HORMIGONES LIVIANOS CON ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS
Ernesto GOMEZ*
RESUMEN
Se exponen las
experiencias
hechas en IDIEM para estudiar lasposibilidades
deconfeccionar hormigones
livianos con aridos de arcillas
expandidas
de la zonade
Santiago.
Se describen losprocedimientos
defabrica
cion de los
aridos,
sepresentan
laspropiedades
de loshormigones
obtenidos y seconcluye
que serian aptospara usos estructurales.
INTRODUCCION
Ya a com ie nz o s de este
siglo
se conocianprocedimientos
para obtener aridoslivianos por
expansion
dearcillas,
de esc orias, de vidrios volcanicos, depizarras,
etc. Sin embargo,
debieron pasaralgunos
afio s para que hicieran suingreso
enla
tecnologia
del hormigo
n yalgunas
decadas para que se asentaran en ella concreciente uso. Prime r o, usos en que se
aprovechaba
su buena aislacion termicay mas tarde como aridos en
hormigones
esrru cturales, sindejar
de lado losanteriores.
Se duele dividir a los
hormigones
con aridos livianos en tres categorias 'sobre la base de sus
aplicaciones
y funciones. Estanaquellos
en que el factorpredom
inante es una buena aislacion rerrnica: sus pesos unitarios son inferioresa 1450
kg/m3
y sus resistencias van de 7.5 a 50kgf/cml.
Hay
un grupointer-•
2 REVISTA DEL lDIEM vol. 18, nO I, mayo 1979
medio,
que se utiliza cuando interesan a la vez lacapacidad
de carga y laaislacion termica: pesan menos de 1600
kg/m'
y tienen resistencias entre100 y 200
kgf/cm2.
Enaplicaciones
estructurales,
porultimo,
serequieren
hormigones
con resistencias entre 200 y 700kgf/cm
2 y los pesos unitarioscorrespondientes
van de 1600 a 2000kg/m'.
La clasificacion anterior no es ni
rigurosa
ni unica. En ciertasaplica
ciones
estructurales,
porejemplo,
pueden
bastar resistencias inferiores a200
kgf/cm 2,
si ast 10justifica
el calculo. En elsegundo
respecto, existenotras clasificaciones con Hmites
diferentes,
entre elIas Ia de IaACI2
, que considera un grupo de
bajo
peso, entre 400 y 800kg/m',
y con resistencias pordebajo
de 70kgf/cm 2;
unsegundo,
de resistenciamoderada,
entre 70 y175
kgf/cm2
y hasta 1400kg/m'
de peso unitario y uno dehormigones
estructurales,
con resistencias de mas de 175kgf/cm
2 y pesos de hasta1850
kg/m'.
Entre los muchos
tipos
de aridos livianos que ya se conocen, son aptospara
hormigones
estructurales los de granos duros y cuyas resistencias a Iacom
presion
sean por 10 menos suficientes para alcanzar las m [nimas que,
se le
exigen
al hormigo
n, sin tener que recurrir a contenidos excesivos decemento. Entre ellos estan los que
provienen
de ciertas arcillas 0esquistos
arcillolo, que, scmeridos a coccicn hasta un estado p
irop
lasricc,
producen
gasel que
expanden
la masa y la transforman en una estructura alveolar deparedes
delgadas,
que dalugar
al enfriarse a unproducto
final depardculas
livianal vitrificadal.
Este
tipo
de material ha tenido gran desarrollo y se fabrica engrandes
cantidades en Ia actualidad en EUA, en
Europa
y en otrasregiones,
con diversasdenominaciones
comerciales,
comohaydita,
rocklita,
gravelita,
keramzita,
LECA, etc. En europa seproducen
mas de 30000000 de metros cub ico s al afiode estos
arido.l
•En Chile no se
producen
ni se han utilizado en construcciones aridosIivianos de Ia clase
estructuraI,
pero 51 se han hecho estudiosexperimentales
de Ia
aptitud
de Ial arcillas de Ia zona cercana aSantiago
paraproducirlos
y de las
propiedades
que caracterizan a los aridosproducidos
y en estetrabajo
nOI referiremos a 101 resultados obtenidos en IDIEM.
ARCILLAS EXPANDIBLES DE LA ZONA DE SANTIAGO
Las arcillas mal abundantes de los alre dedore s de
Santiago
corresponden
algrupo denominado montmorrillonita y son de sedime nracion. L'Huillier y
Vergara'
emprendieron
en 1959 un estudio dealgunos
de losyacimientos
dearcillas de las cercanias de
Santiago
con el propcsito de analizar suaptitud
para Ia fabr icacion de aridos livianos. Ellos estimaron que de los ocho
depositos
HORMIGONES ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 3
al norte de
Santiago,
que tiene un espesor de mas de 25 metros y una extensionde varios Idlometros cuadrado•. Fue este el unico que consideraron de interes
desde el punto de vista de una
probable
utilizacion industrial y 10 estudiaronen forma
preferente.
No el
posible predecir,
sin margen deduda,
laspropiedades
deexpansion
de una arcilla a
partir
de su ccmposicien
quimica.
Hay
muchos factores queinfluyen
en el fenomeno. El mol.importante
es lapresencia
de una adecuadaprc
porcic
n de materia. extranas que sedescompongan
formando gases a lamisma temperatura en que la fase ceramica de la arcilla alcance el estado
p
irop
lasrico. En un estudio de 81 muestras de arcillapublicado
por el Bureauof Mine. de EUA en 1948, sus autores
J
.E.Conley
y otros'",
comparando
lacom
posicion
media del grupo de arcillasexpandidas
con la de las noexpandibles
dejan
de manifiesto que los contenidos de oxidosalcalinos,
alcalino terreos yde fierro y el
pH
difierensignificativam
ente entre ambos gru pos, y senalanniveles de ccmp csicicn que, sin ser
excluyentes,
separan a uno de otro. Laarcilla de Batuco, con
43%
deSi02,
21%
deAhO),
6.4%
deFe203,
4.1% de CaO,
3.8%
deMagO,
3.1% de alcalis ypH
5.0 esta situada dentro de los Hm ires deexpansibilidad.
Varias de las otras arcillas analizadas estantamhien en el mismo grupo. Para confirmar las conclusiones
previas
deducidasde la ccmp osicien, a la arcilla de Batuco se le determino las temperaturas de
expansion
y de fusion en unmicroscopio
de punto de fusion y tomando estosdatos como puntos de
partida,
se so m etio a procesos deexpansion
enprobetas
pr ismaticas pequ eftas en un horno electrico de laboratorio. Los resultados fueron satisfactorios y
dejaron
abierto el camino para una etapa enplanta
piloto,
en la cual sereprodujeron
condiciones muyparecidas
a las de tratamientosindustriales.
La arcilla se
graduaba
a formaaproximadamente
esferica y a tarnafiosque cubrian la
granulometria
que se intentabareproducir.
De spue s se introducia a un horno rotatorio de 29 em de diametrointerior,
del cual sepodia
variarla
longitud,
la inclinacicn y el numero de revoluciones.Operando
conalgunas
de esas variables y ademas con la humedad de la arcilla y con los
tiempos
y temperaturas m aximae decalentamiento,
se establecieron las condiciones masfavorables para la
expansion.
Morande y
Larrain',
en 1970, hicierontrabajos
muysemejantes
a los antedores con respecto a otras arcillas de los alrededores de
Santiago,
entre las cuales estaba incluida la de Batuco, y encontraron en los estudiosprevios,
hecho s en horno electrlco de laboratorio con calentamiento
rapido,
que tenian condiciones deexpansion
natural las deMacul,
Chena,
Batuco yPeldehue,
en unrango de temperaturas entre 11000C y
12000C.
Solo las tre s ultimas fueronconsideradas para tratamiento en
planta piloto.
La arcilla de Peldehue es la que dio
mejores
resultados en horno rotatorio,2 REVISTA DEL IDIEM vol. 18, nO I, mayo 1979
medio,
que se utiliza cuando interesan a la vez lacapacidad
de carga y laaislacion tchmica: pesan menos de 1600
kg/m3
y tienen resistencias entre100 y 200
kgf/cm2•
Enaplicaciones
estructurales,
porultimo,
serequieren
hormigones
con resistencias entre 200 y 700kgf/cm
2 y los pesos unitarioscorrespondientes
van de 1600 a 2000kg/m3•
La clasificacien anterior no es ni
rigurosa
ni unica. En ciertas aplicaciones
estructurales,
porejemplo,
pueden
bastar resistencias inferiores a200
kgf/cm2,
si asi 10justifica
el calculo. En elsegundo
respecto, existenotras elasificaciones con limites
diferentes,
entre elias la de laACI2,
que considera un grupo de
bajo
peso, entre 400 y 800kg/m
3,
Y con resistencias pordebajo
de 70kgf/cm2;
unsegundo,
de resistenciamoderada,
entre 70 y 175kgf/cm2
y hasta 1400kg/m3
de peso unitario y uno dehormigones
estructurales,
con resistencias de mas de 175kgf/cm
2 y pesos de hasta1850kg/m'.
Entre los muchos
tipos
de aridos livianos que ya se conocen, son aptospara
hormigones
estructurales 101 de granos duros y cuyas resistencias a lacorn
presicn
sean por 10 menos suflcientes para aleanzar las minimas que.a
se le
exigen
al hormigcn,
sin tener que recurrir a contenidos excesivos decemento. Entre ellos estan 101 que
provienen
de ciertas arcillas 0esquistos
arcilloso. que, scmeridos a coccien hasta un estado piroplasrico,
producen
gases que
expanden
la masa y la transforman en una estructura alveolar deparedel
delgadas,
que dalugar
al enfriarse a unproducto
final departiculas
Iivianal vitrificadal.
Este
tipo
de material ha tenido gran desarrollo y se fabrica engrandes
canridades en la actualidad en EUA, enEuropa
y en otrasregiones,
con diversasdenominaciones
comerciales,
comohaydita,
rocklita,
gravelita,
keramzita,
LECA, etc. En europa seproducen
mal de 30000000 de metros cubicos al afio de estolaridosl
•En Chile no se
producen
ni se han utilizado en construcciones aridos livianol de la elaseestructural,
pero si se han hecho estudiosexperimentales
de 1aaptitud
de lal arcillas de la zona cercana aSantiago
paraproducirlos
y de lal
propiedades
que caracterizan a los aridosproducidos
y en estetrabajo
nOI referiremos a 10. resultados obtenidos en IDIEM.ARCILLAS EXPANDIBLES DE LA ZONA DE SANTIAGO
Las arcillas mas abundantes de los alrededores de
Santiago
corresponden
algrupo denominado montmorrillonita y son de sed imentacien. L'Huillier y
Vergara'
emprendieron
en 1959 un estudio dealgunos
de losyacimientos
dearcillas de las cercanlas de
Santiago
con el proposiro de analizar suaptitud
�ara la
fabricacicn
de aridos livianos. Ellos estimaron que de los ochodepositos
HORMIGONES ARCILLAS EXPANDlDAS CHILENAS 3
al norte de
Santiago,
que tiene un espesor de mas de 25 metros y una extensionde vario. kilometro. cuadrado•. Fue este el unico que consideraron de interes desde el punto de vista de una
probable
urilizacion industrial y 10 estudiaronen forma
preferente.
No e.
posible predecir,
sin margen deduda,
laspropiedades
deexpansion
de una arcilIa apartir
de su compo aicionquimica.
Hay
muchos factores queinfluyen
en el fenomeno. EI masimportante
e s lapresencia
de una adecuadaproporcion
de materias extranas que sedescompongan
formando gases a lamisma temperatura en que la fase c er amica de la arcilia alcance el estado
piroplastico.
En un estudio de 81 muestras de arcillapublicado
por el Bureauof Mine. de EUA en
1948,
sus autores]
.E.Conley
y oeros'",
comparando
la comp osic ion media del grupo de arcillasexpandidas
con la de las noexpandibles
dejan
de manifiesto que los contenidos de oxidosalcalinos,
alcalino terreos yde fierro y el
pH
difierensignificativamente
entre ambos grupos, y sefialanniveles de ccmp osicien que, sin ser
excluyentes,
separan a uno de otro. Laarcilla de Batuco, con 43% de
Si02,
21%
deAhO),
6.4%
deFe20),
4.10/0
deCaO, 3.8%
deMagO, 3.1%
de alcalis ypH
5.0 esta situada dentro de los Hmites deexpansibilidad.
Varias de las otras arcillas analizadas estantamb ien en el mismo grupo. Para confirmar las condusiones
previas
deducidasde Ia composicion, a Ia arcilia de Batuco se le determ ino las temperaturas de
expansion
y de fusion en unmicroscopio
de punto de fusion y tomando estosdatos como puntos de
partida,
se so m etio a procesos deexpansion
enprobetas
prismaricas pequenas en un horno electrico de laboratorio. Los resultados
fueron satisfactorios y
dejaron
abierto el camino para una etapa enplanta
piloto,
en la cuaisereprodujeron
condiciones muyparecidas
a las de tratamientos industriales.La arcilla se
graduaba
a formaaproximadamente
esfer ica y a tarn afiosque cubrIan Ia
granulometria
que se intentabareproducir.
Despues
se introducia a un horno rotatorio de 29 em de diametrointerior,
del cual sepodia
variarIa
longitud,
la inclinacion y el nu m e ro de revoluciones.Operando
conalgunas
de e sas variables y adem as con la humedad de la arcilIa y con los
tiempos
ytemperaturas m axirnas de
calentamiento,
se establecieron las condiciones mas favorables para laexpansion.
Morande y
Larra{ns,
en 1970, hicierontrabajos
muysemejantes
a 105 anteriores con respecto a otras arcillas de los alrededores de
Santiago,
entre lascuales estaba inclulda la de Batuco, y encontraron en 105 estudios
previos,
hechos en horno electrico de laboratorio con calentamiento
rapido,
que tenian condiciones deexpansion
natural las deMacul,
Chena,
Batuco yPeldehue,
en unrango de temperaturas entre 11000C y
12000C.
Solo las tres ultimas fueronconsideradas
para tratamiento enplanta piloto.
La arcilla de Peldehue es la que dio
mejores
resultados en horno rotatorio,ya que
expand
icnaturalmente,
sin necesidad deaditivo,
a 11OOoC, produciendo
4 REVISTA DEL IDIEM vol. 18,nO I,mayo 1979
1/2"·3/4"
Fig. 1. Forma de 101 grames de aridol Iivianos.
obtener
parti'culas
redondeadas,
como se ve enFig.
1 Y con poros pequenos uni formementereparrido
s y una envoltura vitrificada. LaFig.
2 muestra queHORMIGONES ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 5
mente se
logro
lapelicula
exteriorvitrificada,
pero laporosidad
no fue tanuniforme como se
pretendia.
La arcilla de Batuco e xpand io bastante
bien,
adicionando lemelaza,
a11500C,
mientras que paraexpandir
sin aditivos requ iere mas de 12000C.El
conjunto
de los resultados comentados anteriormentedeja
en claroque la arcilia de Peldehue era una fuente
potencial
de produccion de aridoslivianos a
partir
de arcillasexpandibles
y el resto de los estudiosexperimentales
tuvieron por
objeto
determinar laspropiedades
dehormigones
fabricados con esros aridos.PROPIEDADES DE LOS HORMIGONES LIVIANOS HECHOS EN IDIEM
Generalidades
Se han realizado muchos estudios
experimentales
sobre laspropiedades
de loshormigones
confeccionados con aridos de arcilIaexpandida.
Hay
dccum enracicnprofusa
sobre eltema!
,2,6,7.
Se
puede
afirmar que tanto lasexperiencias
como las aplicaciones prac ricashan seiialado que el
comportamiento
de estoshormigones
no difiere enningun
aspecto sustancial del de los
hormigones
de aridos normales.Hay
solo diferenciascuantitativas que en
algunos
casos estan en favor de estos y en otros de aquellos.Es bueno revisar
comparativamente
laspropiedades
de uno y otro y para hacerlonos servira de
guia
EI manual del horrnig
on con aridoslivianosl
de CEB-FIP,que presenta una excelente vision de c o
nju
nto, actualizada a lafecha
de supub
licacion, de la informacion y de los criterios quepriman
sobre este material.Hay
que referirse enprimer
lugar
a la resistencia a la co m presion, que seconsidera
generalmente
como el indice caracteristico de la calidad del horrnig
Sn.Esta claramente establecido que los
hormigones
de aridos livianos tienen untope de resistencia a la c om presion que esta determinado por la resistencia del
arido,
debido a que esta es inferior a la resistencia de la pasta de cem ento, Esetope
depende
en formaaproximadamente
lineal de la densidad de lasparticulas
y por eso e s que, como 10 h icimo s ver en la inrroduccion, cuanto mayores
son las resistencias
requeridas
en loshormigones
mayor densidad deben tener los aridos. El c aso es distinto con respecto a los aridos de densidadnormal,
pues estos tienen resistencia a la com
presion
mayor que la pasta, aun para pasta demuy
baja
r az o n agua c e m ento y de ahi resulta que el tope de resistencia de loshormigones
normalesdepende
de la calidad de la pasta y no de los aridos. El calcu lo de las dosificaciones dehormigones
con aridos livianos debe tener encuenta esta diferencia con los aridos normales.
Se ha establecido tambien que la densidad de las
particulas
de estos aridosdepende del tamaiio de elias: son mas livianas cuanto mas
grande
yparalelamente
SUI resistencias a la compresion
son menores. Este hecho hace necesario lirnirar6 REVISTA DEL !DIEM vol. 18. nO 1. mayo 1979
Es natural luponer que la deformabilidad de estos aridos Iivianos tarnb ien
va a
parejas
con la densidad y esto se hacomprobado
en mediciones directasdel modulo de elasticidad de las
pardculas
por el metodo dinamico. Se haencontrado que el modulo aumenta en prcp orcien al cuadrado de la densidad
1.
Como consecuencia de 10 expuesto
anteriormente,
loshormigones
confeccionadoscon estos aridos
tienen,
aigual
resistencia a la compresion,
mSdulos de elasticidadmas
pequeftos
que los hormigone
snormales,
engeneral
del orden de la mitad.Son por 10 tanto rna. deformable•. Particularmente en
flexion,
aigualdad
delos demas factores que
intervienen,
seproducen
flechas masgrandes,
aunque,como veremos mas
adelante,
el aumento de la defcrmacion e s menor que el quese
pudiera
deducir de la dism inucien del modulo.La resistencia a la traccion del horm
igon
se considera de poca irnportancia
y se
desprecia
su colaboracicn en la resistencia a la flexion de lasvigas,
sinembargo
en 10 que respecta al corte se acepta que lacapacidad
resistenteesta determinada por
ella,
ya que las llamadas fallas por corte son, en realidad,fallas por traccicn
diagonal.
Este criterio que ya fue enunciado en 1899, en101 comienzos del horm
igon
armado'
, y queposteriormente
fuedejado
unpoco de
lado,
ha lido claramente verificado por la evidenciaexperimental.
En el se basan la mayor parte de la.proporciones
para el calculo y comprob
acional corte de
vigas
de hormigen
armado de la normaACI-318-77!1.
Esta norma hace distineion entre los
hormigones
normales y los de aridoslivianos. Mientra.
que a los
primeros
les reconoce una resistencia a la trac cion ell funcion de su resistenda a la c ornpresion, de lossegundos
exige
determinarexperimentalmente
esta resistencia con ensayos de hendimiento y a falta deellos acepta 1610 el 0.75 de la calculada para horm
igones
corrientes deigu
al resistencia a la compresien,
Experieneias
europeas senalan que la resistencia a latraccion por bendimiento de
hormigones
livianos muestra mayordispersion
ypuede
ser, conalgunos
aridollivianos,
hasta un300/0
inferior a la de los horm igones normales.
La resiste ncia a la traccion es ramb ien determinante en los fenomenos de
adherenda,
anclaje
y fisur acicn y por esto, adem as de 10 expuesto anteriormente,el
importante
determinar esta resistencia para cada arido enparticular.
Con respecto a la adherencia se debe esperar deslizamientos mayores para
iguale
s cargas enhormigones
livianos,
como consecuencia de que la resistencia a la traccicn el menor.Hay
variasexperiencias
que conHrman esta afirrn acion,pero tambien
hay
resulrados opuestos. Las diferencias que se han encontradoIon rna. netas en barras con resaltes que en barr as lisas.
La fluenda lenta
(creep)
tieneimportaneia
en el hormigo
n, porque elpeso
propio,
que es la carga permanente masimportante,
es una Iraccionconsiderable de la carga total de servicio, EI horm
igo
n liviano no se diferencialignificativamente,
en este respecto, del hcrmigcn
normal',
especialmente
para ccneenidos alto. de cemento'",
pero 10aventaja
por el hecho de que reduce elHORMIGONES ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 7
contraccion por secado
y por h idratacicn" ,6
(shrinkage)
que tambiendisminuye
a mayores contenidos de
cement06•
Por
ultimo, hay
que seiialar que loshormigones
livianos conducen menosel calor que los normales y por ello
proporcionan mejor
aislacion term ica, dantambien
mejor
proreccion contra elfuego.
Para los aridos livianos elaborados en IDIEM con c aracter
experimental
se determinaron
algunas
de las caractedsticas mencionadas anteriormente y enel
capitulo
quesigue
se presentan los resultados obtenidos.Ensayos
hechos
en IDIEMLos
hormigones
con aridos livianos de arcillaexpandida
preparados
en IDIEMen diversas oportunidadesf ,I 0
,II,
tuvieron caracteristicasdiferentes;
los ensayosrealizados no fueron los mismos en todas las
oportunidades,
peroalgunos
deellos,
los masimportantes,
fueron comunes. Esto hace que sean comparables
y se
puedan
analizar enconjunto.
En la Tabla I aparecen tanto las caracteristicas de los
hormigones
con feccionados como los resultados de las determinaciones de resistencia a la compresion,
resistencia a la trac ciondirecta,
resistencia a la traccion por hend im iento,modulo de elasticidad por compre sion, adherencia de barras de acero y c o nduc
tividad
termica,
seguncorresponde
a cada caso.TABLA I
RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYOS DE HORMIGONES LIVIANOS
Dcn.idad Do.i. Re.iatoncia B.oc Ruis'ODCia ResiaeoDcia Adheroncia ( ,
Conductl'ndad
ks/mJ cemcnto comprelion para
a. 1/3 II. tracejon heDdimiento muim.
Wm-1K
kalanJ
k,f/cm2
klf/cm'
k,f/an2
klf/cm2
k,f/cm2
950 182 38 39.000 0.22
1060 242 61 39.700
1100 268 81 57.000 0.21
1190 333 104 57.000
1230 352 124 78.000 0.22
1290 407 142 80.000
1730 450 237 128.000 19 80
1780 340 238 129.000 27
Segun
se ve en la Tabla I, L'Huillier yVergara3,
a qUlenescorresponden
losprimeros
lei.resultados,
que usaron exlcusivamente aridos livianos de arcillaexpandida
de Batuco tanto en la fracci6n gruesa como en lafina,
obtuvieron densidades en el rango de 900 de 1300kg/m
3;
por su parte, Correa yLecaroslO
yRichard11 usaron la fraccion gruesa de aridos livianos de arciJla de Peldehue
y finos de arena corriente y sus horm
igones
tuvieron densidades de 1700 a1800kg/m3•
8 REVISTA DEL IDIEM vol. 18, nO 1,mayo 1979
de horm
igon,
pero codalcrabajaron
con conlilcencial semejantes.
/
-/
/
r
/
./
300
N
E
u
-_ 250
CI oX
C '0
VI 200 .,
...
c.
E
8
150"
-"
" 100
u c .,
-VI
VI SO
.,
0=
o
800 1000 1200 11.00
Densidad
1600 1000
3
kg
1mFig. 3. Relacion entre la resistencia a 1a
comprelion
y 1a densidad del hormigon liviano.Fig. 4. Zona de rotura de una probeta cilin·
drica lometida a
comprelion.
En la
Fig.
3 se representan losresultados de com
presion
en funcionde lal densidades del horm
igo
n.En ella se abserva que, tal com 0
se
podia
prever,hay
primero
un erecimiento lineal de la resistencia con la
densidad del horm
igcn,
el que c orr e sponde
a dosis crecientes de cemento, o sea, amejoramiento
de la calidadde la pasta, que e s la que controla
la resistencia en esa etapa. De spues
la resistencia permaneee constante en
un valor Hrnite, mareado por la Hnea
horizontal de la
figura.
El aspecto dela rotura de las
probetas
en esa ultimaetapa muestra que ella se
produce
atraves de los granol del arido
liviano,
Fig.
4. Por eso e s que la resistencia del hormigcn
tiene un tope, que es el de la rotura por compresion
de losHORMIGONES ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 9
Resulta, entonces,
que can esto s aridol livianos de
Peldehue,
combinadas
con arena co.rrienre como
finos,
sepueden
alcanzar resistencias cubicas a lacom
presion
del orden de 300kgf/cm
2 a 28 dial. En fabricacionindustrial
delarido
canprocedimientos perfeccionados,
sepodria
esperar un limiteOlIgo
masalto,
comparable
al que selogra
enEuropa,
p.ej.
Modulo de elasticidad
En todos los casas se determino el modulo de
elasticidad
secanteentre el
origen
y un tercio de la tension de rotur a,Los
resultados
deL'Huillier
yVergara
corresponden
claramente
a hor
migones
noestructurales,
tantosegun la clasificacion ACI como segun la del manual
CEB/FIP,
y no tiene mayor inre re sanalizarlos.
Losotros
quedan
dentrodel campo de los
hormigones
estructurales y los compararemos canresultados
obtenidos
en otrospaises
can hcr rnigo
ne s livianos de arcillaexpandida.
En la
Fig.
5,
tomada
del ManualCEB/FIP,
se hancolocado
todos los28 -N E 26 E ... Z 24 "'0 -22 . U' UJ 20 ""C IU ""C 18 .l::! -III 16 IU iii iii 1 4 ""C 0 -::::I 12
.:g
� 10 20• b. LIAPOR
e
" z
.. LIAPOR + ARENA NATURAL
t
'"
Hormlgon � .sqUI.to
'" 0
LECA
... ..
pond,,» en10 RFA
...
= 0 COIIREA Y LARRAIN
u
II< •
• RiCHARDS
..
HormlgOn de orclllo
••per"lIdo ....1o RFA
25 30 3S 40 45
-4 . I 3
•
10
. VWe
.feu
50 5S 60
Wc = denlldad MeG Gl
GIrt G 28 diGI
Ilc9/m'
I, fcu = rUlst'MIG cubiCGG tomp,..,On I H
Immll
Fig. S. Modulo de elast icid ad del hormigon liviano en relae ion con su densidad y au resistencia
a la
comprelion
resultados individuales
de Correa y Lecaros y deRichards,
de los cuales en laTabla
I aparecen solo los terminosmedias,
contraun campo de resultados
de la
Republica
FederalAlemana
para la misma naturaleza de aridos. Se ve que
nuestro.
valores
estan muy cerca,pero por
debajo
del limite inferior de losvalores alemanes.
Hay
que atribuir esra falta a una estructuraalveolar deficiente
que esta de
manifiesto
en laFig.
2 Y que esperfectible
canmejores
procedirnie10 REVISTA DEL IDIEM vol. 18, nO I, mayo 1979
En todo caso, 10. valores de E para estos
hormigones
son inferiores a losde
hormigones
corrientes deigual
resistencia.Richards,
que hizo una seriecomparativa
dehormigones
corrientes de resistencia.semejantes
pero un pocomayores, obtuvo una relacion 0.6 entre mSdulo». Si la formula de
Pauw,
queaparece
representada
en la Hnea recta de laFig.
5,
fueravalida,
la relacion serla0.67.
Rcsistcncia a la traccion y adberencia
EI ensayo de
hendimiento,
conocido como ensayobralileno,
es el que mas se usa actualmente como lndice de la resiatencia a la traccion del hcrmige
n.Richards bizo ensayo. de hendimiento con todas sus mezcla•. Obtuvo como termino medio de once
hormigones
27Icgf/cm2
para una media a ccmpresion
cubica de 260Icgf/cm2.
En la
Fig.
6 se han colocado los valores individuales obtenidos por Richards-N
E
E
-z -o -c .!!E
'g
C» s: Ii "' '0 c C» iii . iii C» n:::: 5 6}
AHeILLA LIAPOR D EXPAHDIDA LECA0 RICHARDS HORMIGOH L1VIANO
• RICHAROS HORMIGClII NORMAL
4 -u -3 2 1 20
",.�'
Hormigoin normel • • ... lonzel 70Fig. 6. Ruistcncia al hcndimiento del hormigcn Iiviano en relacion con su resistencia a
I. com
presion.
y se han
dibujado
tambien las Hneas Hmites de resistencia al hendimiento yel Hmite
superior
dehormigones
normales,
segun
ACI1.
Se observa que los aridol de areillaexpandida
de Peldehue danlugar
a resistencias a la traceionbien dentro del rango y con tendencia allimite
superior.
•
Bonzal. J. ThaIPllttlng tanilia Itrangth of conerata. aaton 1•• nO 3y nO •.
•• ACI Committee
213. Guida for atructural IIghtwalght .lIIIr.
ga..concreta. Journal of tha Amarlcan Concrata Inltltuta. vol. 6., nO 8 11967).
30 60
2
feu
(N/mm
)
40 so
HORMIGONES ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 11
Los v",lure:. de: ad herencia se obtuvieron por arrancamiento de barra. de
acero con resalres de 18 mm en cilindro s de horm
igon
de 15 ern de altura. Si bieneste en�",yu no es totalme ntc
sign
ificarivo, sirve como base de cornparacicny se pueden calificar de bueno s 101 resultados
obtenidos,
frente a 101 de hormigones c orrien re s. EI valor med io
alcanzado,
80kgf/cm2,
e salt9
y esta enconccrdancia con 101 buena resisrencia a la traccicn de estos horm
igon
e s.Resiltencia al corte
LOll e xperiencias de
Richards"
renian porobjeto
estudiar la resistencia al corte,o a traccion
diagonal,
devig
as hechas con hormigon
liviano de arcillaexpandida
de Peldehue
, para
compararla
con lill de hor migon
normal de resistencia. a lacom
presion
se mej
anres y ve r hastaque
punto eran aplic ab les las rec om endacionesACl9
sobr e calculo y com probacion al corte devigas
de hormigcn
liviano.Puesto que la solicirac ion por corte e s determinante en las
vigas
llamadas corras, 0vigas
altas, sin ar maduratransversal.
en que la razonald,
entre ladistanda de la carga al apoyo mas cercano y la altura efectiva de la
viga
es Menorque 6, l",�
viS"'s
se confeccionaron con r azo naId
de1.48,
2.96 y 4.4; con dos cuantias d iferenre s l.u de hormigc
n liviano y la cuanda mas alta de lasdos,
lascomparativas
de hormig
o n normal y sin armadura transversal.En Iii Tilbla II se anotan
algu
nas de 1.&5 caracteristicassignific
arivas de lasvlgas.
TABLA II
(;ARACTERISTICAS DE LAS VIGAS ENSAYADAS A FLEXION
r-Horm1llon Luz, em aid
0
NO de vigas
p, 10
-Liviano 130 1.48 1.12 3
Livranc 210 2.96 1.12 2
Liviiino 290 4.44 1.12 2
Livlano 130 1.48 2.51 3
Liviano 210 2.96 2.51 2
Liviano 290 4.44 2.51 2
Normal 130 1.48 2.51 2
Normal 210 2.96 2.51 2
Normal 290 4.44 2.51 2
La.
vigas
eran de 30 em de altura total y 27 em efecriva, y de 20 em de ancho. EI hormigcn
liviano era de 2311kgf/cm
2 de resistencia cilindrica a lacom
presion
con desviacicn estandar de 24kgf/cm
2(en
24probetas)
y resistenciaal hendimiento de 27
kgf/cm2
con de sviacion de 3.6kg/cm2.
Por su parte. el hormigo
n normal era de 278kgf/cm
2
de resistencia a la compre sicn con desviacicn de 32
kgf/cm2
(en
11probetas)
y resistencia al hendimiento de12 REVISTA DEL IDIEM yol. 18, nO I,mayo 1979
Lal
vig�1
Ie somerieron a flexion con carga al rercio de la luz entre ap oyo sY Ie midieron flecha. al centro y a
plomo
de cada carga y deformacionesunitarial en el
hormigon,
en la fibra extrema decompresien',
y en el acero.LOl relultadol mal relevantes cbrenidos se resumen en la Tabla Ill.
TABLA III
RESULTADOS DE ENSAYOS DE FLEXION
-p,olo
(1)
2(2) 2
p(3)
k ( (4)
Vilal aid c ' klflem
(h
,klflemu ' I P( • kif
,_
HL S· 9·ll 1.48 1.12 249 21 4920 10100
HL 6 3 2.96 1.12 231 29 3380 4100
HL: 1· 2 4.44 1.12 231 29 3000 3150
HL: 4·10·14 1.48 2.51 249 27 5650 14100
HL: 8·11 2.96 2.51 230 24 3880 5400
tiL: 7·12 4.44 2.51 237 27 3500 4000
HN: 3· 4 1.48 2.51 302 32 8120 14500
HN: 2· 5 2.96 2.51 254 29 4750 5250
HN: I· 6 4.44 2.51 278 28 4890 5500
(I) (, rl:siSlenciaa la compresion
(2)
(h
reliSlcncia aI hendimiemo(3) Pu carga a que se oblervo la 101ariela diagonal
(4) P( carla final,° de rOlura
Si se representan 101 resultados de la Tabla III
.egun
el criterio deACI9,
en Iuncicn deP"I(bd..[f;)
en ordenadas ypP"dl(M"..[f;)
enablcisal,
como se hahecho en la
Fig.
7,
.eobserva,
aparte de una grandispersion,
que 101 puntoscorresp ondienres alai
viga.
de hcrmigcn
Iivianoquedan
pordebajo
de 101 dehormigon
normal. La tendenciageneral
ella misma en ambos ca.ol: superacicnholgilda
de la reaisrencia lupue.ta por el criterio ACI(indicada
en Hnea continua en laFig.
7)
en lalvigal
mal cortas y diferencias baaranre menore s en lasvigas
mallargal.
Comparando
lal sum as de rodos 101 valores deigual
cuanda,
se veque lal
vigas
de horrnigcn
Iiviano alcanzaron un750/0
de lal de hormigen
normal.La carga a la
primera
grieta
puede
ler un indice de comparacieninseguro
por la dificultad de
apreciar
exactamente cuando seproduce
aquella.
La cargade rotura
ella,
encambio,
claramente definida y la suma de valores de lalvigas
de horm
igon
Iiviano alcanzaron un90%
de las de hormigcn
normal a la rotura.De estos resulrados se
puede
concluir que lalvigal
de aridol Iivianosobrenidos por
expansion
de las arcillas de Peldehue se comportan en lolicitacionesde corte en Iii forma que el caracteristica y muy conocida para este
tipo
dearido. EI aspecto mal imporrante el que, a
igualdad
de reli.tencia a la compreHORMIGONES ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 13
horm
ige
nnormal,
aunque la resistencia al hendimiento no 10 sea tanto.Si se acepta como criterio de rotura Ia aparie ion de Ia
primera grieta
diagonal,
a pesar del margen de incertidumbre en su deteccion,
la resistenciade estas
vigas
estuvo pordebajo
del850/0
de la devigas
normales; esdecir,
fue inferior al nivel que ACI
fija
para lasvigas
livianas. Creemos queperfec
cionando la fabricacien del
arido,
sepodda cumplir
el nivel ACI con relativaholgura.
1.4 �---�---'---�r---r---'
0.4 �---+---�---��---�---�---�
• HOR'"J:;ON LlV IANO
o HOR'"IGON NOR hIAl
0.2 �---�---�---+---�---�---�
0.5 10
o � � � L- -L � �
o 15 20 30
1000·p
Pu·d
/
(Mu
It;)
Fig. 7. Re.i.tencia al corte por flexion de vigas de hormigon Jjviano representada ,egun
ACI9•
25
Flechas
En la
Fig.
8 se presentan las flechas al centro en funcion de las cargas. Enella se ve que las
vigas
de hormigo
n Iiviano son mas deformables que las dehorm
igc
nnormal,
y esto es consecuencia natural de que el modulo de elasticidadde aquel es mas
pequeilo.
Ya hemos anotado que la relacion entre modulo enlas
experiencias
de Richards fue de 0.56 y si las f1echas fuesenproporcionales
a los inversos de los mSdu
los,
como sepudiera
pensar en unprimer
analisis,
14 REVISTA DEL IDIEM vol. 18, nO I, mayo 1979
16�---�---H.L. -old. 141
14000 1----�--___+--__I_-_+_.I:>l_--__1_--_+_--_+_--_+_--__1
-.
12000
01 �
.. Q..
It 10000
01
...
It U
8000
1lL.-o/d.2.96
o
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9
F lech as al
centro.
mmFig. 8. Flecha. al centro de las vigu de hormigon liviano en funcien de las cargas.
lin
embargo,
en las relaciones 1.59:1 paraaid
=1.48; 1.45:1 para aid =
2.96,
Y 1.31:1 para
aid
= 4.44.Un analisis teoricc del
problema,
en que se toma en cuenta que, aigualdad
de momento
flector,
simu ltaneamente con el aumento de de form acicn unitariadel horrn
ige
n se incrementa laprofundidad
de la fibra n eutra, Heva a la conclusion de que el aumento de la flecha por flexion pura es mas bien
proporcional
a la ralz cuadrada de la relacion inversa entre m cdu los. Si adem as se considerala contribucion del esfuerzo de corte en las flechas se encuentra que para los
calOI presentes la relacicn entre flechas debe ser 1.52:1 para aid =
1.48; 1.38:1 para
aid
=2.96, Y 1.32:1 para
aid
= 1.44; relaciones que son muysem
ejantes
alaiexperimentalea.
HORMIGON ARCILLAS EXPANDIDAS CHILENAS 15
normal. Sin
embargo.
el aumento en las flechas no es tangrande
como elque
se deduce de la relacion entre los m odu los de elasticidad de ambos
hormigones.
En el caso de flexion pura el aumento
queda
mejor
representado
por la raizcuadrada de la relacicn inversa entre m cdulos y en
vigas
cortas, coninfluencia
importante
del corte, se ace rca a la relacion inversasimple.
Enambos"
;:�;i�
influyen
tambien la cuanti'a y las caracterfsticas de lasvigas.
..,��c,"
'"A !JCJ\O.-"
'.,..,
oJ.
OEP'fO
•G _ ...,c,\C
\) bt... '"
4. pue\.'
...
CONCLUSIONES
Esta
pub
licacion es una recop ilacion de lostrabajos
experimentales
realizados
en IDIEM en diversasoportunidades,
los cuales han sido la fuente deorigen
de las
informaciones,
datos y resultadospresentados.
Aunque
entre esrosdistintos
trabajos
hay
algunas
diferencias de criterios y de pro cedim ientos deensayos, la orientacion
general
de ellos es bastante coincidente y aunhay
una continuidad deobjetivos
que los enlaza. Por estas razones seanalizaron
en
conjunto
como una unidad y seextrajeron
algunas
conclusiones quepueden
servir de base para evaluar la
posibilidad
de uso de aridoslivianos,
desde el puntode vista de sus
propiedades,
como material para hormig
o n estructural.Se
puede
afirmar que las arcillas de los alrededores deSantiago,
y enespecialla
de la zona dePeldehue,
y con granprobabilidad
las de Batuco. Maculy Chena
podrlan
usarse para la fabricac icn de aridos livianosexpandidos
toncaracterlsticas variables segun el
procedimiento
de fabricacion. De todas eliassolo la
primera
se so m eric a un estudio de laspropiedades principales.
La arcilIa de Peldehue sometida a un proceso en un horno rotatorio en
planta
piloto
diolugar
a aridosapropiados
para la obtencion dehormigones
estructurales. Se
piensa
que con un proceso masperfeccionado,
conmejor
control de temperatura ytiempos
deexpansion
y de enfr iarniento,puede
mejorarse
el tamano y distribucicn de los poros internos de los gramos yalcanzar
las
superiores exigencias
de loshormigones
de alta resistencia.Los
hormigones
que se prepararon con estos aridos no difieren enningun
aspecto sustancial de los
hormigones
normales,
en c o n se cue ncia el calcu lo deestructuras de horm
igo
n livianopuede
hacerse basandose en las mismashipotesis
y directrices que sirven de base para el calculo de horm
igon
normal.Las diferencias estan en los valores cuantitativos de las
propiedades
y
estas si que tienen que tomarse en cuenta en los c alcu los.
Los
hormigones
de aridos livianos tienen un modulo de elasticidad menorque los
hormigones
normales deigual
resistencia a la compresion
y esto loshace mas
deformables,
tanto en c ompresion como en flexion. Su resistencia16 REVISTA DEL lDlEM vol. 18,nO I,mayo 1979
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LIGHTWEICHT CONCRETE WITH CHILEAN EXPANDED CLAYS
SUMMARY
Expanded
clay
lightweight
aggregates wereprepared
at IDIEM outof clays
coming
from
Santiago
nearby
naturaldeposits
in order to see how wellthey
performed
as concreteaggregates.
The resultsof
testfor
compression,
modulusof elasticity, splitting
tensilestrength,
andflexural strenght
of
short beamsshow that these
