Unidad 1 Agregados.pptx

UNIDAD 1
AGREGADOS
Escuela Ambiental
Facultad de Ingeniería
Universidad de Antioquia
1
Materiales de construcción - Agregados – Ingeniería Civil- UdeA.

GENERALIDADES
 Materiales naturales obtenidos de la Madre
Tierra.
 Se utilizan en construcciones de vías: carpeta
asfáltica, capas granulares de soporte (llenos,
bases, sub-bases)
 Concreto hidráulico: pavimentos rígidos,
revoques (morteros)
2

Los agregados determinan aspectos
importantes de una construcción:
 Economía
 Durabilidad
 Estabilidad
 Volumen
3
Imagen 1
1. Tomada de: http://www.materialesdeconstruccion.com.mx/productos-agregados.php

Economía
• Grandes cantidades de agregado → más económico
→ pocas cantidades de cemento → poca adherencia.
• Una mezcla óptima es aquella que contenga los
aspectos positivos de cada material.
Durabilidad
• Mayor resistencia del agregado → mayor resistencia
del concreto o asfalto.
• Rocas resistentes producen concretos y pavimentos
más resistentes para clima y temperatura.
4

Volumen
• Concreto hidráulico (65% - 85%)
• Concreto asfáltico (92% - 96%)
• Pavimento hidráulico (75% - 90%)
5
Estabilidad
• Con agregados de buena calidad se logra una respuesta
adecuada a los esfuerzos que se generan en las
estructuras civiles.

Tipos de agregados:
 Agregado árido: Conjunto de materiales
minerales, naturales o artificiales
 Agregado grueso o grava: tamaño mayor a la
malla No. 4 (4,76mm – 7,6mm)
 Agregado fino o arena: Tamaño menor a la
malla No. 4 y mayor a la No. 200
 Finos: Tamaño menor No. 200
6

Tipos de agregados:
 Sucio de río: Totalidad del material arrastrado
por el río.
 Gravilla: Material de río o cantera: Malla No. 4
– 3/4’’ (4,76mm– 19,1mm)
 Arenón: Arena natrual de río o Veta: Malla No.
40 – 3/8’’ (9,51mm – 0,420)
 Cascajo: Malla No. 4 – 1 ½’’ (4,76mm –
38,1mm)
7

ORIGEN DE LOS AGREGADOS
8
- Ígneas
- Sedimentarias
- Metamórficas
Agregados

CICLO DE LAS ROCAS
9
http://www.jisanta.com/Geologia/index%20minerales.htm

• Todas las rocas pueden
convertirse en sedimentos
• No hay rocas malas ni
buenas, todo depende para
lo que se necesiten. Ejemplo:
una roca muy resistente no
es económica ya que
necesitaría máquinas de
trituración muy potentes.
10
CICLO DE LAS ROCAS
Imagen 2
2: Tomado de: http://bg4mcrespo.blogspot.com/2011/12/ud-3-el-ciclo-de-las-rocas.html

ROCAS ÍGNEAS
• Rocas originales
• Procesos de enfriamiento
del magma
• La velocidad de
enfriamiento determina
la resistencia del material
11
Imagen 3
3: Tomado de: http://www.uclm.es/profesorado/jaazcarate/index.htm

ROCAS ÍGNEAS
Nombre
Velocidad de
solidificación
Localización Textura
Intrusivas
Plutónicas
Abisales
Lenta
Gran
profundidad
Fanerítica (gravas
uniformes 1mm-
5mm)
Filonianas
Hipoabisales
Media
Mediana
profundidad
Porfirítica (matriz
fina)
Extrusivas
Efusivas
Volcánicas
Rápida
Cerca a la
corteza
Afanítica (no se
aprecian granos)
No afaníticas
(bombas)
12

13
ROCAS ÍGNEAS: Serie de Bowen

a. Minerales de alta resistencia → rocas de alta
resistencia → agregados de alta resistencia
b. Granos finos → rocas mas resistentes
c. Rocas ígneas extrusivas → porosas → baja
resistencia
d. Rocas ígneas intrusivas → poca adherencia
→ alta resistencia
14
ROCAS ÍGNEAS: Aspectos importantes

• Clásticas: Erosión y
transporte
• Orgánicas: acumulación
de materia orgánica
• Químicas: reacciones
químicas naturales
15
ROCAS SEDIMENTARIAS
Imagen 4
4: Tomado de: http://cosmopolitanincentives.com/destinos/grandcanyon/

Corresponden al 75% de las rocas de la
superficie:
46% Lutitas
32% Arenisca
22% Calizas
16
ROCAS SEDIMENTARIAS

• Metamorfismo → aumento de la
temperatura y/o la presión
• Metamorfismo → adhesión → alta
resistencia a la compresión
• Poca porosidad
• Alto grado de metamorfismo → más
resistente a cargas → poco resistente a
efectos climáticos
17
ROCAS METAMÓRFICAS
5: Tomada de: http://www.uclm.es/profesorado/jaazcarate/index.htm
Imagen 5

• Mica o grafito → menor resistencia en el sentido de las
capas
• Foliación → menor resistencia en sentido paralelo
• Roca inicial (protolito) → determina la resistencia de la
roca
• Aluminato de calcio → desintegran el concreto →
reaccionan con el cemento
18
ROCAS METAMÓRFICAS

PRINCIPALES ROCAS UTILIZADAS COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN
Roca
Método de
excavación
Fragmentación
Susceptibilidad a la
meteorización
Granito
Diorita
Explosivos Irregular Probablemente resistente
Basalto Explosivos Irregular Probablemente resistente
Toba Equipo o explosivos Irregulares y finos
Algunos se deterioran
rápidamente
Arenisca Equipo o explosivos Lajas Depende del cementante
Conglomerado Equipo o explosivos Exceso de finos Alta susceptibilidad
Limolita
Lutita
Equipo Bloques a lajas
Desintegra para formar
arcillas
Caliza Explosivos Irregulares lajas Se deterioran (pizarra)
Cuarcita Explosivos Irregular angulosa Resistente
Gnéis Explosivos Irregulares Resistente
Desechos
industriales
Equipos Irregulares Poco resistentes
19

Observaciones:
• Rocas con micas: No se recomiendan para el
concreto:
→ Reaccionan con el cemento
→ Necesitan más agua
• Reacciones con el aluminato de calcio
→ desintegran el concreto
20

Obtención y clasificación de los
agregados
• Extracción de bancos de material:
→ Afloramientos de roca
→ Depósitos de roca
(coluvión)
• Extraer material de río
(aluvión, barra, etc)
21
6: Tomado de: http://www.trituradora.net/news/plantas-de-agregados-en-chile.html
Imagen 6

agregados

agregados
Bancos de materiales:
→ Cartografía de la zona
→ Fotografías aéreas de pares estereoscópicos
→ Mapas y cortes geológicos
→ Datos geotécnicos y geofísicos
→ Profundidad, espesor y extensión del banco
26

agregados
Bancos de materiales:
→ Clase o tipo de material (necesidades estructurales)
→ Facilidad de acceso
→ Distancia de acarreo
→ Derechos de propiedad
→ Costos de explotación
→ Licencia ambiental
→ Manejo ambiental
27

Clasificación de los Agregados
Agregados naturales:
Cantera → Angulosos - rugosos
Río → Redondeados - lisos
→ Triturado de río
28
7: Tomado de: http://www.accionverde.com/2010/03/15/las-repercusiones-contaminaciones
Imagen 7

Clasificación de los Agregados
Agregados artificiales:
Arcillas expandidas
Escorias
Limadura de hierro
Procesos
industriales
29

Concretos
Concretos de baja resistencia: Agregados
mezclados con:
• Cascarilla de arroz
• Palma
• Café
• Guadua
• Etc.
30
ICPC posee bancos de
investigaciones sobre mezclas
con agregados artificiales

Tamaño (mm) Material → Finos
0,002 - T200 Limos - arcillas
→ Agregado fino
T200 - T4 Arenas
T4 - 3/4'' Gravilla
3/4'' - 2'' Grava
Agregado
grueso
2'' - 6'' Piedra
> 6'' Rajón, piedra bola
Densidad: Ligeros: 480 – 1040 kg/m³
Normal 1300 – 1600 kg/m³
31
Clasificación por tamaño

Propiedades de los agregados
Propiedades químicas: Depende de la roca madre.
Inertes, pero pueden reaccionar con el cemento
• Reacción alcali (oxido de sodio y potasio) -agregado:
Silicio → Más nociva
Carbonatos → Menos nociva
• Si estas reaccionan con el cemento se obtiene
→ Un gel expansivo → Grietas en el concreto
32

• NTC 175: Método químico para determinar la
reactividad potencial Alcali-silice de los agregados
(ASTM C289-3). Agregado pulverizado + hidroxido de
sodio.
• ASTM C227: Prueba de la barra de mortero.
Expansión de 3 a 6 meses.
• ASTM C556: Prueba de cilindro de roca
• Agregados calizos + cemento → EPITAXIA: mejora la
adherencia y resistencia del concreto
33

Propiedades Físicas:
• Granulometría: relación de tamaño con el porcentaje
que pasa la malla (NTC 77, ASTM C136, INV-E-123)
Curva granulométrica:
34
8: Tomado de: http://mecanicadesuelosensayos.blogspot.com/2010/11/analisis-granulometrico
Imagen 8

Curva granulométrica
• Bien gradada
• Pobremente gradada
35
• Discontinua

Coeficientes Cc y Cu
• Coeficiente de uniformidad
• Coeficiente de curvatura
36
Bien gradado: Cc entre 1 y 3
Cu>4 (Grava)
Cu>6 (Arena)

Factores derivados del análisis
granulométrico
• Tamaño máximo: Menor abertura del tamiz
que permite el paso del 100% del agregado.
• Tamaño máximo nominal: Abertura del tamiz
inmediatamente superior a aquel cuyo
porcentaje retenido acumulado es de 15% o
más.
37

granulométrico
Módulo de finura: La centésima parte del número
obtenido al sumar los porcentajes retenidos
acumulados de los tamices No. 100, No. 50, No. 30,
No. 16, No. 8, No. 4, 3/8‘’, 3/4‘’, 1 ½’’ y los
siguientes en relación 1:2.
Permite determinar el grosor o finura del material.
Se restringe al agregado fino
38

granulométrico
Arena: Arena fina: 0,5 – 1,5
Arena media: 1,5 – 2,5
Arena gruesa: 2,5 – 3,5
Arena con grava:
Fina: 2,2 – 2,6
Media: 2,6 – 2,9
Gruesa: >2,9
Finos: Porcentaje que pasa la malla No. 200
39

granulométrico
Tamaño (mm) Retenido (g)
4,75 9,45
2,00 14,55
0,85 13,05
0,60 14,70
0,30 17,55
0,15 31,65
# 200 17,55
40
Determinar el tamaño
máximo nominal.
Cuál es el tamaño máximo?
Ejemplo 1:

granulométrico
41
Determinar el tamaño máximo nominal.
Cuál es el tamaño máximo?. Cuál es el modulo de finura para el agregado fino?
Ejemplo 2:
Clasificar los suelos
Agregado grueso Agregado Fino
Tamiz Tamiz
Pulgadas Milímetros Pulgadas Milímetros
2 50,8 0,00 3/8 9,525 0,00
1 1/2 38,1 37,05 No. 4 4,75 9,70
1 25,4 209,95 No. 8 2,36 38,80
3/4 19,05 247,00 No. 16 1,18 145,50
1/2 12,7 370,50 No. 30 0,6 145,50
3/8 9,525 123,50 No. 50 0,3 72,75
No. 4 4,75 197,60 No. 100 0,15 63,05
Fondo 49,40 Fondo 9,70
Retenido (g) Retenido (g)

Propiedades de los Agregados
42
Forma de las partículas:
• Redondez: → Angular: Aristas bien definidas
→ Redondeado: Aristas desgastadas
• Esfericidad: Relación entre el área superficial y el
volumen
→ Totalmente esféricos
→ Cúbicas
→ Tetraédricas
→ Laminares
→ Alargados
La forma de las
partículas se indica
con dos términos
aduciendo a su
redondez y a su
esfericidad

43
Forma de las partículas:
Angular Redondeada Laminar
Alargada
Laminar-alargada

44
Materiales redondeados: Se da por procesos de
transporte, o por contacto con otros materiales van
perdiendo sus aristas o partes más frágiles. Se pueden
dar en ríos, glaciares o movimientos de tierra.
9: Tomado de: http://www.generalsandblasting.com/generalsandproducts/aggregates.html
Imagen 9.

45
Materiales angulares: Agregados naturales de cantera o
triturado de río. Suelos residuales (aquella roca que por
proceso de meteorización se convierte en partículas
más pequeñas).
10: Tomado de: http://www.generalsandblasting.com/generalsandproducts/aggregates.html
Imagen 10

46
• La norma NTC 174 define partículas planas y
alargadas:
• Si d/b > 1,5 → Alargada
• Si d/b < 0,5 → Plana
11. Tomado de: http://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/pccp/04150/appendd.cfm
Imagen 11
d = Espesor de la partícula
b = Ancho de la partícula

47
• Textura: se deriva directamente de la roca madre. Afecta
aspectos de las mezclas como:
→ Adherencia
→ Fluidez
Si la roca es muy lisa la mezcla es fluida y la adherencia no
es buena
• Densidad: depende de las propiedades de la roca original
de donde provienen los agregados. Materiales más
densos son más resistentes.

48
Densidad absoluta:
Densidad nominal:
Densidad aparente:
Ps: Peso seco de la masa Vv: Volumen de vacíos
Vm: Volumen de la masa Vvs: Volumen de poros saturables
NTC 237: Densidad de agregado fino. NTC 176: Densidad agregado grueso

49
Porosidad y Absorción:
Materiales porosos son menos densos → menos
resistentes → pero más adherentes
→ Adherencia
→ Resistencia a compresión y flexión
→ Capacidad de almacenar agua
→ Capacidad de absorber agua

50
Los agregados de acuerdo a la absorción pueden tener 4
condiciones:
a. Totalmente seco: se da cuando se lleva el material al
horno. No tiene agua ni en poros ni en superficie, se da
cuando se lleva al horno a una temperatura de 105-110oC.
La norma dice que se debe dejar allí por un tiempo de 24
horas, pero de acuerdo al material y la porosidad este
tiempo puede ser menor o mayor.

51
b. Parcialmente húmedo: Material al medio
ambiente
c. Saturado superficialmente seco: Poros saturados
(sumergido)
d. Totalmente húmedo:
Saturado, superficie brillante
Imagen 12
12: Tomado de: Sanchez de Guzman, Diego. Tecnología del concreto y del mortero, pág. 97.

52
El porcentaje de absorción puede ser expresado
de la siguiente manera:
Donde:
Psss: peso de la muestra saturada superficialmente seca
Ps: Peso seco de la muestra

Masa unitaria o Peso unitario
53
Relación entre peso de una muestra compuesta de varias
partículas y el volumen que ocupan esas partículas agrupadas
dentro de un recipiente de volumen conocido.
• Peso Unitario Compacto: Determina el volumen de agregado
necesario en la mezcla colocada. NTC-92
• Peso Unitario Suelto: Se puede calcular cuánto material se
debe comprar y transportar.

Expansión o abultamiento
54
Aumento del volumen de la arena causado por
la presión del agua entre las partículas de arena
cuando se encuentra húmeda, o por el agua
libre en la superficie.
Al aumentar el agua libre de un 5% a un 8% el
abultamiento puede llegar a ser del 20% al 30%

55
Propiedades Mecánicas
Resistencia: depende del tipo de
roca y del proceso de formación.
Roca
Resistencia
compresión
(kg/cm2)
Módulo de elasticidad
(kg/cm2*105)
Gabro 150 -300 6 - 11
Arenisca 20 0,5 - 8,6
Mármol 50 - 80 6,9
Descripción
Resistencia
compresión
(kg/cm2)
Muy alta > 2250
Alta 1120 – 2250
Media 560 – 1120
Baja 280 – 560
Medio baja < 280

56
Tenacidad: resistencia a la falla por impacto.
Un material con poca tenacidad es susceptible a
cambio de granulometría.
Adherencia: depende de la textura del agregado
Dureza: Resistencia al desgaste. Una forma de
determinar la abrasión o desgaste de los agregados
es empleando la máquina de los Ángeles.

57
Sanidad del agregado: determina el efecto del clima sobre los
agregados. Se separa el material por tamaños y se pone en
contacto con soluciones de sulfato de sodio y sulfato de
magnesio, se realizan 5 ciclos (humedecimiento y secado)
desintegra el agregado y se determina el grado de vulnerabilidad
al intemperismo.
13. Tomado de http://www.imcyc.com/revistacyt/pdfs/problemas33.pdf

Presencia de sustancias perjudiciales
58
 Contenido de arcillas y material con diámetro
menor al tamiz No. 200
→ Impide adherencia del agregado con el
cementante
Arcillas expansivas: cuando se les agrega agua
se expanden considerablemente
→ Área superficial mayor, por lo que
necesita mayor cantidad de agua

Presencia de sustancias perjudiciales
59
Contenido de materia orgánica: es un
problema particular de las arenas de río, se
acepta hasta el 1% por medio del ensayo
colorimétrico.
→ Impide el fraguado del cemento
→ Ensayo colorimétrico: arena + hidróxido
de sodio al 3%. NTC 127.

Características y especificaciones de los agregados
y su influencia en las obras de ingeniería
60
• Pavimentos: superestructura vial:
- Seguridad: Rugosidad del pavimento
- Economía: Estructura buena y a la vez
económica
- Comodidad: Estructura sin baches,
continuidad en la pendiente del
pavimento

Tipos de pavimentos:
61
• Pavimento flexible: conformado por:
→ SR + SB + BG + CA
• Pavimento rígido: conformado por:
→ SR + SB + Losa
- SB: Sub-base
- BG: Base granular
- CA: Carpeta asfáltica
- Losa
Conformados por
materiales
pétreos o
agregados

Tipos de Pavimentos
62
Pavimento Flexible Pavimento Rígido

Tipos de Pavimentos
63
• Rígido: más costoso (inversión inicial), más durable, más
resistente, menos flexible
• Flexible: menos costoso (inversión inicial), menos durable.
Menos resistente, más flexible

Pavimento Flexible
64
Capa asfáltica o de rodadura:
• Recibir y transmitir esfuerzos
• Superficie impermeable (gradación)
• Seguridad y confort (rugosidad y resistencia al
deslizamiento)
• Durabilidad
Base y Sub-base:
• Recibe y transmite esfuerzos
• Drenaje adecuado
• Durabilidad

Pavimento Rígido
65
Losa de concreto:
• Soporta esfuerzos compresión y flexión
• Impermeable
• Rugosidad
• Esfuerzos de temperatura
• Resistencia al clima (ensayo de solidez)
Sub-base:
• Control de cambios de volumen
• Prevenir bombeo
• Drenaje
• Da apoyo a la losa de concreto

Especificaciones INVIAS
66

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