Caracterización Geométrica de Áridos: Impacto en la Resistencia y Trabajabilidad del Hormigón

Superficie Específica

Interesa la superficie en que se va a repartir la cantidad de **cemento (cto.)** disponible. Cada vez que se parte una piedra, aparece una nueva cara que debe ser pintada con pasta de cemento. Hay mayor **superficie específica** por unidad de masa en los **materiales más finos**.

La superficie específica de un granulado corresponde a la suma del área total de las partículas que caben en una determinada masa. Generalmente se expresa en $ ext{cm}^2/ ext{kg}$ para los finos y en $ ext{cm}^2/ ext{kg}$ para las arenas y áridos gruesos.

Sean $1000 ext{g}$ de partículas de **densidad real** $ ho_r = 2540 ext{kg}/ ext{m}^3$ y diámetro medio "$d$" cm. Este diámetro medio "$d$" puede ser establecido como el promedio aritmético o geométrico de los valores máximos y mínimos de dos mallas sucesivas de la serie normal. Las unidades de $ ho_r$ son $ ext{kg}/ ext{m}^3$. Entonces, la superficie específica ($S_e$) se calcula como:

$$S_e = \frac{6000}{d \cdot \rho_r}$$

Forma y Textura Superficial

La forma y textura superficial importan en las propiedades que le confiere al **hormigón (Hº)**. Lo que se persigue es que se asemeje lo más posible a una esfera o cubo. Otra forma conducirá a problemas de **trabajabilidad**.

Las partículas alargadas exigirán mayor cantidad de agua para recuperar la trabajabilidad, ya que tienden a trabarse por su forma y rugosidad. El aumentar la relación A/C (agua/cemento) al agregar más agua dará como resultado una baja en la **resistencia mecánica** del Hº, lo que se puede evitar aumentando el cemento para mantener constante la razón A/C. Esto constituye un costo adicional.

Efectos de Partículas Angulosas y Alargadas

• Las partículas alargadas o angulosas son más frágiles y, por lo tanto, el Hº también lo será.
• Esta deficiencia se debe a que, luego de la chancadura, pueden quedar con **microfisuras internas** que originan la grieta y luego la fractura.
• En un ensayo de Hº en compresión, la forma alargada tiene poca resistencia a la flexión, fallando por **tracción**. Esta es la razón de su menor desempeño, y no que tengan menor resistencia a la compresión, ya que la roca original puede ser la misma para el árido de canto rodado o el chancado.
• La partícula alargada (y aguzada) tiende a orientarse horizontalmente. El agua en exceso tiende a subir a la superficie, pero si esta encuentra un obstáculo en el camino, se queda como "napa" bajo él, y cuando se evapora, queda un hueco; es decir, la pasta no queda adherida al árido. Por lo tanto, a menos adherencia, menor resistencia.

Sin embargo, la partícula angulosa o chancada no es mala y, al contrario, es buena para elementos sometidos a **flexotracción** por su mayor adherencia debido a su rugosidad.

Clasificación por Textura (USA)

La clasificación de la textura superficial se basa en el grado en que la superficie de una partícula es pulida o mate, suave o áspera. La estimación visual de la **aspereza** es bastante confiable.

Forma de los Granos

La forma de las partículas desempeña un efecto importante sobre las propiedades del Hº. Se ha hecho referencia a la **compacidad** y a la superficie específica de partículas ideales esféricas. El **factor de la forma** es el nexo entre esto y la realidad.

Por ello, se puede decir del mismo modo que son la dimensión, las irregularidades y las rugosidades de las partículas las que, por medio de la compacidad y superficie específica, determinan la resistencia, docilidad, permeabilidad y otras características de los hormigones.

Las piedras de formas irregulares son consideradas como defectuosas y pueden ser toleradas solamente en pequeñas cantidades. En las arenas se hace más difícil la definición de la forma que en las gravas. Generalmente se aplican conceptos cualitativos y se recomienda evitar el uso de arenas de granos de formas irregulares o angulosas.

Los defectos de formas de granos se convierten en dificultad de colocación, y esto se trata de compensar con exceso de finos (arena y cemento) y agua, lo que disminuye la resistencia y aumenta las deformaciones por **contracción**.

Coeficiente Volumétrico

El **coeficiente volumétrico** proporciona una idea de la regularidad de las partículas. Es una relación entre el volumen "$v$" de la partícula y el volumen "$V$" de la esfera circunscrita.

La medición se hace sobre un conjunto de piedras en estado SSS (aproximadamente 20 unidades para diámetros de 20 a 50 mm) por desplazamiento en agua para determinar el volumen total ($M_v i$) y por medida directa para el volumen de las esferas circunscritas ($M_v$).

Coeficiente de Forma

Consiste en establecer una relación entre las proporciones de las aristas de una piedra.

Recomendaciones y Especificaciones

Normativa Francesa

En Francia se recomienda el uso de áridos iguales a la esfera o, por lo menos, próximos al cubo. Estas exigencias se pueden aproximar a la desigualdad $L+A < 6E$. Generalmente se especifica que no exista más del **20% de granos fallados**.

Normativa Alemana

En Alemania se trabaja con las relaciones $L/A$ y $E/A$:

• Grano plano: $E/A < 0.5$.
• Grano largo: $L/A > 1.5$.

La parte de los granos no aptos no debe exceder, en lo posible, el **50% del peso total**. Se exige que el promedio de 25 granos mayores que 8 mm no resulte largo o plano.

Clasificación de la Forma de Partículas (USA)

La clasificación visual de la forma de las partículas es la siguiente:

• Muy redondas: Sin caras originales.
• Redondas: Casi sin caras.
• Subredondas: Desgaste considerable, caras de área reducida.
• Subangular: Algún desgaste, pero caras intactas.
• Angular: Pocas señales de desgaste.