4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 Áridos para hormigón
4.1.1 Granulometría
Para la granulometría del árido grueso las normas ASTM C 33, INEN 872 y NCh 163 establecen una serie de rangos granulométricos que el árido debe cumplir. Si un material posee partículas con una distribución de tamaño uniforme no afectará las proporciones relativas del árido, la demanda de agua, la cantidad de cemento, trabajabilidad, bombeabilidad, la economía y durabilidad del hormigón (Kosmatka et al., 2004).
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En cambio las especificaciones españolas EHE proponen la parábola de Fuller y Bolomey; así si la granulometría del árido tiende a su forma se considera como aceptable. Para el árido fino cada una de estas especificaciones establece el cumplimiento de un solo rango granulométrico.
Del ensayo de análisis granulométrico se determinó el tamaño máximo nominal, la curva granulométrica, el número de tamaño o rango y el módulo de finura del árido (Ver Tabla 4.1). El número de tamaño se estableció en base a la comparación de la granulometría del árido con cada rango indicado en las normas ASTM C 33, INEN 872 y NCh 163.
Tabla 4.1 Número de tamaño del árido grueso
Concesión Minera T.M.N. (mm) ASTM C 33 INEN 872 NCh 163 -Rango (mm)
Junior y La Flaca 37,5 467 467 50-5
El Huato 37,5 467 467 50-5
Malca 3 37,5 467 467 40-5
En la gráfica 4.1 se muestra la comparación de la granulometría del árido grueso con los rangos propuestos por la norma ASTM C 33 e INEN 872. Como se observa la granulometría del árido de la concesión minera Malca 3 presenta todos los puntos dentro de los límites granulométricos que corresponden al número de tamaño 467. Los resultados más satisfactorios se lograrán al emplear el árido de Malca 3 y se obtendrá una mezcla económica y trabajable. Por el contrario la granulometría del material de la concesión Junior-La Flaca y El Huato no cumple con los límites propuestos por estas normas, para fabricar hormigón con este tipo de material se requerirá de una mayor cantidad de pasta de cemento y con ello aumentará en costo de producción de la mezcla. La gráfica 4.2 muestra la comparación realizada de la granulometría del árido grueso con los rangos propuestos por la norma chilena NCh 163. A partir de esta comparación, de igual forma el árido grueso de la concesión minera Malca 3 presenta una granulometría con todos los puntos dentro del rango (40-5 mm).
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La concesión minera Junior-La Flaca y El Huato en cambio produce un material con exceso de partículas gruesas, a causa de este tipo de árido se podría producir segregación en el hormigón fresco (Estudio granulométrico de áridos de Chile, s.f.).
La normativa española EHE para el árido grueso propone la parábola de Fuller y Bolomey, como se indicó anteriormente se considera la granulometría de un árido como uniforme o proporcionada cuando su forma tiende a la de estas parábolas.
Para graficar la parábola de Fuller y Bolomey se tomó como abscisas la serie normalizada ISO-565, UNE 7050 y Tyler, Bolomey para la parábola considera una constante (a) cuyo valor depende de la consistencia del hormigón sea esta seca, blanda o fluida y del tipo de árido que se emplee sea este rodado o triturado (Jiménez et al., 2000).
En la gráfica 4.3 y 4.4 se muestra la comparación de la granulometría del árido con la parábola de Fuller y Bolomey para los tres tipos indicados de consistencia en el hormigón; como se observa en la gráfica, la granulometría del árido grueso de las concesiones mineras en análisis no tiende a la forma de la parábola de Fuller y de Bolomey, es decir el árido no cumple con los requerimientos de gradación de la norma española.
La distribución de tamaño de un árido es muy importante en las características de un hormigón, el árido de las concesiones mineras investigadas al no cumplir con la normativa EHE en cuanto a los requerimientos de granulometría, no debería emplearse, ya que se obtendría un hormigón no muy trabajable y además se produciría segregación durante el mezclado, afectándose así la resistencia del hormigón endurecido (Jiménez et al., 2000).
Un árido con partículas de forma y tamaño uniformes reduce la demanda de pasta de cemento debido que el material no tendrá un contenido de vacíos elevado, puesto que la distribución de sus partículas hace que tal contenido disminuya (Kosmatka et al., 2004).
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La Tabla 4.2 muestra el módulo de finura del árido fino, cuando se tiene un valor dentro de los límites recomendados, el árido se considera como aceptable para fabricar hormigón. Sólo la norma ecuatoriana INEN 872 y española EHE 163 recomiendan un valor de módulo de finura para el árido fino, las especificaciones de la norma ASTM C 33 y NCh 163 proponen sólo el cumplimiento del rango granulométrico del material.
Tabla 4.2 Módulo de finura del árido fino
Concesión Minera M.F. INEN 872 EHE
Junior y La Flaca 4,62
2,3-3,1 Próximo a 3
El Huato 4,53
Malca 3 4,19
En la Gráfica 4.5 se muestra la granulometría del árido fino comparada con el límite granulométrico indicado en la norma ASTM C 33 e INEN 872, además de estas normas el árido fino se comparó también con el rango propuesto por el ACI 302-1R-4 para áridos de peso normal utilizados en pisos de hormigón.
Gráfica 4.5 Distribución granulométrica del árido fino – ASTM C 33, INEN 872 y ACI 302-1R-4
El árido fino de las concesiones mineras posee una granulometría con puntos fuera de los límites granulométricos a causa de un exceso de fracciones gruesas (Figura 4.5), un árido fino de este tipo resulta antieconómico, puesto
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que se afectará la demanda de agua, cemento y la resistencia del hormigón. Del ensayo se determinó que el árido fino de las concesiones mineras presenta un porcentaje retenido en el tamiz No 300 y No 50 superior al 5% y al 0% respectivamente, por ello se podría emplear en hormigón con aire incluido siempre que se corrija su gradación (Anexo 4) (Kosmatka et al., 2004).
La norma chilena NCh 163 para el árido fino propone siete rangos granulométricos, cada uno de ellos denota un material muy grueso, grueso, medio, fino, muy fino y discontinuo; el rango granulométrico del árido fino que se propone en las normas ASTM C 33, INEN 872 y EHE de áridos para hormigón corresponde a la granulometría media de la norma chilena NCh 163. La granulometría del árido fino de las concesiones en estudio tiende a estar comprendida entre los límites de un material grueso (Ver Gráfica 4.6), este tipo de árido según la norma chilena se recomienda para hormigón prefabricado, en cualquier otro tipo de mezcla producirá segregación y requerirá de un mayor contenido de cemento (NCh 163, 1979).
Gráfica 4.6 Distribución granulométrica del árido fino para la concesión minera Junior- La Flaca, El Huato y Malca 3 – Norma NCh 163.
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La normativa española EHE plantea un solo rango granulométrico para el árido fino. La granulometría del árido fino de la concesión minera Malca 3 es la que más se ajusta al dominio propuesto por esta normativa (Ver Gráfica 4.7); ya que el árido de Malca 3 es más fino debido a que posee un módulo de finura más bajo que el del material producido por la concesión minera Junior-La Flaca y El Huato (Ver Tabla 4.2).
Gráfica 4.7: Distribución granulométrica del árido fino para la concesión minera Junior - La Flaca, El Huato y Malca 3 – Norma EHE