[4]
.
4. REACCIÓN ÁLCALIS AGREGADO
4.1. INTRODUCCIÓN
La presencia de minerales potencialmente reactivos con los álcalis puede producir,
bajo ciertas condiciones de humedad, temperatura y presencia de álcalis, la
formación de un gel expansivo. Dicho gel se expande ante la existencia de
humedad, pudiendo provocar fisuras importantes en el hormigón y alterando la
durabilidad del mismo
[1]
. Estas reacciones denominadas reacción álcali
agregado (AAR) se produce debido a la presencia de los álcalis del cemento
Pórtland, óxidos de sodio y de potasio, y en los agregados, sílice amorfa o
semicristalina; la humedad juega un papel importante ya que actúa como agente
propiciador de la reacción, además del álcali presente en el medio externo
[2]
.
El desarrollo de reacciones entre los agregados y los álcalis del cemento ha sido
motivo de investigaciones y experimentación en ensayos de corta duración en
condiciones de degradación acelerada, en los cuales se parte del supuesto que el
comportamiento del material en servicio será el mismo que en el ensayo acelerado
realizado en laboratorio, donde la diferencia con la realidad radicaría en la
velocidad en que se desarrolla el proceso de deterioro; las experiencias
reportadas en la literatura pone en evidencia que aún en la actualidad, no se
puede asegurar en qué medida existe correlación con su comportamiento en
servicio
[3]
.
Las estructuras de hormigón que durante algún período de su vida en servicio
pudieran estar, en forma permanente o periódica, en contacto con agua, suelos
húmedos o atmósferas con humedad relativa superior al 80 %, deben ser
construidas con un conjunto de materiales componentes (cemento, agregados,
aditivos, adiciones minerales y agua) para los cuales esté comprobado que no se
producen expansiones y / o deterioros como consecuencia de la reacción álcali
sílice (RAS). Los resultados de estas evaluaciones son definitivos acerca de la
existencia de RAS en la estructura observada y de su potencial de ocurrencia en
las que se van a construir con las condiciones antes mencionadas; estas
conclusiones son válidas con prescindencia de los resultados que se obtengan en
los ensayos de laboratorio, cuyo procedimiento de evaluación puede ser orientado
de acuerdo con el diagrama de flujo mostrado en la figura 58
[4]
.
64
Figura 58
[4]
.
La reacción álcali agregado fue descubierta en 1944 por T.E. Stanton, y
numerosos estudios sobre los mecanismos que se basan en la termodinámica y la
cinemática de dicha reacción, que han permitido identificar los factores que en ella
Figura 58
[4]
.
La reacción álcali agregado fue descubierta en 1944 por T.E. Stanton, y
numerosos estudios sobre los mecanismos que se basan en la termodinámica y la
cinemática de dicha reacción, que han permitido identificar los factores que en ella
65
intervienen; también numerosas investigaciones se han orientado al estudio de
posibles inhibidores que disminuyan el potencial de la patología presentada, las
cuales han dado resultados satisfactorios que en adición han producido
mejoramiento de las propiedades mecánicas
[5]
.
Resulta entonces de interés, conocer los diferentes conceptos y experiencias que
en torno del fenómeno existen, para lo cual se ha preparado una visión general
sobre el tema.
4.2. MECANISMO DE LA REACCIÓN
La reacción álcali agregado es una serie de reacciones que se presentan entre
la solución alcalina y algunos minerales de los agregados, que se caracteriza por
ser lenta, que sin embargo, se ha evidenciado ya al octavo mes del fraguado del
concreto, aunque con una mayor proporción entre los 21 y 30 meses; en ella se
forma un gel de silicatos alcalinos, por el inicio del ataque de los hidróxidos
alcalinos derivados de los álcalis que contiene el cemento, sobre los minerales
silíceos de los agregados, los cuales son obligados a presentar un alto contenido
acuoso. El fenómeno se acrecienta y propicia cuando existe un medio ideal,
cuyos factores son el contenido de humedad, la cant idad de minerales
potenciadores, la temperatura, alcalinidad del agua en el poro del concreto,
concentración de portlandita, tiempo para la producción de la reacción, exposición
del concreto a ambientes agresivos (alcalinos), y cambios climáticos.
[7]
Existen tres tipos de reacción álcali agregado, a saber: álcali sílice (ASR),
producida entre los álcalis de la solución y constituyentes silíceos en los
agregados (sílice amorfa, microcristalina o poco cristalina), que conduce a la
expansión y agrietamiento de la estructura de concreto
[8]
; álcali carbonato (ACR),
conocida como una expansión deletérea, donde se produce una reacción de
agregados de origen calizo dolomítico o arcilloso y los álcalis de la pasta de
cemento, causando hinchamiento y esfuerzos internos en el concreto, lo que
conlleva a su agrietamiento
[9]
; y álcali silicato, producida por la presencia de
grandes cantidades de álcalis y de agregados constituidos por silicatos polifásicos
(argilita, filita), y filosilicatos de estructura foliada reticular, y de una manera muy
lenta
[10]
.
Se distinguen cuatro reacciones para la sílice gel / sodio hidróxido / sistema,
cuando el análisis de la reacción álcali sílice se considera mediante los modelos
de estudio de soluciones de Glasser y Kataoka
[11]
: disolución de la sílice por el
ataque del hidrófilo y rompimiento de las bandas de silanol (Si-OH), reacción de
intervienen; también numerosas investigaciones se han orientado al estudio de
posibles inhibidores que disminuyan el potencial de la patología presentada, las
cuales han dado resultados satisfactorios que en adición han producido
mejoramiento de las propiedades mecánicas
[5]
.
Resulta entonces de interés, conocer los diferentes conceptos y experiencias que
en torno del fenómeno existen, para lo cual se ha preparado una visión general
sobre el tema.
4.2. MECANISMO DE LA REACCIÓN
La reacción álcali agregado es una serie de reacciones que se presentan entre
la solución alcalina y algunos minerales de los agregados, que se caracteriza por
ser lenta, que sin embargo, se ha evidenciado ya al octavo mes del fraguado del
concreto, aunque con una mayor proporción entre los 21 y 30 meses; en ella se
forma un gel de silicatos alcalinos, por el inicio del ataque de los hidróxidos
alcalinos derivados de los álcalis que contiene el cemento, sobre los minerales
silíceos de los agregados, los cuales son obligados a presentar un alto contenido
acuoso. El fenómeno se acrecienta y propicia cuando existe un medio ideal,
cuyos factores son el contenido de humedad, la cant idad de minerales
potenciadores, la temperatura, alcalinidad del agua en el poro del concreto,
concentración de portlandita, tiempo para la producción de la reacción, exposición
del concreto a ambientes agresivos (alcalinos), y cambios climáticos.
[7]
Existen tres tipos de reacción álcali agregado, a saber: álcali sílice (ASR),
producida entre los álcalis de la solución y constituyentes silíceos en los
agregados (sílice amorfa, microcristalina o poco cristalina), que conduce a la
expansión y agrietamiento de la estructura de concreto
[8]
; álcali carbonato (ACR),
conocida como una expansión deletérea, donde se produce una reacción de
agregados de origen calizo dolomítico o arcilloso y los álcalis de la pasta de
cemento, causando hinchamiento y esfuerzos internos en el concreto, lo que
conlleva a su agrietamiento
[9]
; y álcali silicato, producida por la presencia de
grandes cantidades de álcalis y de agregados constituidos por silicatos polifásicos
(argilita, filita), y filosilicatos de estructura foliada reticular, y de una manera muy
lenta
[10]
.
Se distinguen cuatro reacciones para la sílice gel / sodio hidróxido / sistema,
cuando el análisis de la reacción álcali sílice se considera mediante los modelos
de estudio de soluciones de Glasser y Kataoka
[11]
: disolución de la sílice por el
ataque del hidrófilo y rompimiento de las bandas de silanol (Si-OH), reacción de
66
los grupos silanol con los OH en la solución, enlazamiento de los iones Na
+
y los
iones Ca
2+
, y la reacción de los tipos de silicato en solución con los iones de calcio
en solución para formarlos silicatos de calcio hidratado (C-S-H). Se presentan dos
fases, las cuales son descritas a continuación
[11]
:
· Una primera fase donde se presenta una reacción ácido base, la cual se
inicia con la neutralización de los grupos silanol procedentes de la sílice
reactiva y culmina con la disolución alcalina del hidróxido sódico (NaOH)
procedente de la disolución de poros del concreto
[12]
. Se muestra esta fase
en las siguientes reacciones:
Si-OH + OH → SiO + H
2O (13)
SiO + Na
+
→ SiONa (14)
Donde, SiONa corresponde al gel de silicato alcalino.
· Una segunda fase referida al ataque de la solución alcalina a los puentes
de siloxano, como se muestra en la siguiente reacción:
(Si-O-Si) + 2OH → SiO + SiO + H
2O (15)
donde se forma un gel de silicato alcalino Si-O-Na que aumenta de volumen al
absorber agua, conllevando a presiones internas en el concreto que pueden
causar expansión y agrietamiento
[12]
. La ecuación general de la sílice reactiva se
muestra a continuación:
nSiO
2 + 2KOH + (n 2)H2O → K 2H2(n 1)(SiO2)n (16)
En investigaciones realizadas por Thomas
[13]
, Roy et al
[14]
y Perruchot et al
[15]
, se
reportan la influencia del calcio en la formación del gel de la ASR, de tal manera
que se concluye que el calcio es necesario para la formación de geles expansivos,
provoca una variación positiva de volumen total del sistema reaccionante a presión
constante, de tal manera que los iones Ca
2+
cerca de la interfase sólido líquido
en los concretos controlan la difusión de aquellos iones de sílice que están fuera
del agregado reactivo; el alto valor de iones Ca
2+
, además de limitar la difusión
también favorece el fenómeno de precipitación.
Collins et al
[16]
, esquematizan el mecanismo de formación gel álcali sílice, en
ocho pasos: agregado de silicio en la solución; ataque a la superficie de los
agregados por los iones hidróxido y formación de grupos silanol; reacción de los
grupos silanol con OH formando moléculas de SiO; reacción de SiO con los
los grupos silanol con los OH en la solución, enlazamiento de los iones Na
+
y los
iones Ca
2+
, y la reacción de los tipos de silicato en solución con los iones de calcio
en solución para formarlos silicatos de calcio hidratado (C-S-H). Se presentan dos
fases, las cuales son descritas a continuación
[11]
:
· Una primera fase donde se presenta una reacción ácido base, la cual se
inicia con la neutralización de los grupos silanol procedentes de la sílice
reactiva y culmina con la disolución alcalina del hidróxido sódico (NaOH)
procedente de la disolución de poros del concreto
[12]
. Se muestra esta fase
en las siguientes reacciones:
Si-OH + OH → SiO + H
2O (13)
SiO + Na
+
→ SiONa (14)
Donde, SiONa corresponde al gel de silicato alcalino.
· Una segunda fase referida al ataque de la solución alcalina a los puentes
de siloxano, como se muestra en la siguiente reacción:
(Si-O-Si) + 2OH → SiO + SiO + H
2O (15)
donde se forma un gel de silicato alcalino Si-O-Na que aumenta de volumen al
absorber agua, conllevando a presiones internas en el concreto que pueden
causar expansión y agrietamiento
[12]
. La ecuación general de la sílice reactiva se
muestra a continuación:
nSiO
2 + 2KOH + (n 2)H2O → K 2H2(n 1)(SiO2)n (16)
En investigaciones realizadas por Thomas
[13]
, Roy et al
[14]
y Perruchot et al
[15]
, se
reportan la influencia del calcio en la formación del gel de la ASR, de tal manera
que se concluye que el calcio es necesario para la formación de geles expansivos,
provoca una variación positiva de volumen total del sistema reaccionante a presión
constante, de tal manera que los iones Ca
2+
cerca de la interfase sólido líquido
en los concretos controlan la difusión de aquellos iones de sílice que están fuera
del agregado reactivo; el alto valor de iones Ca
2+
, además de limitar la difusión
también favorece el fenómeno de precipitación.
Collins et al
[16]
, esquematizan el mecanismo de formación gel álcali sílice, en
ocho pasos: agregado de silicio en la solución; ataque a la superficie de los
agregados por los iones hidróxido y formación de grupos silanol; reacción de los
grupos silanol con OH formando moléculas de SiO; reacción de SiO con los
67
cationes álcali, formando el gel álcali sílice alrededor del agregado; interacción
del agua con el gel álcali sílice expandido y ejerciendo presión osmótica
alrededor de la pasta o del agregado; superación de la resistencia a tensión del
concreto produciendo el agrietamiento inclusive de fisuras interconectadas entre
si, y daño por la reacción álcali sílice. De igual manera, manifiestan la existencia
de cuatro teorías para explicar la expansión de la AAR: la teoría de la doble capa
propuesta por Prezzi (1997); la teoría de la presión osmótica propuesta por
Hansen (1994); la teoría de la membrana de CSH propuesta por Chartterji et al
(1986-1988); y la teoría del intercambio calcio álcalis propuesta por Rotter
(1995).
Las figuras 59-60 muestran el agrietamiento producido por la reacción álcali
agregado, tanto en agregados como en estructuras
[17]
.
Figura 59. Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado
[17]
.
Figura 60. Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado
[17]
.
cationes álcali, formando el gel álcali sílice alrededor del agregado; interacción
del agua con el gel álcali sílice expandido y ejerciendo presión osmótica
alrededor de la pasta o del agregado; superación de la resistencia a tensión del
concreto produciendo el agrietamiento inclusive de fisuras interconectadas entre
si, y daño por la reacción álcali sílice. De igual manera, manifiestan la existencia
de cuatro teorías para explicar la expansión de la AAR: la teoría de la doble capa
propuesta por Prezzi (1997); la teoría de la presión osmótica propuesta por
Hansen (1994); la teoría de la membrana de CSH propuesta por Chartterji et al
(1986-1988); y la teoría del intercambio calcio álcalis propuesta por Rotter
(1995).
Las figuras 59-60 muestran el agrietamiento producido por la reacción álcali
agregado, tanto en agregados como en estructuras
[17]
.
Figura 59. Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado
[17]
.
Figura 60. Agrietamiento en estructuras debido a la reacción álcali agregado
[17]
.
68
4.3. EVALUACIÓN
El Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón
[4]
, menciona que cuando se
utilicen agregados finos y/o gruesos de los cuales se carezca de antecedentes, o
se tengan dudas sobre su reactividad potencial con los álcalis, dichos agregados
deben ser evaluados con los siguientes métodos: análisis petrográfico, ensayo con
el método acelerado de barras de mortero, y ensayo de prismas de hormigón. El
análisis petrográfico, se debe realizar para identificar los componentes
potencialmente reactivos presentes en el agregado fino y en el agregado grueso;
el agregado fino y el agregado grueso que contenga uno cualquiera de los
siguientes minerales, en cantidades mayores que las indicadas, debe ser
considerado potencialmente reactivo, y cuyos límites deben ser aplicados a cada
uno de los agregados individualmente, y al conjunto de los agregados de obra:
· Cuarzo tensionado, microfracturado o microcristalino, 5 %.
· Chert y / o calcedonia, con trazas de ópalo incluidas en su masa, 3 %.
· Tridimita y / o cristobalita, 1 %.
· Ópalo, 0.5 %.
· Vidrio volcánico contenido en rocas volcánicas, 3 %.
· Arcillas del tipo esmectitas contenidas en la masa de basaltos, 2 %.
Cuando los agregados resulten potencialmente reactivos, se ensayan con el
método acelerado de la barra de mortero, y cuando se conoce el conjunto de los
agregados y las proporciones con que se utilizarán en obra, el ensayo se realiza
también con esa mezcla y proporciones de agregados; el Reglamento
mencionado, considera que un agregado fino, un agregado grueso, ó la mezcla de
ambos es potencialmente reactivo cuando la expansión a los 16 días es igual o
mayor que 0.10%. Como alternativa, se puede evaluar a los agregados con el
método de ensayo de prismas de hormigón, donde se c onsidera que los
agregados, o la mezcla de agregados con las proporciones de obra, son
potencialmente reactivos, cuando la expansión a la edad de un año es igual o
mayor que 0.04 %.
[4]
Cuando las evaluaciones indican que uno de los agregados, o la mezcla de ambos
en las proporciones de obra, son potencialmente reactivos con los álcalis, se
puede adoptar alguna de las siguientes soluciones
[4]
:
· Cambiar total o parcialmente el agregado potencialmente reactivo por otro
no reactivo.
· Usar un cemento inhibidor de la reacción álcali-agregado.
· Usar un cemento con o sin adiciones minerales activas pulverulentas que
halla demostrado ser efectivo para evitar la RAS con los agregados de
obra.
4.3. EVALUACIÓN
El Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón
[4]
, menciona que cuando se
utilicen agregados finos y/o gruesos de los cuales se carezca de antecedentes, o
se tengan dudas sobre su reactividad potencial con los álcalis, dichos agregados
deben ser evaluados con los siguientes métodos: análisis petrográfico, ensayo con
el método acelerado de barras de mortero, y ensayo de prismas de hormigón. El
análisis petrográfico, se debe realizar para identificar los componentes
potencialmente reactivos presentes en el agregado fino y en el agregado grueso;
el agregado fino y el agregado grueso que contenga uno cualquiera de los
siguientes minerales, en cantidades mayores que las indicadas, debe ser
considerado potencialmente reactivo, y cuyos límites deben ser aplicados a cada
uno de los agregados individualmente, y al conjunto de los agregados de obra:
· Cuarzo tensionado, microfracturado o microcristalino, 5 %.
· Chert y / o calcedonia, con trazas de ópalo incluidas en su masa, 3 %.
· Tridimita y / o cristobalita, 1 %.
· Ópalo, 0.5 %.
· Vidrio volcánico contenido en rocas volcánicas, 3 %.
· Arcillas del tipo esmectitas contenidas en la masa de basaltos, 2 %.
Cuando los agregados resulten potencialmente reactivos, se ensayan con el
método acelerado de la barra de mortero, y cuando se conoce el conjunto de los
agregados y las proporciones con que se utilizarán en obra, el ensayo se realiza
también con esa mezcla y proporciones de agregados; el Reglamento
mencionado, considera que un agregado fino, un agregado grueso, ó la mezcla de
ambos es potencialmente reactivo cuando la expansión a los 16 días es igual o
mayor que 0.10%. Como alternativa, se puede evaluar a los agregados con el
método de ensayo de prismas de hormigón, donde se c onsidera que los
agregados, o la mezcla de agregados con las proporciones de obra, son
potencialmente reactivos, cuando la expansión a la edad de un año es igual o
mayor que 0.04 %.
[4]
Cuando las evaluaciones indican que uno de los agregados, o la mezcla de ambos
en las proporciones de obra, son potencialmente reactivos con los álcalis, se
puede adoptar alguna de las siguientes soluciones
[4]
:
· Cambiar total o parcialmente el agregado potencialmente reactivo por otro
no reactivo.
· Usar un cemento inhibidor de la reacción álcali-agregado.
· Usar un cemento con o sin adiciones minerales activas pulverulentas que
halla demostrado ser efectivo para evitar la RAS con los agregados de
obra.
69
· Usar una mezcla de cemento Pórtland normal más una adición mineral
activa, inhibidora de la RAS.
· Limitar el contenido de álcalis total en el concreto, aportados por el cemento
y los demás componentes, a 3 kg / m3 expresados en Na
2O equivalente,
siempre y cuando no haya aportes externos de álcalis.
· Adicionar inhibidores químicos al hormigón en proporciones suficientes para
evitar que se produzcan expansiones y otros daños perjudiciales por RAS.
4.4. BIBLIOGRAFÍA
[1]RUIZ, A.P.; FAVA, C.; Estudio de fuentes de agregados de la República
Argentina. Anticipándose a las exigencias respecto de la reacción álcalis
agregado. Centro Técnico Loma Negra. 2000, 5p.
[2]TURANLI, L.; BEKTAS, F.; MONTEIRO, P.J.M.; Use of ground clay brick as a
pozzolanic material to reduce the alkali silica reaction. Cement and Concrete
Research, Vol. 33, March 2003, pp1539-1542.
[3]PONCE D.D.M.; M.B.; La durabilidad del concreto. En: Primeras Jornadas
Iberoamericanas sobre Caracterización y Normalización de Materiales de
Construcción. Programa CYTED. Madrid. (Calvo, B., Maya, M., Parra, J.L., 2001,
Editores).
[4]REGLAMENTO CIRSOC 201; Reglamento Argentino de Estructuras de
Hormigón. Parte 2: Especificaciones relativas a los materiales de y hormigones.
Capítulo 2: Especificaciones por resistencia y durabilidad. Pp19-37.
[5]RODRÍGUEZ A., C.A.; Sostenibilidad de los concretos frente a la reacción
álcali árido, mediante el uso de adiciones. Propuesta preliminar doctoral
(Doctorado en Ingeniería de Materiales). Universidad del Valle. Santiago de Cali,
2007, 96p.
[7]RILEM TC 191-ARP; Guide to Diagnosis and Appraisal of ARR Damage in
Concrete Structures. The RILEM TC 191-ARP. May 2004.
[8]MENDOZA E., C.J.; Durabilidad de concretos estructurales. Academia de
Ingeniería. México, 2003.
[9]FOURNIER, B.; BERUBE, M-A.; Alkali Aggregate reaction in concrete: a
review of basics concepts and engineering implications. Canada Journal Civil
Engineering, Vol. 27, pp167-191, 2000.
[10]RAMANCHANDRAN, V.S.; Alkali Aggregate expansion inhibiting
admixtures. Cement and Concrete Composites, No. 20, pp.49-161, 1998.
[11]GLASEER D., L.S.; KATAOKA, N.; Some observations on the rapid chemical
test for potentially reactive aggregate. Cement and Concrete Research, Vol. 11,
pp191-196, 1981.
[12]LEIRO L., A.; Los procesos químicos de degradación del hormigón .
Metodología para su detección y estudio. CEDEX. 1999.
· Usar una mezcla de cemento Pórtland normal más una adición mineral
activa, inhibidora de la RAS.
· Limitar el contenido de álcalis total en el concreto, aportados por el cemento
y los demás componentes, a 3 kg / m3 expresados en Na
2O equivalente,
siempre y cuando no haya aportes externos de álcalis.
· Adicionar inhibidores químicos al hormigón en proporciones suficientes para
evitar que se produzcan expansiones y otros daños perjudiciales por RAS.
4.4. BIBLIOGRAFÍA
[1]RUIZ, A.P.; FAVA, C.; Estudio de fuentes de agregados de la República
Argentina. Anticipándose a las exigencias respecto de la reacción álcalis
agregado. Centro Técnico Loma Negra. 2000, 5p.
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pozzolanic material to reduce the alkali silica reaction. Cement and Concrete
Research, Vol. 33, March 2003, pp1539-1542.
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Iberoamericanas sobre Caracterización y Normalización de Materiales de
Construcción. Programa CYTED. Madrid. (Calvo, B., Maya, M., Parra, J.L., 2001,
Editores).
[4]REGLAMENTO CIRSOC 201; Reglamento Argentino de Estructuras de
Hormigón. Parte 2: Especificaciones relativas a los materiales de y hormigones.
Capítulo 2: Especificaciones por resistencia y durabilidad. Pp19-37.
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álcali árido, mediante el uso de adiciones. Propuesta preliminar doctoral
(Doctorado en Ingeniería de Materiales). Universidad del Valle. Santiago de Cali,
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[7]RILEM TC 191-ARP; Guide to Diagnosis and Appraisal of ARR Damage in
Concrete Structures. The RILEM TC 191-ARP. May 2004.
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Ingeniería. México, 2003.
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review of basics concepts and engineering implications. Canada Journal Civil
Engineering, Vol. 27, pp167-191, 2000.
[10]RAMANCHANDRAN, V.S.; Alkali Aggregate expansion inhibiting
admixtures. Cement and Concrete Composites, No. 20, pp.49-161, 1998.
[11]GLASEER D., L.S.; KATAOKA, N.; Some observations on the rapid chemical
test for potentially reactive aggregate. Cement and Concrete Research, Vol. 11,
pp191-196, 1981.
[12]LEIRO L., A.; Los procesos químicos de degradación del hormigón .
Metodología para su detección y estudio. CEDEX. 1999.
70
[13]THOMAS, M.D.A.; The role of calcium in alkali silica reaction. M.D. Cohen
et al (Editors), Materials Science of Concrete, Special Volume, The Sidney
Diamond Symposium, American Ceramic Society, Westerville, 1988, pp325-337.
[14]ROY, D.M.; ARJUNAN, P.; SILSBEE, M.R.; Effect of silica fume, metakaolin,
and low-calcium fly ash on chemical resistance of concrete. Cement and Concrete
Research, Vol. 31, pp1809-1813, May 2001.
[15]PERRUCHOT, A.; MASSARD, P.; LOMBARDI, J.; Experimentation and
volume variability of Ca-Si gels, first products of alkali silica reaction (ASR). M.A.
Berube et al (Editors), Proceedings of the 11
th
International Conference on Alkali
Aggregate Reaction in Concrete. Quebec, pp81-87, 2000.
[16]COLLINS, C.; et al.; Lithium Additives: the cure of Alkali Silica Reaction?.
Georgia Tech. University, Atlanta.
[17]GONZÁLEZ S., L.O.; Petrografía de los agregados. Trabajo de Curso
(Tópicos Avanzados: Durabilidad del Concreto). Programa de Doctorado en
Ingeniería de Materiales. Universidad del Valle. Santiago de Cali, 2007.
[18]CAFFERO, A.M.; Petrografía del Concreto. En:
Concrete Technology Today,
2p. PDF.
[13]THOMAS, M.D.A.; The role of calcium in alkali silica reaction. M.D. Cohen
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Diamond Symposium, American Ceramic Society, Westerville, 1988, pp325-337.
[14]ROY, D.M.; ARJUNAN, P.; SILSBEE, M.R.; Effect of silica fume, metakaolin,
and low-calcium fly ash on chemical resistance of concrete. Cement and Concrete
Research, Vol. 31, pp1809-1813, May 2001.
[15]PERRUCHOT, A.; MASSARD, P.; LOMBARDI, J.; Experimentation and
volume variability of Ca-Si gels, first products of alkali silica reaction (ASR). M.A.
Berube et al (Editors), Proceedings of the 11
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Aggregate Reaction in Concrete. Quebec, pp81-87, 2000.
[16]COLLINS, C.; et al.; Lithium Additives: the cure of Alkali Silica Reaction?.
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[17]GONZÁLEZ S., L.O.; Petrografía de los agregados. Trabajo de Curso
(Tópicos Avanzados: Durabilidad del Concreto). Programa de Doctorado en
Ingeniería de Materiales. Universidad del Valle. Santiago de Cali, 2007.
[18]CAFFERO, A.M.; Petrografía del Concreto. En:
Concrete Technology Today,
2p. PDF.
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novasedanayoga46
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