UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA DEPARTAMENTO DE ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y CONSTRUCCIÓN CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS Ciclo académico: 2020-I Profesores de práctica: Ing. Nayeli Cuéllar C. [email protected] Ing. Angela Castillo H. [email protected] DEFINICIONES ✓ Agregado: Conjunto de partículas de origen natural o artificial, que pueden ser tratados o elaborados, y cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados por la NTP 400.011. Se les llama también áridos. ✓ Agregado para concreto: Conjunto de partículas pétreas de origen natural o artificial, que pueden ser tratadas o elaboradas y cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados por la NTP 400.037. ✓ Agregado fino: Agregado artificial de rocas o piedras proveniente de la disgregación natural o artificial, que pasa el tamiz normalizado 9,5 mm (3/8 pulg) y que cumple con los límites establecidos en la NTP 400.037. ✓ Agregado grueso: Agregado retenido en el tamiz normalizado 4,75 mm (Nº que cumple los límites establecidos en la NTP 400.037, proveniente de la disgregació natural o artificial de la roca. ✓ Granulometría: Representa la distribución de los tamaños que posee el agregado. La NTP 400.012 establece el procedimiento para su distribución mediante el tamizado, obteniéndose la masa de las fracciones del agregado retenidas en cada uno de los tamices. Eventualmente se calcula la masa retenida y/o que pasa, también los porcentajes parciales y acumulados. ✓ Curva granulométrica: Representación grafica de la granulometría y proporciona una visión objetiva de la distribución de tamaños del agregado. Se obtiene llevando en abscisas los logaritmos de las aberturas de los tamices y en las ordenadas. ✓ Tamaño máximo: Es el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso. ✓ Tamaño máximo nominal: Es el que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido. CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS ⚫ Por su composición granulométrica se clasifican en agregado fino y grueso. En la siguiente tabla se detalla según la apertura de los tamices. Cuadro 1. Tamices a utilizar para realizar el análisis granulométrico Fuente: NTP 400.011 AGREGADOS. Definición y clasificación de agregados para uso en morteros y hormigones (concretos) UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA DEPARTAMENTO DE ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y CONSTRUCCIÓN CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS FINOS Ciclo académico: 2020-I Profesores de práctica: Ing. Nayeli Cuéllar C. [email protected] Ing. Angela Castillo H. [email protected] CONTENIDO DE HUMEDAD Ensayo de Laboratorio, según normativa NTP 339.127 DEFINICIÓN ⚫ Se llama contenido de humedad a la cantidad de agua que contiene la muestra de agregado, al momento de efectuar la determinación de su masa. Puede estar constituida por la suma de humedad superficial y humedad contenida en sus poros. OBJETIVO ⚫Describir la metodología utilizada en el laboratorio para determinar el contenido de humedad presente en los agregados. MATERIALES Y EQUIPOS ⚫Muestra de agregado fino. ⚫Balanza con precisión de 0.1 g. ⚫Horno a una temperatura de 110°C ± 5. ⚫Taras. PROCEDIMIENTO ⚫ CÁLCULO GRANULOMETRÍA Ensayo de Laboratorio, según normativa NTP 400.012 DEFINICIONES ✓ Granulometría: Representa la distribución de los tamaños que posee el agregado. La NTP 400.012 establece el procedimiento para su distribución mediante el tamizado, obteniéndose la masa de las fracciones del agregado retenidas en cada uno de los tamices. Eventualmente se calcula la masa retenida y/o que pasa, también los porcentajes parciales y acumulados. ✓ Curva granulométrica: Representación gráfica de la granulometría y proporciona una visión objetiva de la distribución de tamaños del agregado. Se obtiene llevando en abscisas los logaritmos de las aberturas de los tamices y en las ordenadas. ✓ Tamaño máximo: Es el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso. ✓ Tamaño máximo nominal: Es el que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido. NORMATIVA La norma NTP 400.012: “AGREGADOS. Análisis granulométrico del agregado fino, grueso y global” Tiene como objetivo: ‐ Establecer el método para la determinación de la distribución por tamaño de partículas del agregado fino, grueso y global por tamizado. Resumen del método: Una muestra de agregado seco, de masa conocida, es separada a través de una serie de tamices que van progresivamente de una abertura mayor a una menor, para determinar la distribución del tamaño de las partículas. MATERIALES Y EQUIPOS ⚫ Balanza de precisión 0.1 gr. ⚫ Juego de tamices (#4, #8, #16, #30, #50, #100). ⚫ Estufa ⚫ Taras ⚫ Cepillo ⚫ Brocha Procedimiento ⚫ Realizar una buena mezcla y cuarteo del agregado fino (el tamaño de la muestra de campo debe ser la cantidad indicada en la NTP 400.010 ó 4 veces la cantidad del siguiente paso. ⚫ Seleccionar la muestra representativa del agregado (500 g aprox). ⚫ Secar el material seleccionado de tal forma que se elimine completamente el contenido de humedad del suelo. ⚫ Luego proceder a tamizar la muestra por las mallas: #4, #8, #16. #30, #50, #100 y fondo. Realizando movimientos verticales y horizontales. ⚫ Pesar las fracciones retenidas en cada una de las mallas y registrarlas. ⚫ Proceder a realizar los cálculos de los porcentajes que pasan por cada una de las mallas, calcular contenido de humedad, módulo de finura, tamaño máximo, tamaño máximo nominal y dibujar la curva granulométrica del agregado en un papel semilogarítmico o con la ayuda del excel. Nota: La cantidad de la muestra de ensayo, luego del secado, será de 300 g mínimo. METODOLOGÍA DE CÁLCULO MALLA PESO ABERTURA RETENIDO (mm) (g) 3/8” 9.53 #4 4.75 #8 2.36 #16 1.18 #30 0.56 #50 0.30 #100 0.15 0 PORCENTAJE RETENIDO % PORCENTAJE RETENIDO ACUMULADO % PORCENTAJE QUE PASA % 0 0 100 FONDO Total 0 Σt 100 Considerandos: • • El peso retenido corresponde al peso registrado en cada malla La eficiencia del cribado debe ser tal que la diferencia entre el peso inicial de la muestra y la suma de los pesos después del cernido no debe diferir en más del 1%. Este análisis nos permite aprobar o rechazar la prueba. CÁLCULOS ⚫ CURVA GRANULOMÉTRICA ⚫Graficar la curva granulométrica, el eje de las abscisas (x) corresponde a la abertura de la malla en mm en escala logarítmica y las ordenadas (y) corresponde al porcentaje que pasa. ⚫Comprobar la curva granulométrica con el huso granulométrico. Los husos granulométricos son curvas limites normalizadas (límite superior e inferior), donde se recomienda, se encuentre contenida (según lo dicten las especificaciones técnicas). Caso contrario el agregado deberá de modificarse (mezclas con otros agregados). PARÁMETROS ✓Tamaño máximo: Es el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso. ✓Tamaño máximo nominal: Es el que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido. ✓Módulo de finura: El módulo de finura del agregado fino, es el índice aproximado que nos describe en forma rápida y breve la proporción de finos o de gruesos que se tiene en las partículas que lo constituyen. Es un indicador de la finura de un agregado: cuanto más sea el módulo de finura más grueso es el agregado. Cuantitativamente es el número empírico que se obtiene sumando los porcentajes retenidos en cada una de las mallas entre 100. El rango del módulo de finura del agregado fino se debe encontrar entre 2.3 a 3.1. Huso del agregado fino El agregado fino no tendrá más de 45 % entre dos mallas consecutivas Nota: Concretos elaborados con agregado fino con deficiencias en los tamices 300 μm (N° 50) y 150 μm (N°100) algunas veces presentan dificultades en la trabajabilidad, bombeo o excesiva exudación. La deficiencia de finos puede ser subsanada con cemento adiciona. Las adiciones minerales o aditivos. PESO UNITARIO O VOLUMÉTRICO Ensayo de Laboratorio, según normativa NTP 400.017 DEFINICIONES ⚫ Este método de ensayo cubre la determinación del peso unitario suelto o compactado y el cálculo de vacíos en el agregado fino, grueso o en una mezcla de ambos, basados en la misma determinación. Este método se aplica a agregados de tamaño máximo nominal de 150 mm . ⚫ Masa = Cantidad de materia de un cuerpo. ⚫ Peso Unitario = Peso por unidad de volumen. ⚫ Peso = Fuerza ejercida sobre un cuerpo por la gravedad. ⚫ Vacíos en un volumen unitario de agregado: El espacio entre las partículas en una masa de agregado, no ocupado por materia mineral sólida. ⚫ Nota: La determinación por este método no incluye los vacíos permeables o impermeables dentro de las partículas. MATERIALES Y EQUIPOS ⚫ Muestra de agregado ⚫ Balanza con precisión de 0.1 g. ⚫ Recipiente de medida (cilindros metálicos). ⚫ Barra compactadora. ⚫ Pala de mano. PROCEDIMIENTO PARA EL PESO UNITARIO COMPACTADO O APISONADO ⚫ Se llena la tercera parte del recipiente de medida y se nivela la superficie con la mano. Se apisona la capa de agregado con la barra compactadora, mediante 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie. Se llena hasta las dos terceras partes de la medida y de nuevo se compacta con 25 golpes como antes. Finalmente, se llena la medida hasta rebosar, golpeándola 25 veces con la barra compactadora; el agregado sobrante se elimina utilizando la barra compactadora como regla. ⚫ Al compactar la primera capa, se procura que la barra no golpee el fondo con fuerza. Al compactar las últimas dos capas, sólo se emplea la fuerza suficiente para que la barra compactadora penetre la última capa de agregado colocada en el recipiente. ⚫ Se determina el peso del recipiente de medida más su contenido y el peso del recipiente sólo y se registra los pesos con una aproximación de 0.1 g PROCEDIMIENTO PARA EL PESO UNITARIO SUELTO ⚫ El recipiente de medida se llena con una pala o cuchara hasta rebosar, descargando el agregado desde una altura no mayor de 50 mm (2") por encima de la parte superior del recipiente. El agregado sobrante se elimina con una regla. ⚫ Se determina el peso del recipiente de medida más su contenido y el peso del recipiente y se registran los pesos con una aproximación de 0.1g. CÁLCULOS ⚫ Calcular el peso unitario compactado o suelto, como sigue: M = (G - T)/V Donde: M = Peso Unitario del agregado en kg/m3 G = Peso del recipiente de medida más el agregado en kg T = Peso del recipiente de medida en kg V = Volumen de la medida en m3 GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCIÓN Ensayo de Laboratorio, según normativa NTP 400.022 DEFINICIONES ✔ Absorción: Es el aumento de la masa del agregado debido al agua que penetra en los poros de las partículas, durante un período de tiempo prescrito, pero sin incluir el agua que se adhiere a la superficie exterior de las partículas, expresado como porcentaje de la masa seca. ✔ Densidad: Es la masa por unidad de volumen de un material, expresado en kilogramos por metro cúbico. ✓ Densidad relativa (gravedad específica): Es la relación de la densidad de un material a la densidad del agua a una temperatura indicada; los valores son adimensionales. ✔ OD (secado al horno): Relacionados a las partículas del agregado, es la condición en la que los agregados se han secado por calentamiento en un horno a 110 ºC ± 5 °C durante un tiempo suficiente para alcanzar una masa constante. ✔ SSD (Saturada superficialmente seco): Relacionado a las partículas del agregado, es la condición en la que los poros permeables de las partículas de agregado están llenos de agua por inmersión, durante el período de tiempo determinado, pero sin contener agua libre en la superficie de las partículas. NORMATIVA La norma NTP 400.022: “AGREGADOS. Método de ensayo normalizado para la densidad, la densidad relativa (peso específico) y absorción del agregado fino” Tiene como objetivo determinar: ‐ la densidad promedio de partículas de agregado fino (no incluye los orificios entre las partículas), ‐ la densidad relativa (gravedad específica), y ‐ la absorción del agregado fino. Metodología de ensayos: Gravimétrico El método de ensayo se utiliza para determinar la densidad de la porción esencialmente sólida de un gran número de partículas de agregado y proporciona un valor promedio que representa la muestra. GRAVEDAD ESPECÍFICA La densidad relativa (gravedad específica) es usada para el cálculo del volumen ocupado por el agregado en diferentes mezclas que contienen agregados incluyendo el concreto de cemento Portland, concreto bituminoso y otras mezclas que son proporcionadas o analizadas sobre una base de volumen absoluto. La densidad relativa (gravedad específica) (SSD) se usa si el agregado está húmedo, es decir, si su absorción se ha cumplido. Por el contrario, la densidad o densidad relativa (gravedad específica) (OD) se utiliza para los cálculos cuando el agregado está seco o se supone que está seco. NOTA: ⮚La densidad OD y la densidad relativa OD se determinan después de secar el agregado. ⮚La densidad SSD, la densidad relativa SSD, y la absorción se determinan después de remojar el agregado en agua para un periodo duración prescrita OD : secado al horno SSD: saturada superficialmente seca ABSORCIÓN Los valores de absorción se usan para calcular el cambio en la masa de un agregado debido al agua absorbida en los espacios de los poros dentro de las partículas constituyentes, en comparación con la condición seca, cuando se considera que el agregado ha estado en contacto con el agua el tiempo suficiente para cumplir con la mayor parte del potencial de absorción. Los agregados extraídos del mapa de agua comúnmente tienen un contenido de humedad mayor que la absorción determinada por este método de ensayo, si se determina sin secarlos antes de su uso. A la inversa, algunos agregados que no se han mantenido continuamente en una condición húmeda hasta su uso, es probable que contengan una cantidad de humedad absorbida menor de la condición de remojo por 24 h. NOTA: El estándar de laboratorio para la absorción se obtiene después de sumergir en agua el agregado seco durante un período de tiempo definido. Materiales y equipos Estufa Balanza Picnómetro Molde metálico y barra compactadora Preparación de la muestra 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Colocar la muestra de ensayo en un recipiente adecuado Secar en la estufa hasta una masa constante a una temperatura 110 °C ± 5 °C . Dejar que se enfríe a temperatura apropiada de manipulación (aproximadamente 50 °C). Cubrir con agua, ya sea por inmersión o por adición hasta alcanzar al menos 6 % de humedad del agregado fino . Deja reposar durante 24 h ± 4 h. Decantar el exceso de agua con cuidado para evitar la pérdida de finos. Extender la muestra sobre una superficie plana no absorbente expuesta a una corriente suave de aire caliente. Moverla con frecuencia para garantizar el secado homogéneo. Continuar esta operación hasta que la muestra de ensayo obtenga una condición de saturada superficialmente seca (SSS). Prueba de humedad 1. 2. 3. 4. Colocar el molde firmemente sobre una superficie no absorbente suave con el diámetro mayor hacia abajo. Colocar una porción del agregado fino suelto parcialmente seco en el molde llenándolo hasta el tope y amontonar material adicional por encima de la parte superior del molde. Ligeramente apisonar el agregado fino en el molde con 25 golpes con la barra compactadora. Comience cada golpe aproximadamente a 5 mm por encima de la superficie superior del agregado fino. Permita que la barra compactadora caiga libremente bajo la atracción gravitatoria de cada golpe. Ajustar la altura inicial de la nueva elevación de la superficie después de cada golpe y distribuir los golpes sobre la superficie. Retirar la arena suelta de la base y levantar el molde verticalmente. ✔ Si la humedad de la superficie está todavía presente, el agregado fino conservará la forma moldeada. ✔ La ligera caída del agregado fino moldeado indica que se ha llegado a un estado de superficie seca. PROCEDIMIENTO GRAVIMÉTRICO Llenar parcialmente el picnómetro con agua. 2. Introducir en el picnómetro 500 g ± 10 g de agregado fino de saturada seca superficialmente 3. Llenar de agua adicional hasta aproximadamente el 90 % de su capacidad. 4. Agitar el picnómetro manualmente o de forma mecánica. 5. Después de la eliminación de todas las burbujas de aire, ajustar la temperatura del picnómetro y su contenido a 23,0 °C ± 2,0 °C, si es necesario por inmersión parcial en agua circulante, y llevar el nivel de agua en el picnómetro a su capacidad de calibración. 6. Determinar la masa total del picnómetro, el espécimen, y el agua. 7. Retirar el agregado fino del picnómetro 8. Secar en el horno a una masa constante, a temperatura de 110 ºC ± 5 °C 9. Enfriar en aire a temperatura ambiente durante 1 h ± 1/2 h. 10. Determinar la masa. 1. * Determinar la masa del picnómetro lleno a su capacidad de calibración con agua a 23,0 ºC ± 2,0 °C. CÁLCULOS Densidad unitaria - OD Densidad unitaria - SSS Expresado en kg/m3 Donde: A = masa de la muestra seca al horno, en gr. B = masa del picnómetro llenado de agua hasta la marca de calibración, en gr. C = masa del picnómetro lleno de la muestra y el agua hasta la marca de calibración, en gr. Expresado en kg/m3 Donde: S = masa de la muestra saturada superficialmente seca (SSS), en gr. B = masa del picnómetro llenado de agua hasta la marca de calibración, en gr. C = masa del picnómetro lleno de la muestra y el agua hasta la marca de calibración, en gr. CÁLCULOS Gravedad específica - OD Gravedad específica - SSS Donde: A = masa de la muestra seca al horno, en gr. B = masa del picnómetro llenado de agua hasta la marca de calibración, en gr. C = masa del picnómetro lleno de la muestra y el agua hasta la marca de calibración, en gr. Donde: S = masa de la muestra saturada superficialmente seca (SSS), en gr. B = masa del picnómetro llenado de agua hasta la marca de calibración, en gr. C = masa del picnómetro lleno de la muestra y el agua hasta la marca de calibración, en gr. CÁLCULOS Absorción Donde: A = masa de la muestra seca al horno, en gr. S = masa de la muestra saturada superficialmente seca (SSS), en gr.
