INTRODUCCIÓN

Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, la tecnología moderna se establece que siendo este material el que mayor porcentaje de participación tendrá dentro de la unidad cúbica de concreto sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto.

Es muy importante el análisis de los agregados ya que gracias a estas propiedades podremos formar un concreto de características relacionadas con las mencionadas, si el análisis de estas es fallido el concreto que formaremos no tendrá los requerimientos para el cual fue fabricado. Por ello el siguiente informe expone de manera didáctica y comprensiva el procedimiento correcto para el análisis de los agregados y la exposición de los mismos.

Las características físicas y mecánicas de los agregados tienen importancia en la trabajabilidad, consistencia, durabilidad y resistencia del concreto.

El objetivo final del ingeniero proyectista es diseñar estructuras seguras, económicas y eficientes.

Siendo el concreto un material de construcción de uso extenso debido a sus muchas características favorables, es muy importante que el ingeniero civil conozca las propiedades de sus componentes para producir un concreto de alta calidad para un determinado proyecto.

OBJETIVOS

A través del siguiente informe se pretende:

A. GENERALES

Determinar las propiedades físicas y mecánicas de los agregados finos y gruesos de la cantera de Tartar Chico.

Aplicar éstos parámetros en la dosificación de mezclas, más adelante realizada.

B. ESPECÍFICOS

Determinar el contenido de humedad del agregado grueso y fino. Determinar el peso unitario volumétrico en estado suelto y

compactado del agregado grueso y fino. Realizar el análisis granulométrico del agregado grueso y fino. Determinar el módulo de finura del agregado grueso y fino. Determinar el porcentaje de finos del agregado grueso y fino. Calcular el peso específico de masa, en el estado SSS y

aparente, del agregado grueso y fino. Determinar el grado de absorción. Determinar el grado de abrasión del agregado grueso

RESUMEN

En este trabajo se analiza la calidad de agregados que brinda la cantera de

Tartar Chico y que se están utilizando para la fabricación de concreto, en varias

ciudades importantes de Cajamarca.

Después de obtener las muestras representativas de los agregados de la

Cantera, procedimos a determinar sus propiedades FISICO MECÁNICAS, las

cuales fueron: Peso específico (De masa, en el estado sss y aparente), la

granulometría, el porcentaje de absorción, el contenido de humedad, el peso

unitario seco y compactado, el contenido de finos y el módulo de finura (Del

agregado fino y grueso), resistencia a la abrasión, características que brindan una

valiosa información de la capacidad de servicio de la estructura a largo plazo.

La granulometría de los agregados, determina da por análisis de tamices

de N° 100, N° 50, N° 30, N° 16, N° 8, N° 4, 3/8", 3/4", 1", 11/2", 2".,es un elemento

importante que nos sirvió, en la determinación del tamaño máximo nominal y por

ende, del requerimiento unitario de agua, proporciones del agregado grueso y

fino, y de la cantidad del cemento para obtener la trabajabilidad deseada. El peso

específico, es de vital importancia, para determinar el PESO de los agregados

existente en la dosificación. La absorción, prueba realizada para realizar

CORRECCIONES en las dosificaciones de mezclas de concreto.

ALCANCES

El presente trabajo servirá de guía para todas aquellas personas

involucradas en la industria de la construcción que necesiten del proceso de

análisis de las propiedades de los agregados que intervendrán en el diseño de

un concreto especificado.

JUSTIFICACIÓN

Conocer las propiedades físico – mecánicas de los agregados es de vital

importancia en el diseño del concreto, ya que estos influyen de manera directa

en el comportamiento del mismo; llegando a producirse fallas estructurales por

el manejo apresurado (sin análisis) de estos y de un mal análisis.

A. Tamaño:

Se obtuvo dos tipos de muestras de acuerdo a su tamaño: Agregado Grueso (Grava) y Agregado Fino (Arena), pero estos dos agregados se encontraban mezclados, para separarlos tuvimos que hacer uso de la malla N° 4

B. Forma y Textura:

El agregado grueso tiene un perfil redondeado, por ser un material de tipo aluvial.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS AGREGADOS:

FINO Y GRUESO

1. CONTENIDO DE HUMEDAD

A) DEFINICÓN:

Es la cantidad de agua que contiene el agregado en un momento dado. Cuando dicha cantidad se exprese como porcentaje de la muestra seca (en estufa), se denomina Porcentaje de humedad, pudiendo ser mayor o menor que el porcentaje de absorción. Los agregados generalmente se los encuentra húmedos, y varían con el estado del tiempo, razón por la cual se debe determinar frecuentemente el contenido de humedad, para luego corregir las proporciones de una mezcla.

Seco: No existe humedad en el agregado. Se lo consigue mediante un secado

prolongado en una estufa a una temperatura de 105 ± 5º C.

Seco al aire: Cuando existe algo de humedad en el interior del árido. Es característica,

en los agregados que se han dejado secar al medio ambiente.

Al igual que en estado anterior, el contenido de humedad es menor que el porcentaje de absorción.

Saturado Y Superficialmente Seco: Estado en el cual, todos los poros del agregado se encuentran llenos de

agua. Condición ideal de un agregado, en la cual no absorbe ni cede agua.

Húmedo: En este estado existe una película de agua que rodea el agregado,

llamado agua libre, que viene a ser la cantidad de exceso, respecto al estado saturado superficialmente seco. El contenido de humedad es mayor que el porcentaje de absorción.

El agregado fino retiene mayor cantidad de agua que el agregado grueso.

El contenido de humedad de una muestra, estará condicionada por el estado en el que se encuentre dicho material, es decir que el contenido de humedad variará teniendo en cuenta la variabilidad climatológica.

En la presente práctica se determinará el contenido de humedad natural (actual) de nuestro agregado.

B) FUNDAMENTO TEÓRICO:

Los agregados pueden tener algún grado de humedad lo cual está directamente relacionado con la porosidad de las partículas. La porosidad depende a su vez del tamaño de los poros, su permeabilidad y la cantidad o volumen total de poros.

Las partículas de agregado pueden pasar por cuatro estados, los cuales se describen a continuación:

Totalmente seco: Se logra mediante un secado al horno a 110°C hasta que los agregados tengan un peso constante. (generalmente 24 horas).

Parcialmente seco: Se logra mediante exposición al aire libre.

Saturado y Superficialmente seco. (SSS): En un estado límite en el que los agregados tienen todos sus poros llenos de agua pero superficialmente se encuentran secos. Este estado sólo se logra en el laboratorio.

Totalmente Húmedo: Todos los agregados están llenos de agua y además existe agua libre superficial.

La absorción y el contenido de humedad de los agregados deben determinarse de tal manera que la proporción de agua en el concreto puedan controlarse y se puedan determinar los pesos corregidos de las muestras.

El contenido de humedad en los agregados se puede calcular mediante la utilización de la siguiente fórmula:

W%=Wmh−WmsWms

∗100

Donde:

Wmh: peso de la muestra humedad (%)

Wms: peso de la muestra seca (g)

W(%): contenido de humedad (g)

También existe la Humedad Libre donde esta se refiere a la película superficial de agua que rodea el agregado; la humedad libre es igual a la diferencia entre la humedad total y la absorción del agregado, donde la humedad total es aquella que se define como la cantidad total que posee un agregado. Cuando la humedad libre es positiva se dice que el agregado está aportando agua a la mezcla, para el diseño de mezclas es importante saber esta propiedad; y cuando la humedad es negativa se dice que el agregado está quitando agua a la mezcla.

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS:

W% < Abs(%)

1.44 < 1.65

Por lo que estamos en una de las condiciones del agregado en el cual el material esta Húmedo o mojado

CONTENIDO DE HUMEDAD (NTP 400.010)

La presente norma, establece el método de ensayo para determinar el contenido de humedad del agregado fino y grueso.

Los agregados se presentan en los siguientes estados: seco al aire, saturado superficialmente seco y húmedos; en los cálculos para el proporciona miento de los componentes del concreto, se considera al agregado en condiciones de saturado y superficialmente seco, es decir con todos sus poros abiertos llenos de agua y libre de humedad superficial.

Los estados de saturación del agregado son como sigue:

C.ESPECIFICACIONES TÉCNICAS:

El contenido de humedad es una de las propiedades físicas del agregado, que no se encuentra en especificaciones; sin embargo, se puede manifestar que en los agregados finos, el contenido de humedad puede llegar a representar un 8% o más, mientras que en el agregado grueso dichos contenidos puede representar un 4%.

D. EQUIPO Y MATERIALES:

Balanza con sensibilidad de 0.1 g. y cuya capacidad no sea menor de

1kg.

Recipiente adecuado para colocar la muestra.

Estufa, capaz de mantener una temperatura de 105°C a 110°C.

Recipiente. Se utiliza para introducir la muestra en el horno.

Fotos N°01, 02, 03: Balanza, Estufa y recipiente

E. PROCEDIMIENTO:

Se coloca la muestra húmeda a ensayar en un depósito adecuado

determinándose dicho peso (peso del recipiente + muestra húmeda)

Foto N°04: Muestras húmeda de AF en las taras

Llevar el recipiente con la muestra húmeda a una estufa, para secarla

durante 24 horas a una temperatura de 110°C ± 5°C

Fotos N°05, 06: Taras puestas en el horno a secar por 24 horas.

Pesar el recipiente con la muestra seca (peso recipiente + muestra seca)

y determinar la cantidad de agua evaporada.

H = |(Peso recipiente + M. Húmeda) – (Peso recipiente + M. Seca)|

Foto N°07: Peso de la muestra seca

Determinar luego el peso de la muestra seca

MS = (Peso recipiente + M. Seca) – (Peso recipiente)

2. PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO

2.1. PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO DEL AGREGADO FINO:

A) DEFINICIÓN

Es el peso del material seco que se necesita para llenar cierto recipiente de volumen unitario. El peso unitario de los agregados está en función directa del tamaño, forma y distribución de las partículas, y el grado de compactación (suelto o compactado).

Se denomina peso volumétrico del agregado, al peso que alcanza un determinado  volumen unitario. Generalmente se expresa en kilos por metro cúbico. Este valor es requerido cuando se trata  de agregados ligeros o pesados y  para convertir cantidades en volumen y viceversa, cuando el agregado se maneja en volumen.

B) FUNDAMENTO TEÓRICO

Preparación de muestra.

Para la determinación del peso unitario, la muestra deberá estar completamente mezclada y secada a temperatura ambiente.

Calibración Del Recipiente Y Factor De Corrección

El recipiente se calibrará determinando con exactitud el peso del agua requerida para llenarlo a 16.7°C. Para cualquier unidad, el factor (f) se obtendrá dividiendo al peso unitario del agua (1000 Kg/m3) entre el peso del agua a 16.7° C necesario para llenar la medida. También se puede medir el recipiente y sacar su volumen.

f =Pa

Wa(16.7 º)

Peso Unitario Suelto

Es aquel en el que se establece la relación peso/volumen dejando caer libremente desde cierta altura el agregado (5cm aproximadamente), en un recipiente de volumen conocido y estable. Este dato es importante porque permite convertir pesos en volúmenes y viceversa cuando se trabaja con agregados.

Peso Unitario compacto

Este proceso es parecido al del peso unitario suelto, pero compactando el material dentro del molde, este se usa en algunos métodos de diseño de mezcla como lo es el de American Concrete Institute.

Formulas a utilizar

Peso unitario volumétrico suelto

P.U.Vs. = Wm * (f)

Donde:

Wm = Peso neto del agregado suelto

f = Factor de corrección

P.U.Vs.= Peso unitario volumétrico suelto

Peso unitario volumétrico compactado

P.U.Vc. = Wm * (f)

Donde:

Wm = Peso neto del agregado suelto f = Factor de correcciónP.U.Vc.= Peso unitario volumétrico compactado

C) ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

En las arenas, el peso unitario compactado varía entre 1550 kg/m3 y 1750 kg/m3 disminuyendo cerca de un 20% para el peso unitario suelto.

De estudios realizados sobre agregados de Cajamarca, se tiene que el Peso unitario de los agregados finos varían entre 1400 kg/m3 a 1700 kg/m3

D) EQUIPO Y MATERIALES USADOS

Balanza, que permita lecturas de por lo menos 0.1 % del peso de la muestra.

Foto N°08: Balanza utilizada

Barra compactadora de acero, circular, recta, de 5/8" de diámetro y 60 cm. de largo, con un extremo redondeado y un recipiente cilíndrico de metal, suficientemente rígido para condiciones duras de trabajo.

Foto N°09: Molde y barra compactadora utilizados en el ensayo

Agregado fino extraído de la cantera.

Foto N°10: agregado fino

E) PROCEDIMIENTO

Procedimiento Para Calcular El Peso Unitario Volumétrico Suelto

Pesamos el recipiente que vamos a utilizar en el ensayo (Wr).

FOTO Nº11: Pesado del recipiente sin muestra

Llenamos el recipiente dejando caer el agregado desde una altura no mayor de 5 cm. por encima del borde superior del recipiente.

FOTO Nº13: Llenando el recipiente con el agregado fino

Eliminamos el excedente del agregado con la varilla compactadora.

FOTO Nº14: Eliminando el exceso de agregado

Determinamos el peso de la muestra más el recipiente (Wm+r).

FOTO Nº15: Pesado del recipiente mas la muestra sin compactar

Determinamos el peso de la muestra y luego calculamos el P.U.V. mediante la fórmula mencionada anteriormente.

Procedimiento Para Calcular El Peso Unitario Volumétrico Compactado

Pesamos el recipiente que vamos a utilizar en el ensayo (Wr).

FOTO Nº16: Pesado del recipiente sin muestra

Llenamos el recipiente hasta la tercera parte dejando caer el agregado desde una altura no mayor de 5 cm. por encima del borde superior del recipiente.

FOTO Nº18: Llenando el recipiente con el agregado fino

Apisonamos la muestra con la barra compactadora mediante 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie

FOTO Nº19: Apasionando el agregado con la varilla compactadora

(25 golpes)

Llenamos hasta 2/3 partes del recipiente y compactar nuevamente con 25 golpes como antes.

Luego llenamos la medida hasta rebosar, golpeándola 25 veces con la barra compactadora (varilla) de acero de 16 mm. de ancho y 60 cm., de longitud).

FOTO Nº21: Apisionando el agregado con la varilla compactadora

(25 golpes)

luego enrazamos el recipiente utilizando la barra compactadora o con una regla y desechando el material sobrante.

FOTO Nº22: Enrazando el recipiente o Eliminando el exceso de agregado

Determine el peso de la muestra compactada más el recipiente (Wm+r)

FOTO Nº23: Pesado del recipiente más la muestra compactada.

Determinamos el peso de la muestra compactada y luego calculamos el P.U.V. mediante la fórmula mencionada anteriormente.

2.2. PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO DEL AGREGADO FINO:

(Suelto Y Compactado)

A) DEFINICIÓN:

Es el peso del material seco que se necesita para llenar cierto recipiente de volumen unitario. El peso unitario de los agregados depende directa y estrictamente del tamaño, forma y distribución de las partículas, y el grado de compactación (suelto o compactado).

B) FUNDAMENTO TEÓRICO

El peso unitario de los agregados, se determina de la siguiente manera:

P.U.V = Ws * (f) = Ws / Vr

Dónde:Ws = Peso neto del agregado (seco o compactado) f = Factor de corrección

f = peso de 1m3 de agua/Wa (16.7 0C)

Vr=Volumen del recipienteP.U.V= Peso Unitario Volumétrico (Kg/ m3)Wa = peso del agua contenida en el recipiente de ensayo a una temperatura de 16.7 0C

C) ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Estudios realizados sobre agregados de Cajamarca, se tiene que el Peso unitario de los agregados gruesos varían entre, entre 1350 kg/m3 a 1680 kg/m3.

D) EQUIPOS Y MATERIALES

Balanza Barra compactadora de acero, circular, recta, de 5/8" de diámetro y 80 cm.

de largo, con un extremo redondeado. Recipiente cilíndrico y de metal, suficientemente rígido para no sufrir

deformaciones. Muestra en estado seco.

Foto Nº 24, 25: Recipiente, barra compactadora y balanza

E) CALIBRACIÓN DEL RECIPIENTE

El recipiente se calibrará determinando con exactitud el peso del agua requerida para llenarlo a 16.7°C. Para cualquier unidad, el factor (f) se obtendrá dividiendo al peso unitario del agua (1000 Kg/m3) entre el peso del agua a 16.7° C necesario para llenar la medida. También se puede medir el recipiente y sacar su volumen.

F) PREPARACIÓN DE MUESTRA.

Para la determinación del peso unitario, la muestra deberá estar completamente mezclada y secada temperatura ambiente.

G) PROCEDIMIENTO.

Peso Unitario Compactado:

MÉTODO DE APISONADO:

Llenar el recipiente hasta la tercera parte y nivelar la superficie con la mano, apisonar la muestra con la barra compactadora mediante 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie. Llenar hasta 2/3 partes del recipiente y compactar nuevamente con 25 golpes como antes. Luego se llenará la medida hasta rebosar, golpeándola 25 veces con la barra compactadora (varilla) de acero de 16 mm. de ancho y 60 cm., de longitud), se enrasa el recipiente utilizando la barra compactadora como regla y desechando el material sobrante.

Foto Nº 26: Primera etapa de compactación(25 golpes)

Foto Nº 27: Segunda etapa de compactación(25 golpes)

Foto Nº 28: Tercera etapa de compactación(25 golpes)

Foto Nº 29: Enrazado del agregado grueso

Cuando se apisona la primera capa, se procurará que la barra no golpee el fondo, pues sólo se empleará una fuerza suficiente para que la barra compactadora penetre en la última capa del agregado colocado en el recipiente.

Seguidamente se determinará el peso neto del agregado en el recipiente (Wa), para finalmente obtener el peso unitario compacto del agregado al multiplicar dicho peso por el factor (f) calculado en anteriormente o el volumen interior del molde.

Foto Nº 30: Peso del agregado compactado

Peso Unitario Suelto:

El procedimiento a seguir para este método, fue el siguiente:

Llenar el recipiente con una pala hasta rebosar, dejando caer el agregado desde una altura no mayor de 5 cm. por encima del borde superior del recipiente.

Tomar las precauciones necesarias para impedir en lo posible la segregación de las partículas. Eliminar el excedente del agregado con una reglilla. Determinar el peso neto del agregado en el recipiente (Ws).Obtener el peso unitario suelto del agregado, multiplicando por el factor (t) calculado anteriormente.

Foto Nº 31: Agregado grueso en el ensayo de peso unitario suelto