CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS PETREOS PARA … · CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS PETREOS PARA ... y estudio de antecedentes ... petrográfica de los agregados encontrados

1

CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS PETREOS PARA CONCRETOS CASO: VISTA HERMOSA (MOSQUERA) Y MINA CEMEX (APULO)

DANIEL ALFONSO FERREIRA CUELLAR Código. 502677

KAREN MILENA TORRES LÓPEZ Código. 502891

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C. 2014

2

CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS PETREOS PARA CONCRETOS CASO: CANTERA DROMOS (MOSQUERA) Y MINA CEMEX (APULO)

DANIEL ALFONSO FERREIRA CUELLAR Código. 502677

KAREN MILENA TORRES LÓPEZ Código. 502891

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director ALEJANDRA RIVERA BASTO

Geóloga

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C. 2014

3

Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil

4

Nota de aceptación:

________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________

_____________________________________

ALEJANDRA RIVERA BASTO Directora de Proyecto

_______________________________ Firma del presidente del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

Bogotá, 18, Noviembre, 2014


5

CONTENIDO

Pág. INTRODUCCIÓN 12 1. GENERALIDADES 13 1.1 ANTECEDENTES 13 1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA 14 1.2.1 Descripción del problema 14 1.2.2 Formulación del Problema 14 1.3 OBJETIVOS 14 1.3.1 Objetivo general 14 1.3.2 Objetivos Específicos 14 1.4 JUSTIFICACIÓN 15 1.5 DELIMITACIÓN 16 1.5.1 Espacio 16 1.5.2 Tiempo 16 1.5.3 Contenido 16 1.5.4 Alcance 16 1.6 MARCO REFERENCIAL 16 1.6.1 MARCO TÉORICO 16 1.6.2 MARCO CONCEPTUAL 18 1.6.2.1 Agregado 18 1.6.2.2 Clasificación por tamaño 19 1.6.2.3 Clasificación por su origen 19 1.6.2.4 Clasificación según su forma 20 1.6.2.5 Clasificación según su textura 20 1.6.2.6 Clasificación según su densidad 21 1.6.2.7 Características de las rocas como agregados pétreos 22 1.6.2.7.1 Rocas ígneas 22 1.6.2.7.2 Rocas sedimentarias 23 1.6.2.7.3 Rocas metamórficas 23 1.6.2.8 Propiedades de los agregados pétreos 25 1.6.2.8.1 Propiedades mineralógicas 25 1.6.2.8.2 Análisis petrográfico 26 1.6.2.9 Propiedades físicas de los agregados 27 1.7 METODOLOGÍA 27 1.7.1 Periodo de reconocimiento y estudio de antecedentes 27 1.7.2 Recolección de muestras 28 1.7.3 Etapa de caracterización física de los agregados 28 1.7.3.1 Procedimiento análisis petrográfico ASTM C295 28 1.7.3.2 Procedimiento análisis granulométrico de suelos por tamizado 28 1.7.3.3 Procedimiento cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm

(No.200) en los agregados I.N.V.E-214-07 29


6

1.7.3.4 Procedimiento determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval 29

1.7.3.5 Procedimiento equivalente de arena de suelos y agregados finos 30 1.7.3.6 Procedimiento gravedad específica y absorción de agregados finos 31 1.7.3.7 Procedimiento limite plástico e índice de plasticidad de suelos 32 1.7.3.8 Procedimiento método para determinar partículas planas, alargadas o

aplanadas y alargadas en agregados gruesos I.N.V.E-240-07 32 1.7.4 Etapa de interpretación y análisis de resultados 33 1.7.5 Elaboración documento final 33 2. CANTERA VISTA HERMOSA (Mosquera) 34 2.1 GENERALIDADES 34 2.2 GEOLOGIA 34 2.2.1 Formaciones Geológicas 34 2.3 GEOMORFOLOGIA 35 2.4 ANALISIS PETROGRAFICO 35 2.4.1 Agregado fino 35 2.4.2 Agregado grueso 35 3. MINA CEMEX (Apulo) 36 3.1 GENERALIDADES 36 3.2 GEOLOGIA 36 3.3 GEOMORFOLOGIA 37 3.4 ANALISIS PETROGRAFICO 37 3.4.1 Agregado fino 37 3.4.2 Agregado grueso 37 4. CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS (RESULTADOS ENSAYOS

I.N.V.E) 38 4.1 Análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V.E-123-07 38 4.2 Cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm (No.200) en los

agregados I.N.V.E-214-07 40 4.3 Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión

utilizando el aparato micro-deval I.N.V.E-238-07 41 4.4 Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V.E-133-07 41 4.5 Gravedad específica y absorción de agregados finos I.N.V.E-222-07 42 4.6 Limite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E- 126-07 43 4.7 Método para determinar partículas planas, alargadas o planadas y alargadas en

agregados gruesos I.N.V.E-240-07 43 5. CONCLUSIONES 44 BIBLIOGRAFIA 45


7

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Tamizado 28 Figura 2. Material que pasa por el tamiz (No.200) 29 Figura 3. Preparación muestra 30 Figura 4. Micro-deval 30 Figura 5. Equivalente de arena 30 Figura 6. Cono de arena 32 Figura 7. Gravedad especifica 32 Figura 8. Calibrador de Alargamiento 33 Figura 9. Calibrador de Proporcionalidad 33 Figura 10. Ubicación Cantera Vista Hermosa (Mosquera) 34 Figura 11. Ubicación Mina Cemex (Apulo) 36 Figura 12. Curva Granulometría Cantera Vista Hermosa (Mosquera) 39 Figura 13. Curva Granulometría Mina Cemex (Apulo) 40


8

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla No 1. Clasificación general del agregado según su tamaño 19 Tabla No 2. Clasificación de los agregados según su forma 20 Tabla No 3. Textura superficial de los agregados 21 Tabla No 4. Clasificación de los agregados según su masa unitaria 21 Tabla No 5. Composición de las rocas y características como agregados

Pétreos 24 Tabla No 6. Análisis Granulométrico Cantera Vista Hermosa (Mosquera) 38 Tabla No 7. Análisis Granulométrico Mina Cemex (Apulo) 39 Tabla No 8. Vista Hermosa-Tamiz 200 40 Tabla No 9. Mina Cemex – Tamiz 200 41 Tabla No 10. Micro deval Vista Hermosa 41 Tabla No 11. Micro deval Mina Cemex 41 Tabla No 12. Equivalente de arena Vista Hermosa 42 Tabla No 13. Equivalente de arena Mina Cemex 42 Tabla No 14. % Absorción Vista Hermosa 42 Tabla No 15. % Absorción Mina Cemex 42 Tabla No 16. Índice de plasticidad 43 Tabla No 17. Alargamiento y aplanamiento Vista Hermosa 43 Tabla No 18. Alargamiento y aplanamiento Mina Cemex 43


9

GLOSARIO

AGREGADO: Cualquier combinación de arena, grava o roca triturada en su estado natural o procesado. Son minerales comunes, resultado de las fuerzas geológicas erosivas del agua y del viento. Son generalmente encontrados en ríos y valles, donde han sido depositados por las corrientes de agua. 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. AGREGADO GRUESO: Es aquel que pasa el tamiz 3 y es retenido el Tamiz número 4. CANTERA: Es un tipo de mina no subterránea. Que se ubicada usualmente en una zona abundante en roca o formaciones rocosas particulares.

CARACTERIZACIÓN: Determina los rasgos distintivos de un objeto a estudiar de tal manera que se distinga de los demás. Determinando los atributos característicos que lo hagan diferenciarse.

CONCRETO: Es la unión de cemento, agua, aditivos y agregados. El cemento representa sólo el 15% en la mezcla del concreto por lo que es el que ocupa menor cantidad en volumen; sin embargo su presencia en la mezcla es esencial.

TAMIZ: Utensilio que se usa para separar las partes finas de las gruesas de algunas

cosas y que está formado por una tela metálica o rejilla tupida que está sujeta a un

aro.

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/geologia/geologia.shtml


10

INTRODUCCIÓN

En esta investigación en particular se estudian las propiedades físicas de los

agregados pétreos en concretos, el concreto es un material heterogéneo que

depende de numerosas variables, como lo es la calidad de cada uno de los

materiales componentes del que está formado, de las proporciones en que estos

son mezclados entre sí y de las operaciones de mezclado, transporte, colocación y

curado. Esto da lugar a que aún para una misma clase y tipo de concreto, este

presente una cierta variación en sus propiedades.

Tiempo atrás se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del

concreto ya que estos no intervenían directamente dentro de las reacciones

químicas y físicas, en la actualidad se establece que siendo este material el que

mayor porcentaje (aproximadamente el 60%-80% del volumen) de participación

tiene dentro de la unidad cubica de concreto, sus propiedades y características

diversas influyen en todas las propiedades, la influencia de los agregados en las

propiedades del concreto tienen efectos importantes, no solo en el acabado y

calidad final, sino, también sobre la forma de trabajo y consistencia en estado

plástico, así como la durabilidad y resistencia del concreto endurecido.

La mayor parte de los factores que influyen en la bondad de los depósitos de

agregados se relacionan a la historia geológica de la región. Estos factores incluyen

el tamaño, forma y ubicación del depósito; tipos y condiciones de roca;

granulometría, grado de redondez y uniformidad de las partículas de los agregados.

Esta variación en las características de componentes en los agregados pétreos de

acuerdo a su ubicación, siendo estas de carácter físico y su influencia en las

resistencias mecánicas del concreto, serán la base de esta investigación en la que

pretendemos evaluar la influencia de los diferentes agregados pétreos de diferentes

canteras.


11

1. GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES

Sabemos que el concreto está ligado a la durabilidad individual de sus

componentes, y de estos, los agregados son los señalados como principales

modificadores de ésta, la producción y obtención de agregados pétreos, en esta

investigación se evaluaran posibles factores que modifiquen las características del

concreto.

A continuación se relacionan algunos de los estudios existentes acerca del tema planteado: Caracterización de agregados pétreos de las fuentes de materiales próximas a la ciudad de Villavicencio para la utilización en estructuras de pavimentos flexibles en las ciudades de Villavicencio y Bogotá según norma INVIAS 2007 e IDU 2005, Yurani Patricia Parra Castillo. Ingeniera, Universidad Católica de Colombia, Bogotá 2012. Caracterización de materiales granulares utilizados para la construcción de infraestructura vial en el sector sur de la ciudad de Bogotá, Yuly Marcela Bedoya Silva. Ingeniera, Universidad Católica de Colombia, Bogotá 2012.

Caracterización de materiales granulares utilizados para la construcción de infraestructura vial en el sector norte de la ciudad de Bogotá, Martha Liliana Cáceres Valbuena, Ingeniera, Universidad Católica de Colombia, Bogotá 2012.

Caracterización de materiales de las canteras california, David Carvajal del Municipio de Girardot y material aluvial del río Coello de este mismo municipio para producción de subbase y base granular, Cesar Augusto Amaya Novoa, Ingeniero ESP. Universidad Católica de Colombia, Bogotá 2012.

Caracterización mineralógica y petrográfica de los agregados encontrados en el río Coello sector Chicoral y sector Cócora empleados para la producción de

mezcla asfáltica en el Departamento del Tolima, Oscar Andrés Oviedo Vera, Ingeniero Civil. Universidad Católica de Colombia, Bogotá 2009.

Estudio de la influencia de diferentes agregados pétreos extraídos en la sabana de Bogotá en el comportamiento de las mezclas asfálticas densas en caliente, Alejandro Castelblanco Medina, Ingeniero. Universidad Católica de

Colombia, Bogotá 2004.


12

1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1 Descripción del Problema. La caracterización de un agregado en un

concreto es un factor determinante en la seguridad de una estructura, pero esta no

se obtiene únicamente con un correcto diseño de mezcla para una obra, un eficiente

mezclado y colocación, porque aun cumpliendo con estos, los resultados de

laboratorio muestran variaciones considerables en la resistencia de un concreto

hecha bajo un mismo diseño.

Las causas de las variaciones en la resistencia de un concreto son difíciles de

descifrar, pero si se considera que los agregados constituyen del 60% al 80% del

volumen de éste, se puede deducir que las variaciones de calidad en el tiempo de

estos afectan en gran medida las propiedades finales del concreto.

1.2.2 Formulación del Problema. Con base a lo expuesto, y considerando que la

explotación de canteras de grava y bancos de arena en nuestro país se lleva a cabo

con un mínimo y a veces ningún control de calidad que aseguren que el material

obtenido cumpla con los requisitos de las normas técnicas empleadas en nuestro

medio, la presente investigación tiene como propósito realizar la caracterización de

los diferentes tipos de agregados.

Con base en esto se puede generar la siguiente pregunta: ¿Influye el origen geológico de los agregados, en sus características físicas? 1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General. Caracterizar y comparar los agregados pétreos de las

canteras Vista Hermosa (Mosquera) y Mina Cemex (Apulo) para determinar cuáles

presentan mejores propiedades físicas dependiendo de su petrografía de origen.

1.3.2 Objetivos Específicos. Analizar la petrografía de los materiales obtenidos en las canteras.


13

Realizar los ensayos; Determinación de la Resistencia del agregado grueso al

desgaste por abrasión utilizando el equipo microdeval E-238-07. Análisis

Granulométrico de suelos por tamizado E-123-07. Método para determinar

partículas planas, alargadas o planas y alargadas es agregados gruesos E-240-

07.Limite plástico e índice de plasticidad de suelos E-126-07.Equivalente de

arena de suelos y agregados finos E-133-07.Cantidad de Material fino que pasa

por el tamiz de 75 μm (No. 200) en los agregados E-214-07, Gravedad específica

y absorción de agregados finos E-222-07.Para realizar la caracterización física

de la cantera Vista Hermosa (Mosquera).

Realizar los ensayos; Determinación de la Resistencia del agregado grueso al

desgaste por abrasión utilizando el equipo microdeval E-238-07. Análisis

Granulométrico de suelos por tamizado E-123-07. Método para determinar

partículas planas, alargadas o planas y alargadas es agregados gruesos E-240-

07.Limite plástico e índice de plasticidad de suelos E-126-07.Equivalente de

arena de suelos y agregados finos E-133-07.Cantidad de Material fino que pasa

por el tamiz de 75 μm (No. 200) en los agregados E-214-07, Gravedad específica

y absorción de agregados finos E-222-07..Para realizar la caracterización física

de la Mina Cemex (Apulo).

Comparar las propiedades físicas obtenidas de los ensayos y hacer una

aproximación entre sus propiedades físicas y su petrografía.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Sabemos que el concreto está ligado a la durabilidad individual de sus

componentes, y de estos, los agregados son los señalados como principales

modificadores de ésta, la producción y obtención de agregados pétreos, en esta

investigación se evaluaran posibles factores que modifiquen las características del

concreto.


14

Este estudio permitirá predecir los efectos que sufre el concreto con cada alteración

de las características de los agregados al ser explotados en diferentes canteras.

1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Espacio. El material utilizado para este proyecto proviene de la cantera Vista Hermosa (Mosquera) y Mina Cemex (Apulo). 1.5.2 Tiempo. Este proyecto se desarrolló en un tiempo de 7 meses incluyendo el tiempo empleado para la creación del anteproyecto, en la ciudad de Bogotá y con recursos propios. 1.5.3 Contenido. Este trabajo se realiza con la elaboración de ensayos información existente y sus resultados son teórico-prácticos. 1.5.4 Alcance. Debido a que es un trabajo que depende de los ensayos de laboratorio, sus resultados pueden variar según la calibración de los instrumentos usados. 1.6 MARCO REFERENCIAL 1.6.1 MARCO TEÓRICO Determinación de la Resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el equipo microdeval E-238-07. Resumen: El objetivo de esta norma describe la forma de medir la resistencia a la abrasión y durabilidad de una muestra de agregado grueso. El ensayo Micro-Deval, en agregados gruesos, es una medida de la resistencia a la abrasión y durabilidad de agregados pétreos que han sido sometidos a la acción combinada de abrasión y molienda con bolas de acero en presencia de agua. La muestra con graduación normalizada es inicialmente sumergida en agua por no menos de una hora. La muestra es entonces colocada en un recipiente de acero con 2.0 litros de agua y una carga abrasiva consistente en 5000 g de bolas de acero de 9.5 mm de diámetro. El recipiente, agregado, agua y carga se rotan a 100 rpm por 2 horas. La muestra luego es lavada y secada en horno. La pérdida es la cantidad de material que pasa el tamiz de 1.18 mm (No 16), expresada como porcentaje de la masa original de la muestra. Análisis Granulométrico de suelos por tamizado E-123-07


15

Resumen: El objetivo del análisis granulométrico es la determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas de suelo por medio de la composición en porcentajes de los diversos tamaños de agregado de una muestra. Su uso incide en la manejabilidad de una mezcla de concreto, debido a que un agregado mal gradado presenta exceso de vacíos que deben ser llenados con pasta en el caso de la arena y con mortero en caso del agregado grueso. En sus resultados a mejor gradación mayor manejabilidad. Método para determinar partículas planas, alargadas o planas y alargadas es agregados gruesos E-240-07 Resumen: El objetivo de este ensayo cubre la determinación del porcentaje de partículas planas, alargadas o planas y alargadas en un agregado grueso. Las partículas alargadas y planas pueden afectar la compactación; por la dificultad de acomodamiento en el lugar y muchas veces hasta triturarse, esto quiere decir que a mayor espacio entre partículas, mayor será la cantidad de cemento a usar. A mayor valor de caras alargadas y planas menor resistencia y por ende mayor riesgo de agrietamiento de la mezcla de concreto. Limite plástico e índice de plasticidad de suelos E-126-07 Resumen: El límite plástico de un suelo es el contenido más bajo de agua, determinado por este procedimiento, en el cual el suelo permanece en estado plástico. El índice de plasticidad de un suelo es el tamaño del intervalo de contenido de agua, expresado como un porcentaje de la masa seca de suelo, dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo. Equivalente de arena de suelos y agregados finos E-133-07 Resumen: El objetivo de este ensayo es determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos o agregados finos. Es un procedimiento que se puede utilizar para lograr una correlación rápida en campo. Este mide el contenido de arcillas en la fracción pasante del tamiz No.4. El contenido de arcillas puede ocasionar problemas de adherencia y la formación de deformaciones permanentes. A menor valor, menor contenido de arena. Cantidad de Material fino que pasa por el tamiz de 75 μm (No. 200) en los agregados E-214-07 Resumen: El objetivo de esta norma es describir el procedimiento para determinar, por lavado, la cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 75 μm


16

(No.200) en un agregado. Este determina la cantidad de partículas inferiores a 0.075mm ya que estas son de menor diámetro de las partículas de cemento y al encontrarse como recubrimiento superficial de los agregados interfieren en la adherencia del agregado o aíslan la partícula de cemento. A mayor valor mayor contaminación y mayor demanda de cemento. Gravedad específica y absorción de agregados finos E-222-07 Resumen: Esta norma describe el procedimiento para la determinación de gravedades específicas bulk y aparente 23/23 °C (73.4/73.4°F), así como la absorción de agregados finos. Mide la porosidad superficial o saturable del agregado. Este permite hacer las correcciones necesarias en la cantidad de agua que se debe incorporar a la mezcla. Cuanto más poroso sea menos resistencia mecánica. Análisis petrográfico ASTM 295 Resumen: Este análisis determina la composición mineralógica de la roca. Establece su alterabilidad, reactividad y durabilidad. Obteniendo como resultado la proporción de elementos blandos (margas, esquistos) o inestables susceptibles de oxidación, hidratación, carbonatación o reactividad arido-alcali. 1.6.2 Marco conceptual. En este trabajo se realizara la caracterización física de agregados pétreos para concretos. Para comprender el alcance de esta investigación es necesaria la definición de los siguientes conceptos. 1.6.2.1 Agregado. Se refiere a los materiales de origen natural o artificial que mezclados con cemento, agua y aditivos, conforman la roca artificial denominada “concreto” u “hormigón”. Dado que tres cuartas partes del volumen de concreto son ocupados por los agregados la calidad de estos es de gran importancia. El agregado debe estar constituido por partículas limpias, duras, resistentes y durables, que a su vez desarrollen buena adherencia con la pasta de cemento. Las arcillas adheridas a los agregados y otras impurezas interfieren con el desarrollo de resistencias del concreto. Las propiedades de los agregados dependen en gran parte de la calidad de la roca madre de la cual proceden.


17

1.6.2.2 Clasificación por tamaño. Según Neville1 de acuerdo al volumen de sus partículas se divide en:

Agregado Fino (Arena): Es el material que pasa en un 95% de sus partículas por el tamiz No.4, de 4.76mm (3/16”) de abertura entre hilos. Agregado Grueso (Grava): Es el material que queda retenido en el tamiz de 150mm (6”), cuyas partículas son en un 95% mayores de 4.76mm

En la tabla 1, se muestra una clasificación específica donde se indican los nombres de las fracciones y capacidad como agregado para concreto. Tabla 1. Clasificación general del agregado según su tamaño.

Tamaño de las partículas en mm (pulgadas)

Denominación más corriente

Clasificación Clasificación como

agregado para concreto

Inferior a 0,002 Arcilla fracción muy fina

No recomendable Entre 0,002-0,074 (No.200) Limo

Entre 0,074-4,76 (No.200)-(No.4)

Arena Agregado

fino Material apto para producir concreto Entre 4,76-19,1

(No.4)-(3/4") Gravilla

Agregado grueso

Entre 19,1-50,8 (3/4")-(2")

Grava

Agregado grueso

Material apto para producir concreto

Entre 50,8-152,4 (2")-(6")

Piedra

Superior a 152,4 (6")

Rajón, piedra bola

Fuente: SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego. Tecnología del Concreto y del mortero 4 Ed. Bogotá : Bhandar Editores. 2006

1.6.2.3 Clasificación por su origen. Según Instituto Colombiano del Concreto2, pueden ser naturales y artificiales.

1 NEVILLE, Adam Matthew. Tecnología del concreto. México : Limusa. 1999. 352 p. 2 ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTORES DE CONCRETO, INSTITUTO DEL CONCRETO. Manual Tecnología y propiedades. Bogotá : ASOCRETO, 1997. 257 p.


18

Naturales: Son todos aquellos que provienen de la explotación de fuentes naturales tales como depósitos de arrastres fluviales (arenas y gravas de rio) o de glaciares (Cantos rodados) y de canteras de diversas rocas y piedras naturales. Artificiales: Estos agregados se obtienen a partir de productos y procesos industriales tales como arcillas expandidas, escorias de alto horno, Clinker, limaduras de hierro y otros. Por lo general estos agregados son más ligeros o pesados que los ordinarios. 1.6.2.4 Clasificación según su forma. Según Manual de agregados para el hormigón. Los agregados procedentes de rocas naturales, sometidos a un proceso de trituración y clasificación tienen formas que varían desde cubicas o poliédricas a las esquirlas alargadas o laminares aplanadas, o las de forma de cascos. Mientras los agregados de rio o depósitos aluviales tienen formas redondeadas o aplanadas. (Véase Tabla.2) Tabla 2. Clasificación de los agregados según su forma

Clasificación Descripción Ejemplo

Redondeadas Totalmente desgastadas por el agua o completamente formadas por fricción.

Gravas de rio o de playa, arenas del desierto.

Irregular Irregulares por naturaleza parcialmente formadas por fricción o con bordes redondeados.

Otras gravas; pizarra de superficie o subterránea.

Escamosa Materiales cuyo espesor es pequeño en comparación con sus otras dos dimensiones.

Roca laminada.

Angular Con bordes bien definidos formados en las intersecciones de caras aproximadamente planas.

Rocas trituradas de todo tipo y escoria triturada.

Alargada Material que suele ser angular, cuya longitud es bastante mayor que las otras dos dimensiones.

Se encuentran en algunos depósitos naturales en forma de lajas.

Escamosa y alargada Material cuya longitud es bastante mayor que el ancho y el ancho bastante mayor que el espesor.

Agregado de rocas meteorizadas.

Fuente: ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTORES DE CONCRETO, INSTITUTO DEL CONCRETO. Manual Tecnología y propiedades. Bogotá : ASOCRETO, 1997. 257 p.

1.6.2.5 Clasificación según su textura. Según el instituto del concreto, la textura es el estado de pulimento o degradación en que se encuentra la superficie del material. Incide notablemente en las propiedades del hormigón especialmente en la


19

adherencia entre las partículas del agregado y la pasta de cemento además de influir en las condiciones de fluidez mientras la mezcla se encuentra en estado plástico. Tabla 3. Textura superficial de los agregados.

Grupo Textura

superficial Características

1 Vítrea Fractura concoidal.

2 Lisa Desgastada por el agua o lisa debido a fractura de roca

laminada o de grano fino.

3 Granular Fractura que muestra granos más o menos redondeados en

forma uniforme.

4 Áspera Fractura áspera de granos finos o medianos que contengan partes cristalinas difíciles de detectar.

5 Cristalina Con partes cristalinas fáciles de detectar.

6 En forma de panal Con cavidades y poros visibles.

Fuente: ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTORES DE CONCRETO, INSTITUTO DEL CONCRETO. Manual Tecnología y propiedades. Bogotá : ASOCRETO, 1997. 257 p.

1.6.2.6 Clasificación según su densidad. Según Neville3 depende de la cantidad de masa por unidad de volumen y del volumen de los poros, ya sean agregados naturales o artificiales. Esta distinción es necesaria porque afecta la densidad del concreto (ligero, normal o pesado) que se desea producir como lo indica la tabla No.4. Tabla 4. Clasificación de los agregados según su masa unitaria.

Tipo de concreto

Masa unitaria aprox. Del ccto.

Kg/m3

Masa unitaria del agregado

kg/m3

Ejemplo de utilización

Ejemplo de agregado

3 NEVILLE. Op cit.


20

Ultraligero 500 - 800 Concreto para aislamiento

Piedra pómez Ag. Ultraligero.

Ligero 950-1350

1450-1950 480-1040

Rellenos y mampostería no estruct. Ccto Estructural

Perlita Ag. Ultraligero.

Normal 2250-2450 1300-1600 Ccto. Estruct y no estruct

Agregado de rio o triturado.

Tipo de concreto

Masa unitaria aprox. Del ccto.

Kg/m3

Masa unitaria del agregado

kg/m3

Ejemplo de utilización

Ejemplo de agregado

Pesado 3000-5600 3400-7500

Ccto. para proteger de radiación gamma ó X, y contrapesos

Hematita, barita, corindón, magnetita.

Fuente: SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego. Tecnología del Concreto y del mortero 4 Ed. Bogotá : Bhandar Editores. 2006 1.6.2.7 Características de las rocas como agregados pétreos. Las características del agregado que influyen en un concreto se derivan de la composición mineralógica de la roca original o meteorización a que la roca ha estado sujeta antes de formar el agregado. La formación de la roca, su clasificación y minerales que las forman, es esencial para entender su composición y su influencia en el concreto. Las rocas se clasifican de acuerdo con su origen en tres grupos principales: ígneas, sedimentarias y metamórficas. 1.6.2.7.1 Rocas Ígneas Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y la solidificación de materia rocosa fundida, el magma. Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas que resultan pueden tener granulado grueso o fino. Las rocas ígneas se subdividen en dos grandes grupos como se muestra en la (Tabla 5): Las rocas plutónicas o intrusivas fueron formadas a partir de un enfriamiento lento y en profundidad del magma. Las rocas se enfriaron muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de minerales puros.


21

Las rocas volcánicas o extrusivas, se forman por el enfriamiento rápido y en superficie, o cerca de ella, del magma. Se formaron al ascender magma fundido desde las profundidades llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger magma a través de los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores fueron muy rápidos, dando como resultado la formación de minerales con grano fino o de rocas parecidas al vidrio4. 1.6.2.7.2 Rocas sedimentarias. Las rocas sedimentarias se forman en la superficie de la tierra por procesos de erosión y alteración de rocas pre-existentes, lo que supone su disgregación, la formación de detritus, la disolución de componentes en soluciones acuosas, el transporte de los mismos y el depósito de fragmentos de rocas, de organismos o material de precipitación química en zonas apropiadas (cauces de ríos, lagos, mares, etc.). Algunas rocas calizas y areniscas pueden tener menos de 100 MPa de resistencia a la trituración, siendo inadecuadas para su uso en concreto de alta resistencia (Tabla No.5). Si se compara con las rocas ígneas, las rocas sedimentarias contienen impurezas que en ocasiones no permite su uso como agregado5. 1.6.2.7.3 Rocas metamórficas:

Cualquier roca cuando se somete a intensas presiones y temperaturas sufre cambios en sus minerales y se transforma en un nuevo tipo se denomina roca metamórfica.

El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir las transformaciones se producen sin que la roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace que se presenten alineados. Esta estructura característica que denominamos foliación (Tabla No.5). La clasificación de las rocas metamórficas se basa según sus

propiedades fisicoquímicas, composición mineral y textural. Como se muestra en la

tabla.6

4 ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTORES DE CONCRETO, INSTITUTO DEL CONCRETO. Manual Tecnología y propiedades. Bogotá : ASOCRETO, 1997. 257 p. 5 Ibíd. 6 Ibíd.


22

Tabla No 5. Composición de las rocas y características como agregados pétreos.

Fuente: CHAN YAM, José Luis, SOLÍS CARCAÑO, Rómel, MORENO, Éric Iván. Influencia de los agregados pétreos en las características del concreto. En: Revista Ingeniería Vol. 7, No. 2 (2003) p. 41

Tipo de roca

y origenNombre

Componentes

mineralogicosTextura Estructura

Observaciones relativas a su uso en el

concreto

Granito

Cuarzo,

feldespatos,

mica y

plagioclase

FaneriticaBatolitos cuerpos

intrusivos

Facilmente intemperisable en clima

tropical, intemperismo esferoidal

DioritaPlagioclase y

micaFaneritica Cuerpos intrusivos

GabroPlagioclase y

micaFaneritica Cuerpos intrusivos Alto peso especifico

Riolita

Cuarzo,

feldespato,

plagioclase,

vidrio y mica

Afanitica porfidica Domos flujos de lavaAltamente reactiva con los alcalis de

cemento

AndesitaPlagioclase,

vidrio y micaAfanitica porfidica Derrames de lava

Basalto P1, V Y M Afanitica vesicular Derrames de lavaAlta resistencia a la compresion, porosa y

resistente a la abrasion

Tobas Variable Porfidica PseudoestratificacionDependiendo de la mineralogia pueden ser

reactivas y algunas son muy deleznables

Conglomerad

o

Fragmentos

de roca y

matriz

Fragmentos

redondeados 2mm de

diametro

Estratificacion gruesa,

lentes rellenos de causes,

masiva

Arenisca

Qz, ok, p1 y

fragmentos

de roca

Fragmentos 2mm a

1/16mm de diametro

Estratificacion masiva

lentes

Puede contener cementante silico que es

reactivo con los alcalis del cemento

LutitaMateriales

arcillosos

Fragmentos a 1/16mm

de diametroLaminasciones masivas

Puede presentar fisibilidad, baja

resistencia a la compresion, puede

hidratarse a traves de los materiales

arcillosos

Caliza Calcita Cristalina Estratificacion masiva Altamente soluble

Marga

Calcita y

materiales

arcillosos

Cristalina EstratificacionSus minerales arcillosos pueden

hidratarse facilmente

DolomitaCalcita y

dolomitaCristalina Estratificacion masiva

Sus componentes mineralogicos pueden

provocar la reaccion alcali-carbonato

(atraves de la desdolomitacion)

Yeso Yeso anhidrita Cristalina Vetas y lentes Muy ligero, baja resistencia a la abrasion

Carbon Carbon Criptocristalina Mantos, vetas y lentes

Ligero, deleznable y/o fragil, produce

problemas durante la hidratacion de

cemento portland

Pizarra pilita

Qz, micas,

clorita,

sericita

Foliada de grano fino Foliacion Deleznable

Esquisto

Micas, fk,

clorita Qz,

calcita y

feldespatos

Foliada de grano medio Foliacion Aveces muy deleznable

Gneiss

Qz,

feldespatos

ferromagnesi

anos

Foliada de grano grueso Foliacion masiva

Hornfels

Mica, granate,

Px cuarzo,

feldespatos

Afanitica masivaPuede presentar silice del tipo reactivo con

los alcalis del cemento

Cuarcita

Qz,

feldespatos

sillimanita

Granoblastica masiva Demhornfles

Marmor skarnCalcita, Px y

AN,Granoblastica masiva

I

G

N

E

A

S

S

E

D

I

M

E

N

T

A

R

IA

S

M

E

T

A

M

O

R

FI

C

A

S

Clasticas

No clasticas

Foliadas

No foliadas

Plutonicas

Volcanicas

piroclasticas


23

1.6.2.8 Propiedades de los agregados pétreos. Es esencial el desarrollo de ensayos INVIAS para cumplir con las especificaciones de las propiedades del concreto las características físicas, mecánicas, mineralógicas y químicas de los mismos. A continuación se menciona cada uno de los ensayos para su análisis petrográfico y caracterización física con sus respectivas normas. 1.6.2.8.1 Propiedades mineralógicas. Las características mineralógicas de la roca de donde provengan, pueden dar a conocer la calidad del material a continuación se presenta una breve descripción de los minerales constitutivos que comúnmente aparecen en los agregados, descritos en la Norma ASTM C-295. Minerales de arcilla: Comprende los minerales con estructura laminar menor de 2 μm (0.002 mm) de tamaño. Los minerales de arcilla, que consisten principalmente en aluminio hidratado, magnesio y silicatos de hierro, son los principales componentes de las lutitas y las arcillas. Son suaves y se desintegran al mojarse; algunas arcillas (conocidas como montmorillonitas en Estados Unidos y como esméctitas en el Reino Unido), sufren grandes expansiones al mojarse. Las arcillas y las pizarras no son por lo tanto directamente utilizadas como agregados del concreto. Sin embargo, los minerales arcillosos pueden estar presentes como contaminantes en una agregado mineral natural. Minerales de carbonato: El mineral de carbonato más común es la calcita o el carbonato de calcio, CaCO3. El otro mineral más común es la dolomita, que tiene proporciones equimoleculares de carbonato de calcio y carbonato de magnesio (que corresponde a 54.27 y 45.73 por ciento en peso de CaCO3 y MgCO3

respectivamente). Ambos minerales de carbonato son más blandos que el cuarzo y que el feldespato. Minerales feldespáticos: Los minerales del grupo del feldespato son minerales más abundantes que forman las rocas en la corteza terrestre y son importantes componentes de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Casi tan duro como el cuarzo, los distintos elementos del grupo se diferencian por su composición química y sus propiedades cristalográficas. La ortoclasa, la sanidina y la microclina son silicatos de aluminio y de potasio, que son frecuentemente llamados feldespatos de potasio. La plagioclasas o feldespatos de cal-sosa incluyen silicatos de aluminio y de sodio (albita), silicatos de aluminio y de calcio (anortita), o ambos. Los feldespatos alcalinos que contienen potasio o sodio aparecen generalmente en rocas ígneas de alto contenido de sílice, tales como los granitos y las riolitas, mientras que las que tienen más alto contenido de calcio, se encuentran en las rocas ígneas de bajo contenido de sílice, tales como la diorita, el gabro y el basalto.


24

Minerales ferromagnesianos: Aparecen en muchas rocas ígneas y metamórficas, consisten en silicatos de hierro o de magnesio, o en ambos. Los minerales con contenido de estructura cristalina de anfibolita y de piroxeno son conocidos como hornblenda y augita respectivamente. El olivino es un mineral común de esta clase, que se encuentra en las rocas ígneas de contenido relativamente bajo de sílice. Minerales micáceos: La moscovita, la biotita, la clorita y la vermiculita, que forman el grupo de minerales micáceos, también contienen silicatos de aluminio, hierro y de magnesio, pero su composición estructural laminar interna es responsable de la tendencia a separarse en hojas finas. Las micas son abundantes y aparecen en los tres grupos principales de rocas.

Minerales de sulfato y sulfuro: Los sulfuros de hierro como la pirita, la marcasita y la pirrotita, se hallan frecuentemente en agregados naturales. La marcasita, que se encuentra principalmente en las rocas sedimentarias, se oxida rápidamente para formar ácido sulfúrico e hidróxidos de hierro. La formación de ácidos es indeseable, especialmente desde el punto de vista de la corrosión potencial del acero en concretos pre-forzados y reforzados. La marcasita y ciertas formas de pirita y pirrotita se piensa que pueden ser las responsables de los cambios expansivos de volumen en el concreto, causándole grietas y botaduras. El yeso (sulfato de calcio hidratado) y la anhidrita (sulfato de calcio anhidro) son los minerales de sulfatos más abundantes que pueden estar presentes como impurezas en las rocas de carbonato y en las pizarras. Algunas veces se encuentran como recubrimientos en arena y en grava; tanto el yeso como la anhidrita, cuando se hallan presentes en el agregado incrementan las posibilidades de un ataque de sulfatos en el concreto. 1.6.2.8.2 Análisis petrográfico. El análisis petrográfico proporciona una identificación de los tipos y variedades de rocas presentes en los agregados potenciales. También se identifica los minerales presentes en la muestra. Puede enfocarse específicamente a evaluar la posible presencia de material contaminante en los agregados, como vidrio sintético, carbonillas, escorias o la ceniza del carbón, óxido de magnesio, óxido de calcio, o ambos; la suciedad, hidrocarburos, químicos que pueden afectar la conducta del concreto o las propiedades del agregado, excremento animal, plantas o vegetación podrida y la reacción álcali-agregado, que se origina entre determinados agregados activos y los óxidos de sodio y potasio del cemento. La reacción se inicia en la superficie del agregado y se produce en la interfase con la pasta de cementos formando un gel que toma agua y se dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material y comprende los siguientes sistemas, reacción álcali-sílice, reacción álcali-silicato y la reacción álcali carbonato.


25

1.6.2.9 Propiedades físicas de los agregados. La NTC 174 (Especificaciones de los agregados para concreto) equivalente a la norma ASTM C33. Establece los requisitos de gradación y calidad para los agregados finos y gruesos, especifica los procedimientos y según las características encontradas determina su uso. En el análisis petrográfico se utiliza la ASTM C295. Para la caracterización física de los agregados pétreos la NTC 174 recomienda realizar ensayos de: Análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V.E-123-07. Cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm (No.200) en los agregados I.N.V.E-214-07. Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval I.N.V.E-238-07. Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V.E-133-07. Gravedad específica y absorción de agregados finos I.N.V.E-222-07. Limite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E- 126-07. Método para determinar partículas planas, alargadas o planadas y alargadas en agregados gruesos I.N.V.E-240-07. 1.7 METODOLOGÍA Para cumplir con una metodología adecuada, la cual efectué los objetivos planteados es preciso desarrollar la metodología planteada en las fases descritas a continuación. 1.7.1 Periodo de reconocimiento y estudio de antecedentes. Esta fase de reconocimiento y estudio de antecedentes se realiza haciendo uso de material bibliográfico obtenido de la Universidad Católica de Colombia, en los cuales encontramos, libros como apoyo para la realización de marco referencial, proyectos de grado como antecedentes y material de circulación en internet (NTC, I.N.V.E, ASTM). 1.7.2 Recolección de muestras. Se realizó una visita para la extracción del agregado a analizar en la cantera Vista Hermosa (Mosquera) y la cantera Mina Cemex (Apulo), observando el proceso del agregado directamente en la cantera. Con el material suficiente para la realización de los ensayos que determinan las propiedades físicas de estos agregados. Se transportó la muestra a los laboratorios de la Universidad Católica de Colombia.


26

1.7.3 Etapa de caracterización física de los agregados. Se realizaron ensayos a las muestras, obteniendo resultados que permitieron la caracterización, para establecer cuales muestras presentan mejores propiedades físicas y petrografía, para la elaboración de concreto.

1.7.3.1 Procedimiento análisis petrográfico ASTM C295. La muestra es examinada para determinar su tamaño de grano, textura, porosidad, dureza y presencia de carbonatos. Esta información se obtiene a través de examen visual (mediante una lupa) y prueba de presencia de carbonato (administrando ácido clorhídrico) en la muestra. 1.7.3.2 Procedimiento análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V.E-123-07. De acuerdo con la norma es necesario determinar la granulometría de las muestras, se lleva a cabo el procedimiento y la muestra pasa por la malla de tamices que se encuentran estipuladas en la norma (Figura1). Luego de tamizar las muestras, se separa el material retenido en cada tamiz y se pesa, estos resultados se tabulan y se realiza una curva de granulometría por tamizado. Figura 1. Tamizado

Fuente: Autores 1.7.3.3 Procedimiento cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm (No.200) en los agregados I.N.V.E-214-07. Se selecciona el procedimiento de lavado con agua natural. Para la elaboración de este ensayo se seca la muestra a una temperatura de 110° ± 5°C. Después de secada y determinada la masa, se coloca la muestra de ensayo en el recipiente y se agrega suficiente cantidad de agua para cubrirla. Se agita el contenido del recipiente hasta separar las partículas gruesas de las finas y dejar el material fino en suspensión, de inmediato se vierte el agua de lavado sobre el juego de tamices armado con el de mayor abertura encima (Figura 2). La operación se debe repetir hasta que el agua de lavado sea clara.


27

Por último todo el material retenido se une a la muestra lavada que se encuentra en el recipiente y se determina la masa con una aproximación de 0.1% de la masa de la muestra original. Figura 2. Material que pasa por el tamiz (No.200)

Fuente: Autores

1.7.3.4 Procedimiento determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval I.N.V.E-238-07. Se prepara una muestra representativa de 1500 ± 5 g (Figura 3), luego se somete a inmersión la muestra en 2,0 ± 0,05 L de agua de la llave, a temperatura de 20° ± 5°C por un mínimo de una hora. Se coloca la muestra en el recipiente de abrasión micro-deval con 5000g ± 5g de esferas de acero (Figura 4) y el agua usada para la inmersión de la muestra. Se procede a rotar la maquina a una velocidad de 100 rpm ± 5 rpm por 2 horas ± 1 minuto. Terminado el tiempo de rotación se vierte la muestra cuidadosamente sobre dos tamices superpuestos de 4,75mm y 1,18mm, se lava el material con una manguera o con un chorro continuo hasta que el agua de lavado este clara y se garantice que todo el material menor a 1,18mm haya sido evacuado y se procede a remover las esferas de acero con un imán u otro medio apropiado y se desecha el material menor a 1,18mm y finalmente se calcula la perdida por abrasión.


28

Figura 4. Micro-deval

Fuente: Autores Fuente: Autores 1.7.3.5 Procedimiento equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V.E-133-07. Se dispone a llenar la probeta hasta 10 cm con solución previamente elaborada, luego de esto se vierte una cantidad de muestra drenada, se golpea la parte inferior del recipiente para desalojar las burbujas y humedecer la muestra, dejando reposar 10 minutos, se tapa la probeta y se agita 90 ciclos de ida y vuelta durante 30 segundos, se procede a lavar el tapón y las paredes interiores de la probeta. Se introduce el tubo agitador al fondo de la muestra y se asciende poco a poco, provocando que la solución se decante hasta el fondo, se deja reposar durante 20 minutos y se leen los resultados. Figura 5. Equivalente de arena

Fuente: Autores 1.7.3.6 Procedimiento gravedad específica y absorción de agregados finos I.N.V.E-222-07. Se toma una muestra de agregado fino aproximadamente de 1 kg, luego se seca a una temperatura de 110 ± 5 °C y luego se deja enfriar, se cubre con suficiente agua de tal manera que quede con una humedad de 6% el agregado fino, y se mantiene en ese estado de 15 a 19 horas. Luego del periodo de inmersión se

Figura 3. Preparación muestra


29

decanta cuidadosamente el agua para evitar la pérdida de finos y se extiende la muestra sobre una superficie plana no absorbente y se dirige sobre ella una corriente de aire caliente para secar la superficie de estas, se continúa hasta que las partículas puedan fluir libremente. Se procede a la prueba del cono para chequear la condición saturada y superficialmente seca (Figura 6): que nos dice cuando se empiece a observar que el agregado fino está llegando a esta condición se toma el cono y se pone con su diámetro mayor sobre una superficie plana no absorbente, tomando una porción de muestra suficiente para llenarlo y sin apelmazar se apisona ligeramente con 25 golpes de la varilla, cada golpe debe ser únicamente con la acción de la gravedad desde aproximadamente 0,5 cm por encima de la superficie superior del agregado fino. A continuación cuidadosamente se retira el molde verticalmente y si hay humedad superficial aun presente la muestra de agregado fino mantendrá su forma cónica, por ende se continuara secando y mezclando la muestra, realizando frecuentemente la prueba del cono hasta que se produzca un primer desmoronamiento superficial y esto quiere decir, que se alcanzó la condición de seco superficial. Se llena parcialmente el picnómetro con agua.se introducen en el picnómetro 500 ± 10 g del agregado fino saturado y superficialmente seco y se añade agua hasta aproximadamente un 90% de su capacidad (Figura 7). Para eliminar el aire atrapado manualmente se rueda el picnómetro sobre una superficie plana agitándolo o invirtiéndolo sin que la agitación degrade el material. Se requiere una temperatura constante en los dos recipientes a 23° ± 1,7°C. Si es necesario se introducen a baño maría para que tengan la misma temperatura. Se seca rápidamente su superficie y se determina su masa total, siendo esta la suma del picnómetro más la muestra, más el agua con una aproximación de 0,1 g. Se remueve todo el agregado fino del picnómetro hasta masa constante a una temperatura de 110° ± 5°C, y se deja enfriar hasta temperatura ambiente y se procede a pesar. Finalmente se determina la masa del picnómetro llenado con agua a una temperatura de 23° ± 1,7 °C.


30

Figura 6.Cono de arena Figura 7. Gravedad especifica.

Fuente: Autores Fuente: Autores

1.7.3.7 Procedimiento limite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E- 126-07. Para la determinación del límite plástico se toman aproximadamente 20 g de la muestra que pasen por el tamiz No.40, se amasa con agua destilada hasta que se pueda formar una esfera, tomando 6 g del material de la esfera. Si se requiere límite líquido y limite plástico se toman 15 g del material de la esfera. A continuación se porcina una sección de 1,5 a 2 g de la masa tomada y se forma una masa elipsoidal. Luego se procede a formar rollos de masa del suelo de 3 mm de diámetro empleando el procedimiento manual, en el que se utilizan los dedos y el plato de vidrio esmerilado. Cuando el diámetro del rollo llegue a 6 mm se divide en 6 u 8 trozos. Se juntan los trozos y se aprietan entre los pulgares y dedos de ambas manos formando una masa uniforme de forma elipsoidal y se enrolla de nuevo, se repite este procedimiento hasta que el rollo se desmorone y no se pueda volver a formar. Posteriormente se unen las porciones de suelo desmoronado y se colocan en un recipiente previamente pesado el cual se tapa inmediatamente y se repite el ensayo hasta que toda la muestra quede ensayada, se determina así el contenido de humedad del suelo en los recipientes de acuerdo con la norma I.N.V.E-122. 1.7.3.8 Procedimiento método para determinar partículas planas, alargadas o planadas y alargadas en agregados gruesos I.N.V.E-240-07. Se tamiza la muestra de agregado grueso, usando el material retenido en el tamiz de 3/8” o No.4, luego se toma un 10% de la muestra original hasta obtener unas 100 partículas por cada fracción requerida. Se procede a realizar el ensayo de partículas planas y partículas alargadas, se prueban una a una las partículas de cada fracción y se van almacenando en alguno de estos tres grupos: planas, alargadas, ni planas, ni alargadas. Para la separación de estas se usa un calibrador proporcional (Figuras


31

8 y 9), luego de que las partículas han sido clasificadas se determina la proporción de cada grupo en la muestra por conteo o por masa. Se procede al ensayo de partículas planas y alargadas, se prueban una a una las partículas de cada fracción y se clasifican en uno o dos grupos, planas y alargadas y no calificadas como planas y alargadas, después de clasificadas las partículas se determina la proporción de cada grupo en la muestra ya sea por conteo de partículas o por masa. Figura 8. Calibrador de Alargamiento. Figura 9. Calibrador de Proporcionalidad.

Fuente: Autores Fuente: Autores

1.7.4 Etapa de interpretación y análisis de resultados. Posterior a la elaboración de los ensayos, es necesario realizar los cálculos para interpretar y comparar las muestras ensayadas estableciendo con estos las conclusiones. 1.7.5 Elaboración documento final. En esta fase con el desarrollo de las fases anteriores se realizó el documento final en el que se encuentran los resultados y conclusiones de la investigación.


32

2. CANTERA VISTA HERMOSA (MOSQUERA) 2.1 GENERALIDADES La cantera Vista Hermosa (Mosquera) la cual provee la materia prima para producción de triturados y productos pétreos que se comercializan, está ubicada en Km 3.8 Zona Industrial Balsillas Mosquera (véase la Figura. 10) Figura 10. Ubicación Cantera Vista Hermosa (Mosquera)

Fuente: Google maps

2.2 GEOLOGIA El municipio de Mosquera está compuesto por una zona montañosa con un relieve formado por cerros en el Grupo Guadalupe y una zona marginal- lacustre. Los únicos cortes naturales que se divisan en la zona, se encuentran en las áreas marginales, en especial en la región sur y sur occidental; además las explotaciones para materiales de construcción han excavado varios cortes que permiten obtener información, pero no son lo suficientemente profundos como para alcanzar la base del cuaternario. 2.2.1 Formaciones Geológicas Teniendo como base el estudio realizado de la Geomorfología de la zona de Mosquera (Tesis de Grado. Instituto Nacional de Investigaciones Geológico- Mineras.1984) las siguientes son las formaciones identificadas dentro del municipio. Formaciones Pre- Pliocenos.


33

Formación Arenisca Dura. Formación Plaeners. Formación Arenisca de labor. Formación Areniscas Tierna. Formación Tilatá. 2.3 GEOMORFOLOGIA Según el Plan Municipal de Gestión del Riesgo de Desastres, en la parte montañosa Mosquera presenta la siguiente zonificación morfo- estructural: Montes de Soacha. Paisaje elevado. Zona montañosa principal. Vertientes orientales. Cárcava principal. Colinas aisladas de Madrid. Terrazas de bojaca. 2.4 ANALISIS PETROGRAFICO. Este análisis se desarrolló en las instalaciones de la Universidad Católica de Colombia, determinando. 2.4.1 Agregado fino: Granos de Cuarzo. Feldespato potásico. Fragmentos de roca ígnea. 2.4.2 Agregado grueso: Cuarzo arenita. Material poroso. Súper permeable. Sin presencia de carbonatos.


34

3. MINA CEMEX (APULO) 3.1 GENERALIDADES La Mina Cemex (Apulo) la entrada está ubicada a 1km antes de la entrada al municipio de Apulo esta proporciona material fino y grueso fara la elaboración de concreto de esta empresa (véase la Figura. 11) Figura 11. Ubicación Mina Cemex (Apulo)

Fuente: Mapa de Google maps 3.2 GEOLOGIA Según el Plan de desarrollo Municipio de Apulo. Geológicamente el municipio está situado en la interface de los Valles Medio y Superior del Río Magdalena y litológicamente está constituido por rocas sedimentarias marinas y continentales, con edades comprendidas entre el Cretáceo superior y el Cuaternario. La secuencia sedimentaria se encuentra plegada y fracturada, según un estilo estructural compresivo afectado posteriormente por fallamientos transversales, asociados a los diferentes eventos orogénicos que han ocurrido a través de la historia geológica de la región. El modelo tectónico es el producto de deformaciones compresivas ocurridas en el Cenozoico, especialmente a finales del Mioceno, durante la fase final de la orogenia Andina


35

3.3 GEOMORFOLOGIA Según el Plan de desarrollo Municipio de Apulo. Las formas geomorfológicas que presentan en el Municipio incluyen desde paisajes de montaña con relieve quebrado o escarpado, valles aluviales de topografía plana, hasta formas de colina a relieve ondulado, predominan las formas de colinas, especialmente las laderas con influencia coluvial y otras formas de montaña y aluviales. Los suelos de formas aluviales son suelos que han evolucionado a partir de depósitos aluviales de texturas variadas, por lo general jóvenes, superficiales y de fertilidad media, que en ocasiones presentan problemas de drenaje. Las formas de colinas se presentan relieves inclinados, ondulados y fuertemente ondulados, originados por procesos erosivos, por lo cual se consideran relieves residuales, con erosión ligera a moderada y son superficiales, limitados por contactos líticos o tienen piedra en superficie y dentro del perfil. En los suelos de montaña se originaron por el levantamiento de la cordillera y son evaluaciones del terreno continuas de gran expansión presentan diferencias de altura, con respecto al valle, de más de 300m 3.4 ANALISIS PETROGRAFICO MINA CEMEX (Apulo) Este análisis se desarrolló en las instalaciones de la Universidad Católica de Colombia, determinando: 3.4.1 Agregado fino:

Granos de cuarzo Fragmentos de lutita fuertemente sedimentada Color oscuro Arcilla Chert Cuarzo arenita Patologías que pueden presentar alcalisílice 3.4.2 Agregado grueso:

Lito arenitas Grano fino 0,016mm No tiene carbonatos


36

4. CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS (RESULTADOS ENSAYOS I.N.V.E)

4.1 Análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V.E-123-07. En el desarrollo de este numeral se dan a conocer los resultados de los ensayos de granulometría de la Cantera Vista hermosa (Tabla No.6) y Mina Cemex (Tabla No.7) según la norma I.N.V.E-123 de agregado grueso para uso en concreto, tabulado y graficado, (ver Figura 12 y 13). Tabla No.6 Análisis Granulométrico Cantera Vista Hermosa (Mosquera)

Peso material sucio y seco (g) 2668 Peso recipiente (g)

0,0

Peso material retenido seco (g) 2664,6 Peso material pasa No. 200 (g)

3,4

%= 0,13

TAMIZ PESO % RETENIDO % RETENIDO % PASA

RETENIDO (g) (corregido) ACUMULADO

3 0,0 0,0 0,0 100

2 1/2 0,0 0,0 0,0 100

2 0,0 0,0 0,0 100

1 1/2 0,0 0,0 0,0 100

1 0,0 0,0 0,0 100

3/4 0,0 0,0 0,0 100

1/2 993,5 37,3 37,3 63

3/8 946,9 35,5 72,8 27

1/4 478,6 17,9 90,7 9

No 4 235,3 8,8 99,5 0

No 8 4,5 0,2 99,7 0

No 10 0,0 0,0 99,7 0

No 16 0,0 0,0 99,7 0

No 30 0,0 0,0 99,7 0

No 40 0,0 0,0 99,7 0

No 50 0,0 0,0 99,7 0

No 60 2,0 0,1 99,8 0

No 80 0,0 0,0 99,8 0

No 100 0,0 0,0 99,8 0

No 200 2,0 0,1 99,8 0

FONDO 1,0 0,2 100,0 0

Suma pesos retenidos (g) 2663,8 Módulo de finura 6,71

Fuente: Autores


37

Figura 12. Curva Granulometría Cantera Vista Hermosa (Mosquera)

Fuente: Autores. Tabla No.7 Análisis Granulométrico Mina Cemex (Apulo)

Peso material sucio y seco (g)

2888

Peso recipiente (g)

0,0

Peso material retenido seco (g)

2865,7 Peso material pasa No. 200 (g)

22,3

%= 0,77



3 0,0 0,0 0,0 100

2 1/2 0,0 0,0 0,0 100

2 0,0 0,0 0,0 100

1 1/2 0,0 0,0 0,0 100

1 64,3 2,2 2,2 98

3/4 1412,5 48,9 51,1 49

1/2 1163,4 40,3 91,4 9

3/8 151,9 5,3 96,7 3

1/4 28,4 1,0 97,7 2

No 4 41,2 1,4 99,1 1

No 8 0,0 0,0 99,1 1

No 10 0,0 0,0 99,1 1

No 16 0,0 0,0 99,1 1

No 30 0,0 0,0 99,1 1

No 40 0,0 0,0 99,1 1

No 50 0,0 0,0 99,1 1

No 60 0,0 0,0 99,1 1

No 80 0,0 0,0 99,1 1

No 100 0,0 0,0 99,1 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

63,0

00

50,0

00

38,1

00

25,0

00

19,0

00

12,5

00

9,5

30

6,3

00

4,7

50

2,3

75

2,0

00

1,1

90

0,6

00

0,4

25

0,3

00

0,2

50

0,1

80

0,1

50

0,0

75

% q

ue p

asa

tamiz m.m

curva granulometrica3 2 1/2

21 1/2

13,/4

1./23./8

1./44

8

1016

3040 50 60 80 100 200


38



No 200 3,0 0,1 99,2 1

FONDO 1,0 0,8 100,0 0

Suma pesos retenidos (g) 2865,6 Módulo de finura 7,42

Fuente: Autores Figura 13. Curva Granulometría Mina Cemex (Apulo)

Fuente: Autores Como se observa en las figuras 12 y 13 las curvas granulométricas se encuentran en los límites de la norma, cumpliendo en los tamices ¾” (19mm) y No. 4 (2.36mm) al no presentar exceso de finos ni gruesos permite una uniformidad en cada material, es decir, poseen una adecuada granulometría 4.2 Cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm (No.200) en los agregados I.N.V.E-214-07. A continuación se muestran los resultados del ensayo de las dos canteras los cuales determinan que el material fino de la Cantera Vista Hermosa pasa con 9,65% el tamiz #200 a diferencia de la Mina Cemex que reporta 3,36% de porcentaje de material que pasa. Se encuentra una diferencia de 6,29%. Ver Tabla No.8 y 9 Tabla No. 8 Vista Hermosa-Tamiz 200

Cantidad de material que pasa el tamiz # 200

B= masa de la muestra seca 518,67g

C= masa de la muestra lavada 468,58g

A = porcentaje de material que pasa

A = (B-C/B)*100 A = 9,65%

Fuente: Autores Tabla No. 9 Mina Cemex – Tamiz 200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

63,0

00

50,0

00

38,1

00

25,0

00

19,0

00

12,5

00

9,5

30

6,3

00

4,7

50

2,3

75

2,0

00

1,1

90

0,6

00

0,4

25

0,3

00

0,2

50

0,1

80

0,1

50

0,0

75

% q

ue p

asa

tamiz m.m

curva granulometrica3 2 1/2

21 1/2

13,/4

1./23./8

1./44

8

1016

3040 50 60 80 100 200


39

Cantidad de material que pasa el tamiz # 200

B= masa de la muestra seca =

646,3g

C= masa de la muestra lavada=

624,54g

A = porcentaje de material que pasa

A = (B-C/B)*100 A = 3,36%

Fuente: Autores 4.3 Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval I.N.V.E-238-07. En la tabla No. 10 y 11 se tabulan los resultados del ensayo en el aparato micro-deval para agregado Grueso. Se encuentra mayor porcentaje de pérdida de masa en el agregado proveniente d la Cantera Vista Hermosa. Tabla No.10 Micro deval Vista Hermosa

Desgaste por Abrasión

Masa inicial (g) 1500

Masa Final (g) 980

Perdida (%) 34,67

Fuente: Autores. Tabla No.11 Micro deval Mina Cemex

Desgaste por Abrasión

Masa inicial (g) 1500

Masa Final (g) 1175

Perdida (%) 21,67

Fuente: Autores. 4.4 Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V.E-133-07. En este ensayo se determinó que el material fino con mayor presencia de arcilla es Vista Hermosa, lo que hace que este agregado no sea eficiente para el concreto. El comportamiento de la mina Cemex presenta un equivalente de arena del 95% lo que hace este material de mejor calidad para la elaboración de concreto. Ver Tabla 12 Y 13.


40

Tabla No.12 Equivalente de arena Vista Hermosa Equivalente de arena

L arcilla (mm) 7

L arena (mm) 4,4

EA (%) 63,00

Fuente: Autores. Tabla No.13 Equivalente de arena Mina Cemex

Equivalente de arena

L arcilla (mm) 4,2

L arena (mm) 4

EA (%) 95,00

Fuente: Autores. 4.5 Gravedad específica y absorción de agregados finos I.N.V.E-222-07. Por ser caracterización física el ensayo de gravedad específica de la I.N.V.E 222 no aplica para los ensayos a realizar. Por el contrario la absorción determina la porosidad del material, en este ensayo encontramos mayor porcentaje de absorción en la Cantera Vista Hermosa lo que hace que esta muestra presente menor resistencia mecánica. Tabla No.14 y 15. Tabla No.14 % Absorción Vista Hermosa

% de Absorción

S(g) 500

A(g) 493,43

B(% de absorción) 1,33

Fuente: Autores. Tabla No.15 % Absorción Mina Cemex

% de Absorción

S(g) 500

A(g) 496,3

B(% de absorción) 0,75

Fuente: Autores.


41

4.6 Limite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E- 126-07. Para las muestras ensayadas el límite líquido y limite plástico, no se pudo determinar. Ya que no se lograron formar los rollos de la muestra para el desarrollo del ensayo. Lo que nos lleva a informar que las muestras de las canteras no son liquidas ni plásticas. Tabla No.16 Tabla No.16 Índice de plasticidad

Índice de plasticidad

Vista Hermosa Mina Cemex

No Liquido No Liquido

No Plástico No Plástico

Fuente: Autores. 4.7 Método para determinar partículas planas, alargadas o planadas y alargadas en agregados gruesos I.N.V.E-240-07.

En este ensayo observamos el valor final de caras alargadas y planas, donde la muestra de Vista Hermosa presenta un mayor índice de alargamiento y aplanamiento global, en comparación con la mina Cemex que con su valor menor, representa una mayor resistencia. Tabla No. 17 y 18

Tabla No.17 Alargamiento y aplanamiento Vista Hermosa

Fuente: Autores Tabla No.18 Alargamiento y aplanamiento Mina Cemex

Fuente: Autores

Alargamiento y aplanamiento global

Índice de aplanamiento = 58,26%

Índice de alargamiento = 8,47%

Alargamiento y aplanamiento global

Índice de aplanamiento = 47,89%

Índice de alargamiento = 9,23%


42

5. CONCLUSIONES

El análisis petrográfico, permitió clasificar y determinar la composición mineralógica de las muestras. Para el agregado grueso de Vista Hermosa se determina que por ser un material súper permeable no es adecuado para la elaboración de concreto. La presencia de cuarzo en ambas muestras permite deducir que posiblemente puedan reaccionar con los álcali-sílice y este es un parámetro crítico que afecta la durabilidad del concreto, ya que este repercute en el debilitamiento estructural y acorta la vida útil de las estructuras de concreto.

Las propiedades físicas que presentan las muestras analizadas de la cantera Vista Hermosa (Mosquera). Revelan que el agregado grueso presenta una gradación que permite una manejabilidad adecuada, al tener un alto porcentaje que pasa el tamiz 200, presenta contaminación lo que aísla la partícula de cemento. Se presenta un desgaste en la maquina micro-deval mayor al 30% lo cual muestra que no tiene una buena resistencia a la abrasión y durabilidad de las gravas en presencia de agua. El equivalente de arena indica que en este agregado hay presencia en un 37% de arcillas, lo cual es perjudicial ya que estas son expansivas. El material presenta una porosidad mínima lo que beneficia su resistencia mecánica.

La caracterización física de la Mina Cemex (Apulo). La granulometría al no presentar exceso de finos ni gruesos permite una uniformidad en cada material, Con un bajo porcentaje de muestra que pasa tamiz 200, este agregado se comporta de manera favorable permitiendo adherencia. Con el porcentaje de pérdida de masa del 20% puede interferir en su resistencia. Se presencia 5% de arcilla en la muestra, a pesar de ser un valor mínimo puede afectar el material por ser expansivas. Al tener una porosidad no considerable en la muestra, se beneficia la resistencia del agregado.

Al realizar la comparación de los resultados de los ensayos realizados a las muestras de las dos canteras, se observa una diferencia en sus propiedades físicas, las cuales son fundamentales para determinar la calidad del agregado. Con mejores resultados en los ensayos de laboratorio la Mina Cemex (Apulo) respecto a la Cantera Vista Hermosa (Mosquera), se considera apta como agregado de concreto, aunque es necesario aclarar que no es el agregado ideal para el desarrollo de este. Un factor determinante para la variación de las propiedades físicas de las muestras es su petrografía de origen, porque esta afecta directamente su composición.


43

BIBLIOGRAFÍA

ALCALDÍA DE APULO. Plan De Desarrollo Municipal 2008 – 2011. Apulo (Cundinamarca) : La Alcaldía, 2008. 69 p. ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTORES DE CONCRETO, INSTITUTO DEL CONCRETO. Manual Tecnología y propiedades. Bogotá : ASOCRETO, 1997. 257 p. ASTM C295 “Guía estándar para examen petrográfico de agregados para concreto” 2009. CHAN YAM, José Luis, SOLÍS CARCAÑO, Rómel, MORENO, Éric Iván. Influencia de los agregados pétreos en las características del concreto. En: Revista Ingeniería Vol. 7, No. 2 (2003) p. 39-46 CONSEJO MUNICIPAL PARA LA GESTIÓN DEL RIESGO DE DESASTRES. Plan Municipal de Gestión del Riesgo de Desastres Mosquera Cundinamarca. Mosquera (Cundinamarca) : CMGRD. 2013. 71 p. DUQUE ESCOBAR, Gonzalo. Manual de geología para ingenieros. Manizales : Universidad Nacional de Colombia, 2003. 479 p. GIRALDO BOLÍVAR, Orlando. Manual de agregados para el hormigón. 2 ed. Medellín : Universidad Nacional de Colombia, 2003. 46 p. GONZALEZ DE VALLEJO, Luis I. Ingeniería Geológica. Madrid : Pearson Educacion. 2002. 744 p. I.N.V.E- 126-07.Limite plástico e índice de plasticidad de suelos. I.N.V.E-123-07. Análisis granulométrico de suelos por tamizado. I.N.V.E-133-07.Equivalente de arena de suelos y agregados finos. I.N.V.E-214-07.Cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm (No.200) en los agregados. I.N.V.E-222-07.Gravedad específica y absorción de agregados finos. I.N.V.E-238-07.Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval.


44

I.N.V.E-240-07Método para determinar partículas planas, alargadas o planadas y alargadas en agregados gruesos. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACION. Concretos. Especificaciones de los agregados para concreto. Bogotá : ICONTEC, 2000. 22 p. (NTC 174) NEVILLE, Adam Matthew. Tecnología del concreto. México : Limusa. 1999. 352 p. SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego, Tecnología del Concreto y del mortero 4 Ed. Bogotá : Bhandar Editores. 2006, 341.p

Documents

CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS PETREOS PARA … · CARACTERIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS PETREOS PARA ... y estudio de antecedentes ... petrográfica de los agregados encontrados