Evaluación de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de áridos del cantón Loja

207  12  Descargar (0)

Texto completo

(1)

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

La Universidad Católica de Loja

TITULACIÓN DE INGENIERO CIVIL

“Evaluación de las propiedades físicas, químicas y

mecánicas de áridos del cantón Loja”

Trabajo de fin de titulación.

AUTOR: Cartuche Malla Juan Miguel

DIRECTOR: Valarezo Aguilar Marlon Francisco, M.Sc.

(2)

II Y DIRECTOR DE TESIS;

C E R T I F I C A:

Que revisada y dirigida la tesis sobre el tema:

EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y MECÁNICAS DE ÁRIDOS DEL CANTÓN LOJA”, fue elaborada por el Egresado Juan Miguel Cartuche Malla, bajo mi dirección, habiendo cumplido con los requisitos metodológicos, teóricos y prácticos e investigativos.

Después de la revisión, análisis y corrección respectiva, autorizo su presentación para la defensa y sustentación del proyecto de tesis.

Loja, Junio del 2012

(3)

III

CESIÓN DE DERECHOS DE TESIS

Yo, Juan Miguel Cartuche Malla declaro ser autor del presente trabajo y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.

Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 de Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que su parte pertinente dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de titulación que se realicen a través, o con apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”

(4)

IV

AUTORÍA

Las ideas y conceptos, así como el tratamiento formal y científico de la metodología de la investigación contemplada en la tesis sobre

“EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y MECÁNICAS DE ÁRIDOS DEL CANTÓN LOJA”, previa a la obtención del grado de Ingeniero Civil de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad Técnica Particular de Loja, son de mi responsabilidad.

(5)

V

DEDICATORIA

Con profundo cariño a Dios por todas la bendiciones que me ha concedido a lo largo de mi vida; a mis queridos padres Miguel Cartuche y Eleovina Malla, quienes que con todo su amor y esfuerzo me han apoyado incondicionalmente para cumplir este gran sueño; a todos mis hermanos y amigos que me han brindado su sincero apoyo, y a todas las personas que me apoyaron en mi formación profesional.

(6)

VI

AGRADECIMIENTOS

Dejo constancia de mi profundo agradecimiento a:

De manera especial al Ing. Marlon Valarezo A, quien con su comprensión me oriento con sus conocimientos y dedicación; a los docentes de la UCG, que con su buena voluntad me apoyaron en toda mi formación profesional; a todas las personas que colaboraron en la realización de las entrevistas y lograr desarrollar la presente investigación.

(7)

VII

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CONTENIDO PAG.

PORTADA ... I

CERTIFICACIÓN ... II

CESIÓN DE DERECHOS ... III

AUTORÍA ... IV

DEDICATORIA ... V

AGRADECIMIENTOS ... VI

ÍNDICE DE CONTENIDOS ... VII

ÍNDICE DE TABLAS ... XI

ÍNDICE DE GRÁFICAS ... XIII

ÍNDICE DE FIGURAS ... XV

RESUMEN ... XVII

ABSTRACT ... XVIII

1.GENERALIDADES... 1

1.1 Justificación...2

1.2 Objetivos...3

1.2.1 Objetivo general...3

1.2.2 Objetivos específicos...3

1.3 Metodología de investigación...3

1.3.1 Bibliografía...3

1.3.2 Información de registros legales del A.R.C.O.M...3

1.3.3 Entrevistas...4

1.3.4 Muestro y análisis de laboratorio...4

(8)

VIII

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ... 6

2.1 Definición de árido...6

2.2 Clasificación de los áridos...7

2.2.1. Según su procedencia...7

2.2.2. Según su aplicación...7

2.2.3. Según su modo de extracción...8

2.2.4. Según su forma...8

2.3 Yacimientos de áridos naturales...8

2.4. Concesión minera...12

2.5. Propiedades de los áridos...12

2.5.1 Propiedades geométricas...12

2.5.2 Propiedades físicas...15

2.5.3 Propiedades mecánicas...21

2.5.4 Propiedades térmicas...22

2.5.5 Propiedades químicas...23

2.6. Composición mineralógica de áridos...31

2.7. Especificaciones técnicas para áridos que serán empleados en la construcción. ...32

2.8. Control de calidad de áridos...33

2.9. Frecuencia de pruebas en áridos...34

3. DELIMITACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ...39

3.1 Investigación de campo...40

3.1.1 Control de calidad en obra...41

3.1.2 Control de calidad en la planta de explotación...42

3.1.3 Características de las concesiones mineras en estudio... 44

3.1.3.1 Concesión minera Malca 3...44

3.1.3.2 Concesión minera El Huato... 46

(9)

IX

3.2 Características geológicas del material en estudio...49

3.3 Muestreo de áridos...51

3.3.1 Reducción de las muestras de árido para ensayo...52

3.4 Análisis de laboratorio... 53

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ...59

4.1 Áridos para hormigón...59

4.1.1 Granulometría...59

4.1.2 Masa específica relativa y masa específica...73

4.1.3 Masa volumétrica y contenido de vacíos...74

4.1.4 Contenido de humedad...75

4.1.5 Absorción de áridos...76

4.1.6 Abundamiento de áridos...76

4.1.7 Partículas de tamaño menor a 75 µm... 78

4.1.8 Resistencia al desgaste por abrasión... 79

4.1.9 Impurezas orgánicas...80

4.1.10 Contenido de terrones de arcilla y partículas desmenuzables...81

4.1.11 Análisis petrográfico del árido en el hormigón...82

4.2 Áridos para obras viales...84

4.2.1 Mortero para obras viales...86

4.2.2. Capas de sub-base...86

4.2.3. Capas de base...87

4.2.4. Capa de rodadura de hormigón asfáltico...90

4.2.5. Tratamientos bituminosos superficiales...91

4.2.6. Sellos corrientes y sellos de lechada asfáltica...93

4.2.7. Áridos para subdrenes...93

4.3. Áridos en morteros para mampostería...95

4.4 Áridos para medios filtrantes granulares... 96

(10)

X

6. BIBLIOGRAFÍA ... 105

ANEXOS ... 112

Anexo 1. Entrevistas dirigidas a constructores y propietarios de las concesiones mineras Junior-La Flaca, El Huato y Malca 3.

Anexo 2. Registros de propiedades del árido de las concesiones mineras El Huato y Malca 3.

(11)

XI

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA PAG.

Tabla 2.1 Escala de dureza de Mohs ... 19

Tabla 2.2 Minerales perjudiciales en el árido ... 31

Tabla 2.3 Áridos para hormigón UNE-EN 12620:2003 ... 35

Tabla 2.4 Áridos para mortero UNE-EN 13139:2003 ... 36

Tabla 2.5 Áridos para mezclas bituminosas, tratamientos superficiales y otras zonas pavimentadas UNE-EN 13043:2003... 36

Tabla 2.6 Áridos ligeros para hormigón, mortero e inyectado UNE-EN 13055-1:2003 ... 37

Tabla 2.7 Áridos para capas granulares y capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas estructurales de firmes UNE-EN 13242:2003 ... 37

Tabla 2.8 Áridos para Escolleras UNE-EN 13383-1:2003... 38

Tabla 2.9 Áridos para Balasto UNE-EN 13450:2003 ... 38

Tabla 3.1 Promedio mensual de árido comercializado ... 43

Tabla 3.2 Característica geológicas de afloramiento ... 50

Tabla 4.1 Número de tamaño del árido grueso... 60

Tabla 4.2 Módulo de finura del árido fino... 70

Tabla 4.3 Masa específica relativa y Masa específica del árido ... 74

Tabla 4.4 Masa volumétrica de áridos ... 74

(12)

XII

Tabla 4.6 Contenido de humedad de áridos ... 75

Tabla 4.7 Capacidad de absorción de áridos... 76

Tabla 4.8 Factor de abundamiento ... 77

Tabla 4.9 Abundamiento de áridos ... 78

Tabla 4.10 Partículas más finas que 75 µm en el árido ... 78

Tabla 4.11 Resistencia a la abrasión del árido grueso ... 79

Tabla 4.12 Contenido de terrones de arcilla en el árido ... 81

Tabla 4.13 Requerimientos de áridos para obras viales ... 85

Tabla 4.14 Requisitos en el árido fino en morteros para mampostería ... 95

Tabla 4.15 Requisitos en áridos para medios filtrantes granulares ... 96

Tabla 4.16 Requerimientos para el Árido fino ... 98

(13)

XIII

ÍNDICE DE GRÁFICAS

GRÁFICA PAG.

Gráfica 4.1 Distribución granulométrica del árido grueso – Norma ASTM C 33 e

INEN 872. ... 61

Gráfica 4.2 Distribución granulométrica del árido grueso – Norma NCh 163. ... 64

Gráfica 4.3 Distribución granulométrica del árido – Parábola de Fuller (Serie de tamices ISO-565, UNE-7050 y Tyler). ... 67

Gráfica 4.4 Distribución granulométrica del árido – Parábola de Bolomey (Serie de tamices ISO-565, UNE-7050 y Tyler). ... 68

Gráfica 4.5 Distribución granulométrica del árido fino – ASTM C 33, INEN 872 y ACI 302-1R-4 ... 70

Gráfica 4.6 Distribución granulométrica del árido fino para la concesión minera Junior-La Flaca, El Huato y Malca 3 – Norma NCh 163. ... 71

Gráfica 4.7 Distribución granulométrica del árido fino para la concesión minera Junior - La Flaca, El Huato y Malca 3 – Norma EHE ... 73

Gráfica 4.8 Granulometría de áridos para morteros de obras viales ... 86

Gráfica 4.9 Granulometría de áridos para capas de Sub-base Clase 3 ... 87

Gráfica 4.10 Granulometría de áridos para capas de Base Clase 4 ... 88

Gráfica 4.11 (a) Granulometría de áridos para base de hormigón asfáltico mezclada en planta. (b) Granulometría de áridos para base de hormigón asfáltico mezclada en sitio. ... 89

Gráfica 4.12 Granulometría de áridos para capa de rodadura de hormigón asfáltico .... ... 91

Gráfica 4.13 Granulometría de áridos para tratamientos bituminosos superficiales .. 92

(14)

XIV

Gráfica 4.15 (a) Granulometría de áridos para subdrenes Clase 1 – Tipo A, (b) Granulometría de áridos para subdrenes Clase 2. ... 94

Gráfica 4.16 Granulometría de áridos para subdrenes Clase 1 – Tipo B... 94

(15)

XV

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA PAG.

Figura 3.1 Porcentaje de empleo de áridos según su origen ... 40

Figura 3.2 Ubicación de concesiones mineras – Google Earth ... 41

Figura 3.3 Maquinaria y sistema de cribado – Concesión minera Malca 3 ... 44

Figura 3.4 Ubicación de concesiones minera Malca 3 ... 45

Figura 3.5 Sistema de cribado y depósitos de árido - Concesión minera El Huato ... 46

Figura 3.6 Ubicación de concesiones minera El Huato ... 47

Figura 3.7 Ubicación de concesiones minera Junior y La Flaca... 48

Figura 3.8 Sistemas de cribado y maquinaria - Junior y la Flaca ... 49

Figura 3.9 Ignimbritas con clastos subredondeados ... 50

Figura 3.10 Muestreo y almacenaje de áridos ... 51

Figura 3.11 Reducción de muestras de áridos ... 52

Figura 3.12 Análisis granulométrico del árido ... 53

Figura 3.13 Masa volumétrica del árido ... 53

Figura 3.14 Masa específica del árido ... 54

Figura 3.15 Resistencia al desgaste por abrasión del árido grueso ... 55

Figura 3.16 Abundamiento de áridos ... 55

Figura 3.17 Contenido de humedad de áridos ... 56

Figura 3.18 Partículas con tamaño menor a 75 µm ... 56

Figura 3.19 Impurezas orgánicas en el árido fino ... 57

Figura 3.20 Contenido de terrones de arcilla en el árido ... 57

Figura 3.21 Muestra de hormigón ... 58

(16)

XVI

Figura 4.2 Comparación de muestras de árido fino con la solución patrón. ... 80 Figura 4.3 Mineral cuarzo en muestra de hormigón ... 82 Figura 4.4 (a) Mineral esquisto, (b) Mineral rodocrosita en muestra de hormigón ... ... 83 Figura 4.5 (a) Mineral mica, (b) Mineral esquisto micáceo en muestra de hormigón.

(17)

XVII

RESUMEN

La construcción se considera como una de las actividades que define el desarrollo de un país, el crecimiento de sus ciudades hace que surja la necesidad de construir edificaciones, carreteras, obras hidráulicas, entre otras que permiten mejorar la calidad de vida de los habitantes. Uno de los principales materiales para la construcción de estas infraestructuras es el árido, de allí se destaca su importancia, puesto que de sus propiedades depende la resistencia y durabilidad de las obras, es entonces primordial asegurar su buena calidad en la industria de la construcción.

El presente trabajo de investigación se realiza con fin de evaluar las propiedades físicas y mecánicas de los áridos empleados en la construcción dentro del cantón Loja. Las propiedades del árido se evalúan en base a los requerimientos de las normas técnicas nacionales e internacionales ASTM C 33, NTE INEN 872, EHE, NCh 163, Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador M.T.O.P., NTE INEN 2536 y NTE INEN 2149 para hormigón, obras viales, morteros para mampostería y medios filtrantes para el tratamiento del agua.

Con la investigación de campo efectuada a través de una entrevista, se establece las concesiones mineras con mayor demanda de áridos para la construcción en la ciudad de Loja, las cuales son: Junior-La Flaca, El Huato y Malca 3, ubicadas en el cantón Loja y Catamayo. El personal técnico de cada una de estas concesiones mineras no lleva ningún control de calidad del material, puesto que ninguna institución pública posee las competencias necesarias para controlar la calidad de los áridos.

(18)

XVIII

ABSTRACT

The construction is considered one of the activities that define a country's development, growth of its cities raises the need to construct buildings, roads, waterworks, including that improve the quality of life for residents. The main material in this infrastructure are the barren, hence highlighting its importance since their properties depend on the strength and durability of the works, then it is essential to ensure good quality in the construction industry.

This research work was performed to assess the physical and mechanical properties of aggregates used in construction within the canton Loja. The aggregate properties are assessed based on the requirements of national and international standards ASTM C 33, NTE INEN 872, EHE, NCH 163, Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador M.T.O.P., NTE INEN 2536 and NTE INEN 2149 for concrete, road works, masonry mortars and filter media for water treatment.

With the field research conducted through an interview, establishing mining concessions with increased demand for aggregates for construction in the Loja city, which are: Junior-La Flaca, El Huato and Malca 3, located in Canton Loja and Catamayo. The technical staff of each of these mining concessions carries no quality control material, since no public institution has the necessary powers to control the quality of aggregates.

(19)

1

1. GENERALIDADES

La producción de áridos es una de las mayores industrias en el mundo, debido a que en la construcción se emplean grandes volúmenes para levantar obras de infraestructura tales como: viviendas, hospitales, edificios, carreteras, vías de ferrocarril, obras hidráulicas entre otras, de este modo su producción se relaciona directamente con la actividad socio-económica de un país y con su empleo se mejora la calidad de vida de la sociedad.

Para obtener una obra resistente y durable, esta debe construirse con áridos de buena calidad, la cual se evalúa en base a normas nacionales e internacionales en las que se proponen las propiedades que deben determinarse de forma obligatoria en el árido y los requisitos que debe cumplir para ser calificado como un buen material de construcción.

En la ciudad de Loja el incremento en la construcción es notable y con ello el empleo de áridos, material que se utiliza en forma directa o como materia prima para mezclas rígidas o flexibles. El árido que se suministra de los depósitos ubicados en la ciudad, principalmente se emplea en la fabricación de hormigón para la construcción de viviendas y edificios.

Estudios en la Universidad Técnica Particular de Loja (Jiménez y Chillogallo, 2005; Sánchez, 2004) demuestran que el hormigón con el que se construye en la ciudad de Loja es de muy baja resistencia. Así mismo, también se han realizado investigaciones al árido extraído de sectores ubicados en el Cantón Loja: Sector Valle Hermoso-Río Chira (Armijos y Toledo, 2004), Villonaco Km 6+200 y Masaca Km 18+000 (Granda y Cabrera, 2001), Zuninng, Nangora y Sabiango (Lapo, 1997), Cantera Lucarqui y Valle Hermoso (Febres et al., 2004), en los que se determina algunas propiedades físicas del material con el objetivo de diseñar mezclas de hormigón.

(20)

2

ha efectuado ninguna investigación con el objetivo de valorar la calidad del árido que se produce en el cantón Loja.

1.1 Justificación

Por tal motivo se realiza esta investigación, en donde el árido de las concesiones mineras del cantón Loja con mayor demanda para la construcción, se evalúa en base a las normas ASTM C 33, INEN 872, EHE y NCh 163, que establecen los requerimientos mínimos que debe cumplir el árido para obtener un hormigón compacto y trabajable, para obras viales se sigue las especificaciones del Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador, la norma NTE INEN 2536 para mezclas de mortero y para medios filtrantes los requisitos mínimos se toman de la norma NTE INEN 2149.

Un árido al no cumplir con las especificaciones según el tipo de aplicación, puede provocar el deterioro de elementos estructurales y no estructurales de las obras; en el hormigón fresco pueden presentarse problemas en cuanto a la trabajabilidad, segregación, cambio de volumen, bombeabilidad y mala adherencia entre la pasta y el árido, en el hormigón endurecido se pueden producir fisuras y obtener mezclas de baja resistencia (Kosmatka et al., 2004), por lo tanto se destaca la importancia de realizar un minucioso estudio de la calidad del árido previamente a su utilización. De igual forma en morteros, obras viales y medio filtrantes la mala calidad de este tipo de material afecta su resistencia y durabilidad.

(21)

3 1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Evaluar las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los áridos empleados en la construcción dentro del cantón Loja.

1.2.2 Objetivos específicos

 Identificar las fuentes de abastecimiento de áridos para uso en el sector de la construcción del cantón Loja.

 Determinar las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los áridos que se comercializan dentro del cantón Loja.

 Determinar si los áridos que se emplean para la construcción en la ciudad de Loja cumplen con criterios de calidad mínimos a nivel local, nacional e internacional.

1.3 Metodología de investigación

1.3.1 Bibliografía

Para el desarrollo del presente estudio primero se seleccionó la bibliografía relacionada con el tema, principalmente las normas técnicas para mezclas de hormigón, mezclas de mortero, obras viales y medios filtrantes para el tratamiento del agua.

1.3.2 Información de registros legales del A.R.C.O.M.

(22)

4 1.3.3 Entrevistas

En base a la información del ARCOM y a través de una entrevista previamente estructurada realizada a contratistas o encargados de obra en el ámbito de la construcción de la ciudad de Loja, se determinó las concesiones mineras que suministran la mayor cantidad de áridos. Así también se estableció el control de calidad realizado por parte del constructor y del personal técnico a cargo de la producción del material. Además se investigó acerca de las características de cada concesión minera y se establece si las propiedades del árido que constan en sus registros pertenecen a aquellas que permiten evaluar la calidad del material.

1.3.4 Muestro y análisis de laboratorio

Posteriormente se viajó a las plantas de producción de las concesiones mineras con el fin de obtener muestras del árido para el análisis de laboratorio, cada muestra se protege debidamente para evitar la contaminación durante el trasporte.

Las pruebas que se realizaron al árido corresponden a aquellas que deben efectuarse de forma obligatoria según las especificaciones tomadas de base para el empleo de este tipo de material de construcción. Se cuido que cada prueba se realice correctamente a fin de evitar resultados erróneos en las propiedades del material que afecten el análisis de resultados.

Los ensayos se efectuaron en el laboratorio de la U.C.G. de la Universidad Técnica Particular de Loja, el cual posee todos los materiales y equipos mínimos necesarios para su ejecución. Cada prueba de laboratorio fue establecida siguiendo los procedimientos descritos en las normas internacionales emitidas por el American Society Testing and Machine (ASTM).

1.3.5 Análisis de resultados

(23)

5

(24)

6

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

En la presente sección se describe la definición de un árido, su clasificación, el origen y su procedencia, así también se refiere a sus propiedades, la composición mineralógica, las especificaciones para el control de calidad del material y la frecuencia con la que deben ejecutarse las pruebas para lograr un control efectivo del material.

Los áridos a lo largo del transcurso del tiempo siempre se han empleado para diversas aplicaciones, así desde un inicio de la civilización, el hombre utilizaba bloques de roca tallados manualmente para construir sus refugios como protección del medio ambiente. Conforme fue avanzando el tiempo a la par con el crecimiento de las comunidades se utiliza el árido para la construcción de fortalezas y grandes edificaciones, un ejemplo claro se refleja en las pirámides de Egipto. Posteriormente se formaron grandes imperios en donde el árido se emplea para construir caminos, puentes y estadios otorgándole así más aplicaciones.

En la actualidad el empleo de los áridos es muy grande, es la materia prima más utilizada luego del agua; se considera que cada habitante en el mundo consume 11 toneladas de árido al año, lo que equivale a más de 10.000 veces su peso o el volumen requerido para llenar 32 volquetes bañera (Comisión Nacional de Áridos de Chile, 2001).

Así, los áridos se han convertido en un material de construcción irreemplazable, más sin su empleo no se pueden llevar a cabo obras de infraestructura básica, su demanda es muy grande y con su aprovechamiento se mejora la calidad de vida de la sociedad y se contribuye al desarrollo socio-económico de los pueblos (Aduvire et al., 2003).

2.1 Definición de árido

(25)

7 2.2 Clasificación de los áridos

Los áridos se pueden clasificar según: su procedencia, modo de extracción, aplicación y por su forma (Aduvire et al., 2003).

2.2.1. Según su procedencia

Según su origen o procedencia, existen tres clases de áridos: naturales, artificiales y reciclados.

Áridos naturales.- Los áridos naturales pueden ser de dos clases: granulares y triturados, los primeros se obtienen de depósitos sedimentarios de sistemas fluviales y los triturados se fabrican en canteras a través del proceso propio de trituración de grandes macizos rocosos. Los áridos naturales además de ser utilizados en la construcción también forman parte de aplicaciones industriales tales como: revestimientos aislantes y refractarios, cerámica y vidrio, materiales abrasivos, industria papelera, industria de los plásticos, industria de la pintura y detergentes, fabricación de cemento, industrias químicas y farmacéuticas, tratamiento de aguas, usos agrícolas, corrección de suelos, entre otras. También se emplean en obras de saneamiento, es el caso de lechos filtrantes compuestos por áridos de distinta gradación que sirven para purificar el agua (ANEFA – Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos, 2011).

Áridos artificiales.- Son materiales que corresponden a residuos de procesos industriales tales como escorias siderúrgicas, cenizas volantes y estériles mineros (Aduvire et al., 2003).

Áridos reciclados.- Son producto de la demolición de edificaciones, pavimentos de hormigón viejos o cualquier otro tipo de estructura en donde los áridos nuevos se originan por la trituración del hormigón demolido (Aduvire et al., 2003).

2.2.2. Según su aplicación.

(26)

8

Uso en forma directa.- Se utiliza el árido para obras tales como: Defensas fluviales y marítimas, escolleras, terraplenes, capas granulares de rodadura, sub-bases granulares, balasto, drenes y rellenos estructurales.

Uso como materia prima.- El árido como material de construcción se emplea para la fabricación de diversos tipos de hormigón, mortero, mezclas asfálticas, tratamientos asfálticos y bases granulares tratadas.

2.2.3. Según su modo de extracción

El árido se clasifica según la extracción en artesanal y mecánica, su diferencia radica en el equipo y maquinaria que se emplea para la producción. La extracción artesanal se realiza solo bajo el empleo de mano de obra, en donde el árido se clasifica solamente por su tamaño y la cantidad de material que se extrae no es considerable. La extracción mecánica surge de la necesidad de emplear grandes volúmenes de áridos requeridos para obras con una viabilidad técnica y económica alta, para tal producción se requiere de equipos y maquinaria pesada que garantice un rendimiento acorde con la demanda exigida.

2.2.4. Según su forma

Los áridos presentan varias formas y se clasifican en función a: su redondez, esferidad y textura superficial. Según su redondez, las partículas de un árido pueden ser de forma: angular, sub-angular, sub-redondeada, redondeada y muy redondeada. Con relación a su esferidad se puede tener áridos con formas: cúbicas, elongadas, aplanadas y lajeadas; por último en base a su textura superficial los áridos pueden ser de superficie lisa o corrugada (Comisión Nacional de Áridos de Chile, 2001).

2.3 Yacimientos de áridos naturales

(27)

9

yacimiento, en donde se estudia la composición de sus capas y la formación de rocas en sus inmediaciones (Petrascheck, 1965).

Existen varios tipos de yacimientos entre ellos los yacimientos metálicos compuestos por metales y mezclas de minerales; yacimientos de meteorización mecánica que son acumulaciones eluviales de varios minerales y materiales pesados resistentes; yacimientos de meteorización química que resultan de la descomposición de rocas; yacimientos sedimentarios de origen mecánico que son concentraciones sedimentarias de granos minerales, poseen una buena resistencia mecánica y química, presentando un peso específico elevado; finalmente, yacimientos sedimentarios de origen químico que se forman por metales contenidos en las disoluciones ocasionadas por meteorización y que son transportadas por ríos y aguas freáticas (Petrascheck, 1965).

Los yacimientos sedimentarios constituyen una de las principales fuentes de extracción de áridos naturales ya que presentan rocas sueltas con diferente composición mineralógica y química, al igual que su estructura, forma y granulometría. Según Aduvire et al., (2003) existen varios tipos de yacimientos en base al medio de sedimentación entre ellos:

Eluviales: Son aquellos materiales que constituyen suelos y que se alteran in situ para su extracción, se desarrollan sobre materiales graníticos y climas no muy activos, poseen un contenido elevado de finos, materia orgánica y no son considerados importantes para la producción de áridos.

Coluviales: Son depósitos que recubren las laderas y que se emplean para obtener áridos triturados debido a su gran volumen.

Aluviales: Están conformados por depósitos fluviales de un cauce lineal, poseen un contenido alto de materiales finos, también se caracterizan por tener buena clasificación granulométrica por lo que se los considera buenos yacimientos.

(28)

10

pendientes moderadas dando origen a un complejo sistema de canales fluviales en donde se forman grandes yacimientos de áridos. Presentan bajo contenido de finos e índices de redondez altos que los caracteriza como depósitos fluviales de gran calidad.

Depósitos de ríos meandriformes: Son sistemas fluviales que presentan formas sinuosas o meandros vistos de planta, poseen amplias y limosas llanuras de inundación donde se originan acumulaciones en forma de barras arenosas por lo que el principal árido que se puede extraer es arena.

Depósitos eólicos: Son depósitos grandes de material fino que se forman por el arrastre de vientos, poseen una buena conformación mineral y granulométrica, además poseen índices de redondez elevados.

Depósitos playeros: Son acumulaciones tanto de arena como de grava en playas, las gravas poseen índices de redondez y aplanamientos elevados son buenos yacimientos a pesar de ser afectados por agentes medioambientales.

Morrenas glaciales: Los yacimientos glaciales se forman en terrenos de cota elevada que corresponden a la zona de desagüe de un glaciar, están conformados por materiales detríticos con tamaños desde décimas de milímetro hasta bloques de un metro cúbico, este tipo de material no se utiliza como árido de calidad.

Depósitos glaciofluviales: Se originan de igual forma en zonas elevadas al igual que las morrenas glaciares, salvo que presentan una mejor selección de su material o mejor clasificación pero con granulometrías malas.

Brechas de falla: Las brechas de falla son aquellos yacimientos que están conformados por materiales no cohesivos y se producen en zonas de fractura que poseen fragmentos de roca.

(29)

11

eliminándose los materiales de fácil disgregación durante la etapa de acarreo del material. Una característica importante de este tipo de sistemas es que son renovables, es decir que el material es reabastecido de forma continua en los depósitos a causa del continuo arrastre del sistema fluvial (Aduvire et al., 2003).

Petrografía de los áridos

Los áridos son producto de la degradación y disgregación de las rocas, originadas bajo diferentes procesos, estos se pueden conformarse de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas (Aduvire et al., 2003).

Rocas ígneas: Son rocas que se producen a partir de la consolidación de magmas y puede ser de dos tipos rocas volcánicas y plutónicas. Las primeras corresponden a magmas de rápido enfriamiento que han ascendido a la superficie a través de la erupción de volcanes, también son conocidas con el nombre de efusivas y presentan minerales en forma de inclusiones tales como la riolita. Las rocas plutónicas se encuentran a grandes profundidades y son producto del enfriamiento lento del magma que al cristalizarse forma granos gruesos como granito y gabros (Aduvire et al., 2003).

Rocas sedimentarias:

Textura clástica: Este tipo de roca se clasifica por su tamaño en aglomerados con dimensiones superiores a 64 mm, conglomerados con tamaño de 2-64 mm, areniscas con dimensión de 2- 1/16 mm y arcillas con partículas de tamaño inferior a 1/16 mm.

Productos de la meteorización de las rocas, son acarreados de forma continua por ríos, viento, olas y el hielo, luego de lo cual se depositan en los valles de ríos, lagos y mares. Tales rocas se clasifican en función de su mineralogía y textura (Aduvire et al., 2003).

(30)

12 Rocas metamórficas:

2.4. Concesión minera

Las rocas metamórficas se forman a partir de las rocas ígneas y sedimentarias a través de procesos de metamorfismo en base a las condiciones de presión, temperatura y composición química de la roca, partículas de este tipo pueden ser gneis, anfibolita, mármol y diabasa (Comisión Nacional de Áridos de Chile, 2001).

Se considera a la concesión minera como un acto administrativo a través del cual se permite la participación en la actividad minera, es decir para la extracción de materiales de construcción de yacimientos en el Ecuador. La explotación se respalda por el título minero otorgado según la Ley de Minería promulgada en el Registro Oficial No. 515 de la República del Ecuador. (Comisión Legislativa y Técnica de la Asamblea Nacional del Ecuador, 2009).

El Área de Regulación y Control Minero “ARCOM” según el Reglamento General de la Ley de Minería establecida por el Ministerio de Recursos Naturales no Renovables y Ministerio de Finanzas del Ecuador (2009), entre una de sus atribuciones, se encarga de llevar un registro del otorgamiento, conservación y extinción de las concesiones mineras.

2.5. Propiedades de los áridos.

La calidad que ofrece un árido como material de construcción se refleja en sus propiedades y en base a ellas se proyecta la resistencia y durabilidad de una obra. Las propiedades de un árido se clasifican en geométricas, físicas, mecánicas, térmicas y químicas (Dirección General de Desarrollo Industrial de España, 2005).

2.5.1 Propiedades geométricas

Granulometría

(31)

13

establece el tamaño máximo nominal del árido y módulo de finura. En función al porcentaje de material que pasa a través de cada tamiz se representa de forma gráfica la distribución del material en lo que se denomina curva granulométrica.

Forma y textura superficial

La forma y textura superficial de un árido son características de gran importancia con relación a su comportamiento, ya sea si su aplicación es directa o como materia prima; tanto la forma y textura superficial afectan el rendimiento de estructuras, por ejemplo áridos en mezclas rígidas y flexibles. Tales características no se pueden cuantificar con exactitud, debido a la gran variabilidad de formas que presentan las partículas constituyentes de un árido (Comisión Nacional de Áridos de Chile, 2001).

La forma de una partícula se puede analizar a través de su redondez y esferidad, la primera se establece por medio del desgaste, de este modo se pueden presentar en una muestra de árido partículas angulares, sub-angulares, sub-redondeadas, redondeadas y muy redondeadas. En mezclas tanto rígidas como flexibles y además en obras en las cuales el árido se aplica en forma directa, la redondez determina: la facilidad de compactación, la cantidad de ligante a emplear, la trabazón entre las partículas, el grado de fracturación, el contenido de vacíos, volumen de agua requerido, resistencia a la flexión y tracción, costos y estabilidad estructural (Comisión Nacional de Áridos de Chile, 2001).

(32)

14

La forma y textura superficial de un árido se determina por medio de un índice que se toma como medida general de estas propiedades, a partir de la siguiente ecuación:

�� = 1.25�10−0.25�50−32.0

En donde:

• Ia = Índice de forma y textura del árido.

• V10 = Porcentaje de vacíos en el árido compactado con 10 golpes.

• V50 = Porcentaje de vacíos en el árido compactado con 50 golpes.

Índice de lajas

El índice de lajas se define como el contenido de partículas planas y alargadas en una muestra de árido y se expresa como porcentaje en peso respecto de la muestra total inicial.

En donde:

Partículas alargadas:

��=���

� � � 100

• Ca = Índice o coeficiente de partículas alargadas en %

• ma = Masa de partículas con forma alargada en gr.

• M =Masa total de la muestra en gr.

En donde:

Partículas aplanadas:

��= ���

� � � 100

• Cp =Índice o coeficiente de partículas alargadas en %.

• me = Masa de partículas con forma aplanada en gr.

(33)

15

Esta propiedad se considera en el árido para la construcción de obras a partir de mezclas flexibles y en aquellas en donde el árido se aplica de forma directa. (Aduvire et al., 2003).

2.5.2 Propiedades físicas

Densidad

La densidad o masa volumétrica es aquella que se mide a través de la cantidad de árido requerida en masa para llenar un recipiente con un volumen unitario específico. Para ello lo ideal es que todas sus partículas presenten una forma esférica o cúbica para lograr obtener valores de densidad grandes o elevados que favorecen la gradación del árido y disminuyen el porcentaje de vacíos (Sánchez y Gutiérrez, s.f.). Su valor se determina a partir de la siguiente expresión:

� = (� − �) �

En donde:

• M = Masa Volumétrica en kg/m³.

• G = Masa de la muestra más el recipiente de ensayo en kg. • T = Es la masa del recipiente de ensayo en kg.

• V = Volumen de recipiente de ensayo en m³.

Porosidad y absorción

Un árido puede presentar poros en la superficie y en su interior, los primeros facilitan el ingreso de humedad en donde la cantidad y velocidad de penetración dependen de las características de los poros tales como su continuidad, dimensión y volumen (Aduvire et al., 2003).

(34)

16

ser secado por completo en una estufa por un periodo de 24 horas. Es preciso tomar en cuenta el estado del árido una vez que se lo utilice, ya que el agua contenida puede llegar a producir alteraciones en mezclas rígidas o flexibles que se fabriquen en obra (Aduvire et al., 2003). El valor de absorción se determina en base a la siguiente expresión:

��= 100 � �(� − �)

� �

En donde:

• Pa = Porcentaje de absorción del árido en %.

• A = Masa de la muestra del árido seca al horno en gr.

• B = Masa de la muestra del árido en estado saturado superficialmente seco en gr.

Humedad

La humedad de un árido se relaciona directamente con la capacidad de absorción y debe determinarse para comprobar si causará variaciones en mezclas en caso de utilizarse como materia prima, esto debido a que los áridos en los depósitos de almacenamiento y suministro se encuentran expuestos a agentes externos de humedad, tales como la lluvia.

Para un árido existen cuatro estados de humedad que dependen del grado de contenido de agua, estos son (Kosmatka et al., 2004):

• Totalmente seco: El árido es completamente seco y absorbente.

• Seco: El árido presenta una superficie seca pero en su interior posee humedad y a pesar de ello continúa en estado absorbente.

• Saturado y superficie seca: En este estado el árido no cede ni absorbe agua.

(35)

17

El contenido de humedad del árido se determina en base a la siguiente expresión:

� = 100 � (� − �)

En donde:

• p = Contenido de humedad del árido en %. • W = Masa de la muestra húmeda en gr. • D = Masa de la muestra seca al horno en gr.

Masa específica relativa

Se llama masa específica relativa del árido a la relación entre su masa y la masa del agua con el mismo volumen absoluto, su valor se determina con el árido ya sea en estado seco o en estado saturado superficialmente seco y se toma en cuenta para el diseño de mezclas rígidas. Es recomendable que un árido presente una masa específica relativa de entre 2.4 a 2.9 como valores óptimos ya que de no ser el caso se tendrá un material con deterioro considerable (Kosmatka et al., 2004). La fórmula para determinar su valor es:

���������í������������= � (� − �)

En donde:

• A = Masa de la muestra seca al horno en gr.

• C = Masa aparente de la muestra sumergida en agua en gr.

Masa específica

(36)

18

relativa y la densidad del agua de 1000 kg/m³ de modo que el rango ideal de masa específica es de 2400 a 2900 kg/m³ (Kosmatka et al., 2004). A partir de la siguiente expresión se determina su valor:

������������= ���������������������� En donde:

• D = Masa específica del agua igual a 997,5 kg/ m³.

Contenido de vacíos

El contenido de vacíos de un árido provoca alteraciones en la proporción de la totalidad de los componentes de una mezcla, aumenta con la angularidad y disminuye con la presencia de partículas bien gradadas de mayor tamaño o con áridos con una granulometría continua (Kosmatka et al., 2004). La fórmula para determinar su valor se muestra a continuación:

%���í��= 100 � �(���)− ��

(���)

En donde:

• S = Masa específica relativa del árido en estado seco. • W = Densidad del agua igual a 997,5 kg/ m³.

• M = Masa específica del árido en kg/m³.

Dureza

(37)

19

Tabla 2.1 Escala de dureza de Mohs

Dureza Mineral Comentario

1 Se puede rayar fácilmente con la uña

2 Se puede rayar con la uña con más dificultad

3 Se puede rayar con una moneda de

4 Se puede rayar con un cuchill

5 Se puede rayar difícilmente con un cuchillo

6 Se puede rayar con una lija para el acero

7 Raya el vidrio

8 Rayado por herramientas de carburo de

9 Rayado por herramientas de carburo de Silicio

10 El más duro, no se altera con nada.

Autor: Tarbuck y Lutgens, 1999.

Abundamiento

El abundamiento también conocido con el nombre de abultamiento o hinchamiento mide la expansión del árido en estado húmedo en donde se toma como referencia su masa en estado seco. Se produce a causa de la tensión superficial del agua que ocasiona que las partículas del árido se separen y con ello aumente su volumen, dicho incremento es mayor conforme aumenta el contenido de humedad del material. El abundamiento depende de la masa volumétrica del árido apisonado en estado saturado con superficie seca, de la masa volumétrica suelta en estado húmedo y de su contenido de humedad (Kosmatka et al., 2004).

������������ = � (� − �)

En donde:

• A = Masa volumétrica del árido apisonado y superficialmente seco en kg/m³.

(38)

20 Adherencia

La adherencia de un árido con un ligante hidráulico o bituminoso depende de la forma y de la textura superficial que presenta, para que exista una mayor adherencia las partículas deben poseer una textura áspera y formas angulosas. (Aduvire et al., 2003).

Permeabilidad

La permeabilidad se define como la capacidad que poseen las partículas de un árido para permitir el paso del agua a través de su superficie en un determinado tiempo. Los factores de presión interna y temperatura influyen directamente en el proceso ya que se pueden alcanzar valores máximos de permeabilidad en un árido conforme aumenta la presión interna de las partículas (Aduvire et al., 2003).

La siguiente expresión es útil para determinar la permeabilidad del árido en base al método de cabeza constante para el flujo laminar de agua a través de cada una de sus partículas:

�= �.� �.�.ℎ

En donde:

• K = Coeficiente de permeabilidad en cm/s. • Q = Caudal descargado en cm³.

• L = Distancia entre manómetros en cm.

• A = Área de la sección transversal del espécimen en cm². • T = Tiempo total de desagüe en s.

(39)

21 Partículas de tamaño menor a 75 µm

Un árido no debe contener partículas de tales dimensiones, no se aconseja un contenido considerable ya que causan mala adherencia con un ligante hidráulico o bituminoso, usualmente este tipo de partículas están conformadas por arcillas y limos que además son muy absorbentes de agua. Todas las partículas de un árido deben ser resistentes y desprovistas de este tipo de impurezas y con ello asegura un árido limpio y de calidad (Kosmatka et al., 2004). Su valor se determina en base a la siguiente expresión:

� = 100 � �(� − �)

� �

En donde:

• A = Porcentaje de partículas más pequeñas que 75 µm en %. • B = Masa de la muestra inicial total en gr.

• C = Masa de la muestra luego de lavarse en gr.

2.5.3 Propiedades mecánicas

Resistencia al desgaste por abrasión

La resistencia al desgaste corresponde a la resistencia mecánica del árido grueso y se considera como un factor de gran interés en obras sujetas a agentes abrasivos como es el caso de carreteras.

(40)

22

(Aduvire et al., 2003). El cálculo de la resistencia al desgaste por abrasión se determina a partir de la siguiente fórmula:

� = 100 � �(� − �)

� �

En donde:

• V = Resistencia al desgaste por abrasión en %. • A = Masa total inicial del árido en gr.

• B = Masa del árido después de ser sometido a desgaste en gr.

Resistencia al pulimento

Es la resistencia que presenta un árido a perder su aspereza en su textura superficial, la propiedad indicada se toma en cuenta cuando el árido va a ser empleado en capas de rodadura en las cuales por acción del tráfico vehicular se pierde la forma de la superficie de las partículas, tal deterioro depende de la intensidad vehicular y se determina a través del ensayo británico de pulimento que establece la resistencia del árido a través de un coeficiente de pulido acelerado y que depende de la naturaleza petrográfica del material (Aduvire et al., 2003).

2.5.4 Propiedades térmicas

Resistencia a la congelación y deshielo

(41)

23

producto de la saturación de los áridos que conforman las capas de sub-base, base y rodadura del pavimento (Kosmatka et al., 2004).

La resistencia de un árido ante periodos de congelación y deshielo se determina al sumergir el material en una solución de sulfato de sodio o de magnesio con una densidad específica, en donde los cristales de sal en los poros de cada partícula asemejan la presión interna producida por el congelamiento, los resultados se determinan en base a la pérdida de masa del árido luego de ser sometido a una serie de ciclos de congelación y deshielo. Cuando se trata de mezclas rígidas existen métodos más exactos para determinar si un árido garantiza ser resistente a cabios climáticos, para ello se fabrican especímenes que se someten a periodos de congelación y deshielo en equipos aptos para este fin y su calidad se comprueba cuando no se tiene la presencia de algún tipo de expansión lineal o pérdida de peso en las muestras (Kosmatka et al., 2004). La resistencia a la congelación y deshielo de un árido se determina con la siguiente expresión:

� = ��� �� 100

En donde:

• R = Resistencia a la congelación y deshielo de un árido en %. • pi= Porcentaje que pasa por cada tamiz después del ensayo. • Pi = Porcentaje de la gradación original que pasa por cada tamiz.

2.5.5 Propiedades químicas

Impurezas orgánicas

(42)

24

tipo de impurezas que se presentan en un árido pueden ser turbas, humus y margas orgánicas, su contenido se determina a través de la disolución de una muestra de árido en una solución de hidróxido de sodio la cual se deja reposar por un periodo de 24 horas y posteriormente se confirma la presencia de impurezas orgánicas si la muestra presenta una coloración más oscura que la solución patrón compuesta por ácido sulfúrico y dicromato de potasio (Kosmatka et al., 2004).

Partículas livianas

Se consideran partículas livianas aquellas que poseen una densidad relativa baja o menor a 2 que corresponden principalmente a componentes de carbón, lignito, madera y materiales fibrosos en el árido. Estas partículas se deben evitar en todo proyecto de construcción ya que provocan alteraciones en el desarrollo de la resistencia, desprendimientos, fisuras y manchas en una obra (Kosmatka et al., 2004). La siguiente expresión muestra como determinar su valor:

�= 100 � ��1

�2�

En donde:

• L = Porcentaje en masa de partículas ligeras en %. • W1 = Masa seca de la partículas que flotan en gr. • W2 = Masa seca de la muestra total inicial en gr.

Cloruros solubles en agua

(43)

25

refuerzo causan corrosión y provocan la presencia de eflorescencias o mancha superficiales que posteriormente originan abombamientos (Kosmatka et al., 2004).

Sánchez y Gutiérrez (s.f.) indican que los áridos que presentan mayor contenido de sulfuros son los reciclados, obtenidos de obras marítimas, puentes y pavimentos que han sido expuestos a sales de este tipo y además en el hormigón de obras demolidas para la producción de áridos que en inicio se construyeron con la adicción de aditivos acelerantes.

Para determinar el contenido de sulfuros solubles en el árido se puede emplear el método de Volhard que emplea disoluciones de nitrato de plata que provocan la precipitación de este tipo de sales, disoluciones de ácido tioacianato y soluciones de sulfato de amonio y de hierro que se emplean como indicadores. Otro método que se puede emplear es el de potenciometría cuya diferencia radica en que la valoración del contenido de cloruros se realiza con un potenciómetro.

Y finalmente el método de Mohr que establece el contenido de sales por medición de la conductividad y que emplea como indicador el cromato de potasio (UNE-EN 1744-1, 2010). El contenido de iones cloruro por el método de Volhard se determina a partir de la siguiente expresión:

� = 0.03546 �{�5−(10����6)}

En donde:

• C = Contenido de iones cloruro en %.

• V5 = Volumen de la disolución de nitrato de plata en ml.

• V6 = Volumen añadido de la disolución patrón de tiocianato en ml.

• CT = Concentración de disolución patrón de tiocianato en mol/l.

(44)

26 Contenido de azufre y sulfuros

Los áridos reciclados poseen compuestos de azufre que son muy perjudiciales, aún más cuando se emplean como materiales de construcción es por ello que su contenido debe siempre evitarse; en varios países como por ejemplo España emplean este tipo de material en estructuras de sub-base en carreteras razón por la cual es muy importante determinar su contenido antes de su empleo y evitar así problemas como daños en su estructura (Jiménez et al., 2011).

El contenido de compuestos de azufre de un árido se determina por digestión ácida y por combustión a altas temperaturas. La digestión ácida consiste en determinar el contenido de azufre a partir de su transformación en sulfatos mediante el uso de ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno luego de lo cual se precipitan en forma de sulfato de bario. La combustión a altas temperaturas consiste en calcinar al árido en una atmósfera de oxígeno puro lo que transforma el azufre en dióxido de azufre, luego de lo cual se mide su contenido a través de detectores infrarrojos (UNE-EN 1744-1, 2010). Por digestión ácida la siguiente fórmula se emplea para determinar el contenido de azufre en una muestra de árido:

�= 13.74 � �5

�4

En donde:

• S = Contenido de azufre en %.

• m5 = Masa de la muestra precipitada en gr.

• m4 = Masa de la muestra de ensayo inicial en gr.

(45)

27

disolución amoniacal de sulfato de zinc, luego de lo cual se precipita y se mide su contenido por iodometría, en la etapa final del ensayo se debe añadir una disolución de yodato de potasio y tiosulfato de sodio para la valoración final (UNE-EN 1744-1, 2010). Su fórmula se expresa a continuación:

�= 0.1603{(�9��)−(�10��)}

��

En donde:

• S = Contenido de sulfuros en %

• V9 = Volumen de la disolución de yodato de potasio en ml.

• F = Factor de la disolución de yodato de potasio.

• V10 = Volumen de la disolución de tiosulfato de sodio en ml.

• f= Factor de la disolución de tiosulfato de sodio.

• ms = Masa de la porción de ensayo en gr.

En el hormigón el ataque químico más importante que se presenta a causa de los áridos es el del ácido sulfúrico el cual se produce a partir de la oxidación de los sulfuros de hierro, lo que permite que se generen tensiones internas provocando la rotura, tal fenómeno se presenta además con una coloración marrón en la superficie (González, 1991).

Sulfatos solubles en agua y en ácido

Los áridos naturales, los extraídos del mar y reciclados contienen sulfatos que al igual que los cloruros afectan la calidad y durabilidad de un elemento estructural. El mayor contenido de sulfatos se presenta en áridos reciclados a causa de contaminantes como el yeso presente en los morteros de las edificaciones (Sánchez y Gutiérrez, s.f.).

(46)

28

contenido de sulfatos no es perjudicial y si su aplicación es para mezclas rígidas se deberá emplear agua potable (Kosmatka et al., 2004).

El contenido de sulfatos solubles en agua de un árido natural se determina por precipitación, para ello se emplea una disolución de cloruro de bario en su punto de ebullición y se logra un pH de 1 a 1.5 hasta alcanzar que las sales precipiten, el contenido de iones sulfato se establece con relación a la masa total del árido ensayado. Su resultado se expresa a partir de la siguiente expresión (UNE-EN 1744-1, 2010):

��3������� = 2 �� 0.343 �3

En donde:

• SO3 = Contenido de sulfatos solubles en %.

• m3 = Masa del precipitado de sulfato de bario.

• W = Relación agua/árido en g/g.

Para áridos reciclados en cambio el contenido de sulfatos se determina por espectrometría, las sales se extraen del árido al mezclarlo con agua caliente luego de añadir cloruro de bario hasta alcanzar un pH neutro, punto en el cual los sulfatos se precipitan (UNE-EN 1744-1, 2010). La siguiente fórmula permite determinar su valor:

���4 =�

(���4− �0)

10000 � � �

� �′�

En donde:

• TSO4 = Contenido de sulfatos solubles en agua en %. • C SO4 = Resultado del espectrofotómetro

• Co = Resultado del espectrofotómetro del ensayo en blanco. • P = Masa del agua en gr.

(47)

29

El contenido de sulfatos solubles en ácido se establece por gravimetría, para su separación de la muestra de ensayo se emplea ácido clorhídrico diluido (UNE-EN 1744-1, 2010). La fórmula para determinar su valor es la siguiente:

��3 = 34.30 � �7�6

En donde:

• SO3 = Contenido de sulfatos solubles en ácido en %

• m7 = Masa del precipitado en gr.

• m6 = Masa de la muestra de ensayo en gr.

Reactividad Álcali-Sílice

La reactividad álcali-sílice de un árido se origina por reacciones químicas entre el álcali aportado por el cemento y los componentes silíceos reactivos que poseen los áridos, es considerada como uno de los principales procesos de degradación o deterioro del hormigón. Tal reacción genera un gel que se expande y genera presión a causa del agua absorbida por la pasta de cemento, el continuo aumento de presión produce fisuras en el árido y la pasta de cemento endurecida (Kosmatka et al., 2004).

Además de fisuras la reacción álcali-sílice genera grietas y erupciones consideradas como daños más graves, en pavimentos de hormigón se producen ondulaciones y roturas con forma de cuña, las fisuras en cambio se tienden a originar en forma paralela a la armadura y sus dimensiones varían entre 2 a 3 cm. Una vez que se inicia la reacción toda la masa del hormigón se ve afectada, de igual forma el acero de refuerzo ya que tiende a corroerse a causa de la humedad que ingresa por las fisuras y grietas generadas (Palazzi y Anaya, s.f.).

(48)

30

fisuras y poros en el hormigón. El preveér un deterioro de este tipo se logra a través de un examen petrográfico del árido, un análisis de los componentes de sus minerales y a través de métodos químicos. Un estudio en donde se evalúa muestras de hormigón durante varios años permitirá aceptar un árido como libre de componentes que ocasionen una reacción álcali-sílice. También se puede emplear el método de las barras de mortero que sirve para analizar la susceptibilidad de mezclas cemento-árido ante la reactividad álcali-sílice, la cual se establece a través de cambios de longitud en las barras originados en un periodo de tiempo mínimo de 1 año (Kosmatka et al., 2004).

Reactividad Álcali-Carbonato

La reactividad álcali-carbonato se produce cuando el árido está compuesto de rocas dolomíticas conformadas por cristales semiduros frágiles y muy pesados, tal reacción no suele presentarse con frecuencia ya que rocas de este tipo no se utilizan como materiales de construcción, puesto que su resistencia y demás características no son adecuadas para la construcción (Kosmatka et al., 2004).

Las rocas dolomíticas reactivas son áridos cristalinamente granulares con forma porosa y terrosa, sus propiedades físicas denotan un grado de dureza de 3.5 - 4 en la escala de Mohs, con una densidad relativa de 2.9, además pueden ser de color blanco, gris de distinta intensidad, incoloro y hasta negro (PDVSA-Intevep, 1997).

(49)

31 2.6. Composición mineralógica de áridos

Los áridos están conformados por rocas y las rocas por minerales producidos por elementos químicos o de la combinación de ellos, es preciso conocer su origen y composición y con ello establecer si garantizan evitar inconvenientes cuando se empleen como materiales de construcción.

Existen varios tipos de minerales que se pueden encontrar en un árido cada uno con propiedades tales como color, brillo, dureza, tenacidad y fractura etc. Como material de construcción un árido debe estar libre de aquellos minerales que no posean características adecuadas de resistencia y durabilidad o se consideren como potencialmente nocivos.

Tabla 2.2 Minerales perjudiciales en el árido Minerales Reactivos Perjudiciales y Materiales Sintéticos

Sustancias Reactivas álcali-sílice Sustancias Reactivas álcali-carbonato

Andesitas Esquistos Calizas dolomíticas

Argilitas Filitas Dolomitas calcíticas

Calcedonia Gneis granítico Dolomitas finamente

granuladas

Cherts Grauvacas

Cherts calcedónicos Material volcánico vitrificado Ciertas calizas

silísicas y dolomitas Matagrauvacas

Cristobalita Ópalo

Cuarcitas Pizarras opalinas

Cuarzo Pizarras silícicas

Cuarzosas Riolitas

Dacita Vidrio silísico natural y sintético

Tridmita

Fuente: Kosmatka et al., 2004

(50)

32

2.7. Especificaciones técnicas para áridos que serán empleados en la construcción.

Cada país posee normas o especificaciones bien formuladas que detallan claramente los requerimientos de un árido, en base al tipo de obra o al empleo final que recibirá el material, ya sea de forma directa o para realizar combinaciones con otros materiales naturales o artificiales. Las normas internacionales más usadas en todo el mundo son las ASTM designadas así en base a la asociación encargada de emitirlas “American Society for Testing and Materials”. En nuestro país se toma como referencia las normas INEN establecidas por el Instituto Ecuatoriano de Normalización, y para el presente estudió se ha tomado las siguientes especificaciones como base para el control de áridos con relación a su aplicación:

Especificaciones para hormigón

Para fabricar hormigón el árido debe cumplir las exigencias de la norma ecuatoriana NTE INEN 872 y también se han tomado como base las especificaciones de la norma ASTM C 33, esta última considerada como referencia para la elaboración de normas en la mayoría de países americanos. Un árido que cumple los parámetros de calidad solicitados en las descripciones de una norma asegura producir un hormigón resistente y durable, de tal forma que evita tener variaciones en la porción relativa del árido, demanda de agua y cemento, trabajabilidad, bombeabilidad, porosidad, contracción y economía (Kosmatka et al., 2004).

También se compara con la norma española EHE y la chilena NCh 163 para un árido como componente de un hormigón.

Especificaciones para obras viales

(51)

33

Transporte y Obras Públicas del Ecuador para todo tipo de árido, las cuales detallas las descripciones generales para la construcción de caminos y puentes.

Especificaciones para morteros

El árido fino en un mortero debe asegurar una buena trabajabilidad en estado fresco y al igual que el hormigón debe ser resistente y durable al aplicarse en revestimientos, como pega en el caso de mampostería, rellenos, impermeabilizaciones en combinación con aditivos y como sellador de uniones e inyecciones (Comisión Nacional de Áridos de Chile, 2001). La norma NTE 2536 describe los requisitos mínimos para árido natural y elaborado, que es empleado en la fabricación de morteros.

Especificaciones para medios filtrantes

Los medios filtrantes en la actualidad se adoptan como uno de los sistemas más empleados para el tratamiento de aguas, en los cuales el árido fino remueve los sólidos de líquido y el árido grueso sirve de soporte al medio filtrante. Para obras de este tipo la calidad del árido se valora en base a sus propiedades físicas y químicas a través de la norma NTE INEN 2149, si se cumple con todo los parámetros se asegura un correcto y eficiente proceso de tratamiento de agua con estándares de potabilidad seguros. La filtración es considerada como consecuencia de la ejecución de dos procesos transporte y adherencia, la eficiencia o rendimiento del sistema depende de la calidad de los materiales y de su ubicación (Maldonado, s.f.).

2.8. Control de calidad de áridos

(52)

34

• La prospección del yacimiento, en donde se determina el tipo y calidad de las rocas a explotar.

• La explotación de los yacimientos realizada de cauces de río o de canteras, en esta etapa se deben determinar las propiedades del árido y verificar su aceptación.

• La preparación de áridos para una aplicación específica, en donde se toma en cuenta equipos y maquinaria para producir un material con características acorde con las requeridas en una obra.

• En el transporte, la manipulación, almacenaje y uso ya que pueden presentarse problemas tales como segregación, contaminación, humectación, lavado, combinación y degradación del material.

• En la admisión y garantía, etapa en la cual el comprador verifica la

calidad del árido que empleará como material de construcción.

A través de una planificación correcta se logra llevar un control de cada una de estas etapas y se evita fluctuaciones en las propiedades del árido con lo que se asegura su calidad total y se cumple con las especificaciones requeridas para una obra.

2.9. Frecuencia de pruebas en áridos.

Llevar un control en la producción de áridos involucra una frecuencia de ejecución de ensayos que permita respaldar la calidad del árido y con ello llevar un registro del material generado, así también permite corroborar que el árido posee las características adecuadas para una obra específica y se asegure la eficiencia en el control de la producción (ANEFA – Asociación de Empresarios Fabricantes de Áridos, s.f.).

(53)

35

través de su gestión, la cual consiste en llevar un control permanente del material y de equipos para su procesamiento, identificar y controlar la presencia de sustancias dañinas, tener un almacenamiento adecuado, evitar su deterioro y asegurar su calidad (ANEFA - Asociación de Empresarios Fabricantes de Áridos, s.f.).

Es recomendable que el constructor o comprador realice pruebas de verificación de calidad para ratificar la aceptación de material. En las siguientes tablas se indica la frecuencia de ejecución de pruebas de laboratorio con relación al tipo de uso del árido; que rige en los países europeos.

Tabla 2.3 Áridos para hormigón UNE-EN 12620:2003

Nombre del Ensayo

Frecuencia Hormigón

Estructural

Pavimentos de

hormigón Prefabricados y otros

Propiedades geométricas del árido

Determinación de la granulometría de las

partículas 1/semana 1/semana 1/semana

Índice de Lajas 1/mes

Coeficiente de forma 1/mes

Equivalente de arena 1/semana 1/semana

Propiedades mecánicas y físicas del árido

Resistencia al desgaste por abrasión 2/año 2/año

Densidad de partículas y absorción de agua

De 4 a 31,5 mm

(gruesos) 1/año 1/año 1/año

De 0,063 a 4 mm

(finos) 1/año 1/año 1/año

Coeficiente de pulimento acelerado 1/2años

Propiedades térmicas y de alteración del árido

Ensayo de sulfato de magnesio 1/2años

Propiedades químicas del árido

Cloruros solubles en agua 1/2años

Contenido total de azufre 1/año

Sulfatos solubles en ácido 1/año

Contaminantes orgánicos 1/año

Reactividad álcali sílice y álcali carbonato -

Método químico Cuando sea necesario

Reactividad álcali sílice y álcali carbonato -

Método probetas de mortero Cuando sea necesario

(54)

36

Tabla 2.4 Áridos para mortero UNE-EN 13139:2003

Nombre del Ensayo

Frecuencia del Ensayo Carreteras e

Ingeniería Civil Otros Usos Propiedades geométricas del árido

Granulometría de las partículas 1/semana 1/semana

Equivalente de arena 1/semana 1/semana

Propiedades mecánicas y físicas del árido

Densidad de partículas y absorción de agua

De 4 a 31,5 mm (gruesos)

1/año

De 0,063 a 4 mm (finos)

Propiedades químicas del árido

Cloruros solubles en agua 1/2años

Contenido de azufre 1/año

Sulfatos solubles en ácido 1/año

Contaminantes orgánicos En caso de duda 1/semana

Reactividad álcali sílice y álcali carbonato - Método

químico Cuando sea necesario

Reactividad álcali sílice y álcali carbonato - Método

probetas de mortero Cuando sea necesario

Fuente: Dirección General de Desarrollo Industrial de España, 2005

Tabla 2.5 Áridos para mezclas bituminosas, tratamientos superficiales y otras zonas pavimentadas UNE-EN 13043:2003

Nombre del Ensayo Frecuencia del Ensayo

Propiedades geométricas del árido

Granulometría de partículas y contenido de finos 1/semana

Índice de Lajas 1/mes

Porcentajes de caras fracturadas 1/mes

Propiedades mecánicas y físicas del árido

Resistencia al desgaste por abrasión 1/año

Densidad de partículas y absorción de

agua De 4 a 31,5 mm (gruesos) De 0,063 a 4 mm (finos) 1/2 años

Coeficiente de pulimento acelerado 1/año

(55)

37

Tabla 2.6 Áridos ligeros para hormigón, mortero e inyectado UNE-EN 13055-1:2003

Nombre del Ensayo Frecuencia del Ensayo

Propiedades geométricas del árido

Granulometría de las partículas 1/semana; 1/5000 m3

Propiedades mecánicas y físicas del árido

Densidad aparente 1/día o 1/1000 m3

Absorción de agua

De 4 a 31,5 mm

(gruesos) 1/mes o 1/20000 m3

De 0,063 a 4 mm (finos)

Propiedades químicas de árido

Cloruros solubles en agua 2/año

Contenido de azufre 2/año

Sulfatos solubles en ácido 2/año

Contaminantes orgánicos 2/año

Reactividad álcali sílice y álcali carbonato - Método químico Cuando sea necesario Reactividad álcali sílice y álcali carbonato - Método probetas de

mortero Cuando sea necesario

Fuente: Dirección General de Desarrollo Industrial de España, 2005

Tabla 2.7 Áridos para capas granulares y capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas estructurales de firmes UNE-EN 13242:2003

Nombre del ensayo Frecuencia del ensayo

Propiedades geométricas del árido

Determinación de la granulometría de partículas 1/semana

Índice de lajas 1/mes

Porcentajes de caras fracturadas 1/mes

Equivalente de arena 1/semana

Propiedades mecánicas y físicas del árido

Resistencia al desgaste por abrasión 2/año

Propiedades químicas de los áridos

Contenido total de azufre 1/año

Sulfatos solubles en ácido 1/año

Contaminantes orgánicos 1/año

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...