Los agregados desempeñan un papel fundamental en las propiedades del hormigón fresco y endurecido. Aunque generalmente se consideran un material de relleno inerte dentro de la mezcla, un análisis más detallado revela la gran influencia que ejercen sobre la trabajabilidad, la resistencia, el acabado, la durabilidad y el costo del hormigón.
El agregado es el nombre que reciben las piezas de material inorgánico con diversas estructuras minerales, como arena, grava y roca triturada, que posteriormente se combinan con agua y cemento para fabricar hormigón, mortero y otros productos. Aproximadamente el 75 % del volumen de un sistema cementicio está constituido por agregado. En una mezcla de hormigón típica, los agregados representan entre el 60 % y el 80 %, por lo que deben seleccionarse correctamente, combinarse para lograr una eficiencia óptima y controlarse adecuadamente para producir una resistencia, trabajabilidad, facilidad de acabado y durabilidad uniformes.
La economía es otra razón para seleccionar cuidadosamente el agregado. A menudo es posible ahorrar dinero eligiendo el tamaño máximo permitido del agregado. El uso de un agregado grueso de mayor tamaño normalmente reduce el costo de la mezcla de hormigón porque disminuye la cantidad de cemento necesaria, y el cemento es el ingrediente más costoso. Una menor cantidad de cemento, dentro de límites razonables de durabilidad, significa también una menor cantidad de agua si se mantiene constante la relación agua-cemento.
Importancia de la distribución granulométrica
La distribución de los tamaños de agregado tiene un efecto directo sobre la trabajabilidad del hormigón fresco. Diferentes tamaños de agregado en la muestra reducen el espacio entre las partículas de agregado dentro de un volumen determinado. Cuando la distribución de las partículas en la mezcla no es adecuada, es necesario utilizar más agua para alcanzar la trabajabilidad requerida, y el resultado puede ser que la mezcla no alcance el comportamiento esperado.
A medida que aumenta el diámetro de las partículas de agregado, disminuyen la cantidad de agua, el agregado fino y el aire atrapado. La proporción entre las partículas grandes y pequeñas puede determinarse mediante gráficos de granulometría, de modo que sea clara la cantidad que debe utilizarse.
Una granulometría adecuada debe cumplir varios objetivos simultáneos:
- No debe provocar la segregación de las partículas grandes y pequeñas durante la mezcla, el transporte y la colocación del hormigón fresco.
- Debe producir una mezcla homogénea.
- Debe alcanzar el nivel de trabajabilidad deseado.
- Debe proporcionar la densidad requerida.
- Debe contribuir a una adecuada facilidad de acabado.
- Debe favorecer la resistencia y la durabilidad especificadas.
El mejor método para determinar si una granulometría de agregado es adecuada consiste en preparar una muestra del sistema cementicio utilizando un agregado con la misma granulometría y medir los criterios de desempeño de ese sistema cementicio.
Tipos de agregado
Agregados naturales
Los agregados naturales son aquellos extraídos de lechos de ríos, antiguos lechos glaciares, orillas de lagos y canteras de piedra que no han sido procesados de ninguna manera, aparte de ser triturados, lavados y clasificados.
Agregados artificiales
Los agregados artificiales son aquellos fabricados con fines decorativos o para obtener características específicas, así como los que constituyen un subproducto de otro sector.
Los agregados son materiales imperfectos utilizados en sistemas cementicios y mezclas de mortero. Tanto la grava como la piedra triturada son generalmente aceptables para fabricar hormigón de calidad, aunque la grava suele preferirse en el hormigón con agregado expuesto.
El uso de hormigón reciclado, triturado hasta obtener un agregado de tamaño adecuado, también ha demostrado un desempeño satisfactorio. El hormigón reciclado presenta una absorción mayor y una gravedad específica menor que los agregados convencionales.
| Tipo de agregado | Características principales | Aplicaciones o efectos |
|---|---|---|
| Grava | Menor demanda de agua | Preferida para hormigón con agregado expuesto en pasarelas y aplicaciones decorativas |
| Piedra triturada | Mayor adherencia entre la pasta y el agregado | Produce hormigón de calidad |
| Hormigón reciclado triturado | Mayor absorción y menor gravedad específica | Puede utilizarse como agregado de tamaño adecuado |
La grava y la piedra triturada producen hormigón de calidad. La grava presenta una menor demanda de agua en comparación con la piedra triturada. La grava se prefiere para el hormigón con agregado expuesto en pasarelas y aplicaciones decorativas. La piedra triturada normalmente presenta una mayor adherencia entre la pasta y el agregado.
Forma, tamaño y superficie de las partículas
Las propiedades del agregado pueden modificar considerablemente el comportamiento de una mezcla. Entre estas propiedades se encuentran la granulometría, el tamaño del grano más grande, la capacidad de absorción de agua, la gravedad específica aparente, la gravedad específica, la forma de los granos, el tipo y la cantidad de materias extrañas presentes en las superficies, la resistencia a la congelación y las propiedades térmicas.
La relación entre el área superficial y el volumen de un agregado compuesto por piezas redondas o cúbicas es menor que la de un agregado compuesto por piezas planas o alargadas. Por esa razón, las partículas redondas o cúbicas requieren menos pasta de cemento para alcanzar el mismo grado de trabajabilidad.
La relación entre el área superficial y el volumen de un agregado plano o alargado es considerablemente mayor que la de las piezas angulares. Como consecuencia, se necesita mucha más pasta de cemento para cubrir la superficie de las partículas de agregado.
En el hormigón decorativo con agregado expuesto, donde la apariencia es una preocupación principal, los contratistas deben prestar especial atención a la forma, la textura, el color y el aspecto general del agregado para obtener el mejor resultado visual posible.
Rango de tamaños y proporción de partículas
De acuerdo con las normas, el tamaño del agregado más grande no puede ser superior a tres veces el tamaño del agregado más pequeño. El porcentaje de la mezcla total no debe superar el 10-15 %.
La línea divisoria entre el agregado fino y el agregado grueso es el tamiz de 3/8 de pulgada. El agregado fino debe encontrarse dentro de los límites granulométricos establecidos en ASTM C 33, sección 6. En la tabla 2 de ASTM C 33 se indican rangos granulométricos amplios para el agregado grueso.
Estas bandas granulométricas amplias están destinadas a utilizarse en todo el país. Una vez seleccionada una granulometría para un proyecto, mantenerla dentro de rangos estrechos permitirá lograr una mayor uniformidad entre lotes.
Con frecuencia, los agregados se analizan mediante una granulometría combinada de materiales finos y gruesos proporcionados según lo previsto en la mezcla de hormigón propuesta. Esto permite estimar cómo se comportará la combinación dentro del hormigón.
Cada región presenta sus propias deficiencias en los agregados, pero cuando se representa la granulometría combinada del agregado -porcentaje retenido frente al tamaño del tamiz-, esas deficiencias pueden identificarse y corregirse con mayor facilidad.
Módulo de finura del agregado fino
El módulo de finura, o FM, es un índice de la finura de un agregado. El FM se calcula sumando los porcentajes acumulados en masa retenidos en cada uno de una serie determinada de tamices y dividiendo la suma entre 100.
El módulo de finura del agregado fino debe situarse dentro del intervalo de 2,3 a 3,1. El FM no debería cambiar más de 0,2; de lo contrario, pueden ser necesarios ajustes en la mezcla.
Los materiales excesivamente finos presentan una mayor demanda de agua y normalmente producen una mezcla pegajosa.
| Parámetro | Valor o criterio |
|---|---|
| Intervalo del módulo de finura del agregado fino | 2,3 a 3,1 |
| Cambio máximo recomendado del FM | 0,2 |
| Límite entre agregado fino y grueso | Tamiz de 3/8 de pulgada |
| Tamaño máximo respecto al mínimo | No más de 3 veces |
| Porcentaje de la mezcla total | No debe superar el 10-15 % |
Los intervalos granulométricos del agregado fino deben ajustarse a los límites proporcionados en ASTM C 33. El contenido permitido de sustancias perjudiciales para los agregados finos y gruesos se encuentra en las tablas 1 y 3 de ASTM C 33, respectivamente. Algunos proyectos pueden exigir límites todavía más estrictos.
Absorción, humedad y condición SSD
El contenido de humedad del agregado influye en la trabajabilidad del hormigón. Si los agregados están demasiado secos, absorben agua de la mezcla. Si están demasiado húmedos, el exceso de humedad debe restarse de la cantidad prevista de agua de mezclado.
La absorción y la humedad superficial de los agregados son aspectos sencillos, pero de importancia crítica para producir un hormigón que alcance de forma constante la resistencia especificada o prevista.
Los agregados se comportan en cierta medida como pequeñas esponjas duras. Los cálculos del diseño de mezcla se realizan suponiendo que los agregados se encuentran en condición de superficie saturada seca, o SSD, lo que significa que su absorción está satisfecha y que no toman agua de la mezcla ni aportan agua a ella.
Si la absorción del agregado no está satisfecha, esas “esponjas” absorben parte del agua designada para la mezcla y reducen el asentamiento del hormigón. Si los agregados están excesivamente húmedos, por encima de la cantidad necesaria para satisfacer su absorción, el agua adicional debe restarse de la cantidad de agua de mezclado incorporada por lote.
Calidad y durabilidad del agregado
Un agregado de buena calidad debe estar limpio, ser duro y resistente, contener partículas durables y estar libre de productos químicos perjudiciales absorbidos, recubrimientos de arcilla u otros contaminantes que puedan afectar la hidratación del cemento o reducir la adherencia entre la pasta y el agregado.
Como material natural, el agregado puede incluir ocasionalmente partículas meteorizadas o inestables en el producto suministrado. El contenido permitido de sustancias perjudiciales para los agregados finos y gruesos está indicado en ASTM C 33, tablas 1 y 3, respectivamente.
Una superficie de hormigón plano puede presentar un desprendimiento superficial localizado sobre una partícula de sílex. Aunque no constituye una preocupación estructural, este defecto superficial puede generar reclamaciones estéticas y, si es excesivo, comprometer la calidad del recubrimiento en losas reforzadas.
Algunas partículas de sílex son más absorbentes que los agregados de mayor calidad. Cuando se encuentran cerca de una superficie saturada, pueden absorber agua y, al congelarse, expandirse y desprender el hormigón situado inmediatamente por encima, junto con una parte del propio agregado.
Una sección transversal de un testigo cortado longitudinalmente muestra el mecanismo de un desprendimiento superficial.
Segregación y gestión de los acopios
Para hacer frente a una segregación excesiva de los tamaños de partículas, normalmente se reorganizan los acopios alrededor de su circunferencia antes del dosificado, con el fin de volver a mezclar los tamaños, en lugar de trabajar directamente en línea recta dentro del acopio.
Los acopios deben construirse en capas horizontales o con una pendiente suave para reducir la segregación. También deben estar suficientemente separados para permitir que las pilas se trabajen correctamente.
Una gestión deficiente de los acopios puede alterar la distribución granulométrica, la humedad y la uniformidad del material que llega a la planta. Por ello, el control de los acopios forma parte esencial del control de la distribución del agregado.
Tamaño máximo y colocación del hormigón
La selección del tamaño máximo del agregado debe considerar el método de colocación, el espesor de la losa, la distancia libre entre las barras de refuerzo y la dimensión del recubrimiento.
El tamaño máximo recomendado del agregado debe permitir el paso a través de la distancia libre entre el acero de refuerzo y la dimensión del recubrimiento.
El tamaño máximo del agregado también depende del método de colocación y del espesor de la losa.
| Factor | Importancia en la selección del tamaño máximo |
|---|---|
| Distancia libre entre barras de refuerzo | El agregado debe poder atravesar el espacio disponible |
| Dimensión del recubrimiento | El tamaño del agregado debe ser compatible con el recubrimiento |
| Método de colocación | Condiciona el tamaño máximo que puede colocarse adecuadamente |
| Espesor de la losa | Influye en la selección del tamaño máximo del agregado |
Diseño y optimización de la mezcla
Una granulometría optimizada, basada en la disponibilidad del agregado y en los requisitos del proyecto, produce un hormigón económico con buena trabajabilidad y facilidad de acabado.
Los agregados son ingredientes económicos en la creación de un sistema cementicio. Sus características reducen el costo de la mezcla. Sin embargo, el agregado es tan importante como el cemento y los aditivos utilizados en la preparación de productos a base de cemento.
Debe seleccionarse el agregado adecuado para diseñar correctamente el hormigón y el mortero. Una vez seleccionado el agregado apropiado, la siguiente cuestión importante es la distribución del tamaño de los granos dentro del agregado.
Los límites adecuados deben establecerse determinando las proporciones de uso del agregado a partir de los valores límite proporcionados. Posteriormente, debe prepararse la mezcla del sistema cementicio y comprobarse si cumple las características requeridas.
La mezcla del sistema cementicio debe comprobarse para verificar que no provoque la segregación de partículas grandes y pequeñas durante el volteo, el transporte y la colocación del hormigón fresco.
Ensayos y control de conformidad
Antes de preparar las mezclas de hormigón y mortero, deben comprobarse los parámetros de calidad del agregado para determinar su idoneidad.
Los agregados utilizados en los ensayos de laboratorio deben representar fielmente los agregados que se utilizarán en el proyecto.
La granulometría del agregado se determina mediante un análisis por tamizado. Mediante estas curvas puede establecerse la proporción entre el agregado grande y el pequeño para definir claramente la cantidad que debe utilizarse.
El hormigón y el aglomerado utilizados en los proyectos de construcción deben cumplir normas de calidad y regulaciones estrictas. Debido a que estas normas son con frecuencia obligatorias, los ensayos de hormigón y aglomerado realizados por un tercero independiente son necesarios para ayudar a garantizar el cumplimiento.
Los servicios de ensayo de hormigón y aglomerado pueden ayudar a asegurar la calidad tanto del hormigón como del aglomerado. Como tercero independiente, un laboratorio especializado puede ofrecer personal altamente cualificado, laboratorios de ensayo, tecnología y acreditación para una amplia variedad de normas nacionales e internacionales.
Los ensayos exhaustivos del hormigón pueden realizarse en cada una de las fases del proyecto. También pueden ofrecerse ensayos completos del agregado en cada fase del proyecto.
Recomendaciones prácticas de control
- No se deben superar los límites de contenido de material perjudicial en los agregados finos y gruesos. Estos límites se presentan en las tablas 1 y 3 de ASTM C 33, respectivamente.
- Debe controlarse periódicamente el contenido de humedad de los agregados gruesos y finos para favorecer la uniformidad y la consistencia entre lotes.
- Las sondas de humedad instaladas en los depósitos de agregado deben calibrarse de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
- Los acopios deben construirse en capas horizontales o con una pendiente suave para reducir la segregación.
- Los acopios deben mantenerse suficientemente separados para permitir su correcta gestión.
- La granulometría debe mantenerse dentro de rangos estrechos una vez seleccionada para el proyecto, con el fin de mejorar la uniformidad entre lotes.
- La humedad real del agregado debe considerarse en el cálculo del agua de mezclado.
- Los ensayos de laboratorio deben utilizar muestras representativas del agregado que se incorporará al proyecto.
La eliminación de la arena de una mezcla transforma el hormigón convencional en una mezcla “sin finos”, también conocida como hormigón permeable.
¿Qué es y cómo se realiza un ensayo granulométrico?
Relación entre distribución y desempeño
La distribución del tamaño de las partículas finas y gruesas desempeña un papel significativo en la trabajabilidad y el comportamiento del hormigón.
Una distribución adecuada reduce los vacíos entre partículas, limita la demanda innecesaria de pasta y agua y contribuye a obtener una mezcla homogénea, densa y estable.
Una distribución inadecuada puede aumentar la demanda de agua, favorecer la segregación, modificar el asentamiento, dificultar el acabado y reducir la uniformidad de la resistencia y la durabilidad.
El sistema cementicio debe crearse y comprobarse para verificar si se ajusta a las características requeridas de la mezcla. El comportamiento final no debe juzgarse únicamente a partir de la curva granulométrica: la mezcla de prueba con los mismos materiales y proporciones previstas permite confirmar si la distribución seleccionada funciona realmente en el hormigón.
El contenido de humedad del agregado también interviene en la trabajabilidad del hormigón. Si el agregado está demasiado seco, absorbe agua de la mezcla; si está demasiado húmedo, aporta agua adicional que debe descontarse. Por tanto, la granulometría, la forma de las partículas, la absorción, la humedad, la calidad mineralógica y la gestión del material deben controlarse conjuntamente.
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