Optimizacin del Fller en lasarenasPor JOSE LUIS DAMIETA

1. GENERALIDADES

Definamos como arena o rido fino todo material que pasa por unamalla de abertura 5 mm.

Procede de la desintegracin natural de rocas o areniscas fcilmentedesmenuzables.

Dentro de la composicin del hormign, observamos que el rido finoentra a formar parte de l. en una proporcin aproximada del 30 % al 50 Ohdel peso total de la mezcla, segn tamao mximo de rido empleado ytipo de dosificacin. Esto nos dar idea de la importancia que tiene dentrodel hormign este material.

2. ClASIFICAClON DE LAS ARENAS SEGUN SU PROCEDENCIA

Las arenas segn su procedencia las podemos clasificar en:

- Arena de duna.

- Arena de ro.

- Arena de gravera.

- Arena de lago playa:

202

- Arena de mina.

- Arena artificial.

Arena de duna

Se define como material fino arrastrado por el viento. Su granulome-tra se limita entre los tamices 40 y 100 ASTM.

Arena de ro

La accin del agua y el rozamiento de unas partculas contra otras,hace que esta arena sea de formas suaves. Suele ser limpia y carecer deelementos finos.

Arena de gravera

Proviene de la separacin de la grava, del material que pasa por eltamiz de abertura 5 mm, por medios mecnicos. Estas arenas suelen teneruna granulometra bien graduada y suelen contener arcilla.

Arena de lago o playa

Sus partculas suelen ser redondeadas. Su granulometra est com-prendida entre los tamices 40 y 200 ASTM. Por lo general esta arena esbastante limpia.

Arena de mina

Procede de bancos que no contienen casi nada o nada de grava. Estaarena tiene una granulometra irregular y suele contener arcilla en muchasocasiones.

Arena artificial

Procede de la trituracin de materiales de mayor tamao, gravas ypiedra. Suele tener bastantes f inos en funcin de la naturaleza de la piedratriturada y de. los elementos que se disponen para su trituracin. La gra-nulometra suele ser buena y sus formas son angulosas.

MARZO 1979 - NT 544

3. FUNCIONES DEL ARIDO FINO

Las funciones del rido fino son:

- Rellenar huecos para disminuir el volumen de pasta cemento-agua.

- Dar docilidad a la mezcla para su mejor laborabilidad.

- Evitar exudaciones.

l 4. NORMA ESPAAOLA EH-73 PARA EL ARIDO FINO

La norma espaola, establece las siguientes especificaciones:

Impurezas Mximo admisible

Terrones de arcillaFinos que pasan por el tamiz 0,08 mm UNE 7050Material retenido por el tamiz 0,063 mm UNE 7050 y

que flota en un lquido de peso especfico 2Compuestos de azufre expresadosen SO4 y referidos

al rido seco

1.00 %

5,00 %

0,50 %

1,20 %

Reactividad de los lcalis:

- Norma UNE 7137:

- SiO > R cuando R 2 70.

- SiO > 0.5 R + 35 cuando R < 70.

5. GRANULOMElRIA DE LA ARENA

Diremos que la granulometre ideal de la arena, ser aquella que conun mnimo de pasta agua-cemento, con una relacin determinada para unaresistencia determinada, se rellenen todos sus huecos para dar compaci-dad y se recubran todas sus partculas para dar la docilidad y homogenei-dad requeridas.

Difcil es determinar la granulometra ideal de la arena, ya que depen-der de varios. factores tales como el tipo de hormign a fabricar, la granu-lometra de los Aridos empleados y la forma de los granos de dicha arena.

3 0 4 CEMENTO - HORMIGON

60%

1 0 % L ---a- l F1 .16 130 p 100

T a m i c e s

Figura 1

Generalmente, podemos decir que son mejores las arenas de curvacontinua, que uniforme. Segn Hazel una curva es uniforme cuandoDa/DIa < 2 siendo Da el tamiz por el que pasa el 60 % y Dto el tamiz por elque pasa el 10 %.

Siendo continuas las que verifican la expresin contraria.

La grfica 1 es un ejemplo de granulometra continua. La grfica 2 esun ejemplo de granulometra uniforme. Segn Hummell lo que caracterizaal rido no es su curva granulomtrica, sino su mdulo de finura.

Se define por Mdulo de Finura, la suma de los tantos por cientosretenidos en la serie de tamices Tyler dividido por 100.

Los tamices Tyler en la arena sern n? 4, 8, 16, 30, 50, 100.

La ASTM recomienda que el mdulo de finura de las arenas est entrelos lmites de 2,l a 3,3.

6. INFLUENCIA DEL MODULO DE FINURA

Si representamos una grfica para los diferentes mdulos de finuraponiendo en abscisas el volumen de rido y en ordenadas los l itros de aguaque entran en el metro cbico de hormign (fig. 2), observamos que paraun mismo volumen de ridos, el agua por metro cbico de hormign aumen-ta, a medida que disminuye el mdulo de finura; por el contrario si quere-mos mantener el agua constante para producir un mismo asentamientovemos que a medida que disminuye el mbdulo de finura aumenta el volu-men de kido a emplear, o lo que es lo mismo, disminuye el volumende arena.

MARZO 1979 - N.- !i44 9 9 9

Figura 2

Conclusin de lo anteriormente expuesto se deduce:

- Que a medida que disminuye o aumenta el mdulo de finura de laarena, se necesitar ms 0 menos agua, respectivamente, perma-neciendo constante el volumen del rido.

- Que a medida que disminuye o aumenta el mdulo de finura nece-sitamos menos y ms arena, respectivamente, para un asentamien-to constante.

Comite 613 del aAmerican Concrete Institutem, recomienda au-mentar o disminuir el % de arena en 0,5 % por variacin del mdulo definura de 0,l.

Les adjuntamos una tabla de agua aproximada en funcin del mdulode f inura.

Generalmente no es necesario hacer ninguna correccin cuando elmdulo de finura vara 0,2.

Esto es deb.ido a que las variaciones que pueda haber de agua y porlo tanto de akntamiento, entran dentro de los lmites que permite la norma

L El

30s CEMENTO - HORMIGON

AMdulo finura de la arena Ilm

3.30 1483,lO 1502,90 1522,75 1542,80 1562,40 1582,20 160

(

para un asentamiento dado. La regularidad de un suministro de arena severifica cuando tomando diez muestras de arena consecutivas, en nuevede ellas su mdulo de finura no difiere ms de 0,2 del mdulo de finura dela media de las diez muestras.

Se hicieron varios hormigones con la frmula siguiente:

- A-20 50 %, arenal 40 %, arena2 10 %, cemento PA 270 kg/m3,agua 160 l/m3, aditivo plastificante 3 O/OO.

Las caractersticas de estos ridos las pondremos en funcin al mdu-lo de finura, teniendo:

- A-20 . . . . . . 6,96 M, F.

- Arenal . . . 3,67.I

- Arena2 . . . 1,69.

El mdulo de esta mezcla result ser 5,12. Esta mezcla la denomi-naremos mezcla 1..

Se hicieron otra serie de hormigones con ridos de la misma proce-dencia cuya frmula fue la siguiente:

- A-20, 40 N.

- Arido 9 mm, 25 O/.

- Arena, 35 %.

- Aditivo plastificante, 3 O/OO.

El mdulo de finura de esta mezcla, a la que llamaremos 2.. fue de 4+

El cemento empleado en, segunda mezcla fue 270 kg/m3 PA.

El agua necesaria para conseguir el mismo asentamiento que en laprimera mezcla fue de 161 I/m.

Las resistencias medias a 28 das obtenidas con la primera mezclavariaron entre 201 y 207; el cono obtenido fue de 8 cm.

Las resistencias de la segunda mezcla a 28 das variaron entre 192y 207 con el mismo cono que el anterior, como ya se explic al principio.

De este ejemplo podemos sacar las siguientes conclusiones:

1 . Que dos granulometras con idntico mdulo de finura precisande la misma agua y cemento para obtener la misma resistencia.

2 . Que la granulometra de la arena por s sola no dice nada, sinoque hay que ver su encaje en el conjunto de la mezcla total.

3 . Que la diferencia de mdulos de finura de las arenas de la primeramezcla que es de 3,27, al mdulo de finura de la segunda arenaque es 1,69 ha permitido reducir la dosificacin de arena en un15 % en la segunda mezcla.

.

7. FINOS EN LA ARENA

Dentro de la arena atendiendo al tamao de granos podemos hacer lassiguientes divisiones:

- Arena gruesa, 5 mm a 2 mm.

- Arena media, 2 mm a 0,5 mm.

- Arena fina, 0,5 mm a 0,08 mm.

- Limos, 0,08 mm a 0,005 mm.

- Arcilla menores de 0,005 mm.

- Arcilla coloidal menores de 0,001 mm.

Llamaremos finos de la arena a todo material inferior a 0,8 mm cuyocomportamiento es distinto segn sea la composicin y dimetro de laspartculas.

Estos finos pueden encontrarse bien finamente repartidos o adheridosrecubriendo los granos de arena.

Si los finos ,se encuentran recubriendo los granos de arenamomento ser8n perjudiciales, ya que impedirn la adherencia de

en t&l a

308 CEMENTO - HORMIGON

agua-cemento con los granos de arena rido, dando lugar a hormigonesde poca resistencia a compresin y sobre todo a traccin.

Tambin se producirn retracciones por secado si estos finos querecubren el grano son arcillosos.

Si los finos se encuentran sueltos en la arena, estos entrarn a formarparte de la pasta agua-cemento que aglutina los granos de arena, ridos yrellena huecos.

Estos finos pueden ser arcillosos, calcreos o silceos y todos se basanen la retencin de agua del hormign, la cual es proporcional a todos losfinos incluyendo el cemento.

8. FINOS ARCILLOSOS

Si los finos son arcillosos producirn una gran absorcin de aguaadems que sufrirn unos cambios de volumen por secamiento.

La hidraulicidad de una pasta de cemento se manifiesta por medio deenlaces cristalinos, que se forman en el seno de la solucin acuosa inters-ticial. Si se aade arcilla aunque sea en poca proporcin, cuyos g&ossean ms finos que el cemento, presentar la pasta conjunta un nmero degranos inertes mayor a veces que el nmero de granos de cemento quedarn origen a discontinuidades en la pasta.

Se comprende que estas discontinuidades debilitan al mortero y danorigen a unas cadas de resistencia a compresin y sobre todo a traccinbastante considerables, siendo estas cadas de resistencia proporcionalesal porcentaje de arcilla.

Generalmente todos los finos menores que el cemento producen estasdiscontinuidades.

Se tratarn de reducir estos finos al mximo, siempre que sea posibleo en su defecto incrementar la dosificacin en cemento segn lo aconsejela prctica.

9. FINOS NO ARCILLOSOS E INERTES

Los finos influyen en la laborabilidad del hormign y evitan la exuda-cin, no obstante aumentan la superficie especfica dando lugar a mayoresexigencias de agua con lo que disminuimos la resistencia. En cualquiercaso se tendr.que estudiar la conveniencia de adicin o no de estos finossegn las propiedades que qberamos obtener del hormign.

*MARZO 1979 - N. 944 3 9 9

El Comit del =American Concrete Institutem, recomienda un mtodopara determinar la cantidad necesaria de finos (inertes y no arcillosos) enel hormign.

El mtodo se basa en producir una pasta de consistencia ptima, lacual produzca en el hormign la consistencia deseada con la mnima can-t idad de agua.

Se realizaron una serie de mezclas con el mismo cemento, ridos y lamisma consistencia, como aadido fino, se emple caliza pulverizada y pi-zarra calcinada y pulverizada. Estas adiciones se mezclaron bien con lapasta agua-cemento o bien a los ridos.

La menor cantidad de agua para obtener el mismo asentamiento corres-

pondi a una concentracin de pasta $ = 0,45, segn la figura 3, en la cual

las abscisas representan el volumen absoluto de slidos y agua como frac-cin decimal de la pasta requerida para un volumen de hormign, en lasordenadas se representa el volumen de agua en fraccin decimal de lapasta total necesaria para un volumen de hormign.

Se observa:

1 . Un hormign con relacin agua-cemento igual o inferior a 0,45, noes necesaria ninguna adicin, pues aumenta la superficie espec-fica sin ninguna utilidad requiriendo ms agua, lo que perjudicarala resistencia.

30 34 38 42 46

PULVERIZADA

1 34 38 42 46 ! j

VOLUMEN FRACCION DE PASTA

cvc+ wV

Figura 3

310 CEMENTO - HORMIGON

-

2. Una relacin superior 0,45 se tendr que aadir un volumen definos hasta conseguir la pasta de ptima ,concentracin que serde O,45.

Procedimiento operatorio

Supongamos que dosificamos un hormigln con una cantidad de aguade 180 I para obtener una consistencia determinada, y una relacin agua-cemento de 0,6 para una resistencia determinada.

Tendremos:

A 180 180- = 0,6C

; - = 0,6C

; cc-0 . 6

C = 300 kg/m3.

Pasta ptima:

C = 400 kg/m3

La adicin necesaria sera: C - C = 100 kg referidos al peso del ce-mento.

Siendo los pesos de cemento y aadido fino 3,l y 2,6, respectivamente,el aadido de fino sera (100 : 3,l) x 2,6 = 83,85 kg.

Si la arena aporta un 5 % y su dosificacin fuese de 1.000 kg, tendra-mos 50 kg de finos en el hormign. El aadido necesario sera 83,85 menos50 igual = 34 kg.

No obstante, hoy podemos llegar mediante reducciones de agua, pormedio de plastificantes a conseguir o aproximarnos a la concentracin deesta pasta ptima.

10. DIVERSAS NORMATIVAS DEL CONTENIDO DE FINOS

La norma EH-73 limita el contenido al 5 %.

La norma DIN 1045 limita los finos en los ridos totales en el hormignde la siguiente forma: l

.

MARZO 1979. N. 944 * 311

Obras y losas sin armarFirmes de hormignEn los grupos granulomtricos:

Hasta 3 mmHasta 7 mmHasta 70 mm

Otras limitaciones son, segn AFNOR:

Menor 0,2 mm

3 % en peso2 O/O en peso

4 % e n peso3 % e n peso1,5 % e n peso

Porcentaje mximo de limo, arcilla, etc.:

Con resistencia mecnica muy elevadaDbil permeabilidadPoco o nada armado

Atendiendo a la dosificacin, Hummell recomienda:

2 %3 %5 %

Dosificacin kgjm-

400350300250

Menor 0,2 mm

04a 56a 78 a 10

Mientras que la ASTM, indica que el material ms fino del tamiz 0,149puede reducirse a 0, con dosificaciones superiores a 300 kg/m3.

Otros recomiendan a travs del equivalente de la arena, la aptitudde las arenas cuando su E.A. > 80 permitiendo E.A. > 75 cuando se vana emplear cementos Portland.

El equivalente de arena, mide tanto la cantidad de arcillas como suactividad, pudiendo darnos idea de la retraccin hidrulica a travs de suequivalente de arena, segn la figura 4.

ll. CLASIFICACION Y LAVADO

De lo expuesto anteriormente nos vemos obligados a controlar losfinos en la arena y a eliminarlos en la mayora de sus casos por ser noci-vos, as como a dosificar equilibradamente lo que hemos denominado

3 1 2 CEMENTO - HORMIGON

70

B oMuestra Aislada

9 0

de SECADO SEGUN E L EQUIVALENTE DE

loo4 0.08 0.08 0.10 0.12 0.14 0

Retraccin de secado (%) = R

Figura 4

.l

.

3

arena fina, debido a que, a pesar, de que su funcin es muy importanteen el hormign, por todo lo apuntado anteriormente, un sobreexceso desu dosificacin nos llevara a superficies especficas muy altas.

En el grfico de la figura 5 se representa la variacin de esta super-ficie especfica atendiendo al dimetro de las partculas.

En abscisas se ha representado el dimetro de las esferas y en las or-denadas los metros cuadrados de superficie por kilo.

A la vista de lo cual aconsejamos dosificar la arena siempre que seaposible en dos fracciones cuyos puntos de corte puedan ser de 0.08 a 1y de 1 a 5, o bien de 0,08 a 0,5 y de 0,5 a 1.

Citaremos un esquema general de cmo se pueden llevar a efecto lasoperaciones tanto de lavado como de dosificado expuestas anteriormente.

4

Entre los procedimientos existentes para este clasificado de las are-nas citaremos las cribas, bien por va seca o bien por va hmeda, siendoms aconsejable el segundo tipo de los mencionados a medida que el cortedecrece de tamao.

No obstante, para los tamaos que hemos recomendado hacer el corte,el sistema anterior nos producira unos tupidos de malla que dificultaranla clasificacin &i su precisip y rendimiento.

valuo 1919-N: 544 3 1 3

b 22.6 m*/Kg.

Figura 5

Para estos tamaos inferiores los ms aconsejables son los sistemasde clasificadores ondulado, hidrociclones, etc., todos ellos por va hmeda.

En la figura 6 describimos uno de los tipos de clasificacin onduladapor va hmeda.

El cono superior recoge el todo uno arena y agua, que puede seralimentado bien por una canal, cuando la diferencia de cotas lo permita, obien mediante una bomba que en sus interiores va recubierta de cauchoo materiales anlogos para combatir la abrasin.

La misin de este cono es homogeneizar y dosificar la mezcla agua-arena por medio de sus boquillas inferiores que entran en el clasificadorondulado.

Este cono t iene generalmente la entrada tangencial para que tenga uncierto giro la mezcla dentro del cono.

1Por la parte inferior del cono se produce la alimentacin al clasifica-

dor ondulado a la vez que por la parte superior se produce un rebose conuna eliminacin de parte del polvo de la arena.

Por laagua a una

parte inferior del clasificador ondulado penetra una vena depresin determinada, de tal forma que el empuje de esa corrien--1

. .

CEMENTO - HORMIGON

CLASIFICADORONDULADO

CONO

ARENA GRUESA

Figura 6

ARENA FINA

te de agua sea equivalente a la velocidad de cada de las partculas quequeremos clasificar.

Por la parte superior del clasificador ondulado rebosarn todas laspartculas de di&metro inferior al que hemos efectuado el corte.

Este material ir a parar a un cono horizontal. el cual por la parteinferior tiene una entrada de agua a una presi6n determinada equivalentea la cada de las partculas que queremos hacer el corte.

Todas estas boquillas de entrada y salida son totalmente regulablespor lo cual podemos hacer las clasificaciones a medida de nuestras nece-sidades.

Por la misma razn podemos hacer tantos cortes en la arena comonos sean precisos, siempre que pongamos en batera un nmero de ele-mentos de clasificacin ondulada idntico al del nmero de fracciones aobtener./