PETROGRAFIA DE AGREGADOS

PARA CONCRETO

Los agregados

Los agregados comprenden cerca de tres

cuartas partes del volumen de una mezcla de

concreto, de manera que su mineralogía,

tamaño máximo, gradación, forma y textura

superficial tienen influencia sobre las

propiedades ingenieriles y arquitectónicas del

concreto.

Antecedentes

El microscopio petrográfico ha sido utilizado desde mediados del siglo

XIX por los geólogos para entender e interpretar la génesis y

mineralogía de las rocas.

Propósitos del análisis petrográfico

de los agregados para concreto

Conocer el efecto de la mineralogía y estructura cristalina de los

agregados en la resistencia del concreto.

Determinar las propiedades físicas y químicas del material.

Describir y clasificar los constituyentes de la muestra.

Determinar las cantidades relativas de los constituyentes de la

muestra.

Identificar tipos y variedades de rocas presentes y la presencia

de minerales química y volumétricamente inestables o reactivos.

Propósitos del análisis petrográfico

de los agregados para concreto

Discriminar la porción de cada agregado grueso que está

meteorizado y su grado.

Determinar las proporciones de partículas según su forma.

Identificar porcentaje de ingredientes con potencialidad a las

reacciones álcali-sílice y álcali-carbonato

Identificar posible presencia de contaminantes en los

agregados que alteren las condiciones de fraguado u otras

propiedades del concreto.

TIPOS DE EXAMEN

Superficial o rutinario.

Lupa – simple vista

Semirutinario

Estereomicroscopio

Detallado

Microscopio petrográfico

- Aceites de inmersión

- Secciones delgadas

Procedimiento de Examen Petrográfico

Dividir fracciones por tamizado.

300 partículas por tamiz

Agregado grueso:

3 – 5 fracciones

Agregado fino:

5 fracciones

Analizar varias muestras y ponderar resultados

Número de partículas X tipo de roca o mineral x fracción

Ponderación en peso

Rasgos a observar

Forma de la partícula

Textura superficial

Grado de meteorización

Tamaño de grano

Estructura

Matriz o cemento

Color

Composición mineralógica

Componentes nocivos

Forma de la partícula

Textura Superficial

Grado de Meteorización

Roca Fresca Roca Meteorizada

Tamaño de grano

Estructura

Matriz o Cemento

Composición Mineralógica

Componentes Nocivos

El petrógrafo debe concentrar su atención durante la

descripción de los agregados, en aquellos que tienen un

efecto potencial en las propiedades del concreto.

Debe identificar los constituyentes indeseables o

"potencialmente nocivos" incluyendo:

Intraclastos de arcilla

Mica libre

Yeso

Pirita

Materiales reactivos a los álcalis del cemento.

Algunos constituyentes potencialmente nocivos presentes en los agregados.

Compilado a partir de información de Sims & Brown (1997)

Constituyentes potencialmente nocivos para el concreto

i ii iii iv v

Recubrimientos de arcilla sobre las partículas de agregados x

Fragmentos de arcilla y partículas de roca alterada x x xx

Particulas adsorbentes y microporosas x x xx

Partículas de carbón y livianas xx

Partículas o recubrimientos blanods o livianos xx x x xx

Materia orgánica xx x

Mica xx x

Cloruros x x

Sulfatos x xx x

Pirita xx xx

Plomo soluble, zinc o cadmio xx

Constituyentes reactivos a alkalis x xx

Alkalis libre xx

1 i Interferencia química con el fraguado del cemento

ii limitación física de la adherencia entre el agregado y la pasta de cemento

iii modificación de las propiedades del concreto en estado fresco en detrimento de la durabilidad y resistencia

del material endurecido.

iv interacción entre la pasta de cemento y el agregado que continua luego del endurecimiento, causando a veces

expansión y fisuramiento del concreto.

v debilidad y baja durabilidad de las partículas de agregado.

2 El principal problema con los cloruros en el concreto está asociado con la corrosión del acero de refuerzo.

xx = efecto principal x = efecto adicional

Tomado de: Sims & Brown, 1997

Posible efecto adverso en el concreto1

Minerales reactivos al álcalis

Partículas < 1mm : ópalo, mica, arcilla

Los métodos petrográficos NO pueden predecir el

grado de reactividad o si se presentará la reacción

realmente.

Lo que se establece es la existencia y proporción

de constituyentes potencialmente reactivos.

Tipos de rocas:

Carbonatos

Afanítico-silíceas

ricas en cristales de cuarzo de grano medio a grueso.

Minerales reactivos al álcalis

Opalo.

Calcedonia.

Tridimita.

Cuarzo criptocristalino, microcristalino o liso

Cuarzo de grano grueso muy fracturado, granulado

o deformado intensamente o relleno con inclusiones

microscópicas de arcilla.

Minerales reactivos al álcalis

Calcedonia

Como el cuarzo, pero criptocristalino. Color: incoloro. Pleocroismo: no. Relieve:

positivo bajo. Habito: prismatico. Exfoliacion: no. Birrefringencia: baja. Angulo de

extincion: 0°. Elongacion:positiva o carente. Maclas: no. Grupo optico : uniáxico

positivo

Minerales reactivos al álcalis

Opalo

Color: incoloro. Pleocroismo: no. Relieve: negativo moderado. Habito: masivo.

Exfoliacion: no. Birrefringencia: nula. Angulo de extincion: no. Elongacion: no.

Maclas: no. Grupo optico : isotropo

Fragmentos de rocas reactivos al álcalis

Rocas Componentes Reactivos

Igneas

Granitos. Mas del 30% de cuarzo

Granodioritas deformado, extinción

Charnockitas ondulatoria

Fragmentos de rocas reactivas

al álcalis Rocas Igneas Componentes Reactivos

Piedra pómez Cristales volcánicos ricos en

Riolita sílice, ácidos a intermedios

Andesita cristal desvitrificado, tridimita

Dacita

Latita

Perlita

Obsicidiana

Tobas volcánicas

Basaltos Calcedonia, ópalo y palagonita

Fragmentos de rocas reactivas

al álcalis

Metamórficas Componentes Reactivos

Gneis Más del 30% de cuarzo deformado,

Esquisto extinción ondulatoria. 5% o más de

Cuarcita caliza.

Corneanas Filosilicatos, cuarzo deformado

Filitas

Argilitas

Fragmentos de rocas reactivas

al álcalis

Sedimentarias Componentes Reactivos

Areniscas Cuarzo deformado, 5% o más de

Grauvacas caliza.

Caliza

Pedernal Filosilicatos, cuarzo deformado,

cuarzo criptocristalino, chalcedonia,

ópalo

Diatomita Opalo, cuarzo criptocristalino

Carbonatos Dolomita, filosilicatos

Componentes Nocivos

Reactividad Alcali-Agregado: Concepto de proporción pésima de agregado reactivo

Clase 1. TIPOS DE ROCAS

REACTIVAS A LOS

ALKALIS (Identificadas en estructuras)

Clase 2. CASOS EN DUDA

Clase 3. TIPOS DE ROCAS NO

REACTIVAS (inocuos)

1. ROCAS

SEDIMENTARIAS

* Arenisca

- Arcosa

- Areniscas de cuarzo

* Arcillolita (también

shale)

* Limolita (también

shale)

* Margas

(también esquistosas

y/o metamórficas)

* Grauwacka

(también metamórfica)

Las estructuras

sedimentarias deben ser

observadas

5. CASOS EN DUDA Ejemplos:

* Cuarcita, Esquisto

de cuarzo

* Tipos de roca con

cuarzo

(Contenido de cuarzo

>20%)

* Calizas

(con contaminación de

cuarzo finamente

distribuido)

* Hornfelsas con

cuarzo

* Milonitas con

pequeñas cantidades

de cuarzo (1-5%)

6. TIPOS DE ROCAS

MAFICAS

* Basaltos

* Rocas verdes

* Gabro

* Anfibolita

Todos los tipos de

variedades de rocas,

también metamórficas

Fuente: FARIN: Forum for Alkali aggregate Reactivity in Norway http://this.is/ergo/efarub/bergartsliste.htm

Clase 1. TIPOS DE ROCAS

REACTIVAS A LOS

ALKALIS (Identificadas en estructuras)

Clase 2. CASOS EN DUDA

Clase 3. TIPOS DE ROCAS NO

REACTIVAS (inocuos)

2. MILONITAS/

CATACLASITAS (que contengan cuarzo)

* Milonitas

* Cataclasitas

* Gneis milonítico

Los tipos de roca que

continen cuarzo pueden ser

potencialmente reactivos.

Sin embargo, esto depende

de parámetros petrológicos

tales como tamaño de

granos de cuarzo, grado de

deformación y otros rasgos

estructurales.

Varios tipos de cuarcitas

han reaccionado en el

concreto.

Cuarcita microcristalina

(granos de cuarzo de <60

µm) deben ser clasificados

como reactiva a los álkalis.

La cuarcita con granos de

cuarzo <130 µm, deben ser

clasificadas como un caso

en duda. Cuarcita con

venas de cuarzo > 130 µm,

deben clasificarse como

inocuas, aún cuando la

cuarcita contenga cuarzo

deformado

7. TIPOS DE ROCAS QUE

CONTENGAN CUARZO

* Granito/Gneiss * Cuarcita-/Esquisto

de cuarzo

* Esquisto micáceo

3. ROCAS VOLCANICAS

ACIDAS

* Riolita

* Keratofiro de cuarzo

8. TIPOS DE ROCAS

FELDEPATICAS

Clase 1. TIPOS DE ROCAS

REACTIVAS A LOS

ALKALIS (Identificadas en estructuras)

Clase 2. CASOS EN DUDA

Clase 3. TIPOS DE ROCAS

NO REACTIVAS

(inocuos)

4. OTROS TIPOS DE

ROCAS

* Cuarcita

microcristalina

*Filita

* Esquisto de cuarzo

9. OTROS NO

IDENTIFICADOS

* Caliza (pura) y

mármol

* Otros no

reactivos (también

cristales aislados)

* Porfiroclastos

* Milonitas libres de

cuarzo

.

Tamaño típico de

granos de cuarzo <

60 µm

Excepción:

Arenisca

Tamaño típico de

granos de cuarzo <

130 µm

Tamaño típico de

granos de cuarzo >

130 µm o cuarzo no

presente

Tipos de rocas reactivas a álkalis

1. Rocas Sedimentarias: Areniscas

Arenisca, 0.19% expansión a 14 días Arenisca

Arenisca, 0.21% expansión a 14 días Arenisca

Tipos de rocas reactivas a álkalis 1. Rocas Sedimentarias: Arcillolitas, Limolitas, Margas (con o sin metamorfismo)

Limolita Limolita

Arcillolita Marga metamorfisada

Tipos de rocas reactivas a álkalis

1. Rocas Sedimentarias: Grauwackas y Metagrauwackas (metamórfica)

Grauwacka. Grauwacka, 0.323% expansión a 14 días

Metagrauwacka, 0.19% expansión a 14 dias. Metagrauwacka, 0.26% expansión a 14 días.

Tipos de rocas reactivas a álkalis

2. Milonitas y Cataclasitas

Milonita Milonita

Milonita Milonita

Tipos de rocas reactivas a álkalis

2. Milonitas y Cataclasitas

Milonita Milonita

Cataclasita Cataclasita

Tipos de rocas reactivas a álkalis

3. Rocas volcánicas ácidas: Riolitas

Milonita Riolita

Riolita Riolita

Tipos de rocas reactivas a álkalis

4. Otros tipos de rocas

Filita Filita

Cuarzofilita Esquisto de biotita y cuarzo

Casos en duda

5. Casos en duda: Cuarcita y esquisto de cuarzo

Cuarcita de grano fino Cuarcita rica en biotita

Cuarcita Cuarcita

Casos en duda

5. Casos en duda: Tipos de roca con cuarzo

Roca rica en cuarzo de grano fino Roca de grano fino con cuarzo microcristalino

Roca de grano fino rica en cuarzo Roca de grano fino con cuarzo microcristalino

Casos en duda

5. Casos en duda: Caliza con contaminación de cuarzo finamente distribuido, hornfelsa con cuarzo

Roca de grano fino rica en cuarzo Caliza impura

Hornfelsa Hornfelsa

Casos en duda

6. Tipos de rocas máficas: Basalto, gabro y anfibolita

Basalto Metagabro

Anfibolita Esquisto de anfibolita

Rocas no reactivas

7. Tipos de rocas que contienen cuarzo: Granito, Gneis, Cuarcita y esquisto de cuarzo

Granito/granodiorita Gneiss

Cuarcita Cuarcita

Rocas no reactivas

8. Tipos de rocas feldespáticas

Roca feldespática deformada Roca feldespática deformada

Roca feldespática deformada Roca feldespática deformada

Rocas no reactivas

9. Otros tipos de rocas no identificadas

Roca feldespática deformada Hardpan meteorizado

Porfiroclasto rómbico Porfiroclasto rómbico

Conclusiones

El examen petrográfico ayuda a intepretar los ensayos

físicos y químicos realizados a fuentes de agregados y

permite descubrir elementos nocivos.

No existe agregado perfecto, se trata de establecer si

es el adecuado para el uso propuesto.

ANÁLISIS DE CASOS PETROGRAFIA

Concreto deteriorado por reactividad Alkali-Agregado en New England, E.E.U.U.

ALKALI-AGGREGATE REACTIVITY IN CONCRETE, NEW ENGLAND REGION, USA

Autor:

Stokowski, Jr., Steven J., Stone Products Consultants, 10 Clark Street, Suite A, Ashland, Massachusetts, United States of America, 01721

http://members.aol.com/CrushStone/asr2.htm

Localidades donde se ha reportado la presencia de

estructuras con Reactividad Alkali-Agregado (RAA)

Localidades donde se ha confirmado la ocurrencia de RAA en estructuras de concreto tales como: puentes, presas, estructuras de contención, pavimentos y construcciones.

Localidades donde se sospecha sin que se haya probado

1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.

Metagrauwacka y filita plegadas

1) Metamorfismo barroviano

Descripción

Las pizarras son una secuencia metamórfica que comienza con shales y progresa pasando por filita, esquisto y gneis.

Asociación Tectónica de las Filitas

Asociados a eventos principales de formación de montañas donde los shales y areniscas ricas en arcillas (wackas) son metamorfisadas por profundidad de enterramiento y proximidad a batolitos

El precursor de esta roca es una pizarra y si se metamorfisa más se convierte en un esquisto.

1) Shale

Descripción

Diagrama ternario que presenta la composición típica de un shale

2) Pizarra

Descripción

Foliación de clivaje pizarroso compuesto del alineamiento de los clivajes basales en los nuevos minerales colira composed of the lining up of the basal cleavages de clorita y/o muscovita. El resultado es clivaje esquistoso en caras planas

1) Filitas

Minerales principales

Minerales accesorios

Clorita Si está presente, de color rojo: biotita

Descripción

Foliación de clivaje pizarroso (slaty) compuesto de cristales de clorita. Otro nombre: Esquisto de clorita (cristales grandes y reconocibles). Usualmente contiene los minerales biotita y muscovita

1) Filita

Descripción

Foliación de clivaje pizarroso compuesto del alineamiento de los clivajes basales en los nuevos minerales colira composed of the lining up of the basal cleavages de clorita y/o muscovita. El resultado es clivaje esquistoso en caras planas

1) Esquisto

Descripción

Foliación esquistosa compuesta de cuarzo intermezclado con feldespato, y biotita (también anfíbol. Estos minerales están bien mezclados formando el patron característico esquistoso.

Minerales principales

Minerales accesorios

Cuarzo, feldespato, biotita

Granate y estaurolita

Descripción Foliación bandeada compuesta de capas/zonas de cuarzo coloreado claro, feldespato interestratificado con capas/zonas de biotita y anfibol de color oscuro. Las bandas de minerales en la muestra se están empezando a formar, pero se distinguen unos de otros lo cual lo pone en la categoría gnéisica.

1) Gneiss

Minerales principales Minerales accesorios

Cuarzo, feldespato, biotita, anfibol

Granate y estaurolita

Descripción Banded foliation where the light- colored quartz and feldspar have segregated into layers from the pods/zones of dark colored amphibole and biotite

1) Gneiss de granate

Minerales principales Minerales accesorios

Cuarzo, feldespato, biotita, anfibol

Granate y estaurolita

1) Gneiss plegado

Description Banded foliation where the light- colored quartz, feldspar have segregated into layers from the pods/zones of dark colored amphibole and biotite. In this gneiss not only have the minerals separated into layers, these layers have been folded. The intensity of the folding shows how plastic the rocks was during deformation.

2) Cuarzo deformado en granitos • Granitos gneisicos • Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica

greenstone • Metatobas y metariolitas • Riolitas • Venas de cuarzo • Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas

CUARZO es el mineral más común en sedimentos terrígenos, (65% de minerales en arenaiscas, 30% en shales (arcillas fisibles), y <5% en rocas carbonatadas.Los granos de cuarzo tiene muchas variedades

• Cuarzo monocristalino: un grano formado de una pieza de un cristal (como aparece en la roca original meteorizada).

• Cuarzo policristalino: un grano que continee dos o más cristales interconectados.

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas

• Cuarzo deformado – grano con una capa cristalina distorsionada

que muestra extinción ondulosa.

Tipos de rocas reactivas a alkalis

1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.

2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica

greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas

1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.

2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies

metamórfica greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas

metasedimentarias

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas

1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.

2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica

greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas

1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.

2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica

greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas

1) Rocas metasedimentarias: filita, cuarcita, metagrauwacka, esquisto, metalimolita, y pizarra al parecer levemente metamorfisada.

2) Cuarzo deformado en granitos 3) Granitos gneisicos 4) Rocas metamorficas cuarzosas de grano fino en la facies metamórfica

greenstone 5) Metatobas y metariolitas 6) Riolitas 7) Venas de cuarzo 8) Reacciones de agregados finos que involucran rocas metasedimentarias

Tipos de rocas reactivas reportadas

tanto en gravas como en arenas