El Agregado En La Construcción: Ing. Jorge Luis Aroste Villa

EL AGREGADO EN LA CONSTRUCCIÓN

ING. JORGE LUIS AROSTE VILLA

UNA – PUNO 2015

AGRADECIMIENTOS Deseo expresar en primer término mi agradecimiento y gracias a Dios, por darme la bendición de que día a día pueda estar con ustedes. A los ingenieros de las Escuela profesional de Ingeniería topográfica y Agrimensura, en especial al ing. Wilfredo Zea Flores, quien con su ejemplo y reputación es inspiración de reto y superación. A la Universidad nacional del Altiplano, Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniera Topográfica y Agrimensura que me ha dado la oportunidad de ser docente de esta Casa Superior. A los estudiantes de la EPITA, quienes son los promotores de la realización de la presente publicación. A las muchas personas que animaron, y apoyaron con sus buenas ideas directa e indirectamente, a toda ellas mi sincero agradecimiento, con la seguridad que el esfuerzo que conjuntamente hemos realizado constituye una valiosa contribución para todos los universitarios, egresados, profesionales y técnicos ligados al trabajo de análisis de los materiales de construcción.

Puno, Junio del 2015 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. DEFINICIÓN 3. ACTIVIDADES PARA LA OBTENCIÓN DE AGREGADOS INDUSTRIALES 3.1 PROSPECCIÓN Y EXPLORACIÓN 3.2 RESERVAS PROBADAS 3.3 RESERVAS PROBABLES 3.4 RESERVA POSIBLES O INFERIDAS 3.5 EXPLOTACIÓN 3.6 PREPARACIÓN 3.7 OPERACIONES DE PREPARACIÓN 3.8 PRODUCTOS DE LAS OPERACIONES DE PREPARACIÓN 4. CANTERAS DE AGREGADOS EN LA CIUDAD DE PUNO 4.1. CANTERA TOTORANI 4.2. CANTERA ILAVE (BALSAVE) 4.3. CANTERA PICHACANI 4.4. CANTERA CUTIMBO 4.5. CANTERA LARAQUERI 5. CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS 5.1. POR SU NATURALEZA 5.2. POR SU DENSIDAD 5.3. POR SU FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL 6. PROPIEDADES DEL AGREGADO 6.1. PROPIEDADES FÍSICAS 6.1.1. Densidad 6.1.2. Porosidad 6.1.3. Peso Unitario 6.1.4. Porcentaje de Vacíos 6.1.5. Humedad 6.1.6. Absorción 6.2. PROPIEDADES RESISTENTES 6.2.1. Resistencia 6.2.2. Tenacidad 6.2.3. Dureza 6.2.4. Módulo de elasticidad 6.3. PROPIEDADES TÉRMICAS 6.3.1. Coeficiente de expansión

1 1

2 2 3 3 3 8 9 10 15 16 17 18 19 20 20 20

21 22 22 22 23 23 23 23 24 24 24

6.3.2. Calor específico 6.3.3. Conductividad térmica 6.3.4. Difusividad 6.4. PROPIEDADES QUÍMICAS 6.4.1. Reacción Alcali-Sílice 6.4.2. Reacción Alcali-carbonatos 7. REQUERIMIENTO DE LOS AGREGADOS. 7.1. DEL AGREGADO FINO 7.2. DEL AGREGADO GRUESO 7.3. DE LA ARENA 7.4. DEL HORMIGÓN 7.5. DEL AGREGADO GLOBAL 7.6. REQUISITOS COMPLEMENTARIOS 7.6.1. Índice de espesor 7.6.2. Resistencia Mecánica 7.6.3. Granulometría del agregado fino 7.6.4. Inalterabilidad del Agregado ( Durabilidad) 7.7. REQUISITOS OPCIONALES 7.7.1. Reactividad potencial álcali-agregados 7.7.2. Equivalencia de arena 7.8. CRITERIOS A TENER EN CUENTA 7.8.1. Canteras 7.8.2. Especificaciones para la compra 7.8.3. Especificaciones Técnicas de los agregados 7.8.4. Transporte 7.8.5. Contaminación 7.8.6. Almacenamiento en obra 7.8.7. Ensayo de los materiales 8. ENSAYOS EN LOS MATERIALES. 8.1. NORMATIVAS. 8.1.1. Confección. 8.1.2. Tipos. 8.1.3. Contenido. 8.2. ENSAYOS DE LABORATORIO. 8.2.1. Toma de la muestra 8.2.2. Cuarteo 8.2.2.1. Cuarteo manual 8.2.3. Determinación de los pesos unitarios seco sueltos y seco compacto de los agregados gruesos y finos designación ASTM C–29 AASHTO T 19

25 25 25 25 25 26 30 34 34 35 36 36 37 37 37 39 40 41 41 42 42 42 43 48 50 50 50 51 53 56

8.2.4. Procedimiento para la determinación de los pesos unitarios. 8.2.5. Determinación del contenido de humedad de los agregados: ASTM C 566-84 8.2.6. Determinación de la gravedad específica y porcentaje de absorción del agregado fino y grueso. 8.2.7. Determinación del análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos ASTM C136 AASHTO T 127 8.2.8. Método de ensayo para la determinación por lavado del contenido de materiales más finos que la malla 75μm (200) normas ASTM C 117 Y AASHTO T 11. 8.2.9. Determinación a la resistencia al desgaste por cargas abrasivas, método de la máquina de los ángeles del agregado grueso. ASTM C 131. 8.2.10. Sanidad ASTM - C-88 8.2.11. Resistencia a la abrasión 8.2.12. Contenido de materia orgánica 9. TERMINOLOGÍA 10. BIBLIOGRAFÍA

60 64 67 77 86

90 94 95 96 98 103

PRESENTACIÓN Me es grato presentar a consideración de la Universidad Nacional del Altiplano, profesionales y estudiantes vinculados al desarrollo y conocimiento de obras de ingenierías el libro de “EL AGREGADO EN LA CONSTRUCCIÓN” que ha sido preparado con gran entusiasmo y dedicación, con la finalidad que sirva de guía a los estudiantes del curso de “TECNOLOGÍA DEL CONCRETO” de la Escuela profesional de ingeniería Topográfica y Agrimensura. Las experiencias y las técnicas aplicadas han sido volcadas en esta publicación y son aplicadas de manera sencilla y clara para que puedan servir de texto a los estudiantes universitario, especialmente a los estudiantes de la Escuela Profesional de ingeniería topográfica y Agrimensura, y al mismo tiempo un texto de consulta a los egresados y profesionales y de guía a las personas interesadas en efectuar acciones vinculadas con el Análisis de los Agregados en la Construcción. El libro que se presenta cubre todos los aspectos en el ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS, desde la recolección de muestras hasta los ensayos de resistencia, considerando las recomendaciones de las normas vigentes y los procedimientos establecidos por ley, las mismas que serán utilizados en la dosificación del concreto.

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1. 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 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. La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efecto importante no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia del estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido. El Reglamento Nacional de Edificaciones en su norma de Concreto Armado E-060, menciona que los agregados deberán cumplir con los requisitos de la Norma ITINTEC 400.037, que se complementaran con los de esta norma y las especificaciones técnicas, del mismo modo recomienda que a pesar que en ciertas circunstancias agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados bajo otras condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida de lo posible deberán usarse agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto. 2. DEFINICIÓN Llamados también áridos, son materiales inertes que se combinan con los aglomerantes (cemento, cal, etc.) y el agua formando los concretos y morteros. La importancia de los agregados radica en que constituyen alrededor del 75% en volumen, de una mezcla típica del concreto. Los agregados pueden ser naturales o artificiales, los agregados naturales los encontramos en la corteza terrestre, mientras que el artificial pasa por procesos de explotación como recolección y trituración y lo encontramos generalmente en canteras a profundidades de 15 metros de la superficie. Los agregados naturales son de uso más frecuente en la Ciudad de Puno.

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3. ACTIVIDADES PARA LA AGREGADOS INDUSTRIALES

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OBTENCIÓN

DE

3.1. PROSPECCIÓN Y EXPLORACIÓN Para que un yacimiento mineral pueda ser explotado, es decir, antes que produzca el material requerido por la industria, debe comenzarse por probar su existencia y comprobar sus posibilidades industriales. El conjunto de trabajos orientados a la búsqueda de un testigo para comprobar la existencia de un yacimiento se conoce como prospección; mientras que el conjunto de tareas para comprobar la cantidad y calidad de minerales básicos existentes se denomina exploración o comprobación de reservas. La prospección va precedida de un estudio geológico encaminado a conocer datos relativos a la constitución estratigráfica y petrográfica de la región, así como su tectónica. La prospección en sí consiste en que una vez analizados los datos geológicos relacionados con la zona de estudio, se ubica el yacimiento y se investiga, con los datos geológicos obtenidos en el sitio, si es aconsejable proceder con la exploración y adelantar cuál sería aproximadamente el costo de llevarla a cabo. Por lo general, la prospección consiste en la búsqueda de los afloramientos expuestos del yacimiento. La exploración tiende a comprobar si el yacimiento mineral prospectado puede ser explotado económicamente, estableciendo su naturaleza, su estructura geológica y su grado de consistencia económica. La investigación en la exploración pueda ser dividida en preliminar y final, y debe dar como resultado la cantidad o reservas del mineral investigado dentro de los límites del yacimiento explorado. Dichas reservas se expresan en los términos siguientes: 3.2. RESERVAS PROBADAS Son aquellas en que el tonelaje y la calidad (grado) del mineral que forman –y que puede ser económicamente extraídas– han sido computados de las dimensiones y muestras obtenidas de los afloramientos, trincheras, sondeos y laborales de exploración, utilizando los análisis de cada una de las muestras.

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3.3. RESERVAS PROBABLES Son aquellas en que el tonelaje y calidad del yacimiento es computado en parte con las dimensiones y muestras obtenidas del yacimiento y en parte de la estimación del cómputo de la posible continuación estructural del yacimiento dentro de una distancia razonada de la estructura. 3.4. RESERVA POSIBLES O INFERIDAS Son aquellas en que se presume la estimación de la cantidad de mineral existente en un área donde geológicamente debería existir el yacimiento. Se basa en un conocimiento generalizado del carácter geológico de la región en la cual se presume la existencia del yacimiento, solamente por conocer algunas muestras del mineral. La estimación se basa asumiendo la continuidad o repetición de las pocas evidencias que se tienen, dentro del área considerada. Las rocas que surten esencialmente a la industria y suplen las necesidades actuales del hombre provienen de las sedimentarias de origen clástico y no clástico, mientras las rocas ígneas y las rocas metamórficas desempeñando un papel secundario en la industria. Por consiguiente la prospección de las rocas sedimentarias clásticas y no clásticas es de importancia para el continuo mantenimiento de la materia por ellas suplidas a la industria a medida que las reservas explotadas se extinguen. En la prospección de las rocas sedimentarias no clásticas hay que tomar en cuenta la geología estructural de la región y, en especial, la litología de las rocas sedimentarias y su secuencia. 3.5. EXPLOTACIÓN La explotación de las rocas sedimentarias clásticas se efectúa a cielo abierto, debido, por una parte, a su localización y, por la otra, a su formación fluvial reciente. Estos yacimientos, por sus propiedades y emplazamiento en llanuras o terrazas, presentan un nivel más o menos cercano a la superficie de afloramiento. Cuando están situados en los cauces de los ríos, una parte del yacimiento se encuentra bajo el agua y otra parte en la superficie. Un yacimiento de canto rodado es una cantera natural de balasto situada por debajo del nivel freático del río y, por lo tanto, bajo el agua; mientras que en las graveras el yacimiento está en seco. Una cantera de arena es un yacimiento de este material que puede estar bajo el agua o Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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en seco. En realidad, los yacimientos de cantos rodados están tanto en agua como en seco, debido a las variaciones del nivel freático o de los cursos de agua, además contienen en general una cierta porción de grava y arena. Se encuentran también canteras de arena que contienen una notable proporción de grava y cantos rodados. Si el yacimiento está bajo el agua, la maquinaria apropiada de extracción sería una excavadora equipada con dragalina, draga excavadora de cangilones, draga de cuchara, draga de cable o draga de succión. Si el yacimiento está sobre la superficie, se utilizarían scraper bulldozer, pala con equipos de empuje o retroexcavadora. El transporte de la carga desde el yacimiento a la planta de tratamiento se efectúa con camiones, cintas de transporte etc. La explotación de las rocas sedimentarias no clásticas que ocurren como masas compactas de minerales generalmente estratificados y que se presentan bajo diferentes tipos de estructuras geológicas amerita métodos de extracción que van desde cielo abierto (canteras) hasta mina subterránea. La gran abundancia de rocas sedimentarias no clásticas indica que el costo de las operaciones, tanto de exploración como de explotación, no debe ser elevado pues encarecería el producto final. De allí la necesidad de realizar una investigación sobre la estructura geológica del yacimiento y de la cantidad y calidad de la roca a explotar, con el fin de identificar el método más adecuado para la explotación y conocer las posibilidades económicas que presenta la explotación del yacimiento. En la explotación a cielo abierto, al ras de la superficie, o en canteras, el costo de la demolición depende, a partir de la dureza de la roca, esencialmente de la estructura geológica que representa el conjunto estratigráfico donde se encuentra el mineral a explotar y de los sistemas de fractura que presenta la roca, que pueden más o menos facilitar la demolición. Las capas estratigráficas pueden presentarse de tal forma que permitan ser utilizadas fácilmente como capas o planos de arranque, y mayor sería su utilidad si estas capas o planos estuvieran atravesados por fracturas o junturas normales a la estratificación. En el arranque a cielo abierto debe tenerse en cuenta la estratigrafía para emprender los trabajos en la dirección más conveniente. En las rocas Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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estratificadas inclinadas, el material se arranca fácilmente atacando por los planos de buzamiento. Pero si el ángulo de estratificación de estos planos es grande, en la estructura pueden ocurrir desprendimientos peligrosos, con deslizamientos; por lo tanto conviene escoger para el ataque planos con ángulo intermedio. Figuras Nº1 y 2: Equipos de extracción de minerales.

La disposición y diseño de una cantera están determinados por la potencia y profundidad de los estratos. Hay dos tipos de canteras: superficiales y a cielo abierto. En el primer caso, la roca se encuentra situada a un nivel más alto que el terreno colindante, de manera que la base de la cantera se encuentra situada al nivel del terreno, por lo que el laboreo es fácil y barato. En el segundo caso, la base de la cantera está muy por debajo del nivel medio del terreno colindante (por el orden de 15 a 50 metros). Los métodos de explotación de los yacimientos a cielo abierto son aplicables solamente cuando el yacimiento aflora en la superficie del suelo o se encuentra a una profundidad relativamente pequeña para que resulten económicamente posibles las labores destinadas a poner al descubierto el yacimiento, separando el terreno estéril que lo recubre. Cuando el yacimiento aflora a media ladera en mucha extensión, la explotación no ofrece dificultad. Basta abrir la cantera sobre un frente que permita un trabajo cómodo y seguro. Esquemáticamente, una cantera comprende un frente con uno o varios escalones o bancos según el emplazamiento del yacimiento, la naturaleza del terreno, la altura del banco explotado, los procesos y los medios de extracción previstos; una terraza por escalón suficiente para permitir el empleo y evolución de las máquinas para voladura, de carga Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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en el frente y evacuación del material extraído. Si la altura del frente es excesiva, se abre otro frente en la parte superior, después otro si es preciso y así sucesivamente dejando entre cada frente y el banco superior una distancia horizontal igual a la altura del mismo, lo que establece una labor en bancos o escalones. De este modo, la excavación puede realizarse en todos los bancos simultáneamente, haciendo avanzar todos los frentes y conservando la anchura en los diferentes bancos. Figura Nº 3: Frente en escalones o gradas

Cuando el yacimiento a explotar no sobrepasa los cincuenta metros de altura puede ser trabajado en un solo banco, es decir, con un solo frente. Pero si sobrepasa esa elevación, es peligroso trabajarlo en bancos, por lo cual es preferible separar la explotación en una serie de bancos de menor altura. La altura de un banco es determinada por una serie de factores. Siendo los más importantes la estructura geológica del yacimiento, el espesor total del yacimiento, el carácter físico de la roca, las condiciones climatológicas y los métodos de voladura utilizados. Desde el punto de vista de la seguridad, entre más alto sea el banco menos inclinado debe ser su frente, ya que un banco de frente prácticamente vertical en época seca puede deslizarse en tiempos húmedos. En teoría, bancos altos significan menos bancos y menos movimientos de maquinarias cargadas. La altura corriente de los bancos en las canteras varía entre 5 y 20 metros y su anchura debe ser suficiente para dar cabida a la máquina Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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cargadora –por lo regular se utilizan palas mecánicas – y banco superior debe ser suficientemente volado para que no sepulte los trabajos del banco inferior ni socave el banco inmediatamente superior. Tanto la altura de los bancos como su anchura debe ser tal que el buzamiento general, considerando todos los bancos, no sea muy inclinado. En general, este buzamiento es medido desde el punto saliente del banco superior al borde del banco inferior, y es práctica de seguridad que el ángulo, considerando la estructura geológica del yacimiento, se encuentre entre los 30º y los 45º. En la explotación a cielo abierto en terreno llano, la excavación se comienza en trinchera y se continúa ensanchándola. En este tipo de explotación hay que resolver el problema de evacuar el agua de lluvia o la que se filtre del subsuelo. El transporte del material útil extraído se realiza por medio de una vía en la parte baja de la explotación o por medio de elevadores. El arranque del mineral se realiza ya sea por medio de pico y pala o de excavadora. El costo del arranque depende del medio del arranque. La preparación para la explotación subterránea de un yacimiento en rocas sedimentarias no clásticas, ígneas o metamórficas requiere practicar labores de penetración suficientemente extensas que aseguren la salida del mineral arrancado y dividirlas después en secciones por medio de galerías, las cuales constituirán las arterias principales de la mina. Figura Nº 4: Disposición empleada parea las explotaciones a cielo abierto

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3.6. PREPARACIÓN La preparación tiene por objeto transformar el “todo uno” de la cantera, compuesta de elementos de todas las dimensiones –desde grandes bloques hasta elementos finos –, en material propiamente comercial clasificado en las distintas granulometrías requeridas y tan homogéneas como sea posible. Los principios en el tratamiento del todo uno son simples, siempre y cuando las propiedades físicas de la roca sean de carácter sólido. Se basan prácticamente, en un problema de tamaño de fragmentos, de aquí que la operación sea dimensional. Figura Nº5: Flujo generalizado del proceso de preparación mecánica de una cantera de piedra caliza

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3.7. OPERACIONES DE PREPARACIÓN La preparación de los materiales de canteras, graveras, areneras y minas en general, se realiza mediante una serie de operaciones que pueden comprender eventualmente las siguientes: i. Trituración, fragmentación o machaqueo. Operaciones que se ejecutan durante el proceso de preparación de los diferentes productos y tienden a reducir la dimensión de los diferentes fragmentos de piedra producidos sin reducirlos a polvo, para alcanzar fragmentos de las dimensiones deseadas a partir del todo uno de cantera, gravera o arenera. ii. Molienda. Operación que tiende a reducir los fragmentos muy pequeños a polvo. iii. Clasificación. Operaciones que se ejecutan durante el proceso de preparación para agrupar por tamaño los fragmentos producidos en cada operación de fragmentación. iv. Lavado. Operación a la cual son sometidos los fragmentos, cuando es necesario, con objeto de eliminar parte del material indeseable que los pueda acompañar. v. Almacenamiento. Operación para retener una reserva suficiente del material que se pueda requerir durante el proceso. vi. Pre cribado. Tiene por objeto eliminar los mayores elementos del todo uno que puedan ser una molestia para las operaciones ulteriores. Sirve para eliminar los elementos inferiores a un determinado calibre para no someterlos a manipulaciones inútiles subsiguientes. vii. Fragmentación o resquebrajamiento. Operación que consiste en la reducción de las piedras de dimensiones grandes a elementos de dimensiones inferiores. Según la reducción obtenida, la fragmentación tomaría los nombres de:  Machaqueo o fragmentación primaria para la reducción del todo uno hasta un calibre máximo, igual o superior a 100 mm.  Machaqueo o fragmentación secundaria para la reducción a un calibre comprendido entre 25 y 100 mm.  Granulación para la reducción a calibre entre 6,5 y 25 mm.  Trituración fina para la reducción en grano fino de 0,1 a 5 mm. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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viii. Clasificación granulométrica. Se obtiene comenzando a pasar los materiales a granel a través de los orificios de un cedazo o criba, con objeto de separar sus fragmentos por grosores diferentes hasta alcanzar dimensiones superiores a 1 mm, luego a cedazos de mallas tupidas o tamices –para la clasificación sobre mallas de 0,15 a 1 mm– y finalmente a cernidos de clasificación en seco, sobre telas y finas de aberturas comprendidas entre 40 y 150 micrones. La operación final es la decantación diferencial, operación por diferencia de los pesos específicos de los elementos, también llamados gravimétricos. ix. Lavado. Para obtener los materiales libres de impurezas y de polvo, se procede a varias operaciones de lavado realizadas en diversas fases del proceso. El lavado de la fragmentación o sobre productos pre machacados tiene por objeto eliminar la arcilla e impurezas. El lavado se efectúa sobre criba para eliminar los residuos finos. El lavado se hace en una fase cualquiera de la preparación, para eliminar el exceso de polvo.

3.8. PRODUCTOS DE LAS OPERACIONES DE PREPARACIÓN Cada operación en el proceso de preparación exige productos con características de granulometría, limpieza y forma bien definidas. No es cuestión de expedir el pre machacado. En todo uno deberá sufrir una serie de tratamientos que lo hagan apropiado al uso que se propone. En la práctica, se dividen los productos de las diferentes operaciones en: 

  

Piedra picada: 60/150 mm. Para utilizar en composición de concretos ciclópeos, masa y como materiales de relleno en terraplenado. Balasto: 45/60 y 20/45. Para utilizarlo en masa, en trabajos de carretera y construcción y como balastos en vías férreas. Grava: 20/60. Uso en concretos y para fundaciones con arena. Gravilla: 6/10. Uso en concretos y obras ligeras.

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Almacenamiento. Operación para retener una reserva suficiente del material que se pueda requerir durante el proceso.   

Arena: Arena 0/3 mm: Uso en concreto. Arena: 0/2 mm. Para usarla en filtros. Arena: 2/3 mm. Para obras especiales.

El todo uno del machaqueo primario, la piedra picada, se compone de un conjunto de productos de distintos tamaños, llevando en particular un cierto porcentaje de materiales de dimensiones y de pesos incompatibles con el material clasificado. Los pre machacados son raramente utilizados en este estado, por consiguiente hay que someterlos a una clasificación primaria, o sea, a un .pre cribado. En este pre cribado el material generalmente se lleva a una criba con gran pendiente, situada en un emplazamiento fijo, y se utiliza usualmente el tromel clasificado. El tratamiento primario o pre machaqueo tiene por objeto someter el todo uno a una primera fragmentación a un calibre máximo (generalmente comprendido entre 150 y 200) que facilita el tratamiento ulterior y la manutención de los productos. Figura Nº 6: Diagrama de Flujo de una Arenera

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Generalmente la fragmentación primaria recurre a uno de los siguientes procedimientos aplastamientos, percusión, cizallamiento o esfuerzo combinado. Las máquinas de fragmentación por aplastamiento, que son las más usuales, provocan la ruptura de la roca comprimiéndola entre una parte fija y un órgano animado de movimiento alternativo, el machacador de mandíbulas. Las que realizan la fragmentación por percusión provocan la ruptura por medio de masas o martillos pesados articulados o en machacadores con percutores rígidos, la machacadora de martillos y la machacadora de percusión. Los elementos finos, arena y arcillas que provienen del todo uno del lavado sobre la criba, de la eliminación del polvo y del recribado, son recuperados y llevados a la clasificación de arena, operación que se realiza por vía seca o húmeda. El almacenamiento de los productos clasificados se efectúa en las diversas operaciones del proceso de preparar los productos. Usualmente se organiza de la manera siguiente:  Línea de tratamiento primario que da un producto igual o superior a 100 mm.  Línea de tratamiento secundario que da un máximo de calibre comprendido entre 25 y 100 mm.  Línea de tratamiento terciario que da un máximo de calibre comprendido entre 6,3 y 2,5 mm.  Línea de tratamiento de arenas. En estos procesos se utilizan máquinas como trituradoras de mandíbula y de martillo, molinos de barras, balas de cadenas, conos de trituración, de rodillos y otros, cribas fijas y móviles, tromeles, etc. Tanto la fragmentación primaria como la secundaria tienen por objeto reducir las dimensiones del material. Estas máquinas funcionan bajo los mismos principios, sólo difieren en sus dimensiones y en pequeños detalles. La clasificación de los materiales que provienen de estas máquinas se verifica en cribas vibrantes y tamices, para lo cual se utilizan varios tipos. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Cada planta debe disponer de reservas importantes de los materiales clasificados en diversos puntos de la cadena de preparación, para regular las demandas de las puntas del mercado. Conformar reservas de los productos clasificados es importante para responder de la demanda de un mercado de estación o intermitente. El almacenamiento en tolvas suscitaría problemas de inversiones exageradas, por lo cual se debe resolver con el almacenamiento en pilas sobre el suelo. BANCO O CANTERA Estudio preliminar (Potencia y calidad) Pruebas de aceptación inicial (Laboratorio acreditado por MTVC)

Explotación Inspecciones de control

Despacho

Inspecciones de supervisión

Procesamiento

Agregados procesados: Muestreo y pruebas de Contol y verificación No se cumplen Especificaciones (Pruebas de control)

No se cumplen Especificaciones (Pruebas de verificación) Si se cumplen Especificaciones (Aceptación)

Rechazo

Rechazo

Transporte y almacén De acopio Inspecciones de control

Cribado final

Inspecciones de supervisión

Entrega de agregado en la planta de concreto

Acción y secuencia Retroalimentación Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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4. CANTERAS DE AGREGADOS EN LA CIUDAD DE PUNO Las obras se realizan con agregados, elemento principal en la elaboración del concreto, la existencia de canteras cercanas a las obras garantizan la realización de la misma con el cumplimiento de las especificaciones técnicas y minimizando los costos de producción de los agregados. En la ciudad de puno los procedimientos de extracción de agregados es a tajo abierto, a través de extracción en los ríos y de canteras superficiales, solo las empresas nacionales o privadas como el Gobierno Regional, realizan operaciones de preparación de agregados de forma Artificial con procesos de trituración de rocas, convirtiéndolos en agregados gruesos y finos, que son utilizados exclusivamente en sus obras, mas no para comercialización en diferentes obras que se realizan por las poblaciones o municipalidades. Los agregados que se utilizan para obras de construcción de viviendas y obras municipales son provenientes de canteras que se ubican los lechos e interior de ríos y que son extraídos por procesos de dragados. En el informe de Provias Nacional establece datos técnicos de canteras de agregados en Puno, las cuales son:     

Cantera Totorani Km 20+700 de la Ilave. Cantera Ilave (Balsave) Km 1314+700 Cantera Pichacari Km 24+000 de Puno. Cantera Río Cutimbo Km 23+500 de Puno. Cantera Laraqueri Km 39+300 de Puno.

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4.1. CANTERA TOTORANI

Foto: Cantera Totorani RESUMEN DE ENSAYOS CANTERA TOTORANI

Calidad de materiales

Ensayo Límite liquido Índice plástico Clasificación AASHTO Clasificación SUCS Pasante No 200 Humedad natural Módulo de fineza Equivalente arena Abrasión % Partículas chatas alargadas Caras de fractura Durabilidad Máxima densidad Humedad Optima CBR 100% CBR 95% Sales Solubles Totales (mg/Kg) Impuresas orgánicas

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Grueso NP NP A-1-a GW 0.40 % 2.95 % 7.10

Fino

80.30% 20.65 % 14.60 % 13.90 % 5.38 % 6.30% 2.13 7.40 97.10 69.30 420.00 aceptable Página. 15

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4.2. CANTERA ILAVE (BALSAVE)

Cantera Ilave (Balsave) RESUMEN DE ENSAYOS CANTERA BALSAVE

Calidad de materiales

Ensayo Límite liquido Índice plástico Clasificación AASHTO Clasificación SUCS Pasante No 200 Humedad natural Módulo de fineza Equivalente arena Abrasión % Partículas chatas alargadas Caras de fractura Durabilidad Sales Solubles Totales (mg/Kg) Impuresas orgánicas

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Grueso NP NP A-1-a SW 1.10 % 3.20 % 5.24

Fino

72.70% 18.31 % 11.40 % 11.60 % 6.76% 390.00 aceptable

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4.3. CANTERA PICHACANI

Cantera Pichacani RESUMEN DE ENSAYOS CANTERA PICHACANI

Calidad de materiales

Ensayo Límite liquido Índice plástico Clasificación AASHTO Clasificación SUCS Pasante No 200 Humedad natural Módulo de fineza Equivalente arena Abrasión % Partículas chatas alargadas Caras de fractura Durabilidad Máxima densidad Humedad Optima CBR 100% CBR 95% Sales Solubles Totales (mg/Kg) Impuresas orgánicas

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Grueso NP NP A-1-a GP 0.80 % 3.50 % 7.23

Fino

70.10% 22.03 % 15.80 % 14.40 % 4.55 % 6.02% 2.10 7.90 92.90 73.50 504.00 aceptable Página. 17

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4.4. CANTERA CUTIMBO

Cantera Cutimbo RESUMEN DE ENSAYOS CANTERA CUTIMBO

Calidad de materiales

Ensayo Límite liquido Índice plástico Clasificación AASHTO Clasificación SUCS Pasante No 200 Humedad natural Módulo de fineza Equivalente arena Abrasión % Partículas chatas alargadas Caras de fractura Durabilidad Máxima densidad Humedad Optima CBR 100% CBR 95% Sales Solubles Totales (mg/Kg) Impuresas orgánicas

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Grueso NP NP A-1-a GW 1.30 % 2.90 % 6.35

Fino

71.30 % 21.07 % 15.30 % 11.10 % 5.40 % 6.41% 2.15 5.90 98.60 62.50 564.00 aceptable

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4.5. CANTERA LARAQUERI

Cantera Laraqueri RESUMEN DE ENSAYOS CANTERA LARAQUERI

Calidad de materiales

Ensayo Límite liquido Índice plástico Clasificación AASHTO Clasificación SUCS Pasante No 200 Humedad natural Módulo de fineza Equivalente arena Abrasión % Partículas chatas alargadas Caras de fractura Durabilidad Máxima densidad Humedad Optima CBR 100% CBR 95% Sales Solubles Totales (mg/Kg) Impuresas orgánicas

Ing. Jorge Luis Aroste Villa

Grueso NP NP A-1-a GP 1.10 % 3.75 % 6.16

Fino

76.70% 27.98 % 15.00 % 6.70 % 5.15 % 6.69% 2.16 6.40 98.30 69.30 486.00 aceptable

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5. CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son: 5.1. POR SU NATURALEZA Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en: agregado grueso, fino y hormigón (agregado global). a. El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8” y queda retenido en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas. b. El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava. c. El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera. 5.2. POR SU DENSIDAD Se pueden clasificar en: a. Agregados de peso específico normal comprendidos entre 2.50 a 2.75. b. Agregados ligeros con pesos específicos menores a 2.5, c. Agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75. 5.3. POR SU FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL 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 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Figura Nº 7: Forma de los agregados

Angular Semi angular

Semi angular Angular

Redondeada Muy redondeada Semi redondeada 6. PROPIEDADES DEL AGREGADO 6.1. PROPIEDADES FÍSICAS 6.1.1. Densidad Depende de la gravedad específica de sus constituyentes sólidos como de la porosidad del material mismo. La densidad de los agregados es especialmente importante para los casos en que se busca diseñar concretos de bajo o alto peso unitario. Las bajas densidades indican también que el material es poroso y débil y de alta absorción.

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6.1.2. Porosidad La palabra porosidad viene de poro que significa espacio no ocupado por materia sólida en la partícula de agregado es una de las más importantes propiedades del agregado por su influencia en las otras propiedades de éste, puede influir en la estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades elásticas, gravedad específica, absorción y permeabilidad. 6.1.3. Peso Unitario Es el resultado de dividir el peso de las partículas entre el volumen total incluyendo los vacíos. Al incluir los espacios entre partículas influye la forma de acomodo de estos. el procedimiento para su determinación se encuentra normalizado en ASTM C 29 y NTP 400.017. Es un valor útil sobre todo para hacer las transformaciones de pesos a volúmenes y viceversa.

6.1.4. Porcentaje de Vacíos Es la medida de volumen expresado en porcentaje de los espacios entre las partículas de agregados, depende del acomodo de las partículas por lo que su valor es relativo como en el caso del peso unitario. Se evalúa usando la siguiente expresión recomendada por ASTM C 29.

Dónde: S = Peso específico de masa W = Densidad del agua P.U.C. = Peso Unitario Compactado seco del agregado

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6.1.5. Humedad Es la cantidad de agua superficial retenida por la partícula, su influencia está en la mayor o menor cantidad de agua necesaria en la mezcla se expresa de la siguiente forma:

6.1.6. Absorción Es el aumento en el peso del agregado debido al agua en los poros del material, pero que no incluye el agua adherida a la superficie externa de las partículas.

Dónde: = Peso del material saturado seco superficialmente. = Peso del material seco. 6.2. PROPIEDADES RESISTENTES 6.2.1. Resistencia La resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados; la textura, la estructura y composición de las partículas del agregado influyen sobre la resistencia. Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros consecuentemente serán débiles. La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita la resistencia total de la matriz cementante. 6.2.2. Tenacidad Esta característica está asociada con la resistencia al impacto del material. Está directamente relacionada con la flexión, angularidad y textura del material

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6.2.3. Dureza Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión, abrasión o en general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus constituyentes. Entre las rocas a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos de abrasión o erosión y pueden ser el cuarzo, la cuarzita, las rocas densas de origen volcánico y las rocas silicosas. 6.2.4. Módulo de elasticidad Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica, considerándosele como una medida de la resistencia del material a las deformaciones. El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los agregados sin embargo el concreto experimentara deformaciones por lo que es razonable intuir que los agregados también deben tener elasticidades acordes al tipo de concreto. El valor del módulo de elasticidad además influye en el escurrimiento plástico y las contracciones que puedan presentarse. Tabla Nº 1: Valores de módulos Elásticos Tipos de agregados Módulo Elástico Granitos 610,000 kg/cm2 Areniscas 310,000 kg/cm2 Calizas 280,000 kg/cm2 Diabasas 860,000 kg/cm2 Gabro 860,000 kg/cm2 6.3. PROPIEDADES TÉRMICAS 6.3.1. Coeficiente de expansión Cuantifica la capacidad de aumento de dimensiones de los agregados en función de la temperatura, depende mucho de la composición y estructura interna de las rocas y varia significativamente entre los diversos tipos de roca. En los agregados secos es alrededor de un 10% mayor que en estado parcialmente saturado. Los valores oscilan normalmente entre 0.9 x 10 – 6 a 8.9 x 10 –6 / °C. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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6.3.2. Calor específico Es la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado centígrado la temperatura. No varia mucho en los diversos tipos de roca salvo en el caso de agregados muy ligeros y porosos. 6.3.3. Conductividad térmica Es la mayor o menor facilidad para conducir el calor. Esta influenciada básicamente por la porosidad siendo su rango de variación relativamente estrecho. Los valores usuales en los agregados son de 1.1 a 2.7 BTU/ pie.hr.°F 6.3.4. Difusividad Representa la velocidad con que se pueden producir cambios térmicos dentro de una masa. Se expresa como el cociente de dividir la conductividad entre el producto de calor especifico por la densidad. 6.4. PROPIEDADES QUÍMICAS 6.4.1. Reacción Alcali-Sílice Los álcalis en el cemento están constituidos por el Oxido de sodio y de potasio quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con ciertos minerales, produciendo un gel expansivo Normalmente para que se produzca esta reacción es necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6% temperaturas ambientes de 30°C y humedades relativas de 80% y un tiempo de 5 años para que se evidencie la reacción. Existen pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se encuentran definidas en ASTM C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten obtener información para calificar la reactividad del agregado. 6.4.2. Reacción Alcali-carbonatos Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los agregados generando sustancias expansivas, en el Perú no existen evidencias de este tipo de reacción. Los procedimientos para la evaluación de esta característica se encuentran normalizados en ASTM C-586. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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7. REQUERIMIENTO DE LOS AGREGADOS. Los agregados deberán cumplir con los siguientes requerimientos: - Los agregados empleados en la preparación de los concretos de peso normal (2200 a 2500 kg/m3) deberán cumplir con los requisitos de la NTP 400.037 o de la Norma ASTM C 33, así como los de las especificaciones del proyecto. - Los agregados fino y gruesos deberán ser manejados como materiales independientes. Si se emplea con autorización del Proyectista, el agregado integral denominado “hormigón” deberá cumplir como lo indica la Norma E.060. - Los agregados seleccionados deberán ser procesados, transportados manipulados, almacenados y dosificados de manera tal de garantizar: - Que la pérdida de finos sea mínima; - Se mantendrá la uniformidad del agregado; - No se producirá contaminación con sustancias extrañas; - No se producirá rotura o segregación importante en ellos. - Los agregados expuestos a la acción de los rayos solares deberán, si es necesario, enfriarse antes de su utilización en la mezcladora. Si el enfriamiento se efectúa por aspersión de agua o riego, se deberá considerar la cantidad de humedad añadida al agregado a fin de corregir el contenido de agua de la mezcla y mantener la relación agua cemento de diseño seleccionada. 7.1. DEL AGREGADO FINO Se define como agregado fino al proveniente de la desintegración natural o artificial de las rocas, que pasa el tamiz 9.51 mm. (3/8”) y queda retenido en el tamiz 74 um (Nº200) que cumple con los límites establecidos en la NTP 400.037. El agregado fino requerimientos: Ing. Jorge Luis Aroste Villa

deberá

cumplir

con

los

siguientes Página. 26

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-

-

-

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El agregado fino puede consistir de arena natural o manufacturada, o una combinación de ambas. Sus partículas serán limpias, de perfil preferentemente angular, duro, compacto y resistente. El agregado fino deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas escamosas o blandas, esquistos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales, u otras sustancias dañinas. El agregado fino deberá estar graduado dentro de los límites indicados en la NTP 400.037. Es recomendable tener en cuenta lo siguiente: 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 Tabla Nº 2: Granulometría del agregado fino. 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

El porcentaje indicado para las mallas Nº50 y Nº100 podrá ser reducido a 5% y 0% respectivamente, si el agregado es empleado en concretos con aire incorporado que contenga más de 225 kgs. de cemento por metro cúbico, o si se emplea un aditivo mineral para compensar la deficiencia en los porcentajes mencionados. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Cuadro Nº 1: Ejemplo de cálculo de análisis granulométrico AF. N O R M A : ASTM C 33. P. INICIAL

400.20 Gr.

TAMIZ

PESO

% R.

% QUE

ESPECIFICACIONES

Nºº

RETEN.

ACUM.

PASA

AGREGADO FINO

3/8"

0.00

0.00

100.00

1/4"

0.00

0.00

100.00

N° 04

11.60

2.90

N° 08

24.20

8.95

N° 10

0.00

8.95

91.05

N° 16

78.80

28.64

71.36

N° 20

0.00

28.64

71.36

N° 30

87.80

50.57

49.43

N° 40

0.00

50.57

49.43

N° 50

102.80

76.26

23.74

N° 80

0.00

76.26

23.74

N° 100

70.60

93.90

6.10

-100

24.40

Sum.T.

400.20

M.F.

2.612

100

100

97.10

95

100

91.05

80

100

50

85

25

60

10

30

02

10

Gráfico Nº 1: Ejemplo de grafico de curva granulométrica AF.

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El módulo de fineza del agregado fino se mantendrá dentro del límite de  0.2 del valor asumido para la selección de las proporciones del concreto; siendo recomendable que el valor asumido esté entre 2.35 y 3.15. Si excede el límite indicado de  0.2, el agregado podrá ser rechazado por la Inspección, o alternativamente ésta podrá autorizar ajustes en las proporciones de la mezcla para compensar las variaciones en la granulometría. Estos ajustes no deberán significar reducciones en el contenido de cemento. ∑

Ejemplo

El agregado fino no deberá indicar presencia de materia orgánica cuando ella es determinada de acuerdo a los requisitos de la NTP 400.013. Podrá emplearse agregado fino que no cumple con los requisitos de la norma indicados siempre que: 1. La coloración en el ensayo se deba a la presencia de pequeñas partículas de carbón, lignito u otras partículas similares; o 2. Realizado el ensayo, la resistencia a los siete días de morteros preparados con dicho agregado no sea menor del 95% de la resistencia de morteros similares preparados con otra porción de la misma muestra de agregado fino previamente lavada con una solución al 3% de hidróxido de sodio.

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El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado fino no deberá exceder de los siguientes límites:  Lentes de arcilla y partículas desmenuzables…….………….3%  Material más fino que la Malla Nº200: a) Concretos sujetos a abrasión…………………………….3% b) Otros concretos.………………………………………0.5%  Carbón: 1) Cuando la apariencia superficial del concreto es importante 0.5% 2) Otros Concretos…………………………….…………..………..1% Finalmente, la granulometría deberá corresponder a la gradación C de la siguiente tabla (similar a la normalizada por el ASTM). Tabla Nº 2: Granulometría del agregado fino, NTP 400.037 TAMIZ

9.5 mm (3/8) 4.75 mm (Nº4) 2.36 mm (Nº8) 1.18 mm (Nº16) 600 um (Nº30) 300 um (Nº50) 150 um (Nº100)

PORCENTAJE DE PESO (MASA) LIMITES TOTALES 100 89 – 100 65 – 100 45 – 100 25 – 100 5 – 70 0 – 12

QUE PASA

*C

M

F

100 95 – 100 80 – 100 50 – 85 25 – 60 10 – 30 2 – 10

100 89 – 100 65 – 100 45 – 100 25 – 80 5 – 48 0 - 12*

100 89 – 100 80 – 100 70 – 100 55 – 100 5 – 70 0 – 12

* Incrementar a 5% para agregado fino triturado, excepto cuando se use para pavimentos.

7.2. DEL AGREGADO GRUESO 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 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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grueso empleado en la preparación de concretos livianos podrá ser natural o artificial. El agregado grueso requerimientos: -

-

-

deberá

cumplir

con

los

siguientes

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 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 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, ver tabla siguiente: -

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. Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrados; o 2. Un tercio del peralte de las losas; o

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-

   

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3. Tres cuartos del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de refuerzos; paquetes de barras; torones; o ductos de presfuerzo. En elementos de espesor reducido, o ante la presencia de gran cantidad de armadura; se podrá con autorización de la Inspección reducir el tamaño nominal máximo del agregado grueso, siempre que se mantenga una adecuada trabajabilidad y se cumpla con el asentamiento requerido, y se obtenga las propiedades especificadas para el concreto.

El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado grueso no deberá exceder de los siguientes valores: Arcilla ………………………………………………………0.25% Partículas deleznables………………………………….…..….5.00% Material más fino que pasa la malla N º 200…………..…..1.00% Carbón y lignito: 1. Cuando el acabado superficial del concreto es de importancia.……………………………………………....0.50% 2. Otros concretos……………………………..……………1.00% -

-

-

El agregado grueso cuyos límites de partículas perjudiciales excedan a los indicados, podrá ser aceptado siempre que en un concreto preparado con agregado de la misma procedencia; haya dado un servicio satisfactorio cuando ha estado expuesto de manera similar al estudiado; o en ausencia de un registro de servicios siempre que el concreto preparado con el agregado tenga características satisfactorias, cuando es ensayado en el laboratorio. El agregado grueso empleado en concreto para pavimentos, en estructuras sometidas a procesos de erosión, abrasión o cavitación, no deberá tener una perdida mayor del 50% en el ensayo de abrasión realizado de acuerdo a la NTP 400.019 ó NTP 400.020, ó a la Norma ASTM C 131. EL lavado de las partículas de agregado grueso se deberá hacer con agua preferentemente potable. De no ser así, el agua empleada deberá estar libre de sales, materia orgánica, o sólidos en suspensión.

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Tabla Nº 3: Requisitos granulométricos del agregado grueso. % QUE PASA POR LOS TAMICES NORMALIZADOS Nº

TAMAÑO

A.S.T.M NOMINAL

1

2

3

357

4

467

5

56

57

6

67

7

9

31/2” a 11/2” 21/2” a 11/2” 2” a 1” 2” a Nº4 11/2” a ¾” 11/2” a Nº4 1” a ½” 1” a 3/8” 1” a Nº4 ¾” a 3/8” ¾” a Nº4

100 mm

90 mm

75 mm

63 mm

50 mm

37,5 mm

25 mm

19 mm

12,5 mm

9,5 mm

4,75 mm

2,36 mm

1,18 Mm

4”

3.5”

3”

2.5”

2”

1.5”

1”

¾”

½”

3/8”

Nº4

Nº8

Nº16

100

90 a 100 100

25 a 60 90 a 100 100

½” a Nº4 3/8” a Nº8

Ing. Jorge Luis Aroste Villa

100

35 a 70 90 a 100 95 a 100 100

100

0 a 15 0 a 15 35 a 70

90 a 100 95 a 100 100

100

100

0 a 5 0 a 5 0 a 15 35 a 70 20 a 55

90 a 100 90 a 100 95 a 100 100

100

0 a 5 10 a 30 0 a 15 35 a 70 20 a 55 40 a 85

90 a 10 90 a 100 100

0 a 10 10 a 40 25 a 60 20 a 55

90 a 100 100

0 a 5 0 a 5 10 a 30 0 a 5 0 a 15

0 a 5

0 a 15 20 a 55

0 a 5 0 a 10 0 a 5 0 a 10

40 a 70 85 a 100

0 a 15 10 a 30

0 a 5

0 a 5 0 a 5 0 a 10

0 a 5

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7.3. DE LA ARENA La NTP 400.011 define a la arena como el agregado fino proveniente de la desintegración natural de las rocas. También se define la arena como el conjunto de partículas o granos de rocas, reducidas por fenómenos mecánicos, naturales acumulados por los ríos y corrientes acuíferas en estratos aluviales y médanos o que se forman en in-situ por descomposición; o el conjunto de piedras producidas por acción mecánica artificial, las primeras son las arenas naturales; y las segundas, las arenas artificiales. Se clasifican según la “Comisión de Normalización” de la Sociedad de Ingenieros del Perú como sigue: Arena Fina Arena Media Arena gruesa

0.05 0.5 2.0

a a a

0.5 mm. 2.0 mm. 5.0 mm.

Todos los materiales de dimensión inferior a 0.005 mm, está constituido por sedimentos finos terrosos, cienos y arcillas. 7.4. DEL HORMIGÓN La NTP 400.011 define al hormigón como al material compuesto de grava y arena empleado en forma natural de extracción. La Grava según la NTP 400.011 define a la grava como el agregado grueso, proveniente de la desintegración natural de materiales pétreos, encontrándoseles corrientemente en canteras y lechos de ríos depositados en forma natural. En lo que sea aplicable, se seguirá para el hormigón las recomendaciones correspondientes a los agregados fino y grueso. El hormigón deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamosas, sales, álcalis, materia orgánica, u otras sustancias dañinas para el concreto. Su granulometría deberá estar comprendida entre la malla de 2” como máximo y la malla Nº100 como mínimo. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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El hormigón deberá ser manejado, transportado y almacenado de manera tal de garantizar la ausencia de contaminación con materiales que podrían reaccionar con el concreto. El hormigón deberá emplearse únicamente en la elaboración de concretos con resistencias en compresión, hasta de 100 kg/cm2 a los 28 días. El contenido mínimo de cemento será 255 kg/m3. 7.5. DEL AGREGADO GLOBAL La NTP 400.037 contiene un apéndice y a manera de información acerca de husos granulométricos considerados óptimos, para los proporcionamientos de finos y gruesos en el diseño de mezclas, dentro de los cuales se pueden obtener concretos trabajables y compactos. Esta información tiene carácter de orientación y en ningún caso es prescriptiva. El agregado global es aquel material compuesto de agregado fino y grueso, cuya granulometría cumple con los límites dados en la siguiente tabla: Tabla Nº 4: Limite granulométrico para agregado global tamiz 50 mm (2”) 37.5 mm (1 1/2”) 19 mm (3/4”) 12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”) 4.75 mm (Nº 4) 2.36 mm (Nº 8) 1.18 mm (Nº 16) 600 μm (Nº 30) 300 μm (Nº 50) 150 μm (Nº 100)

Porcentaje en peso que pasa Tamaño nominal Tamaño nominal Tamaño nominal 37.5 mm (1½”) 19.0 mm (3/4”) 9.5 mm (3/8”) 100 ------95 a 100 100 ---45 a 80 95 a 100 ---------100 ------95 a 100 25 a 50 35 a 55 30 a 65 ------20 a 50 ------15 a 40 8 a 30 10 a 35 10 a 30 ------5 a 15 0 a 8* 0 a 8* 0 a 8*

* Incrementar a 10% para los finos de roca triturada.

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7.6. REQUISITOS COMPLEMENTARIOS Los agregados que serán utilizados en concretos de f´c = 210 Kg/cm² de resistencia de diseño y mayores, así como los utilizados en pavimentos deberán cumplir además de los requisitos obligatorios, los siguientes: 7.6.1. Índice de espesor Índice de espesor del agregado grueso no será mayor de 50 en el caso de agregado natural de 35 para grava triturada. Es conocido que los agregados de forma plana, es decir con dos dimensiones preponderantes, originan concretos difícilmente trabajables y de baja compacidad. La norma establece una relación de límite entre el grosor (G) y el espesor (E) Este requisito se aplica al agregado grueso cuando tiene la forma de una placa en donde el espesor es muy pequeño y predominan las otras dos dimensiones, este tipo de agregados originaba concretos poco trabajables y de menor compacidad. La norma aplica los siguientes términos G/E = 1.58 en donde G es el grosor y E el espesor. Esta fórmula define los elementos planos. 7.6.2. Resistencia Mecánica La resistencia mecánica del agregado, determinada conforme a la norma NTP correspondiente, será tal que los valores no excedan a los siguientes: Tabla Nº 5: Valores máximos de resistencia mecánica Tipos de Resistencia Mecánica Abrasión (método de los Ángeles) impacto

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% Máximo 50 30

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La especificación de forma, nueva en nuestro medio, recoge los estudios realizados en Estados Unidos y en Europa (donde ésta característica es normalizada), confrontando además la experiencia nacional. 7.6.3. Granulometría del agregado fino Deberá corresponder a la gradación “C” de la tabla, se permitirá el uso de agregado que no cumpla con la gradación siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción de las partes que aseguren que el material producirá concreto de la calidad requerida. 7.6.4. Inalterabilidad del Agregado ( Durabilidad) El agregado utilizado en concreto y sujeto a la acción de las heladas deberá cumplir además de los requisitos obligatorios, el requisito de resistencia a la desintegración, por medio de soluciones saturadas de sulfato de sodio o sulfato de magnesio. La pérdida promedio de masa después de 5 ciclos no deberá exceder de los siguientes valores:

Tabla Nº 6: Pérdida de masa de agregados expuestos a químicos Solución utilizada Sulfato de Sodio Sulfato de Magnesio

% máximo de pérdida de masa (5 ciclos) Agregado fino Agregado grueso 10% 12% 15% 18%

7.7. REQUISITOS OPCIONALES 7.7.1. Reactividad potencial álcali-agregados El agregado utilizado en concreto sujeto permanentemente a la humedad o en contacto con suelos húmedos, no deberá contener sustancias dañinas que reaccionen químicamente con los álcalis del cemento, por cuanto producen expansiones excesivas en el concreto. En caso de estar presente tales sustanciales, el agregado puede ser utilizado con cementos que puedan tener menos del 0,6% de álcalis calculados como óxido de sodio (Na2O + 0,658 K2O), con el añadido de un material que prevenga la expansión dañina debido a la reacción álcali-agregado.

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La reacción álcali-agregado es un problema común en Estados Unidos, lo que ha originado importantes investigaciones al respecto. Sin embargo en nuestro país pocas veces se han registrado estos casos. De presumirse la presencia de sales solubles en el agregado en especial al tratarse de lugares vecinos al mar, descargas de afluentes industriales, etc. el agregado para concreto deberá cumplir con los siguientes límites admisibles expresados en porcentaje total en peso, referidos a resultados obtenidos en ambos agregados. Tabla Nº 7: Limite admisibles en porcentaje en peso de sales solubles Contenido de sulfatos en: Concreto pretensado Concreto Armado

Valores máximos 0.02% (200 ppm) 0.06% (600 ppm)

Para proteger al acero de la corrosión en el concreto armado pretensado, los reglamentos estipulan un máximo de ión cloro como suma total de todos los componentes (agua, agregados y cementos). El código del ACI especifica el porcentaje, (en peso del cemento), del máximo ión de cloro como suma de todos los componentes: Tabla Nº 8: Maximo de ion de cloro en % de peso de memento TIPOS DE CONCRETO Concreto pretensado Concreto armado expuesto a cloruros Concreto armado seco y protegido Otras construcciones de concreto armado

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% EN PESO MÁXIMO DEL ION CLORURO 0.06% 0.15% 1% 0.3%

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Tabla Nº 9: Comparacion de ion de cloro RNE y ACI

Concreto pretensado Concreto armado expuesto a la acción de cloruros Concreto armado no protegido que puede estar sometido a un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruros Concreto armado que deberá estar seco o protegido de la humedad durante su vida por medio de recubrimientos impermeables Concreto armado que en servico estará seco o protegido contra la humedad Otras construcciones de concreto armado

Contenido maximo de ion cloruro solubles en agua en el concreto, % en peso de cemento Norma E-060 RNE Codigo ACI 0.06 0.06 0.10

0.15

0.15

0.80

1.00 0.30

El agregado fino o grueso, no deberán contener sales solubles totales en porcentaje mayor de 0.015% en peso del cemento. 7.7.2. Equivalencia de arena El equivalente de arena del agregado utilizado en concretos de f’c = 210 Kg/cm² de resistencia de diseño o mayores así como los utilizados en pavimentos de concreto deberá ser igual o mayor a 75. Para otros concretos, el equivalente de arena será igual o mayor 65. Este método es una opción con respecto al requisito del material más fino que pasa el tamiz N°. 200, en especial cuando los muy finos no tienen carácter perjudicial. El ensayo fue desarrollado por el Laboratorio de Caminos del Estado de California, tiene en la actualidad aplicación internacional. La prueba consiste en agitar cierta cantidad de arena en una probeta con una solución de lavado defloculante, dejando reposar la mezcla. El valor del equivalente de la arena se calcula con la expresión:

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7.8. CRITERIOS A TENER EN CUENTA 7.8.1. Canteras En algunos casos corresponderá al contratista la ubicación y selección de las canteras de agregados disponibles en la zona, esta deberá incluir estudios geológicos, petrográficos, composición mineral del material propiedades físicas, resistentes, costo de operación, rendimiento, potencialidad, accesibilidad etc. Estas canteras seleccionadas deberán ser aprobadas por la inspección previa presentación de certificados de ensayos en laboratorio. En la búsqueda y selección de la cantera el ingeniero debe tener en cuenta sobre la ubicación, cantidad de agregado requerido el tamaño máximo a ser empleado y las características generales de construcción, asimismo debe estar informado sobre los efectos que sobre las propiedades del concreto tienen la granulometría, las características físicas y la composición del agregado. El laboratorio seleccionado para la evaluación de las propiedades de los agregados deberá contar con equipos calibrados, y conocer de los procedimientos normalizados. La selección y aprobación final de la cantera será hecha por el inspector previa presentación por el contratista de los certificados de un Laboratorio Oficial. Mediante el estudio cuidadoso y selección adecuada de las canteras a ser utilizadas, el proyectista podrá conocer que agregados existen o pueden ser disponibles en la zona de trabajo y la conveniencia o no de su utilización.

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7.8.2. Especificaciones para la compra Se incluirá la información necesaria en la orden de compra en la medida que sea conveniente: • Incluir las Normas correspondientes • Referir si la orden de compra es para agregado grueso, fino u hormigón. • Cantidad en Toneladas o metros cúbicos. Si la orden es para agregado fino: • La especificación granulométrica • Restricciones para los materiales reactivos • El límite para el material que pasa la malla N° 200, sino se indica deberá ser 3%. • El límite para carbón y lignito, sino se indica se deberá aplicar máximo el 1%. Si la orden es para agregado grueso: • La granulometría y el huso • Restricciones sobre material reactivo • Sino no se especifica acerca de la inalterabilidad del agregado cualquiera podrá ser empleada. • El peso deberá ser determinado incluyendo la humedad al momento del transporte no se deberá añadir agua al momento de la carga. 7.8.3. Especificaciones Técnicas de los agregados Los agregados a utilizar en la obra deberán cumplir las especificaciones técnicas que aseguren la calidad final de la obra. Aquellos agregados que no cumplan algunos requisitos podrán ser empleados siempre que se demuestre con pruebas de laboratorio o experiencia en obra que se pueden producir concretos de la calidad especificada. Los requisitos que deben cumplir los agregados para uso en concreto se encuentran estipulados en ASTM C33 así como en NTP 400.037. Los agregados que van estar sometidos a humedecimiento, exposición prolongada a atmósferas húmedas, o en contacto con suelos húmedos no deberán tener ningún material que sea potencialmente reactivo con los álcalis del cemento a fin de evitar expansiones. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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El ensayo de estabilidad de volumen se recomienda para agregados que van a ser empleados en concretos sometidos a procesos de congelación y deshielo. Aquellos agregados que no pasen esta prueba podrán ser usados sólo demostrando que un concreto de características similares en la zona tiene un registro de servicio satisfactorio en esas condiciones de intemperismo. Asimismo es necesario utilizar agregados con contenido de sales solubles totales en porcentajes menores del 0.015% en peso del cemento. 7.8.4. Transporte Durante el transporte del material se deberá garantizar: - La pérdida de finos será mínima. - Mantener la uniformidad. - No se producirá contaminación con sustancias extrañas. - No se producirá rotura o segregación importante en ellos. 7.8.5. Contaminación La mayoría de los agregados presentan algún grado de contaminación, los elementos perjudiciales a tener en cuenta son las partículas muy finas que exigirán agua en exceso en la mezcla, las partículas débiles o inestables que actúan sobre la hidratación del cemento, excesos en estas características pueden ser eliminados mediante procesos de lavado.

7.8.6. Almacenamiento en obra El material que durante su almacenamiento en obra se deteriora o contamina no deberá emplearse en la preparación del concreto. Los agregados se almacenarán o apilarán de manera de impedir la segregación de los mismos, su contaminación con otros materiales, o su mezclado con agregados de diferente granulometría o características. Para garantizar que esta condición se cumpla deberá realizarse ensayos, en el punto de dosificación, a fin de certificar la conformidad con los requisitos de limpieza y granulometría.

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La zona de almacenamiento deberá ser lo suficientemente extensa y accesible para facilitar el acomodo y traslado del agregado al sitio de mezclado. Las pilas de agregado se tomarán por capa? horizontales de no filas de un metro de espesor. Estas capas deberán tener facilidad para drenar o fin de obtener un contenido de humedad relativamente uniforme. ' 7.8.7. Ensayo de los materiales La Inspección podrá ordenar, en cualquier etapa de la ejecución del proyecto, ensayos de certificación de la calidad de cualquiera de los materiales empleados. El ensayo del cemento y los agregados se realizará de acuerdo a las Normas NTP ó ASTM correspondientes. El ensayo del agua se efectuará de acuerdo a la Norma NTP 339.088. Estos se efectuarán en un Laboratorio autorizado por la Inspección. Los resultados de los ensayos se anotarán en el Registro anexo al Cuaderno de Obras; debiendo estar una copia a disposición de la Inspección hasta la finalización de la obra. Los resultados de los ensayos forman parte de los documentos entregados al propietario con el Acta de Recepción de Obra. Ejemplos de medida aplicables para lograr la aceptación de agregados que incumplan especificaciones. CAUSAS DE INCUMPLIMIENTO DE ESPECIFICACIONES Ejemplo 1: Composición granulométrica de la arena fuera de límites especificados. (prueba ASTM C 136)

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MEDIDAS CORRECTIVAS, DE ACONDICIONAMIENTO Y/O ADECUACIÓN - Demostración mediante pruebas que la arena en cuestión, con su granulometría actual, permite obtener concretos con las características y propiedades específicas, a un costo adecuado. O bien: - Uso conjunto de la arena en cuestión con otra arena que compense sus defectos granulométricos. O bien: - Clasificación de la arena en fracciones, Página. 43

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-

Ejemplo 2: Composición granulométrica de la grava, fuera de límites específicos. (prueba ASTM C 136)

-

-

-

-

Ejemplo 03: Exceso de colocación al determinar el contenido de materia orgánica en la arena. (Prueba ASTM C 40)

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por vía hidráulica, para reintegrarlas en una o dos arenas de granulometría controlada. O bien: Explotación selectiva del banco (cuando así proceda) a fin de explotar únicamente zonas con arena de granulometría aceptable. Clasificación de la grava en fracciones, por vía mecánica, para dosificarlas individualmente a fin de integrar una composición granulométrica aceptable en la grava total. O bien: Además de lo anterior, trituración de sobre tamaños o de tamaños en exceso, para producir gravas de los tamaños en defecto. O bien: Uso conjunto de la grava en cuestión, con otra grava que compense sus defectos granulométricos. O bien: Demostración mediante pruebas que la grava en cuestión, con su granulometría actual, permite obtener concretos con las características y propiedades específicas, a un costo adecuado. O bien: Explotación selectiva del banco (cuando así proceda) a fin de explotar únicamente zonas donde la grava exhiba una composición granulométrica adecuada.

- Demostración mediante prueba que el exceso de colocación es producido por substancias diferentes a la materia orgánica, que no son dañinas para el concreto. O bien: - Demostración mediante pruebas que, aunque efectivamente hay presencia de materia orgánica en la arena, sus efectos detrimentales en la resistencia del mortero son tolerables. O bien: - Aplicación a la arena en cuestión de un Página. 44

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Ejemplo 4: Exceso de finos que pasan la malla Nº 200 ASTM (75 μm), en la arena y/o en la grava. (Prueba ASTM C 117).

Ejemplo 5: Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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tratamiento de lavado eficaz para eliminar el exceso de materia orgánica. O bien: - Uso conjunto de la arena en cuestión con otra arena libre de materia orgánica, de modo que el contenido de esta en la arena combinada se reduzca a un grado tolerable. 1) En caso de finos plásticos: - Aplicación de los agregados en cuestión de un tratamiento de lavado eficaz para eliminar el exceso de finos indeseables. O bien: - Uso conjunto de los agregados en cuestión con otros agregados limpios, de modo que el contenido de finos plásticos en el agregado total resulte tolerable, y no produzca efectos detrimentales en el concreto. 2) En caso de finos no plásticos: - Aplicación de un tratamiento eficaz para eliminar el exceso de estos finos en los agregados, de preferencia por vía húmeda. O bien: - Uso conjunto de los agregados en cuestión con otros agregados limpios, de modo que el contenido de finos en el agregado total resulte dentro de límites específicos. O bien: - Demostración mediante pruebas que el concreto elaborado con los agregados en cuestión, con su contenido original de finos, obtiene las características y propiedades especificadas. 3) Con cualquier tipo de finos: - Explotación selectiva del banco (cuando esto es factible) a fin de explotar únicamente zonas donde los agregados poseen un contenido permisible de finos. - Se permite el uso del agregado en Página. 45

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Exceso de pérdida en la prueba de sanidad en la arena y/o en la grava. (prueba ASTM C 88)

Ejemplo 6: Exceso de partículas ligeras en la arena y/o en la grava (prueba ASTM C 123).

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cuestión si existen antecedentes comprobables de su utilización previa, con buenos resultados, en concretos expuestos a condiciones similares a las previstas. O bien: - Se permite el uso del agregado en cuestión si el concreto que lo contiene produce resultados satisfactorio en prueba de congelación y deshielo. O bien: - Uso conjunto de los agregados en cuestión con otros agregados sanos, de modo que la perdida por sanidad en e agregado total resulte dentro de los imites específicos. O bien: - Si se trata de grava, beneficio de la misma mediante la aplicación de un procedimiento que permita eliminar el exceso de partículas insanas, tal como la fragmentación selectiva y el rebote elástico. 1) En el caso de arena: - Uso conjunto de la arena en cuestión con otra arena sin partículas ligeras, de modo que el contenido de estas en el arena total resulte dentro de los limites específicos. O bien: - Procesamiento de la arena en cuestión para hacer la clasificación de partículas de acuerdo con su peso específico, mediante centrifugación o sedimentación, a fin de desechar las más ligeras. 2) En el caso de la grava: - Uso conjunto de la grava en cuestión con otra grava sin partículas ligeras, de modo que el contenido de estas en la grava total resulten dentro de límites específicos. O bien: - Procesamiento de la grava para la separación y desecho de partículas ligeras por diferentes medios optativos: Página. 46

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a) b) c) d)

Ejemplo 7: Exceso de expansión en las pruebas de reactividad álcali agregado. (pruebas ASTM C 227; ASTM C 586: ASTM C 1105)

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Flotación en un medio pesado, Flujo pulsátil de aire y/o agua, Por velocidad de sedimentación, Por distancia de rebote (fraccionamiento elástico). 3) En cualquier caso (arena y/o grava): - Explotación selectiva de banco (cuando esto es factible) a fin de explotar únicamente zonas donde los agregados tienen un contenido permisible de ligeros. 1) Reacción álcali-sílice - Uso de cemento portland con un máximo de 0.60% de álcalis totales pero sin que el contenido total de álcalis en el concreto exceda a 3 kg/m3. O bien: - Uso de una puzolana como aditivo, o de un cemento portland-puzolana, que por medio de pruebas haya demostrado su eficacia para reducir a límites permisibles los efectos expansivos de la reacción álcali-sílice. 2) Reacción álcali-carbonato - Uso conjunto de las siguientes medidas: a) Empleo de un cemento portland con un contenido de álcalis totales que no exceda a 0.40%, b) Limitación a un máximo de 20% la proporción de rocas reactivas en los agregados, c) Reducción al mínimo posible del tamaño máximo de agregado. - Uso de una puzolana como aditivo, o de un cemento portland-puzolana, que por medio de pruebas haya demostrado su eficiencia para reducir a límites permisibles los efectos expansivos de la reacción álcali-carbonato.

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8. ENSAYOS EN LOS MATERIALES. La elección del material más adecuado, exige el conocimiento previo de sus propiedades técnicas: físicas, químicas y mecánicas. Toda esta información la ofrecen los ensayos de materiales, realizados generalmente sobre probetas normalizadas y en ocasiones en elementos de la propia obra. Por lo tanto, el fundamento de la realización de un ensayo, será la medida de una determinada propiedad que deseamos exigirle a un material para su utilización. Según el fin que se persiga, se distinguen los siguientes tipos de ensayos: Cualitativo Cuantitativo Tipos de ensayos Destructivo No destructivo Los ensayos cualitativos son, normalmente, los destinados a controlar la producción de forma que satisfagan ciertas normas perfectamente definidas. Deben ser rápidos y simples, a la vez que exactos, fiables y sensibles. Los ensayos cuantitativos son los más utilizados, exigiéndoles una gran precisión y fiabilidad, destinando en su realización mayor cantidad de tiempo que los anteriores. Entre otros, los objetivos de este tipo de ensayos son los siguientes:    

Conocer y estudiar las propiedades de un material y la influencia que sobre las mismas ejerce su composición química, los procesos en su fabricación y las transformaciones en su estructura. Controlar y estudiar el comportamiento de los materiales en servicio. Ensayar piezas que han fallado en servicio, tratando de hallar sus causas y forma de evitarlas. Obtener valores de resistencia que sirvan de base al cálculo y elección de los materiales mas adecuados para su utilización.

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Todos estos objetivos se consiguen mediante el uso de ensayos de tipo destructivo y no destructivo basados en los siguientes métodos: Químicos: su finalidad es conocer la composición química del material y su resistencia a los agentes químicos. Se realizan ensayos cualitativos y cuantitativos, siendo en general, no destructivos. Físicos: destinados a conocer las propiedades físicas (densidad, porosidad, propiedades térmicas, Eléctricas, etc.), así como observar y medir defectos internos como grietas, coqueras, etc. Para la obtención de estas propiedades, son utilizados tanto los ensayos destructivos como los no destructivos. Mecánicos: son en general, destructivos y tienen por objeto:  Determinar las características elásticas y de resistencia, según el comportamiento de probetas normalizadas sometidas a determinados esfuerzos.  Ensayos estáticos (tracción compresión, flexión...).  Ensayos con tensiones múltiples.  Ensayos de dureza.  Ensayos dinámicos (con cargas bruscas o variables).  Ensayos de duración (fatiga y fluencia).  Ensayos tecnológicos (plegado, doblado, de forjado, de tubos...).  Determinar experimentalmente las tensiones que se desarrollan en materiales o elementos constructivos, cuando se someten a esfuerzos análogos a los que tiene que soportar en servicio. Por este procedimiento, es fácil decidir el diseño más adecuado, el material o sus tratamientos. 

Como norma general, todo ensayo debe cumplir una serie de condiciones: - Ser homogéneo. - Las muestras tomadas, deben ser representativas. - De realización técnicamente sencilla. - Fiable y repetitivo. - Que su procedimiento este perfectamente definido y preferiblemente normalizado.

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8.1. NORMATIVAS. 8.1.1. Confección. La realización de toda normativa o modificación de la misma, lleva consigo un trabajo de análisis, comparación y experimentación que sigue el siguiente esquema: Comisión técnica: Grupo de trabajo que dirige y controla la confección de la norma. Grupo de trabajo: formado por una comisión de expertos, abierta, donde se plantea el debate intelectual y experimental de lo que se pretende normalizar. Exposición pública: periodo en el cual se da a conocer el documento y en el que se pueden presentar las alegaciones y modificaciones que se consideren oportunas. Aprobación: tramite por el cual, la norma es aprobada por el gobierno y publicada en el Boletín Oficial del Estado. 8.1.2. Tipos. Dentro de la amplia gama de normativas existentes, podemos hacer una primera clasificación atendiendo a los distintos tipos, según los siguientes criterios:   

Las que describen la normalización de los productos. Las que desarrollan la normalización de la ejecución de los ensayos. Entre otras, cabe destacar las normas NTP, RNE, UNE, EH, RC, RY, NLT, ASTM, DIN... Las limitaciones y valores que indican las normas, podrán ser o no de obligado cumplimiento. Cuestión esta que debe quedar explicitada en proyecto.

8.1.3. Contenido. Toda normativa tiene como finalidad principal dar homogeneidad al tratamiento de los distintos ensayos. Del mismo modo, el contenido de la misma sigue un esquema principal y homogéneo, que podemos resumir del siguiente modo:

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Objeto: se enuncia la finalidad de la utilización de la norma y el ensayo a realizar. Toma de muestras: la norma específica como, en que cantidades y que formas deben tener las muestras del material a ensayar, para que los resultados sean comparables y fiables en cualquier caso y lugar. Aparatos empleados: se describen perfectamente las herramientas, aparatos y demás utillaje utilizado en el ensayo, indicando sus especificaciones, potencia, velocidades de carga, tiempos, etc. Procedimiento operativo: se detalla exhaustivamente cada paso de la realización del ensayo. Obtención de resultados: se expresan las distintas formulaciones, a partir de las cuales se adoptan los valores mínimos de exigencia según el ensayo que se realice, así como su interpretación. 8.2. ENSAYOS DE LABORATORIO 8.2.1. Toma de la muestra Lo más importante al tomar una muestra de agregado (árido), es que debe ser del tamaño apropiado y representativo de todo el lote o acopio. La muestra que se tome para el ensayo debe ser lo más representativa que se pueda del material de que procede. Para esto se debe tener una serie de precauciones, las que a continuación relacionamos para el caso en que los áridos (arena y grava) se encuentran almacenados en Stock (forma de pila). 1. Evitar tomar material de las partes que se encuentren igualmente segregados (en algunos casos, la base de la pila). 2. Tomar la muestra de al menos tres partes diferentes de la pila: - Cerca de la base de la pila. - Aproximadamente en la mitad de la pila. - De la parte superior de la pila.

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Al tomar muestras de árido (arena y grava), las capas externas del material se deben remover (mezclar), con el resto, hasta lograr una muestra homogénea. La cantidad de muestra a tomar depende del tipo de árido y de la cantidad de ensayes a realizar. Si la muestra se va a enviar a un laboratorio, las cantidades mínimas necesarias son: Tabla Nº 10: Cantidades mínimas de muestras para ensayos

Tabla Nº 11:Cantidad de muestra para cuarteo vs. Tamaño nominal Tamaño nominal máximo (mm) Cantidad mínima de muestra (kg.) 90 175 75 150 63 125 50 100 37.5 75 25 50 19 25 12.5 15 9.5 10 4.75 (Nº 4) 10 2.36 (Nº 8) 10 Fuente: ASTM C88 • Las muestras siempre exceden la cantidad necesaria para realizar los ensayos de laboratorio, por lo que se debe efectuar un procedimiento de cuarteo apropiado. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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8.2.2. Cuarteo 8.2.2.1. Cuarteo manual Las muestras antes de someterse, a los distintos ensayes que se van a realizar, necesita una preparación previa la cual se conoce con el nombre de cuarteo. El objetivo del cuarteo de la muestra es homogenizarla, para que la muestra sea representativa, de tal manera que los resultados obtenidos para cada ensaye sean representativos. La muestra debe tomarse siguiendo el procedimiento siguiente: a) La muestra se coloca sobre una superficie lisa, limpia y seca y exenta de materiales extraños. b) Mezclar bien las muestras combinadas, haciendo una pila cónica, echando repetidas veces el material de los bordes hacia el centro. c) Aplanar ligeramente la pila , dándole forma circular , con espesor uniforme. d) Se divide el material en cuatro sectores iguales, abriendo con la pala dos zanjas diametrales y perpendiculares. e) Desechar dos sectores diagonalmente opuestos, mezclar bien los dos restantes y tomándose de ahí las cantidades necesarias para los distintos ensayos. Si se dispone de un “cuarteador”, el cuarteo a mano no es necesario, ya que la caja tiene compartimentos y conductores que separan la muestra en forma deseada.

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Consiste en dividir la muestra en cuatro partes iguales. Luego solo los cuadrantes opuestos se eliminan, los dos restantes se redistribuyen, se los vuelve a cuartear nuevamente se eliminan dos cuadrantes opuestos, se repite este procedimiento una y otra vez hasta llegar a la muestra representativa dependiendo el tamaño nominal máximo. En general el cuarteo es un procedimiento de reducción de cantidades de muestra. El objetivo de la técnica de reducción de cantidad de muestra es minimizar las variaciones de características.  Existen tres métodos para reducir la cantidad de muestra (ASTM C89): - Método A: Cuarteador mecánico número par de rejillas, no menor a 8. - Método B: Pala o cuchara grande, escoba o brocha, lona de cuarteo de 2.0 m. x 2.5 m. - Método C: Muestreo en apilamiento miniatura. Reducción de la muestra

Barajar o dividir en cuatro son los métodos más usados en la reducción de muestras en función del tamaño representativo a.- Barajar, es un método muy usado para la reducción, pero la condición es que el material sea seco.

Mesclado del agregado

Dividir en cuatro parte iguales

Descartar los cuartos opuestos

b.- Dividir en cuatro partes es el mejor método para reducir material húmedo.

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Remezclar y dividir en cuatro Partes iguales de nuevo

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Continúe el proceso hasta que la muestra este en función del tamaño nominal

Figura A7 Métodos de cuarteo (deducción de la muestra) Fuente: ASTM C89 Los diferentes métodos son aconsejados como se ve en la tabla

.

Tabla Nº 12: Métodos para el cuarteo Material Método Agregado fino en condición seca

A (*)

Agregado fino con humedad

B, C (**)

Agregado grueso

A (Preferido), B (Aceptable)

Agregado Grueso y fino combinados

A (Preferido), B (Aceptable)

Fuente: ASTM C88 (*) Los métodos B y C pueden aplicarse si se agrega humedad a la muestra, con un mezclado cuidadoso. (**) El método A puede aplicarse si se elimina humedad, con secado a temperaturas inferiores a todas las temperaturas de ensayo posteriores. Puede hacerse una separación preliminar, a pesar de la humedad de las muestras, mediante un cuarteador mecánico de dimensión de rejilla de 38 mm o más.

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8.2.3. Determinación de los pesos unitarios seco sueltos y seco compacto de los agregados gruesos y finos designación ASTM C–29 AASHTO T 19 a.- Importancia del ensayo. El peso unitario de un agregado (árido) es la relación entre el peso de una determinada cantidad de este material y el volumen ocupado por el mismo, considerando como volumen al que ocupan las partículas del agregado y sus correspondientes espacios ínter granulares. Hay dos valores para esta relación, dependiendo del sistema de acomodamiento que se le haya dado al material inmediatamente antes de la prueba; la denominación que se le dará a cada uno de ellos será Peso Unitario Seco Suelto (PVSS) y Peso Unitario Seco Compacto (PVSC). Ambos sirven para establecer relaciones entre volúmenes y pesos de estos materiales. También los Pesos Unitarios nos sirven para determinar el porcentaje de huecos existente en el árido. b.- Material y equipo necesario - Balanzas con precisión de 1.0 gramo.

Balanza Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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-

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Varilla de acero de 5/8 pulgadas (16 mm) de diámetro, aproximadamente 24 pulgadas (600 mm) de longitud, con al menos uno de sus extremos acabado en forma de bala. Moldes o recipientes cilíndricos manejables y suficientemente rígidos para evitar su deformación, cumpliendo los siguientes requisitos dimensiónales:

Tabla Nº 13: Capacidad de recipiente según TM del agregado

-

Pala, cucharón. Una pala o cucharón grande de tamaño conveniente para llenar el recipiente. Placa de vidrio de ¼ pulgada de diámetro, un termómetro, una probeta graduada (equipo para la calibración del recipiente). Horno, que mantenga una temperatura constante de 110 ± 5 °C.

Hornos Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Charolas.

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Material: a) Agregado grueso (grava). b) Agregado fino (Arena).

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c.- Determinación del factor de calibración de los moldes (fc). Los moldes utilizados deberán calibrarse con agua limpia a la temperatura ambiente, usándose el siguiente equipo: • Termómetro con capacidad hasta 50°C, con sensibilidad de 0.5°C. • Placa de vidrio. • Probeta graduada. • Balanza con sensibilidad de 1.0 gramos Procedimiento: • Pese el molde y anote su peso. • Llene el molde con agua a la temperatura ambiente, enrase con la placa de vidrio eliminando las burbujas. • Determine el peso neto del agua contenido en el molde más el molde con aproximación de 1.0 gramos. • Mida la temperatura del agua y determine el peso específico de la misma haciendo uso de la tabla siguiente:

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Tabla Nº 14: Densidad del agua según su temperatura ºC. °C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

0.9999 0.9999 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.9999 0.9999 0.9998

10

0.9997 0.9996 0.9995 0.9994 0.9993 0.9991 0.9990 0.9988 0.9986 0.9984

20

0.9982 0.9980 0.9978 0.9976 0.9973 0.9971 0.9968 0.9965 0.9963 0.9960

30

0.9957 0.9954 0.9951 0.9947 0.9944 0.9941 0.9937 0.9934 0.9930 0.9926

40

0.9922 0.9919 0.9915 0.9911 0.9907 0.9902 0.9898 0.9894 0.9890 0.9885

50

0.9881 0.9876 0.9872 0.9867 0.9862 0.9857 0.9852 0.9848 0.9842 0.9838

60

0.9832 0.9827 0.9822 0.9817 0.9811 0.9806 0.9800 0.9795 0.9789 0.9784

70

0.9778 0.9772 0.9767 0.9761 0.9755 0.9749 0.9743 0.9737 0.9731 0.9724

80

0.9718 0.9712 0.9706 0.9699 0.9693 0.9686 0.9680 0.9673 0.9667 0.9660

90

0.9653 0.9647 0.9640 0.9633 0.9626 0.9619 0.9612 0.9605 0.9598 0.9591

Tabla Nº 15: Densidad del agua según su temperatura ºC.

•

Calcule el volumen V, del molde dividiendo el peso del agua exigido para llenar el molde por la densidad del agua a la temperatura de ensaye. Calcule el factor de calibración (FC) dividiendo la densidad del agua a la temperatura de ensaye por el peso neto de agua para llenar el molde.

Ejemplo: a. Densidad del agua a una temperatura de 14ºC = 0.9993 gr/cm3 b. Peso del recipiente = 331.6 gr c. Peso del recipiente + agua al ras = 3,119.0 gr d. Peso del agua al ras = 2787.4 gr e. Volumen de recipiente (d/a) = 2788.952267 cm3 f. Volumen del recipiente e/100³ = 0.002788952267 m3 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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a b c d e

Densidad del agua a temperatura de la muestra Peso de recipiente (gr) Peso de recipiente + agua al ras (gr) Peso del agua al ras (gr) Volumen del recipiente (d/a)

Agregados

01 0.9993 331.60 3,119.00 2,787.40 2,789.35

Muestras 02 0.9993 331.40 3,123.00 2,791.60 2,793.56

03 0.9993 331.50 3,126.00 2,794.50 2,796.46

8.2.4. Procedimiento para la determinación de los pesos unitarios. a) Determinación del Peso Unitario o Volumétrico Seco Suelto (PVSS). • Seleccione una muestra representativa por cuarteo del agregado a ensayar (Grava o Arena). • La muestra debe estar previamente seca (secada al horno). • Pese el recipiente adecuado, según tamaño de agregado, y anote su peso. • Deposite material en el recipiente, procurando efectuar esta operación con ayuda de un cucharón utilizando una altura constante sobre la parte superior del molde que no exceda de cinco centímetros (el puño de la mano). Una vez llenado el recipiente enrase, para realizar esta operación si el material es grava utilice los dedos de la mano, si es arena con ayuda de un enrasador. • Pese el recipiente con el material contenido y anote su peso. • Repita este procedimiento tres veces como mínimo. • Calcule el Peso Volumétrico Seco Suelto con la formula siguiente:

Se puede también determinar el PVSS con la formula siguiente: PVSS = [(Peso del material suelto + el recipiente) – (Peso del recipiente)] * FC.

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Agregados

Ejemplo: i. Peso del recipiente + agregado sin compactar = 4,592 gr j. Peso del material sin compactar (i-b) = 4260.4 gr k. Peso Volumétrico Seco Compactado (j/g) = 1.5253 gr/cm3 l. Peso Volumétrico Seco Compactado (k*1000) = 1525,3 kg/m3 i Peso del recipiente + agregado sin compactar j peso del material sin compactar (i-b) k peso volumetrico Seco Sin Compactar (j/g) f

Verificacion de resultados no mayor al +-1%

g promedio volumen del recipiente h promedio volumen del recipiente

4,592.00 4,260.40 1.52738 1-2 -0.15%

4,586.00 4,254.60 1.52301 2-3 -0.10% 1.5243 1524.3

4,589.00 gr 4,257.50 gr 1.52246 gr/cm3 1-3 -0.25% gr/cm3 kg/m3

b) Determinación del Peso Unitario o Volumétrico Seco compacto (PVSC). Se presentan dos posibilidades dependiendo del tamaño del agregado que use. b-1) Peso Volumétrico seco envarillado Aplicables a agregados con tamaño máximo de 2 pulgadas. • Seleccione una muestra representativa por cuarteo del agregado a ensayar. • La muestra debe estar previamente seca (secada al horno). • Pese el recipiente adecuado (según tamaño de agregado) y anote su peso. • Deposite material en el recipiente, en tres capas procurando efectuar esta operación con ayuda de un cucharón utilizando una altura constante sobre la parte superior del molde, que no exceda de cinco centímetros (el puño de la mano). • Primero se deposita material hasta un tercio de capacidad del recipiente, aplicándole veinticinco golpes con ayuda de la varilla punta de bala, distribuida en toda el área. Luego se llena con material hasta el segundo tercio y se vuelve a golpear 25 veces con la varilla punta de bala. A continuación se llena completamente el recipiente y se vuelve a golpear 25 veces con la varilla. • Después de haberle aplicado los 25 golpes a la ultima capa enrase, para realizar esta operación si el material es grava utilice los dedos de la mano, si es arena con ayuda de un enrasador. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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• • •

Agregados

Pese el recipiente con el material contenido y anote su peso. Repita este procedimiento tres veces como mínimo. Calcule el Peso Volumétrico Seco Compacto con la formula siguiente:

Se puede también determinar el PVSC con la formula siguiente: PVSC = [(Peso del material Compacto + peso del recipiente) – (Peso del recipiente)] FC.

b-2) Peso Volumétrico seco compactado Para materiales pétreos de tamaño comprendido entre 2” y 4”. • corresponderá a un tercio de la altura del recipiente. • Se compacta mediante el golpeo del recipiente en diferentes posiciones, desde una altura de 5 centímetros, se deja caer el recipiente por su propio peso alternándose las caídas en dos de sus bordes diametralmente opuesto, siendo el numero de ellas de 25 por cada lado hasta completar 50 golpes por capa. • Al finalizar el compactado enrase el recipiente a fin de equilibrar los huecos con los salientes que tengan las piedras. • Determine el peso del material mas el recipiente. • Calcule el PVSC con la formula dada en b-1-7. Ejemplo: a b c d e i j k

Densidad del agua a temperatura de la muestra Peso de recipiente (gr) Peso de recipiente + agua al ras (gr) Peso del agua al ras (gr) Volumen del recipiente (d/a) Peso del recipiente + agregado compactado peso del material compactado (i-b) peso volumetrico Seco compactado (j/g)

f

Verificacion de resultados no mayor al +-1%

g promedio volumen del recipiente h promedio volumen del recipiente

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01 0.9993 331.20 3,138.00 2,806.80 2,808.77 5,349.00 5,017.80 1.78648 1-2 0.03%

Muestras 02 0.9993 331.60 3,139.00 2,807.40 2,809.37 5,349.00 5,017.40 1.78595 2-3 0.57% 1.7827 1782.7

Unidad 03 0.9993 gr/cm3 331.50 gr 3,137.00 gr 2,805.50 gr 2,807.47 cm3 5,317.00 gr 4,985.50 gr 1.77580 gr/cm3 1-3 0.60% gr/cm3 kg/m3

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Agregados

Formato para determinación del pvss

Formato para determinación del pvsc

c. Precisión. Se ha hallado que la desviación normal entre varios laboratorios, es de 24 kg/m3 (1.5 lb/pie3) para tamaños nominales máximos de 19.0 mm (3/4”) de peso normal, empleando recipientes de medida para agregados grueso de 15 litros (1/2” pie3). Por tanto, resultados de dos ensayos adecuadamente ejecutados en dos laboratorios diferentes sobre la muestra del mismo agregado grueso, no deberá diferir en más de 67 kg/m3 (4.2 lb/pie3). La desviación normal de un mismo operador se ha hallado en 11 kg/m3 (0.7 lb/pie3). Por lo tanto, resultados de dos ensayos correctamente ejecutados por el mismo operador sobre la misma muestra de agregado grueso, no deberá diferir en más de 32 kg/m3 (2.0 lb/pie3) o equivalente al 2%. En Agregados finos su precisión no debe exceder del 1%.

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8.2.5.

Determinación del contenido de humedad de los agregados: ASTM C 566–84 a. Introducción. Contenido de humedad se puede definir como la cantidad de agua presente en los materiales, al momento del ensaye, expresada en porciento del peso seco de su fase sólida. b. Alcance - Este método de ensayo se usa para determinar por secado, el porcentaje de humedad evaporable en una muestra de agregado. - Este método es lo suficientemente exacto para el ajuste de ls pesos en mezcla de concreto y fines similares. - Puede suceder que el método no sea aplicable o que requiera modificación en caso aislados en los cuales el agregado ha sido alterado por calor, o cuando se requieran mediciones mas precisas. c. Significado y uso - Este método es suficientemente preciso para ser usado en el ajuste del peso de los ingredientes del concreto. En los casos en que los agregados estén alterados por calor, o cuando se requieran medidas precisas, el ensayo se realizara usando un horno ventilado con control de temperatura. - Las partículas grandes de agregado grueso, en especial en aquellas de tamaño mayor de 50 mm (2”), requieren mayor tiempo para que la humedad llegue desde el interior de la partícula hasta la superficie. El usuario debe determinar mediante tanteos, si los métodos de secado rápido dan suficiente exactitud en este caso.

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Equipo Balanza de 0.1 gramo de sensibilidad

Horno que mantenga una temperatura constante de 110 ± 5 °C. Recipientes volumétricos (taras) resistentes al calor y de volumen suficiente para contener la muestra. Cucharón o espátulas de tamaño conveniente. b. Material La muestra debe ser representativa del material, debiendo tomarse la cantidad a usar en función del tamaño máximo del agregado, como se indica en el cuadro siguiente: Tabla Nº 16: Cantidad de muestra según TM del AG.

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c.- Procedimiento • Seleccione una muestra representativa por cuarteo. • Tome un recipiente (tara), anote su identificación y determínele su peso. • Pese la muestra húmeda más el recipiente que la contiene. • Coloque la tara con la muestra en el horno a una temperatura constante de 110° C, por un periodo de 24 horas (20 horas es suficiente). • Retire la muestra del horno y déjela enfriar hasta que se alcance la temperatura ambiente. • Pese la muestra seca más el recipiente y anote su peso. • Calcule el contenido de humedad en porcentaje del agregado con la formula siguiente: •

Ejemplo: a. Peso de la charola = 415.8 gr b. Peso de la charola + material húmedo = 1310.6 gr c. Peso de la charola + material seco = 1211.6 gr d. Peso del material húmedo = 894.8 gr e. Peso del material seco = 795.8 gr f. Porcentaje de humedad ((d-e)/e*100) = 12.44%

Ensaye no. Tara No. Peso de tara (gr) Peso de tara + agregado húmedo (gr) Peso de agregado húmedo (gr) Peso de tara + agregado seco (gr) Peso de agregado seco (gr) Contenido de humedad (%) Verificacion de resultados no mayor al +-1% Contenido de humedad promedio (%)

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1 01 415.800 1310.600 894.800 1211.600 795.800 12.44% 1-2 0.96% 12.50%

2 02 424.000 1485.000 1061.000 1366.600 942.600 12.56% 2-3 1.27%

3 03 424.600 1287.600 863.000 1190.200 765.600 12.72% 1-3 2.21%

12.50%

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Formato para determinación del contenido de humedad

d. Interpretación de los resultados. La clasificación para el porcentaje de humedad de la arena (Geymayr, 1979). -

1-2% Apenas notable. 2-4% notable. 4-6% mojada. > 6% muy mojada.

8.2.6.

Determinación de la gravedad específica y porcentaje de absorción del agregado fino y grueso. a. Introducción. Cada partícula de árido está constituida por una parte sólida y otra de pequeños huecos o poros. Se define como peso específico relativo ó gravedad específica a la relación en peso entre una determinada cantidad de árido seco y el peso de un volumen igual de agua; considerando como volumen de los áridos a la suma de los volúmenes de la parte sólida y poros. Este método determina (después de 24 horas de inmersión del agregado en agua) la gravedad específica corriente (GE), la gravedad especifica saturada superficialmente seca (GEsss), la gravedad especifica aparente (GEa). Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Agregados

Las GE y GEsss se utilizan en el cálculo de las dosificaciones de las mezclas de mortero y concreto que contengan dichos agregados, para las relaciones de volumen a peso o de peso a volumen. También la GE se utiliza para el cálculo del porcentaje de huecos de los áridos. La importancia de la absorción radica en que nos indica la cantidad de agua que puede penetrar en los poros permeables de los agregados (áridos) en 24 horas, cuando estos se encuentran sumergidos en agua. b. Definiciones - Absorción. Aumento ene le peso del agregado debido ala agua en los poros del material, pero que no incluye el agua adherida a la superficie externa de las partículas. - Peso Específico. Relación entre la masa (o peso en aire) de un volumen unitario de material y la masa del mismo volumen de agua a una determinada temperatura. Los valores son adimensionales. - Peso específico aparente. Relación entre el peso en aire de un volumen unitario de la porción impermeable de agregado a una determinada temperatura y el peso en aire de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura dada. - Peso específico de masa. Relación del peso en aire de un volumen unitario de agregado (incluyendo los poros permeables e impermeables en las partículas, pero sin incluir los poros entre partículas) a una temperatura dada y el peso en aire de un volumen igual de agua destilada sin gas a una temperatura dada. - Peso específico saturado y superficialmente seco (SSS). Relación entre el peso en aire de un volumen unitario de agregado, incluyendo el peso del agua dentro de los poros después de 24 horas de sumergido en agua (no incluye los poros entre partículas) a una temperatura dada, comparando con el peso en aire de un volumen equivalente de agua datilada sin gas a una temperatura dada.

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b. Determinación de la gravedad específica y porcentaje de absorción del agregado fino (arena): ASTM C 128, AASHTO T 84 1.- Equipo • Balanza con capacidad de 1 Kg. o más y sensibilidad de 0.1 gramos o menos. • Frasco Volumétrico (matraz aforado de cuello largo) de 500 cm³ de capacidad, a una temperatura de calibración de 20 °C.

Frascos Volumétricos (centro de foto) • •

Molde cónico de metal de 40 ± 3 mm de diámetro en la parte superior, 90 ± 3 mm de diámetro en el fondo, con 75 ± 3mm de altura. Un pisón metálico de 340 ± 15 gramos de peso y que tenga una sección circular de 25 ± 3 mm de diámetro.

• Horno que mantenga una temperatura constante de 110 ± 5 °C. • Cocina. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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2.- Procedimiento. Preparación de la muestra a) Tome una muestra representativa del Stock de arena a usar. b) Se toman aproximadamente 1500 gramos del agregado fino que se va ensayar y se coloca en un recipiente o depósito adecuado cubriéndola con agua y dejándola reposar por 24 ± 4 horas. c) Después de estar 24 ± 4 horas en el agua, la muestra se dispone sobre una superficie plana, expuesta a una suave corriente de aire caliente, revolviéndolo frecuentemente, para conseguir que seque uniformemente. Esta operación continuará hasta que el árido fluya libremente sin adherirse entre sí las partículas. d) Coloque él agregado fino suelto en el molde cónico, aplíquele 25 golpes con el pisón sobre la superficie, levantando el molde verticalmente, si existe presencia de humedad superficial, el cono de árido fino conservará su forma. Se seguirá secando con mezclados constantes y haciendo la prueba nuevamente a intervalos regulares, hasta que el cono del árido fino se desmorone al levantar el cono. Esto indicara que el árido fino ha llegado a la condición de saturado sin humedad superficial (SSS).

Procedimiento de Ensaye 1. Pese 500 gramos de arena en la condición de saturada y superficialmente seca (B). 2. Determine el peso del frasco seco y limpio (C) 3. Coloque los 500 gramos de arena en la condición de SSS en el frasco volumétrico y llénelo de agua hasta cercana a la marca de aforo, dejándolo reposar por cinco minutos. 4. Elimine el aire atrapado, agitando el frasco volumétrico, esta operación tarda de 15 a 20 minutos. 5. Después de eliminar el aire atrapado, agréguele agua hasta la marca de aforo. Determine el peso de frasco más peso de arena y el agua añadida para completar la capacidad del frasco (d). 6. Retire el agua y la arena contenida en el frasco, depositándolo en una tara, colocándola en el horno a temperatura de 110 ± 5 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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°C por un periodo de 24 hora. En este tiempo se considera que el árido pierde toda el agua, inclusive la que se encuentra en los poros permeables. 7. Transcurrido este tiempo, retire la tara del horno, refresque la muestra a temperatura ambiente y determine su peso seco (A). 8. Determine la gravedad especifica con las formulas siguientes:

W=d–(B+C) Dónde: GE = Gravedad especifica corriente A = Peso de la muestra seca. B = Peso de la muestra en la condición de saturada superficialmente seca. C = Peso del frasco seco y limpio. d = Peso del frasco más Peso del Material más Peso Agua Añadida. V = Capacidad del Frasco. W = Agua Añadida al Frasco.

GEsss = gravedad especifica en condición de saturado superficialmente Seca

Gea = gravedad especifica aparente 9. Determine el porcentaje de absorción del agregado fino con la siguiente fórmula. Absorción % = [(B – A)/A] * 100

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Agregados

Ejemplo: A B C D E F G H I

Numero de ensayo Peso pignometro Peso pignometro + H2O Peso pignometro + Msss Peso pignometro + H2O + Msss Peso charola Peso charola + M.seco Peso de la muestra seca (F-E) Peso de la muestra saturada SS (C-A) Peso especifico (G/(B+H-D))

Verificacion de resultados no mayor al +-1% Contenido de humedad promedio (%) J

Absorción ((H-G)/G) Absorción promedio

1 680.40 1638.10 1344.90 2030.90 276.40 915.60 639.20 664.50 2.353 1-2 0.52% 2.346 3.958

2 680.20 1639.60 1266.00 1987.40 276.80 833.80 557.00 585.80 2.340 2-3 6.30%

3 680.60 1638.50 1254.60 1974.80 286.60 880.30 593.70 574.00 2.498 1-3 5.81%

Und. g g g g g g g g g/cm³ g/cm³

2.346 5.171

-3.318

% %

Formato para la determinación de la gravedad especifica de la arena

3. Precisión Se puede considerar satisfactorio las siguientes cantidades: - Para los pesos específicos : 0.03, Para la absorción : 0.45 Si los ensayos son realizados en el mismo laboratorio sobre una misma muestra, se consideraran satisfactorios si no difieren de su valor medio en más de las siguientes cantidades: - Para los pesos específicos : ± 0.02 , La absorción : ± 0.31 Para muestras diferentes, aun con identificación de origen, los límites de precisión pueden ser superiores. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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c. Determinación de la gravedad específica y porcentaje de absorción del agregado grueso (grava): ASTM C 127, AASHTO T 85 a. Equipo: • El equipo es variable, depende del método a emplear en la determinación; estos métodos se mencionan a continuación: a) Método de la balanza hidrostática. b) Por medio de un picnómetro.

Picnómetro c) Método del sifón. Nota. El método que utilizaremos es el de la balanza hidrostática, por lo que el equipo será. ‾ Balanza con capacidad de 1 Kg. o más y sensibilidad de 0.1 gramos o menos. ‾ Cesta de alambre. ‾ Recipiente adecuado para sumergir la cesta de alambre en agua. ‾ Paños absorbentes. ‾ Horno que mantenga una temperatura constante de 110±5°C. b. Preparación de la muestra. De la muestra que va a someterse a ensaye deben seleccionarse, después de cuarteada, aproximadamente 5.0 kg de agregado grueso, descartando todo material que pase el tamiz No. 4. Después de seleccionar la muestra se lava, con el objetivo de remover el polvo y las impurezas de la superficie de las partículas. Una vez lavada se sumergirán en agua por un periodo de 24 horas, para que todos los poros permeables se saturen de agua. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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c. Procedimiento de ensaye. 1. Después de haber transcurrido las 24 horas de estar la muestra sumergida en agua, esta se retira del recipiente y con un paño grande y absorbente, se secan las partículas hasta que la película visible de agua se elimine (Es decir que este en la condición de saturada superficialmente seca). 2. Pese aproximadamente 2000 gramos de la muestra saturada y superficialmente seca y anote su peso (B). 3. Determine el peso de la cesta sumergida (E). 4. Coloque la muestra en la cesta y determine el peso de la cesta más la muestra sumergida (D). 5. Retire la muestra de la cesta y depositela en una tara, seguidamente introdúzcala al horno por un periodo de 24 horas a una temperatura de 110±5 °C. 6. Transcurridas las 24 horas, se retira la muestra del horno y se deja enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente, una vez alcanzada se determina el peso de la grava seca. 7. Calcule la gravedad específica con las formulas siguientes: •

Gravedad Especifica corriente GE = A / (B - C) • Gravedad Especifica en condición saturada superficialmente seca. GE sss = B / (B - C) • Gravedad Especifica Aparente Ge a = A/A – C Dónde: A = Peso de la muestra seca. B = Peso de muestra en la condición saturada superficialmente seca. C = Peso de muestra sumergida = D - E. Nota: Algunos usuarios de este método de ensaye, pueden desear expresar los resultados en términos de densidad. La densidad puede ser determinada multiplicando la gravedad específica por la densidad del agua. Siendo su valor a la temperatura de 4°C 1000 Kg/m³ o 1.0 g/cm³ ( 62.43 lb/ft³) 8. Calcule el porcentaje de absorción, como sigue: Absorción, % = [(B - A)/A] x 100 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Dónde: B = Peso de la muestra en condición de saturada superficialmente seca. A = Peso de la muestra seca. Ejemplo: Numero de ensayo Peso del cesto + gancho Peso del cesto + gancho + Msss Peso del cesto sumergido Peso del cesto sumergido + Msss Peso charola Peso charola + material seco Peso de la muestra seca (F-E) Peso del material SSS (B-A) Peso en el agua de la muestra SSS (D-C) Peso especifico (G/(H-I)) Promedio peso especifico (G/(H-I)) K Absorción % ((H-G)/G) Promedio absorción % ((H-G)/G)

A B C D E F G H I J

1 1035.60 2350.10 913.90 1710.70 97.70 1376.30 1278.60 1314.50 796.80 2.470 1.839 2.808 46.685

2 1045.60 1989.80 916.90 1486.50 240.50 921.20 680.70 944.20 569.60 1.817

3 1045.4 1832.2 924.3 1389.2 365 761.3 396.30 786.80 464.90 1.231

38.710

98.536

Und. g g g g g g g g g g/cm³ g/cm³ % %

Formato para la determinación de la gravedad especifica de la grava

d. Precisión. Se considera satisfactorio sin no difieren de: -

Peso específico : 0.01 y en cantidad : ± 0.01 Absorción : 0.13 y en cantidad : ± 0.09

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Agregados

Significado y uso. -

-

-

-

El peso específico de la masa es la característica generalmente usada para calcular el 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 en base a un volumen absoluto. El peso específico SSS se usa cuando el agregado está húmedo, es decir, si su absorción ha sido satisfecha. Contrariamente, el peso específico de la masa (seco al horno) se usa en cálculos cuando el agregado está seco o se supone seco. El peso específico aparente se refiere a la densidad relativa del material solido que conforma las partículas, sin incluir el espacio de los poros dentro de las partículas que es accesible al agua. Los valores de absorción se usan para calcular el cambio ene le peso de un agregado debido al agua absorbida en los poros de las partículas que lo forman, comparando con la condición saca, cuando se cree que el agregado ha estado en contacto con agua lo suficiente para satisfacer gran parte del potencial de absorción. Los poros en agregados livianos puede o no llenarse de agua después de 24 horas de inmersión. Muchos agregados pueden permanecer inmersos en agua durante varios días sin llenar su capacidad de absorción. Por esta razón este método no es aplicable a agregados ligeros.

Interpretación de los resultados. El manual del concreto fresco (Porrero y otros, 1979) indica que, - Los pesos específicos más usuales oscilan de 2.68 a 2.74. en el AG. - Los peso espeficicos mas usuales oscilan 2.63 a 2.67. en el AF - La absorción del agregado grueso es del orden de 0.70% y del 1.0 a 1.1% en el AF. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Agregados

-

Según Salas y Rosario (Salas, R. y R. Rosario, 1975), la poca variabilidad de sus valores permite en la mayoría de los casos superen una densidad promedio de 2.65 tanto para agregado fino como grueso.

8.2.7.

Determinación del análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos ASTM C 136 AASHTO T 127

Este ensaye consiste en determinar la distribución del tamaño de las partículas que contiene una muestra de agregado, los cuales desempeñan un papel muy importante en las propiedades de los concretos que lo contienen. Así como la comparación de sus resultados con especificaciones estandarizadas. Significado y uso Este método se usa principalmente para determinar la gradación de materiales que serán usados como agregados. Los resultados se usan para poder determinar si la distribución de tamaños de las partículas está de acuerdo con las especificaciones y para proveer la información necesaria para el control de la producción delos diversos productos de agregados y mezclas que contienen agregados. La información puede también ser usada en el desarrollo de relaciones en los que respecta a porosidad y relleno. La información precisa del material más fino que el tamiz de 75 μm (Nº 200) no se logra mediante este método únicamente. a) Determinación del análisis granulométrico del agregado fino (arena) • Equipo. • Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo. • Tamices correspondientes a la graduación fina.

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• •

Agregados

Tamices Horno que mantenga una temperatura constante de 110 ± 5 °C. Charolas y cucharones.

Procedimiento. • Tome una muestra representativa de la arena a ensayar (aproximadamente 2000 gramos). • Deposite la muestra en el horno a una temperatura de 110 ± 5 °C, por un periodo de 24 horas. • De la muestra secada tome 500 gramos, deposítelo en una tara, cúbralo de agua y déjelo reposar por 24 horas. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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• • • •

• •

Agregados

Lave la muestra saturada, por el tamiz No. 200, hasta que el agua pase limpia o trasparente a través del tamiz. El material retenido en el tamiz No. 200, regréselo a la tara y deposítelo en el horno a la temperatura de 110 ± 5 °C, por un periodo de 24 horas. Coloque los tamices de mayor a menor diámetro (en orden descendente) y deposite el material seco y lavado. Comience a cribar por medio de movimiento de vaivén por un periodo de cinco minutos. Estos movimientos facilita que las partículas del árido queden distribuidas en los diferentes tamices de acuerdo con su tamaño. Pese los retenidos en cada tamiz con aproximación de 0.1 gramos. Calcule los porcentajes retenidos parciales, porcentajes retenidos acumulados y porcentajes que pasan.

Grafique los resultados que pasan del material ensayado y compárelo con las normas de la ASTM. Cuadro Nº 2: Formato de Cálculo para el Análisis Granulométrico de la Arena

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Agregados

Módulo de finura. El módulo de finura es un índice del tamaño medio de las partículas que componen una muestra de árido y se calcula con la formula siguiente: MF = Sumatoria de lo porcentajes retenidos acumulados desde el tamiz 3/8” hasta el tamiz No. 100 dividido entre 100. El denominado módulo de finura, de empleo extensivo en los Estados Unidos, representa un tamaño promedio ponderado de la muestra de arena, pero no representa la distribución de las partículas. La norma ASTM lo incorpora en las regulaciones del agregado fino, Establece que la arena debe tener un módulo de finura no menor que 2,3 ni mayor que 3.1. Especifica que la variación del módulo de finura de la arena no debe variar en + 0.2 de la base del módulo para una determinada obra. Este término de referencia, se obtiene de acuerdo a los valores conocidos en la producción anterior, por ensayos previos o como el promedio de las primeras muestras del material recibido. El módulo de finura se define como un factor empírico que se obtiene por la suma de los porcentajes totales de la muestra de arena, reten¡ dos en cada uno de los tamices especificados y dividiendo la suma por 100. Ejemplo de módulo de fineza: Malla % Retenido 4 1.4 8 11.1 16 20.3 30 20.2 50 20.8 100 13.9 Fondo 8.3 Total retenido acumulado

% Acumulado Retenido 1.4 12.5 32.8 57.0 77.8 91.7 273

Módulo de Fineza = 273/100 = 2.73

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Ejemplo de análisis granulométrico: TAMIZ Pulg. 3/8" 1/4" N° 04 N° 08 N° 10 N° 16 N° 20 N° 30 N° 40 N° 50 N° 80 N° 100 N° 200 BASE

SUM.T

ABERTURA

mm. 9.525 8.350 4.780 2.380 2.000 1.190 0.840 0.590 0.420 0.300 0.180 0.149 0.074 0.000 400.20

PESO RETEN.

% R. PARCIAL

% R. ACUM.

% QUE PASA

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

100.00

11.60

2.90

2.90

24.20

6.05

78.80 87.80

ESPECIFICACIONES 100

100

97.10

95

8.95

91.05

80

100 100

19.69

28.64

71.36

50

85

21.94

50.57

49.43

25

60

DESCRIPCION DE LA MUESTRA P. muestra = 400.2 MF =

Caracteristicas D10 = 0.18 D30 = 0.37

102.80

25.69

76.26

23.74

10

30

70.60

17.64

93.90

6.10

02

10

20.01

5.00

98.90

1.10

4.39

1.10

100.00

0.00

91.05

151.72

460.12

539.88

2.61

Cu = 4.82 Cc = 0.86

D60 = 0.88

Ejemplo de grafico del análisis granulométrico:

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b) Determinación del análisis granulométrico del agregado grueso (grava) Equipo. • Balanza con sensibilidad de 1.0 gramo. • Tamices correspondientes a la graduación gruesa.

• •

Horno que mantenga una temperatura constante de 110 ± 5 °C. Charolas y cucharones

Procedimiento: • Del material obtenido por cuarteo se toma una cantidad según especifica la siguiente tabla.

• •

Seque la muestra a una temperatura de 110 ± 5 °C p or un periodo de 24 horas. Cribe el material por los siguientes tamices (el cribado del material puede ser manual o mecánico:

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•

• • •

Agregados

Coloque los tamices en el siguiente orden de arriba hacia abajo, 3”, 2.5”, 2”, 1.5”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, No. 4, No. 8, al final se colocara una charola para recoger cualquier fino. El uso de tamices anteriores estará regido por el tamaño del material a utilizar. Deposite la muestra en el tamiz superior y cribe por un periodo no menor de cinco minutos. Pese el material retenido en cada tamiz y anote su peso. Calcule los porcentajes retenidos parcial, retenido acumulado y porcentaje que pasa.

Ejemplo de Modulo de fineza del AG. Malla % Retenido 3” 0 2.5” 0 2” 0 1.5” 0 1” 0 ¾” 91.60 ½” 374.2 3/8” 470.2 ¼” 613.6 Nº 4 111.6 Nº 8 54.0 Nº 16 Nº 30 Nº 50 Nº 100 Fondo Total retenido acumulado

% Acumulado Retenido 0 0 0 0 0 5.34 27.16 54.57 90.35 96.85 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 774.27

MF = 774.27/100 MF = 7.74

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Materiales de construcción TAMIZ Pulg. 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N° 04 N° 08 N° 16 N° 30 N° 50 N° 100 SUM.T

ABERTURA

mm. 76.200 63.500 50.600 38.100 25.400 19.050 12.700 9.525 6.350 4.760 2.380

PESO RETEN. 0 0 0 0 0 91.6 374.2 470.2 613.6 111.6 54

% R. PARCIAL 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.34 21.82 27.41 35.77 6.51 3.15

1715.2

100.00

Agregados % R. ACUM. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.34 27.16 54.57 90.35 96.85 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 774.27

% QUE PASA 0.00 0.00 100.00 100.00 100.00 94.66 72.84 45.43 9.65 3.15 0.00

ESPECIFICACIONES TNM = 3/4''

DESCRIPCION DE LA MUESTRA P. muestra = 1715.2 MF =

100 90

100 100

20

55

Caracteristicas D10 = 6.381 D30 = 8.156

0 0

10 5

7.74

Cu = 1.757 Cc = 0.93

D60 = 11.21

Formato de Cálculo para Análisis Granulométrico de la Grava

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•

Agregados

Compare la grava ensayada con las especificaciones de la ASTM C 33, según tabla. Requerimiento de graduación para agregado grueso

TNM = 1"

TNM = 3/4" 90

90

80

80

70

70

% QUE PASA

100

% QUE PASA

100

60 50 40

60 50 40

30

30

20

20

10

10

0

0

20

Nº DE TAMICES

2

20

2

TNM = 2"

TNM = 1 1/2" 100

90

90

80

80

70

70

60

60

% QUE PASA

100

% QUE PASA

Nº DE TAMICES

50 40 30

50 40 30

20

20

10

10 0

0 45

Nº DE TAMICES

4.5

El tamaño nominal maximo del agregado (TNM) es :

45

Nº DE TAMICES

4.5

3/4 "

Interpretación de los resultados El módulo de fineza de una arena bien gradada debe estar: - Según el manual del concreto fresco entre 2.5 y 3.5 (porrero y otros, 1979) - Según la ASTM engre 3.1 y 2.3 Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Agregados

Los limites especificados en ASTM C33 para los agregados finos y para un tamaño de agregado grueso (Portland Cement Association, 1978): Arena Tamiz Nº % Pasante 4 100-95 8 100-80 16 84-50 30 60-25 50 31-10 100 9-2

Piedra Tamiz Nº % Pasante 1 ½” 100-94 1” 82-58 ¾” 70-36 ½” 48-20 3/8” 31-10 Nº 4 5-0

8.2.8.

Método de ensayo para la determinación por lavado del contenido de materiales más finos que la malla 75μm (200) normas ASTM C 117 Y AASHTO T 11. 1. Alcance Este método operativo esta basado en las Normas ASTM C 117 y AASHTO T 11, los mismos que han adaptado, a nivel de implementación, a las condiciones propias de nuestra realidad. Las partículas de arcillas y otra partículas del agregado que se dispersan por el agua de lavado, asi como los materiales solubles en agua se eliminan del agregado durante el ensayo. 2. Resumen del ensayo Se lava la muestra del agregado y el agua de lavado que contiene materiales suspendidos y disueltos, se pasa por el tamiz 75 μm (Nº 200). La pérdida en peso debido al tratamiento de lavado se calcula como un porcentaje por peso de la muestra original y se dice que es el porcentaje de material más fino que el tamiz Nº 200. 3. Significado y uso. - El material más fino que el Tamiz Nº 200 puede ser separado de las partículas más grandes de manera más eficiente mediante cernido húmedo. Por lo tanto cuando se desea la determinación precisa del material más fino que el tamiz Nº 200 ya sea en

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agregado fino o grueso, se usa este método de ensayo antes de realizar el cernido en seco de acuerdo al ensayo. Los resultado de este ensayo se incluyen en los cálculos, y el contenido total de material más fino que el tamiz Nº 200 mediante lavado, mas el obtenido por cernido en seco de la misma muestra, se reportan con los resultados de granulometría. Generalmente el contenido adicional de material más fino que la malla Nº 200 obtenido del proceso de cernido en seco es muy pequeño. Si es grande, se debe revisar la eficiencia de la operación de lavado. Puede ser también una indicación de degradación del material. El agua común es adecuada para separar el material más fino que el tamiz Nº 200, del material más grueso en al mayoría de agregados. En algunos casos, el material más fino se adhiere a las partículas grandes, tal como recubrimientos de arcilla o recubrimientos sobre agregados extraídos de mezclas bituminosas. El estos casos, el material fino se separa más fácilmente colocando el agua un agente humedecedor (agente dispersante, tal como detergentes lavaplatos, que promueven la separación de los materiales finos).

4. Equipo de ensayo Aparatos - Balanza, que permita lecturas con apreciación de 0.1 gr. - Tamiz de 1.18 mm (Nº 16) y un tamiz del 75 μm (Nº 200) que cumpla con las especificaciones de la norma. - Envases, del tamaño suficiente para contener la muestra cubierta por agua y que permita una agitación vigorosa sin pérdida de parte alguna de la muestra o del agua. - Horno, de tamaño adecuado y capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5º C. 5. Material a ensayar Consiste en una muestra de agregado previamente mezclada, la cual es el resultado final de un proceso de reducción hecho por medio de un divisor de muestras o de acuerdo con lo señalado en la norma, que se haya humedecido previamente para disminuir la segregación y la perdida de polvo y cuyo peso Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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después de secada cumpla con los valores dados en la siguiente tabla. Nota: Se recomienda utilizar la misma muestra de ensayo que se usó en la determinación de la composición granulométrica del agregado.

Tamaño Máximo Nominal del Material 37.5 mm (11/2”) o mayor 19.0 mm (3/4”) 9.50 mm (3/8”) 4.75 mm (Nº 4) 2.36 mm (Nº 8) -

Peso Mínimo de la Muestra 5000 2500 1000 300 100

No deberá intentarse seleccionar muestra de un peso exacto prefijado. Para materiales con tamaño máximo de 50 mm (2”) o más, algunas normas prevén la realización de este ensayo, sobre la porción de la muestra que pasa el tamiz de 25.4 mm (1”), ya que no es practico lavar muestras muy grandes sobre las cuales se va a efectuar el análisis granulométrico por tamizado en seco.

6. Procedimiento - Se seca la muestra de ensayo hasta peso constante a una temperatura de 110 ± 5º C y se pesa con aproximación de 0.1 gr. - Luego de secar y determinar el peso se coloca la muestra en un recipiente y se agrega suficiente agua para cubrirla. Se agita la muestra vigorosamente para que se separen las partículas finas de las gruesas, y para que el material fino quede en suspensión. - Se coloca a continuación la malla 1.18 mm (Nº 16) sobre la malla 75 μm (Nº 200) y se filtra el agua que contiene los sólidos suspendidos y disueltos a través de estas mallas. Se debe evitar en lo posible que las partículas gruesas caigan sobre las mallas. Cuando el material a ensayar sea un agregado fino, se permite lavar la muestra directamente sobre las mallas, evitando de esta manera el proceso de decantación. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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Se agrega agua nuevamente a la muestra en el envase, se agita ys e decanta como antes. Se repite esta operación hasta que el agua de lavado sea clara. Se devuelve el material retenido en las mallas al recipiente donde está el material lavado. Se seca hasta peso constante a temperatura de 110 ± 5º C. y se pesa con aproximación de 0.1 gr.

7. Expresión de los resultados - Se calcula el porcentaje de material que pasa la malla 75 μm (Nº 200) con aproximación de 0.1% como sigue:

Dónde: = Porcentaje de material mas fino que la malla 75 μm (Nº 200) = Peso seco original de la muestra, en gramos. = Peso seco de la muestra después de lavada, en gramos.

8. Interpretación de los resultados Las especificaciones señalan que el resultado de este ensayo no debe sobrepasar el 3% en peso, de fino, si se trata de concretos que van a estar sometidos a elevados índices de desgaste o abrasión. Para el resto de los concretos normales, no se debe de exceder el 5%.

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8.2.9.

Determinación a la resistencia al desgaste por cargas abrasivas, método de la máquina de los ángeles del agregado grueso. ASTM C 131. El índice de desgaste de un árido está relacionado con su resistencia a la abrasión por medios mecánicos y también con la capacidad resistente de los hormigones con él fabricados; cobra particular importancia en áridos empleados en hormigones de pavimentos. 1. Alcance. En este ensaye se mide la resistencia que ofrecen los agregados gruesos a la abrasión o golpes, para lo cual se introducirá una determinada cantidad de este material junto con esferas de acero, dentro de un cilindro metálico que se pondrá a rotar hasta un determinado número de revoluciones. Las esferas constituyen la carga abrasiva que tiende a destruir el material. Es imprescindible que los áridos usados en la construcción, ya sea para la fabricación de concretos o morteros, tengan una adecuada resistencia a la abrasión que garantice la no excesiva fragmentación durante su manipulación o uso. El método consiste en analizar granulométricamente un árido grueso, preparar una muestra de ensayo que se somete a abrasión en la máquina de Los Ángeles y expresar la pérdida de material o desgaste como el porcentaje de pérdida de masa de la muestra con respecto a su masa inicial. 2. Equipo.  Máquina de los Ángeles, Esta consta en un cilindro de acero hueco, cerrado a ambos extremos, teniendo un diámetro interior de 28 ± 0.2 pulgadas (711 ± 5 mm), y una longitud interior de 20 ± 0.2 pulgadas (508±5 mm). El cilindro está montado sobre ejes de topes sujetos a los extremos del cilindro pero sin penetrar en su interior y esta montado de semejante manera que pueda girar sobre un eje en posición horizontal. El cilindro tiene una abertura para introducir la muestra de ensayo. Esta abertura cierra con una tapa movible a prueba de polvo, que se sujeta por medios de tornillos. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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3. Aparatos  Maquina de los angeles : Tambor de acero de 710 ± 6 mm de diámetro interior y de 510 ± 6 mm de longitud interior montado horizontalmente por sus vástagos axiales con una tolerancia de inclinación de 1 en 100, uno de los cuales debe tener un dispositivo de polea o similar, para acoplar el motor. En su manto cilíndrico debe tener una abertura para introducir la muestra, con una tapa provista de dispositivos para fijarla firmemente en su lugar y que asegura una estanqueidad al polvo.  Debe llevar en su superficie interior una aleta consistente en una plancha de acero desmontable, fijada rígida y firmemente a todo lo largo de una generatriz del cilindro de modo que se proyecte radialmente hacia el interior en 90 ± 3 mm. La distancia entre la aleta y la abertura, medida a lo largo de la circunferencia exterior del cilindro y en la dirección de rotación, debe ser igual o mayor que 1.25 m.  Su rotación debe estar comprendida entre 30 y 33 revoluciones por minuto. Debe estar contrapesada e impulsada de modo de mantener una velocidad periférica uniforme.

Máquina de Los Ángeles Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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   

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Cargas abrasivas: Esferas de hierro fundido o acero de 47.6 mm de diámetro aproximadamente y con un peso entre 390 y 445 gramos. Esferas : (Carga abrasiva), Un juego de esferas de acero de 45 a 50 mm de diámetro y con una masa de 440 ± 50 gr cada una. Tamices de las dimensiones siguientes: 3”,2.5”,2”,1.5”,1”,3/4”,1/2”,3/8”,1/4”,No.4,No.8,No. 12. Horno que mantenga una temperatura constante de 110±5°C.

4. Procedimiento El peso del material a usar en el ensayo dependerá del grado de la muestra. Para los grados A, B, C, y D se emplean 5000 ± 10 gramos y 10000 gramos para los grados E, F, y G. Las cantidades de cada fracción del tamaño que se debe usar en el ensayo, de acuerdo con el grado de la muestra se observan en la siguiente tabla.

Para determinar el grado de la muestra es necesario determinar su granulometría, usando los tamices de la serie gruesa. El grado de la muestra corresponderá a aquel en que la granulometría del material usado en el ensaye sea la que más se acerque a la granulometría de la muestra. Después de obtener el peso total a usar, según el grado establecido, Se toman la cantidad de esferas de acero a usar según el grado utilizado, por medio de la tabla siguiente: Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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• • • • • • • •

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Coloque el material para el ensaye en la máquina de los Ángeles. Introduzca las cargas abrasivas (esferas de hierro fundido), empleando la cantidad especificada según tabla anterior. Cierre la abertura con la tapa movible. Ponga en marcha la maquina hasta completar 500 revoluciones para lo grados A, B, C, D y 1000 revoluciones para los grados E, F, y G, a una velocidad de 30 a 33 rpm. Saque el material de la máquina y tamícelo por la malla No. 12. Lave la muestra por el tamiz No. 12, colóquelo en una tara y deposítelo en el horno por un periodo de 24 horas a una temperatura de 110±5 °C. Transcurrido este tiempo, retire la muestra del horno, déjela enfriar a temperatura ambiente y pese la muestra seca con una aproximación de 1.0 g. Calcule el porcentaje de desgaste por medio de la formula siguiente.

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8.2.10. Sanidad ASTM - C-88 Entre los atributos que permiten definir la calidad física intrínseca de las rocas que constituyen los agregados tiene mucha importancia la sanidad porque es buen índice de su desempeño predecible en el concreto. La sanidad es la propiedad que tiene un material para resistir la acción destructiva de los agentes atmosféricos durante prolongados periodos o tiempos. Tales agentes pueden ser en nuestro medio. Los cambios bruscos de temperatura y periodos alternados de mojado y secado. En estos términos, resultan evidente la estrecha relación entre la sanidad de los agregados y la durabilidad del concreto en ciertas condiciones. El modo más comúnmente usado para determinar la sanidad de los agregados es aquel que mide la resistencia a la desintegración de los mismos, cuando se someten a la acción de una solución saturada de sulfato de sodio o sulfato de Magnesio, dichos métodos se encuentran normalmente en: ASTM - C-88 La sanidad se mide por el porcentaje de pérdida en peso que experimenta una muestra de material, cuando se le somete a cinco ciclos de inmersión y secado en las soluciones antes mencionadas. Al cabo de los cinco ciclo se cuantifica la cantidad de material que resulto afectado, recribando las fracciones por determinados tamices de acuerdo con el tamaño de las partículas ensayadas. El material que pasa estos tamices es el que se considera afectado, y su peso dividido entre el peso de la muestra original, representa el porcentaje de perdida individual por fracciones. Finalmente, de acuerdo con las proporciones en que intervienen estas fracciones en la composición granulométrica del agregado total, se calcula la perdida global, que se reporta como perdida porcentual en la prueba de sanidad al cabo de cinco ciclos, y cuyo dato debe complementarse con un informe cualitativo del material en las condiciones d espués del ensaye. Este método se conoce con el nombre de "Sanidad e intemperismo acelerado". Dicho procedimiento proporciona información valiosa en cuando a durabilidad potencial del agregado. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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En cuanto a resultados se refiere valores bajos de p érdida, por lo general indica grados de buena calidad y viceversa. Según las especificaciones de la American Society for Testing and Materials (ASTM) C – 33: • Un agregado fino sometido a cinco ciclos de la prueba de sanidad, deberá acusar pérdidas menore s del 10% cuando se use sulfato de sodio ó 15% cuando se use sulfato de magnesio. • Para el agregado grueso el requisito de sanidad no se especifica de manera general, si no solamente en los casos en que las condiciones del medio externo representan riesgo s para la durabilidad de las estructuras. En estos casos se especifica una perdida máxima permisible de 18% con el uso de sulfato de magnesio, o 12% con sulfato de sodio. 8.2.11. Resistencia a la abrasión La resistencia que los agregados gruesos oponen a sufrir desgastes, rotura o desintegración de partículas por efecto de la abrasión, es una característica que suele considerarse como un índice de calidad en general, y en particular de su capacidad para producir concretos durables en condiciones de servicio donde intervienen acciones deteriorantes de carácter abrasivo. Asimismo, se le considera un buen indicio de su aptitud para soportar sin daño, las acciones de quebrantamiento que frecuentemente recibe el agregado grueso en el curso de su manejo previo a la fabricación del concreto. Esta propiedad es especialmente importante en los agregados, sujetos a algún tipo de acción abrasiva más o menos constante, tal como sucede en el caso de puentes, carreteras, pistas de aterrizaje u otras estructuras similares. El método para determinar dicha resistencia, es el que se realiza con el aparato conocido con el nombre de "Máquina de los Ángeles" y se describe en: ASTM- C – 131 para los tamaños menores de 38mm y la ASTM C – 535 para los tamaños entre 38 y 76 mm. En esta prueba se cuantifica como perdida de abrasión, la cantidad de finos que se originan como resultado de someter un conjunto de Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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partículas de grava, a los efectos combinados del impacto y la abrasión producidos por una carga de esferas metálicas de ntro de un cilindro giratorio, al cabo de un determinado numero de revoluciones. (

)

Pi = Peso Inicial Pf = Peso final después de haberse sometido a las cargas abrasivas. La resistencia a la abrasión de un material es en cierta forma, una medida de la dureza y calidad del mismo. Las especificaciones de uso común (ASTM C 33) establecen una perdida máxima permisible de 50%; sin embargo en condiciones extremas esta valor máximo será del 30%. 8.2.12. Contenido de materia orgánica Debido a que ciertos tipos de materia orgánica afectan el proceso de fraguado del cemento, interfiriendo con el desarrollo normal de la resistencia y endurecimiento del concreto, es sumamente importante determinar el grado de concentración en que se encuentra presente en los agregados. Las impurezas orgánicas ordinariamente formadas por partículas de humus, son perjudiciales por cuanto una parte del humus, que es ácido, neutraliza el agua alcalina de los morteros y hormigones y la parte restante se envuelve los granos de arena formando una película sobre ellos que con el tiempo es disuelta por el agua del mortero; esto explica la poca resistencia de los morteros y hormigones que tienen arenas con materia orgánica. El tipo más perjudicial y el que más influye en la hidratación del cemento, es el que proviene de la descomposición de residuos vegetales, sobre todo en forma de ácido tónico y sus derivados. Para determinar el contenido de impurezas orgánicas se utiliza normalmente la prueba conocida como prueba de color o colorimetría. ASTM C - 40. Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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La forma en que se lleva a cabo consiste en colocar una muestra de la arena que se investiga, en una solución de hidróxido de sodio al tres porciento (3%) . Después de veinte y cuatro horas se compara el color resultante en la solución contra un color estándar de referencia. Si el color es más claro que el de la solución patrón, se considera que la cantidad de materia orgánica que se encuentra presente en el agregado, no tendrá efectos perjudiciales en el concreto. Si por el contrario, el color de la solución resulta más oscura que el estándar, se interpreta como síntoma de contaminación excesiva y como causa de rechazo de la arena por este motivo. Esto nos indica que ex iste materia orgánica en cantidades tales que pueden afectar la resistencia del concreto. Las especificaciones de la ASTM dicen que: El agregado fino deberá de estar libre de cantidades perjudiciales de impurezas orgánicas. Un material que ha fallado en la prueba del color podrá ser usado como agregado fino, cuando habiéndose sometido a la prueba del efecto de la materia orgánica sobre la resistencia del mortero, permita concluir que la resistencia relativa del mismo a los 7 días calculado sea por lo menos del 95%. El color de la arena es utilizada o no de acuerdo con el siguiente cuadro:

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9. TERMINOLOGÍA

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Proceso usado para la determinación de las proporciones en que figuran los distintos tamaños en granos que constituyen un árido. ARENA Árido o fracción del mismo que al ser tamizado en el tamiz 5mm de malla. Pasa en su totalidad por dicho tamiz. ARENA NATURAL Árido predominantemente fino resultante de la desintegración natural de las rocas. ARENA NORMAL Arena silícia de granos redondeados. De granulometría y características determinadas. Destinado al uso de ensayos normalizados. ARENA DE TRITURACIÓN Árido fino de partículas angulosas resultantes de la trituración de las rocas. ARENA VOLCÁNICA Arena resultante de la desintegración o trituración de algunos materiales volcánicos. ÁRIDO Material granular. Generalmente inerte. Resultante de la desintegración natural y desgaste de las rocas ó que se obtiene mediante la trituración de ellas de escorias siderúrgicas o de otros materiales suficientemente duros que permiten obtener partículas de forma y tamaño estables. ÁRIDO ARTIFICIAL Es el árido procedente de la trituración de las rocas o gravas naturales por medios mecánicos. También se incluyen dentro de esta definición Ing. Jorge Luis Aroste Villa

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algunos residuos de la industria y otros productos que por su naturaleza y tamaño cumplan los requisitos necesarios para el fin a que se destinan. ÁRIDO FINO Árido o fracción del mismo que al ser tamizado en el tamiz 5mm (NB 475-81) pasa como mínimo el 95% y queda retenido en su totalidad en el tamiz 75mm (NB 475-81). ÁRIDO GRUESO Árido o fracción del mismo que al ser tamizado en el tamiz 5mm (NB 475-81) queda retenido como mínimo el 95%. ÁRIDO LIVIANO Árido constituido por partículas de materiales naturales o artificiales cuyo peso unitario es menor de 885 Kg/m3 para el árido grueso. ÁRIDO NATURAL Es el árido procedente de l desintegración natural de las rocas. ÁRIDO TOTAL El que de por si o por mezcla. Posee las proporciones de arena y grava adecuadas para fabricar el hormigón necesario en el caso particular que se considere. CONTENIDO DE HUMEDAD SUPERFICIAL Diferencia entre el contenido total de humedad y la de absorción. CONTENIDO TOTAL DE LA HUMEDAD Diferencia entre la masa en estado húmedo y la masa del mismo estado seco expresado en porcentaje de su masa seca. GRANULOMETRÍA Distribución por tamaños de las partículas que constituyen un árido. Expresado gráficamente da lugar a la curva granulométrica.

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GRAVA NATURAL Árido predominante grueso proveniente de la desintegración y abrasión natural de materiales pétreos. GRAVA PARTIDA Árido grueso proveniente de la trituración artificial de grava y en el que todas sus partículas tienen por lo menos una cara obtenida por fractura. GRAVA TRITURADA Árido proveniente de la trituración artificial de rocas o de gravas cuyas partículas tienen prácticamente la totalidad de sus caras obtenidas por fractura. MÓDULO DE FINURA Número que se obtiene al dividir por 100 la suma de los porcentajes totales de una muestra de áridos. Retenidos sobre cada uno de los tamices de una serie la relación de aberturas lineales de los tamices consecutivos es de la 2, partiendo del tamiz 150 mm. PARTÍCULA BLANDA Partícula de árido de núcleo duro o blando de superficie delgada suave y seca. PARTÍCULAS LIVIANAS Son aquellas que flotan en el líquido de ensayo. PESO UNITARIO Es el peso de la unidad de volumen de material a granel en las condiciones de compactación y humedad en que se efectúa el ensayo. Se expresa en Kg. /m3.

PESO ESPECÍFICO Es el cociente del peso en el aire de un cierto volumen aparente de áridos y el peso en el aire del mismo volumen de agua destilada a una misma temperatura.

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PESO ESPECÍFICO APARENTE Es el cociente del peso en el aire de un cierto volumen de sólidos del árido y el peso en el aire del mismo volumen de agua destilada a una misma temperatura. PESO ESPECÍFICO SATURADO CON SUPERFICIE SECA Es el cociente del peso e el aire de un cierto volumen de áridos saturados con superficie seca y un volumen igual de agua destilada a una misma temperatura. PIEDRA TRITURADA Producto que resulta de la trituración artificial de rocas cantos rodados o piedras de gran tamaño y en el que sustancialmente todas sus caras sean el resultado de la trituración. PORCENTAJE (%) DE ABSORCIÓN Aumento de peso de un árido poroso seco: hasta lograr su condición de saturado con superficie seca debido a la penetración del agua a sus poros permeables. PORCENTAJE (%) DE HUMEDAD Cociente entre el peso del agua evaporada por secado hasta peso constante de una muestra de árido y el peso de la muestra del árido seco. POROSIDAD APARENTE Es el cociente entre el volumen total de poros (permeables e impermeables) y el volumen aparente del cuerpo. ROCA TRITURADA Cualquier roca que proviene de cantera, o bien la boca proveniente de pozo ó depósito fluvial que ha sido triturada y presente como mínimo 2 caras partidas. TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL Designación que corresponde a un árido expresado por el tamiz de malla menor a través del cual pasa como mínimo el 95% del árido.

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TAMAÑO NOMINAL Designación de un árido expresado por los tamices necesarios para se análisis granulométrico. VOLUMEN APARENTE Es la suma del volumen de sólidos más el volumen total de poros. VOLUMEN SÓLIDO Es la diferencia entre el volumen aparente y el volumen de poros permeables. En las determinaciones de volúmenes, los porros impermeables se consideran integrantes del sólido.

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10. BIBLIOGRAFÍA  ÁLVAREZ CABRERA, JORGE LUIS; URRUTIA RODRÍGUEZ ANDRÉS (1997). Morteros de albañilería con escombros de demolición. Vol. 41 No. 246. Pp. 43-51.  ASOCEM (1995) (Asociación de productores de cemento – Lima) “cemento” Boletan Técnicos 01 a 42.  ABANTO CASTILLO F. (1990) “tecnología del concreto” (Teoría y problemas) Edit San marcos EIRL – Lima.  MARVIN BLANCO RODRÍGUEZ E IVÁN MATUS LAZO, (2003) GUÍAS DE LABORATORIO MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN, UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN, Lima Perú, 82 paginas.  MARVIN BLANCO RODRÍGUEZ E IVÁN MATUS LAZO, (2003) GUÍAS DE LABORATORIO MECÁNICA DE SUELOS I, UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN. Lima Perú, 75 páginas.  Ministerio de Vivienda, Reglamento Nacional de Edificaciones, publicado en lima el Jueves 8 de junio del 2008 Editorial Diario Oficial El Peruano, Lima Perú.  RIVVA LÓPEZ ENRIQUE (1992), Diseño de mezclas, Editorial HOSLO S.CR.L., lima Perú. 292 paginas.  RIVVA LOPEZ ENRIQUE (2000), Naturaleza y Materiales del concreto, , II Congreso Nacional de Estructuras y Construcción, Capitulo Peruano del ACI, 402 paginas

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