Introducción
El alcance del presente artículo es observar el comportamiento de las curvas granulométricas de la arena y grava utilizadas en la producción de hormigones, conforme establece las especificaciones técnicas y los resultados de la experiencia, para obtener un hormigón con buena resistencia y durabilidad óptima.
Si bien una norma técnica es un documento que ha tenido una serie de investigaciones desarrolladas en instituciones cuyos resultados de la experiencia y desarrollo tecnológico han establecido una serie de especificaciones técnicas, como es la ASTM, AASHTO, EHE, NTP, NTC, NCH, y otros países que tienen su propia normativa.
El uso de los áridos en la preparación de hormigones necesariamente pasa por la dosificación del mismo, muchos factores intervienen en la resistencia a la compresión y la durabilidad del hormigón, como son el origen de los áridos, tipo, forma, dureza de las partículas, características físico-mecánicas de los áridos, su granulometría y tamaño máximo del árido; la relación agua-cemento, clase y cantidad de cemento vertido, compactación y curado del hormigón.
Buen porcentaje de las empresas dedicadas a la construcción donde se utiliza masas de hormigón, sus agregados no cumplen con las especificaciones granulométricas, pero sí en los resultados de resistencia a la compresión. La pregunta que se formula es para el supervisor de obra, ¿rechazará o aprobará el hormigón endurecido?
Curvas granulométricas
Son muy útiles por la composición de áridos distintos que presenta; tiene la ventaja de permitir identificar rápidamente si estos tienen exceso de fracciones gruesas o finas.
Cuando en un árido existen fracciones de todos los tamaños comprendidos entre el más pequeño y el mayor del mismo, se dice que el árido posee una granulometría continua.
Una granulometría discontinua es donde faltan los tamaños intermedios de relleno con partículas finas, los huecos que puedan existir, para dar lugar a mezclas compactas, que presentan ciertos riesgos de segregación. La granulometría y tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del hormigón.
Módulo de fineza
El módulo de fineza es un índice de la finura del agregado, cuanto mayor sea el módulo de finura más grueso será el agregado. El módulo de fineza de la arena es útil para estimar las proporciones de los agregados finos y gruesos en las mezclas de hormigón.
El módulo de fineza para el agregado fino debe estar en un rango entre 2,35 y 3,15 según la ASTM, donde el valor más alto indica una gradación gruesa. Si se excede el límite indicado de más o menos 0,2, el agregado podrá ser rechazado por la supervisión o podrá autorizar ajustes en las proporciones de la mezcla para compensar las variaciones en la granulometría.
Según el estudio de Montejo-Fonseca, el valor del módulo de finura clasifica:
Especificaciones técnicas granulométricas de la grava y arena según la astm c 33
Tabla N.º 1 Requisitos de Gradación para los Agregados gruesos
Se debe tomar en cuenta que el agregado grueso es dependiente del tamaño máximo de éste y del módulo de fineza del agregado fino. La granulometría del agregado fino tiene su influencia sobre la trabajabilidad.
Tabla N° 2. Requisitos de gradación para los agregados finos ASTM C-33
Las bandas granulométricas indicadas en las tablas 1 y 2, proporciona una zona de trabajo amplio para la mayoría de los áridos con los cuales se obtienen hormigones compactos y de trabajabilidad adecuada.
Tabla N° 3. Granulometría de la grava y arena de un yacimiento
Las curvas granulométricas del presente cuadro expresan que no cumplen con las especificaciones técnicas de la ASTM C-33, primero la grava entre los tamices 11/2” a 1”, presenta material grueso en exceso. Por otra parte, la arena dentro de los tamices 3/8 a N° 8 presenta un material grueso. Significa que la mezcla será gruesa por el aporte del grueso de la arena. Sin embargo puede ser mejorado relativamente a través de los módulos granulométricos, clase y cantidad de cemento.
¿Qué efectos produce el agregado sobre las propiedades del hormigón?
El agregado puede variar en su composición debido a factores geológicos involucrados en la formación, deformación y composición mineralógica de la cantera o yacimiento. Estas variaciones pueden tener efecto en sus propiedades físicas y químicas del agregado.
Las arenas calizas son de calidad variable, suelen ser absorbentes requiriendo más agua de amasado que las silíceas.
Aunque el hormigón puede variar significativamente en sus propiedades, porque puede prepararse hormigones satisfactorios empleando amplio rango de agregados, para ello es necesario preparar mezclas de prueba, para lograr el mejor empleo de los materiales disponibles.
La granulometría y el perfil tienen influencia sobre las proporciones necesarias para obtener una trabajabilidad adecuada en la mezcla de hormigón fresco. Así mismo indicar que la cantidad de agua para obtener buena trabajabilidad depende del tamaño máximo del agregado grueso, del perfil y textura superficial de los agregados fino y grueso.
En relación con el perfil del agregado grueso, está demostrado que la piedra partida requiere mayor cantidad de agregado fino para compensar el perfil angular de las partículas. Los cambios de angulosidad del agregado tienen un efecto más importante sobre la trabajabilidad.
Los agregados altamente porosos tienen mayor capacidad de absorción, al tomar más agua de la mezcla, tienden a aumentar su consistencia y disminuir su trabajabilidad. Las partículas de agregado grueso que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables.
¿Por qué es importante la granulometría de los agregados?
Los ensayos granulométricos de la arena y grava tienen por objeto determinar cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de un material, por medio de tamices.
Las variaciones de la granulometría de las gravillas y gravas influyen poco en la resistencia de los hormigones a igualdad de la relación agua/cemento; sin embargo no ocurre igual con las variaciones en la granulometría de las arenas, pues dependiendo de la composición de éstas las propiedades del hormigón variarán de forma notable. Un exceso de finos disminuye la calidad del hormigón en todos los aspectos. Cuando el agregado es pequeño (gravilla) necesita más agua y cemento.
La resistencia de las gravas viene dada por la dureza, densidad, compacidad y módulo de elasticidad.
La arena y el árido grueso influyen en la resistencia del hormigón como consecuencia de su dureza y de la adherencia con la pasta de cemento.
La granulometría más conveniente para el agregado fino, depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y del tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que más se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada tamiz resulta lo más conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua-cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango en la granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. En ocasiones se obtendrá una economía de alto costo, donde debe hacerse un ajuste en la mezcla del hormigón para que encaje con la granulometría de los agregados locales. Entre más uniforme sea la granulometría, mayor será su costo.
La arena es el árido de mayor importancia respecto de la grava, el agua e incluso del cemento, puede concluirse indicando que no es posible hacer un buen hormigón sin una buena arena.
Los agregados finos deben cumplir ciertas normativas para darles un uso óptimo en obras estructurales, como el de tener partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y de otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento.
Cuando los agregados están adecuadamente graduados permiten seleccionar proporciones de fino y grueso que den una consistencia adecuada.
Las arenas muy finas pueden obligar a incrementar la relación agua-cemento, lo que puede significar consistencias más altas y a igualdad de estas menores resistencias.
El efecto del agregado fino sobre la consistencia es mayor que el del agregado grueso debido a su mayor superficie especifica.
En mezclas de alto contenido de material cementante, la cantidad de agregado fino puede reducirse significativamente sin pérdida importante de la consistencia.
El efecto de la granulometría del agregado grueso sobre la consistencia es menor que el del fino, debido a su menor superficie específica.
Método Fuller
La curva de Fuller se utiliza en muchas ocasiones porque se opta por adoptar la granulometría de la mezcla de áridos a una curva teórica que se toma como referencia por ser la óptima desde el punto de vista de su compacidad y trabajabilidad. Para ajustar la granulometría de un árido a esta curva (Parábola de Fuller), se utiliza el método de ajuste grafico o ajuste por módulos granulométricos. Así mismo se debe usar con áridos redondeados con tamaño máximo grueso de ¾” a 2” y contenido de cemento no inferior a 300 kg/m3.
Sin embargo no siempre es posible que la distribución granulométrica del agregado disponible cumpla con las especificaciones dadas, por lo tanto es aconsejable combinarlos de tal manera que la granulometría resultante garantice un mínimo de vacíos. Este método se aplica cuando los agregados no cumplen con la norma ASTM C-33. Esta granulometría resultante puede cumplir la resistencia mínima a la compresión, pero no su durabilidad.
Durabilidad
La durabilidad de una estructura de hormigón se puede definir como su capacidad para soportar durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural.
La durabilidad del hormigón es tanto mayor cuanto mayor es su resistencia; la resistencia a compresión por sí sola, no puede considerarse como una medida de la durabilidad, ya que ésta depende de otros factores, en particular de las propiedades de las capas exteriores de recubrimiento de la estructura del hormigón. Siendo que el hormigón es afectado tanto en masa como cuando está armado, por la presencia de agua y el mecanismo de transporte, a través de los poros y fisuras, por los gases, agua y agentes agresivos disueltos.
Los agentes que afectan la durabilidad del hormigón endurecido son muchos que se resumen en acciones mecánicas, físicas, biológicas y químicas, estas últimas son las que más degradan como son los carbonatos, sulfatos, cloruros, ácidos inorgánicos, sales inorgánicas y por álcalis.
Conclusiones
La importancia de las curvas granulométricas de la arena y la grava para uso en la dosificación de hormigones necesariamente pasa por el cumplimiento de las normas de la calidad de los materiales componentes, para la obtención de una buena resistencia a la compresión y su durabilidad del hormigón endurecido.
No es posible obtener de una manera general una curva granulométrica óptima, pero sí se puede mejorar adecuando un equilibrio de gruesos y finos a través de la parábola de Fuller.
Por otra parte la trabajabilidad es también importante por la facilidad con que los materiales son mezclados, para condiciones dadas de la obra, manipulado, transportado y colocado con un mínimo de trabajo y un máximo de homogeneidad.
Si la granulometría de los agregados de la grava y arena no cumple las normativas, la Supervisión podrá rechazar los agregados, hasta que se optimice la combinación de los mismos, para compensar las variaciones en la granulometría, para luego autorizar los reajustes en las proporciones de la mezcla.
El supervisor debe tener las atribuciones para aceptar o rechazar los áridos, que debe estar claramente establecido en la especificación técnica particular de la obra. Sin embargo, esto no releva al contratista de su responsabilidad en el control de calidad de los áridos y el cumplimiento de las especificaciones.
El empleo de agregados que los proveedores ofrecen en el departamento para uso en hormigones, casi siempre no cumple las normativas granulométricas. Sin embargo si se pueden preparar los mismos a un costo relativamente alto. El no cumplimiento de las especificaciones de la arena y grava no tendría sentido mencionarlo ni colocarlo en los formularios de los ensayos e informes.
En su generalidad cumplen con las resistencias a la compresión sin cumplir su granulometría, este aspecto tiene su incidencia en la durabilidad ya que presenta en su acabado (coqueras, fisuras y segregación) que es el proceso de degradación del concreto a mediano y largo plazo. Será decisión del supervisor aprobar o rechazar.
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Que pasa cuando una granulometría no cumple con las especificaciones, en que afectaría en un diseño de concreto.?
Que se podría hacer cuando hay ciertos tamices que no cumplen?