GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS

1.- OBJETIVOS

- Conocer los requisitos de gradación y calidad del agregado grueso para uso en el concreto.

- Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado y con estos datos construir la curva granulométrica.

- Calcular si el agregado se encuentra dentro de los límites para diseño de mezcla.

- Determinar mediante el análisis de tamizado la gradación que existe en una muestra de agregados.

- Conocer el procedimiento para la selección del agregado en el diseño de mezcla para elaborar un concreto de buena calidad.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO.

El estudio de la granulometría de los agregados ha ocupado un importante lugar dentro de las primeras investigaciones realizadas sobre el concreto. El proporcionamiento de los agregados finos y gruesos para producir mezclas de la más alta compacidad y, por ende, más resistentes y económicas dio origen a la propuesta de numerosas curvas prototipo o ideales.

En el análisis de la compacidad se ha estimado que los agregados de similar dimensión producen el mayor número de vacíos, mientras que de existir una determinada diferencia entre los tamaños su acomodo se produce con la máxima compacidad.

La elección de una serie granulométrica debe efectuarse de acuerdo con el tamaño máximo del agregado, asegurando una adecuada trabajabilidad, de manera que el concreto pueda ser consolidado sin exigir demasiado trabajo mecánico.

Las mallas utilizadas para determinar la granulometría de los agregados, se designan por el tamaño de la abertura cuadrada en pulgadas. Las mallas son las siguientes: 3 ½”, 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, 1/2”, 3/4”, 3/8”.

Expresión de la Granulometría:

Las granulometrías se definen en función de los conceptos: tamaño máximo del agregado y tamaño nominal máximo.

El tamaño máximo se utiliza para seleccionar el agregado según las condiciones de geometría del encofrado y el refuerzo de acero. Corresponde a la malla más pequeña que pasa el 100% del material.

El tamaño nominal máximo, se da generalmente como referencia de la granulometría y corresponde a la malla más pequeña que produce el primer retenido.

Los resultados de un análisis granulométrico también se pueden representar en forma gráfica y en tal caso se llaman curvas granulométricas.

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1

Estas gráficas se representan por medio de dos ejes perpendiculares entre sí, horizontal y vertical, donde las ordenadas representan el porcentaje que pasa y en el eje de las abscisas la abertura del tamiz cuya escala puede ser aritmética, logarítmica o en algunos casos mixta.

Malla # 4

3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2"

2" 2 1/2"

3" 4"0

102030405060708090

100

CURVA GRANULOMÉTRICA

MALLAS NORMALIZADAS

% Q

UE P

ASA

Ejemplo de curva granulométrica de agregado grueso

DEFINICIONES

Agregado Grueso.- Es el agregado retenido en la Malla Nº 4 proveniente de la desintegración natural o mecánica de la roca, y que cumple con los límites establecidos en la norma.

Granulometría.- La granulometría de una base de agregados se define como la distribución del tamaño de sus partículas. Esta granulometría se determina haciendo pasar una muestra representativa de agregados por una serie de tamices ordenados, por abertura, de mayor a menor tamaño.

Tamaño Nominal Máximo.- Es el que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido.

Tamaño Máximo.- Es definido por el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso.

El Reglamento Nacional de las Construcciones prescribe que el tamaño máximo del agregado no debe ser mayor de:

1/5 de la menor separación entre los lados del encofrado. 1/3 del peralte de la losa 3/4 del espaciamiento mínimo libre entre las varillas o alambres

individuales de refuerzo, paquetes de varillas, cables o ductos de pre esfuerzo.

Granulometría Continua.- Se puede observar luego de un análisis granulométrico, si la mas de agrupados contiene todos los tamaños de grano, desde el mayor hasta el más pequeño, si así ocurre se tiene una curva granulométrica continua.

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2

Granulometría Discontinua.- Al contrario de lo anterior, se tiene una granulometría discontinua cuando hay ciertos tamaños de grano intermedios que faltan o que han sido reducidos o eliminados artificialmente.

3.- EQUIPOS Y MATERIALES

Una balanza de precisión Una brocha Recipiente Serie de tamices: Tamiz 3 ½”, 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, 1/2”, 3/4”, 3/8”.

4.-

PROCEDIMIENTO, CÁLCULO Y TOMA DE DATOS.

- Se toma una muestra de aproximadamente 5 Kg. del agregado por el método del cuarteo y se procede con la operación de tamizado.

- La operación de tamizado se puede llevar a cabo a mano o mediante el empleo de la maquina adecuada. El tamizado a mano se hace de tal manera que el material se mantenga en movimiento circular con una mano mientras se golpea con la otra, pero en ningún caso se debe inducir con la mano para lograr el paso de una partícula a través del tamiz.

- Después de tamizar se toma el material retenido en cada tamiz y se pesa, y cada valor se coloca en la columna Nº 2 de la tabla 2. Cada uno de estos pesos retenidos se expresa como porcentaje (retenido del peso total de la muestra.

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3

%Retenido=Peso delmaterial retenido en tamizPeso totalde lamuestra

x 100

Este valor de % Retenido se coloca en la columna 3.

- En la columna 4 se van colocando los porcentajes retenidos acumulados.

- En la columna 5 se registra el porcentaje acumulado que pasa, que será simplemente la diferencia entre 100 y el porcentaje retenido acumulado.

Fórmula%PASA=100−%Retenido Acumulado

TABLA GRANULOMÉTRICA:

GRANULOMETRÍA (% RETENIDO ACUMULADO)

Tamiz (mm)

Tamiz (ASTM)

W(Malla) % Retenido

% Ret. Acu.

% Ret.Pasa Acu.

50.8 2''

38 1 1/2'' 0 0 0 100

25.4 1'' 726.30 22.30 22.30 77.70

19.05 3/4'' 905.90 27.81 50.11 49.89

12.7 1/2'' 852.70 26.18 76.29 23.71

9.5 3/8'' 348.80 10.71 87.00 13.00

6.35 1/4'' 348.40 10.70 97.69 2.31

FONDO FONDO 75.20 2.31 100 0

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4

TOTAL Total 3257.30 100 100

1 10 1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICODEL AGREGADO GRUESO

PORC

ENTA

JE Q

UE P

ASA

6.- OBSERVACIONES EXPERIMENTALES.

1. Investigar cuales son los requerimientos granulométricos según ASTM-C33 para los diferentes tamaños máximos de agregados.

ASTM C33-03 (Especificación Normalizada de Agregados para Concreto).- Esta especificación define los requisitos para granulometría y calidad de agregado fino y grueso (distinto de agregado liviano o pesado) para utilizar en concreto.

MTP: Material granular de composición mineralógica como arena,grava, escoria, o roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños.

a) AGREGADO FINO

- El agregado fino deberá estar graduado dentro de los límites indicados en la NTP 400.037 o ASTM C33-03. Es recomendable tener en cuenta lo siguiente:

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1) La granulometría seleccionada deberá ser preferentemente continua, con valores retenidos en las mallas Nº4, Nº8, Nº16, Nº30, Nº50 y Nº100 de la serie de Tyler.

2) El agregado no deberá retener más del 45% en dos tamices consecutivos cualesquiera.

3) En general, es recomendable que la granulometría se encuentre dentro de los siguientes límites: NTP 400.037

Malla Porcentaje que pasa

3/8” 100

Nº4 95-100

Nº8 80-100

Nº16 50-85

Nº30 25-60

Nº50 10-30

Nº100 2-10

Finalmente, la granulometría deberá corresponder a la gradación C de la siguiente tabla (similar a la normalizada por el ASTM).

GRANULOMETRIA DEL AGREGADO FINO, NTP 400.037

TAMIZ PORCENTAJE DE PESO (MASA) QUE PASA

LIMITES TOTALES *C

9.5 mm (3/8) 100 100

4.75 mm (Nº4) 89 – 100 95 – 100

2.36 mm (Nº8) 65 – 100 80 – 100

1.18 mm (Nº16) 45 – 100 50 – 85

600 um (Nº30) 25 – 100 25 – 60

300 um (Nº50) 5 – 70 10 – 30

150 um (Nº100) 0 – 12 2 – 10 *Incrementar a 5% para agregado fino triturado, excepto cuando se use para

pavimentos.

b) AGREGADO GRUESO

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Se define como agregado grueso al material retenido en el tamiz 4.75 mm. (N º 4) y cumple los límites establecidos en la NTP 400.037.

El agregado grueso podrá consistir de grava natural o triturada, piedra partida, o agregados metálicos naturales o artificiales. El agregado grueso empleado en la preparación de concretos livianos podrá ser natural o artificial.

El agregado grueso deberá cumplir con los siguientes requerimientos:

Deberá estar conformado por partículas limpias, de perfil preferentemente angular, duras, compactas, resistentes, y de textura preferentemente rugosa.

Las partículas deberán ser químicamente estables y libres de escamas, tierra, polvo, limo, humus, incrustaciones superficiales, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas.

Es recomendable tener en consideración: Según NTP400.037 ó la Norma ASTM C33

1) La granulometría seleccionada deberá ser de preferencia continua.2) La granulometría seleccionada deberá permitir obtener la máxima

densidad del concreto, con una adecuada trabajabilidad y consistencia en función de las condiciones de colocación de la mezcla.

3) La granulometría seleccionada no deberá tener más del 5% del agregado retenido en la malla de 11/2” y no más del 6% del agregado que pasa la malla de ¼ ”.

El agregado grueso debería estar graduado dentro de los límites especificados en la NTP 400.037, tal como sigue:

REQUISITOS GRANULOMETRICOS DEL AGREGADO GRUESO

Nº

ASTM

Tamaño

Nominal

% QUE PASA POR LOS TAMICES NORMALIZADOS

100mm

90 mm

75 mm

63 mm

50 mm

37,5 mm

25 mm

19mm

12,5

mm

9,5 mm

4,75

mm

2,36

mm

1,18mm

4” 3.5” 3” 2.5” 2” 1.5” 1” ¾” ½” 3/8” Nº4 Nº8 Nº16

131/2”

a11/2”

100 90a

100

25a

60

0a

15

0a5

221/2”

a11/2”

100 90a

100

35a70

0a

15

0a5

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32”a1”

100 90a

100

35a

70

0a15

0a5

3572”a

Nº4

100 95a

100

35a70

10a30

0a5

411/2”

a¾”

100 90a

100

20a55

0a

15

0a5

46711/2”

aNº4

100 95a

100

35a

70

10a

30

0a5

51”a

½”

100 90a

100

20a

55

0a10

0a5

561”a

3/8”

100 90a

100

40a

85

10a40

0a

15

0a5

571”a

Nº4

100 95a

100

25a60

0a

10

0a5

6¾”a

3/8”

100 90a

10

20a55

0a

15

0a5

67¾”a

Nº4

100 90a

100

20a

55

0a

10

0a5

7½”a

Nº4

100 90a

100

40a

70

0a

15

0a5

93/8”

aNº8

100 85a

100

10a

30

0a10

0a5

2. ¿Qué entiendes por compacidad?

La compacidad es aquello que manifiesta la calidad de compacto. El adjetivo compacto representa una masa muy unida; un agregado cuyos elementos constituyentes están muy poco o nada separados los unos de los otros.

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Si definimos como Compacidad de un agregado individual a la relación entre su volumen real y volumen aparente, siendo el volumen real el volumen sólido de todas las partículas y el volumen aparente el volumen sólido más los vacíos que se encuentran entre las partículas:

Una correcta distribución de las partículas define una granulometría eficaz, la que influencia positivamente las siguientes propiedades:

· Compacidad del esqueleto granular: Al disminuir el volumen de vacíos, se obtiene un esqueleto granular compacto, reduciendo la cantidad de pasta de cemento (y con ello la cantidad de cemento) necesario para rellenarlo.

Docilidad: Con granulometrías apropiadas se obtienen hormigones más trabajables que necesitan menor energía de compactación.

· Economía: ya que la pasta de cemento, que es el componente más costoso del hormigón, se ve reducida en virtud de la disminución de vacíos.

3. Determine el tamaño máximo y máximo nominal del agregado ensayado.

Tamaño Máximo (TMax).- Es definido por el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso.

En tal sentido el TMax = 1 pulgada

Tamaño Nominal Máximo (TMaxN).- Definimos que este tipo de tamaño, es el tamiz que registra el 1º retenido.

En tal sentido el TMax.N = 1 pulgada

4. ¿Qué entiende por granulometría y describa los tipos de granulometría?

La granulometría es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica.

El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices.

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La GRANULOMETRÍA CONTÍNUA.- un agregado produce retenciones en todos los tamices, es decir, que existen granos de todos los tamaños y, del mismo modo que en un agregado ideal de Fuller, hay mayor peso de los granos de mayor diámetro. Esto hace que su gráfica sea una curva que va ganando pendiente conforme va aumentando el diámetro.

La GRANULOMETRÍA DISCONTÍNUA es la que mezcla diámetros grandes y pequeños sin haber diámetros intermedios. Entonces hay ausencia de granos intermedios, por lo que aparecen en la gráfica escalones horizontales en las zonas correspondientes a dichos tamaños de granos.

Diferentes tipos de composiciones granulométricas.

La GRANULOMETRÍA SEMI-CONTINUA, los tramos intermedios corresponden en la gráfica a granos intermedios no son totalmente horizontales, porque si existen granos, pero en proporciones reducidas.

La GRANULOMETRÍA INTERFERIDA, existe exceso de granos intermedios, por lo que sus gráficas acusan mayores pendientes en su zona central que en las extremas. Son los menos adecuados para hacer un hormigón resistente, dadas sus reducidas compacidades.

5. Describa y clasifique el tipo de agregado con el que viene trabajando.

El Agregado ensayado es una muestra representativa de la cantera de Calca, esta muestra según ensayo nos determina un agregado Fino con módulo de finura de 3.66, por lo tanto se establece que tiene Arenas gruesas y ausencia de arenas finas.

Según la clasificación de los agregados estos se clasifican en:- Agregado Finos

Arenas Finas Arenas Gruesas

- Agregados Gruesos

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Gravas Piedra

6. De que parámetros depende la elección del tamaño máximo del agregado de gruesos para el diseño de mezclas.

Las Normas de Diseño Estructural recomiendan que el tamaño nominal máximo del agregado grueso sea el mayor que pueda ser económicamente disponible, siempre que él sea compatible con las dimensiones y características de la estructura. Se considera que, en ningún caso el tamaño nominal máximo del agregado no deberá ser mayor de:

1) 1/5 de la menor dimensión entre caras de encofrados; o2) 1/3 del peralte de las losas; o3) 3/4 del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales

de refuerzos; paquetes de barras; torones; o ductos de pre-esfuerzo.

7. Como influye el agregado grueso en el diseño de mezcla

La calidad de los agregados gruesos es un factor determinante de la resistencia del concreto, las propiedades de los agregados gruesos que más influyen en la mezcla son:

- Tamaño máximo del agregado grueso, su influencia en el diseño de mezcla es la continuidad de la granulometría, y que esto nos determinará la resistencia a la compresión, así como la cantidad de pasta o de cemento a utilizar conjuntamente que el agua.

- Granulometría, materiales bien gradados, producen una mayor densidad.

- La forma y la textura de los agregados que especialmente inciden en la resistencia a la flexión

- La resistencia y la rigidez de las partículas del agregado.

8. Defina el agregado grueso ideal para la fabricación de concreto en términos de su perfil forma textura.

La forma y textura de las partículas de agregados influyen grandemente en los resultados a obtenerse en las propiedades del concreto. Existiendo un efecto de anclaje mecánico que resulta más o menos favorable en relación con el tamaño, la forma, la textura superficial y el

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acomodo entre ellas, también se producen fenómenos de adherencia entre la pasta de cemento y los agregados, condicionados por estos factores; que contribuyen en el comportamiento de resistencia y durabilidad del concreto.

Forma. Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos la forma de los agregados puede ser:

Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes.Redondeada: Bordes casi eliminados.Muy Redondeada: Sin caras ni bordes

La esfericidad resultante de agregados procesados, depende mucho del tipo de chancado y la manera como se opera. La redondez está más en función de la dureza y resistencia al desgaste de la abrasión.

Los agregados con forma equidimensional producen un mejor acomodo entre partículas dentro del concreto, que los que tienen forma plana o alargada y requieren menos agua, pasta de cemento, o mortero para un determinado grado de trabajabilidad del concreto.

Textura. Representa qué tan lisa o rugosa es la superficie del agregado. Es una característica ligada a la absorción, pues los agregados muy rugosos tienen mayor absorción que los lisos; además que producen concretos menos plásticos pues se incrementan la fricción entre partículas dificultando el desplazamiento de la masa.

De acuerdo a lo Mencionado se establece que los agregados:

- Deberán estar conformados por partículas limpias, de perfil preferentemente angular, duras, compactas, resistentes, y de textura preferentemente rugosa.

- Las partículas deberán ser químicamente estables y deberán estar libres de escamas, tierra, polvo, limo, humus, incrustaciones superficiales, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas.

- Es recomendable tener en consideración lo siguiente: Según NTP400.037 ó la Norma ASTM C33

9. A que se denomina superficie específica y cómo influye en el diseño de mezcla.

La superficie específica es una propiedad de los sólidos la cual es la relación entre el área superficial total y la masa del sólido, []o volumen en bruto, o área en la sección transversal.

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La finura del cemento es una de las propiedades físicas más importantes del cemento, ya que está directamente relacionada con la hidratación del mismo. La hidratación de los granos de cemento ocurre del exterior hacia el interior; luego el área superficial de la partícula de cemento constituye el material de hidratación, y el tamaño de los granos (su finura) tiene gran influencia en la velocidad de hidratación, en el desarrollo de calor, en la refracción y en el aumento de resistencia con la edad.

Cuando el cemento es muy fino endurece más rápido y por tanto desarrolla alta resistencia en menor tiempo; sin embargo libera mayor cantidad de calor y por ende aumenta la retracción y la susceptibilidad a la figuración, además una molienda fina aumenta los costos de producción y hace que el cemento sea susceptible a hidratarse con la humedad ambiental, por lo que su vida útil es más corta.

Un grano fino exuda menos que un grano grueso porque retiene mejor el agua al tener mayor superficie de hidratación.

La finura se expresa por el área superficial de las partículas contenidas en un grano de cemento y se llama superficie específica; se mide en cm2/gr.

Agregados con mayor área superficial permitan la utilización de la menor cantidad de pasta de cemento producirán un concreto con mayor estabilidad volumétrica.

7.- BIBLIOGRAFÍA

- TÓPICOS DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – (CIP) – Ing. Enrique Pasquel – 1998- COMENTARIOS SOBRE CONCRETO – (U.N.I.) – Ing. Jaime de las Casas Pasquel – 1966- TECNOLOGÍA DE CONCRETO – (U.N.I.) – Ing. Enrique Rivera López- DISEÑO DE CONCRETO REFORZADO – McCormac – 2004

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- CEMENTO BOLETINES TÉCNICOS- NORMAS TÉCNICAS PERUANAS DE LA CONSTRUCCIÓN- TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – Ing. Flavio Avanto Castillo.

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