23405657 Apuntes Materiales Para Ingenieria Civil 1

7/27/2019 23405657 Apuntes Materiales Para Ingenieria Civil 1

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Perfil del Egresado El ingeniero civil es el profesional con la capacidad, losconocimientos necesarios para participar en la planeacin, el diseo,la construccin, la operacin y el mantenimiento de las obras para eldesarrollo urbano, industrial, habitacional y de la infraestructura delpas, considerando los aspectos metodolgicos, social, econmico,tcnico y ecolgico, bajo una perspectiva tica y buscando elaprovechamiento optimo de los recursos existentes en el lugar de laobra

CURSO: MATERIALES PARA INGENIERIA CIVIL

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: El alumno ser capaz partiendo de las relacionesentre la estructura de los materiales y sus propiedades de identificar usos ytransformaciones en donde el procesamiento se controle para obtenermateriales de construccin con aplicaciones a productos tiles de ingeniera condiversas propiedades, en una obra de ingeniera civil.

El alumno identificar la estructura de los materiales, predecir sucomportamiento mecnico, seleccionara su utilizacin o transformacin parahacer realidad un proyecto de ingeniera.

DATOS DE PROGRAMACIN

UNIDAD I.- ESTRUCTURA DE MATERIALES Y PROPIEDADES MECANICASOBJETIVO.- ANALIZAR LAS PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA MICROSCOPICAS YRELACIONADASTEMAS

1.1. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES1.2.- PROPIEDADES MECANICAS Tiempodestinado: 2 semanas

UNIDAD II.- CONTROL DE CALIDAD EN LOS MATERIALESOBJETIVO.- NORMATIVIDAD PARA ASEGURAR E INFERIR LA CALIDAD DE LOS

MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIN Y EDIFICACINTEMAS

2.1. CERTIFICACIN Y NORMATIVIDAD2.2. CONTROL ESTADSTICO DE PROCESOS Tiempodestinado: 1 semana

UNIDAD III.- MATERIALES DE CONSTRUCCIN OBJETIVO.- CONOCER LAS ESPECIFICACIONES Y NORMAS APLICADAS A LOSMATERIALES UTILIZADOS EN LOS PROYECTOS DE INGENIERIA PARA ASEGURAR EINFERIR SU CALIDAD.TEMAS

3.1.ROCAS y SUELOS3.2.AGLOMERANTES.3.3.CONCRETO HIDRULICO Y ASFLTICO (dosificaciones de mezclas).3.4.METALES3.5.CERAMICA Y VIDRIO3.6.MADERA.3.7.PRODUCCION DE POLIMEROS3.8. MATERIALES COMPUESTOS. Tiempo destinado:

12 semanas


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PRACTICAS PROGRAMADAS PARA EL CURSO: MATERIALES PARA INGENIERIACIVIL.

Semana Objetivo Bibliografa1. Estructura de

losmateriales

-

Determinar la densidad relativa delos materiales, masa volumtricaseca y masa volumtrica naturalde dos Materiales

2. Propiedadesmecnicas enmateriales

- Ensaye a compresin enespecimenes de roca y suelo.Comparar los esfuerzos a compresin,y grficas esfuerzo-deformacin

--------

3. Propiedadesen agregadosminerales.

Determinacin del RQD% de desgaste mtodo los ngeles

Manual CFENormas SCT, Tomo IX

parte I4. Propiedadesfsicas de

agregadosminerales

Obtener la curva granulomtrica engravas y arenas

Determinacin del MF en arenas ycontenido de materia orgnica.

NMX C 73NMX C 77

NMX C 165

5. Propiedadesfsicas deagregadosminerales

Mezcla de agregados ptreos paracumplir con los requisitos de la normaMateriales Ptreos para carpetasasflticas

N-CMT-4-04-03 de la SCT

6. Aglomerantes Agua de consistencia normal yDeterminacin de la resistencia acompresin en cementanteshidrulicos.

Tomo IX parte II SCT,NMX-C-061 ONNCCE-

2001.

7. Concretoasfltico

Elaboracin de especmenes Marshally ensaye de cubos de cementanteshidrulicos

Tomo IX Parte Primera,Normas de Construccinde la S.C.T., Pag. 354-

365.8. Propiedadesde mezclas conaglomerantes.

Ensaye de cubos de cementanteshidrulicosDeterminacin de estabilidad y flujoEstructura en mezcla de materiales

9. Dosificacinde concretohidrulico

Procedimiento terico.ACI-318

10. Dosificacinde concretoasfltico

Dosificacin de mezcla de concretohidrulico, propiedades en estadofresco.

NMX-C- 156NMX-C-161

11. Metales Revisin de propiedades mecnicas en

aceroEnsaye a tensin en placa de acero

NOM B 434

NOM B 310

12. Cermicas Revisin de propiedades fsicas ymecnicas de cermicos tradicionales.

Tomo IX parte I NormasSCT

13. Madera Polmeros

Ensaye a tensin, cortante ycompresin en maderaRevisin de propiedades mecnicas enmadera-polmeros

Tomo IX parte IV NormasSCT

14. ConcretoHidrulicoEndurecido

Ensaye a compresin de especmenesde concretoEnsaye a flexin y tensin en

especmenes de concreto

NMX C 109 y 83NMX C 191NMX C 163


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ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES.

El conocimiento de la estructura de un material permite prever, hasta cierto punto, sucomportamiento. Tambin permite optimizar el material para la aplicacin prevista oincluso encontrar nuevas aplicaciones

La estructura ntima de la materia, las caractersticas de sus uniones atmicas y cristalinas,constituyen la base sobre la cual se puede entender los materiales y disear suspropiedades con un fin determinado.

Los materiales slidos poseen una estructura interna compleja debido a las interaccionesfuertes que se establecen entre sus tomos y molculas. Su estudio cientfico data de finesdel siglo XIX.

A fines del ese siglo Retgen descubre los rayos X (o rayos Retgen) y comienza su febrilaplicacin al estudio de los materiales. La mayor parte de los materiales tienen unaestructura interna ordenada, en la forma de cristales. Todos ellos producen un espectro, alser estudiados con rayos X, caracterstico de esa estructura cristalina o an de su ausencia.

El prximo avance fue la invencin de los microscopios electrnicos de barrido focalizadospor lentes magnticas de modo de producir imgenes de altsima definicin.

El siguiente avance ha sido los microscopios de fuerza atmica, inico, de efecto de campo,etc.. Todos basados en la extraordinaria capacidad de la microelectrnica actual paraposicionar sondas de anlisis en las inmediaciones de las superficies de los materiales.

Todas esas tcnicas contribuyen en su medida al estudio microscpico de los materiales.

La estructura interna de los mismos, sus defectos, los aleantes, los precipitados,impurezas, etc.,

Como es sabido toda la materia esta formados por tomos que se hallan constituidos porncleos pesados, conformados por neutrones y protones, y electrones, mucho ms livianos,orbitando a relativamente grandes distancias del ncleo. Como hay tantos electrones comoprotones los tomos son naturalmente neutros, dado que electrones y protones poseencargas elctricas iguales y de signos opuestos.

Adems los electrones no conforman una nube informe alrededor de los ncleos sino quese disponen en rbitas bastante bien definidas con distancias variables, dependiente delnmero de electrones que posee el tomo.

Los metales (Slidos cristalinos) tienen pocos electrones en sus rbitas exteriores. Enesas condiciones, cuando se hayan conformando un slido con otros tomos iguales,tienden a satisfacer su neutralidad compartiendo esos electrones con sus vecinos en unanube electrnica que se mueve ms o menos libremente en todo el slido.

Ante el menor campo elctrico externo estos electrones tienden a moverse rpidamente ypor eso los metales son buenos conductores elctricos.

Los no metales (Slidos amorfos) en cambio tienen sus rbitas exteriores pobladas porvarios electrones (3, 4 o 5) y tienden a combinarse formando compuestos en los cuales lasuniones son muy direccionales y los electrones se hayan muy localizados y amarrados atomos individuales.

Los campos elctricos aplicados son generalmente no suficientes para arrancarlos de susposiciones y estos materiales constituyen buenos aislantes elctricos.

La disposicin de los tomos de un cristal metlico muestra un arreglo peridico embebidoen un mar de electrones siempre dispuestos a flotar libremente por todo el cristal. En esas


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condiciones las uniones no son para nada direccionales y ante una tensin aplicada en unagrieta los tomos deslizan entre s y la grieta se ensancha en forma dctil.

En cambio la estructura de los cermicos posee uniones muy fuertes que prefieren, anteuna solicitacin externa en una grieta, romperse antes que deslizar. La grieta tiende aprogresar catastrficamente y a atravesar el material de una forma caracterstica de unarotura frgil.

As como sta, muchas propiedades pueden explicarse por medio de argumentos, ms omenos complicados, basados en el conocimiento ntimo de los materiales. Eseconocimiento permite llevar la aplicacin de los materiales a lmites insospechados.

PROPIEDADES MECANICAS.

Una clasificacin parcial de las propiedades de los materiales de ingeniera se presenta enel cuadro siguiente:

Clasificacin de las propiedades de los materiales de ingeniera.

CLASE PROPIEDAD

Fsicas

Dimensiones y forma

Densidad o gravedad especfica

Porosidad

Contenido de humedad

Qumicas

Oxido o composicin compleja

Acidez o alcalinidad

Resistencia a la corrosin o a la intemperie

Mecnicas

Resistencia: tensin, compresin, cortante,flexin, impacto, tenacidad

RigidezElasticidad y plasticidad

Ductilidad y fragilidad

Dureza y resistencia al desgaste

Trmicas

Calor especfico

Expansin

Conductividad

Elctricas yMagnticas

Conductividad

Permeabilidad magntica

Accin galvnica

AcsticasTransmisin del sonido

Reflexin del sonido

pticas

Color

Transmisin de la luz

Reflexin de la luz

Las propiedades mecnicas pueden definirse como aquellas que tienen que ver con elcomportamiento de un material bajo fuerzas aplicadas. Las propiedades mecnicas seexpresan en trminos de cantidades que son funciones del esfuerzo o de la deformacin oambas simultneamente.

Las propiedades mecnicas fundamentales son la resistencia, la rigidez, la elasticidad, laplasticidad y la capacidad energtica.


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La resistencia de un material se mide por el esfuerzo segn el cual desarrolla algunacondicin limitativa especfica. Las principales condiciones limitativas o criterios de fallason la terminacin de la accin elstica y la ruptura.

La rigidez tiene que ver con la magnitud de la deformacin que ocurre bajo la carga; dentrodel rango del comportamiento elstico, la rigidez se mide por el mdulo de elasticidad.

La elasticidad se refiere a la capacidad de deformacin en el rango elstico de un material,

esto es la capacidad de recuperar sus caractersticas iniciales al retirar el esfuerzo.

El trmino plasticidad se usa para indicar la capacidad de deformacin plstico sin queocurra ruptura.

La capacidad de un material para absorber energa elstica depende de la resistencia y larigidez; por ejemplo, la capacidad energtica en el rango de accin elstica se denominaresiliencia; la energa requerida para romper un material se denomina tenacidad.

En el ensayo mecnico de probetas preparadas hay cinco tipos primarios de cargas:tensin, compresin, cortante, torsin y flexin.

ESFUERZO Y DEFORMACIN

El esfuerzo se define como la magnitud de las fuerzas internas que resisten un cambio enla forma de un cuerpo. Esta en trminos de fuerza por unidad de rea. Existen tres clasesbsicas de esfuerzos: Tensin, compresin y corte.

La deformacin se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe alesfuerzo, al cambio trmico, al cambio de humedad o a otras causas.

La deformacin se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud.

En los ensayos de torsin se mide la deformacin cmo un ngulo de torsin entre dossecciones especificadas.

Cuando la deformacin se define como el cambio por unidad de longitud en una dimensinlineal de un cuerpo, se denomina deformacin unitaria. e = e / L

donde,

e : es la deformacin unitaria

e : es la deformacin

L : es la longitud del elemento


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Relacin entre la deformacin unitaria y la deformacin.

Si un cuerpo es sometido a esfuerzo de tensin o compresin en una direccin dada, nosolo ocurre deformacin en esa direccin (direccin axial) sino tambin deformacionesunitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformacin lateral). Dentro del rangoelstico la relacin entre las deformaciones lateral y axial en condiciones de carga uniaxiales denominada relacin de Poisson.

DEFORMACIN ELSTICA Y PLSTICA

Cuando una pieza se somete a un esfuerzo, se produce una deformacin del material. Si elmaterial vuelve a sus dimensiones originales cuando la fuerza cesa se dice que el materialha sufrido una DEFORMACIN ELASTICA.

El nmero de deformaciones elsticas en un material es limitado ya que aqu los tomosdel material son desplazados de su posicin original, pero no hasta el extremo de quetomen nuevas posiciones fijas. As cuando la fuerza cesa, los tomos vuelven a susposiciones originales y el material adquiere su forma original.

Si el material es deformado hasta el punto que los tomos no pueden recuperar susposiciones originales, se dice que ha experimentado una DEFORMACIN PLASTICA

ELASTICIDAD

La elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las deformacionescausadas por el esfuerzo desaparecen al retirarles dicho esfuerzo.

Algunos materiales, como el hierro fundido, el concreto, y ciertos metales no ferrosos, sonimperfectamente elsticos aun bajo esfuerzos relativamente reducidos, pero la magnitudde la deformacin permanente bajo carga de poca duracin es pequea, de tal forma quepara efectos prcticos el material se considera como elstico hasta magnitudes deesfuerzos razonables.

Una medida cuantitativa de la elasticidad de un material podra lgicamente expresarsecomo el grado al que el material puede deformarse dentro del lmite de la accin elstica;pero, pensando en trminos de esfuerzos, un ndice prctico de la elasticidad es el esfuerzoque marca el lmite del comportamiento elstico.

Para medir la resistencia elstica, se utiliza el concepto de proporcionalidad entre elesfuerzo y la deformacin conocido como Ley de Hooke.

RIGIDEZ

La rigidez tiene que ver con la deformabilidad relativa de un material bajo carga. Se lemide por la velocidad del esfuerzo con respecto a la deformacin. Mientras mayor sea elesfuerzo requerido para producir una deformacin dada, ms rgido se considera que es el

material.

Bajo un esfuerzo simple dentro del rango proporcional, la razn entre el esfuerzo y ladeformacin correspondiente es denominada mdulo de elasticidad (E).

En trminos del diagrama de esfuerzo y deformacin, el mdulo de elasticidad es lapendiente del diagrama de esfuerzo y deformacin en el rango de la proporcionalidad delesfuerzo y la deformacin.


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Existen tres mdulos de elasticidad: el mdulo en tensin, el mdulo en compresin y elmdulo en cortante.

Bajo el esfuerzo de tensin, esta medida de rigidez se denomina mdulo de Young;

Bajo el esfuerzo de cortante simple la rigidez se denomina mdulo de rigidez.RESISTENCIA LTIMA

El trmino resistencia ltima est relacionado con el esfuerzo mximo que un materialpuede desarrollar. La resistencia a la compresin es el mximo esfuerzo de compresinque un material es capaz de desarrollar, la resistencia a la tensin es el mximo esfuerzode tensin que un material es capaz de desarrollar.

La figura muestra, esquemticamente, las relaciones entre esfuerzo y deformacin para unmetal dctil y un metal no dctil cargado hasta la ruptura por tensin:

Diagramas esquemticos de esfuerzo y deformacin para materiales dctiles yno dctiles ensayados a tensin hasta la ruptura.

Con un material quebradizo la falla en compresin es por ruptura, y la resistencia a lacompresin posee un valor definido. En el caso de los materiales que no fallan encompresin por una fractura (materiales dctiles, maleables o semiviscosos), el valorobtenido para la resistencia a la compresin es un valor arbitrario que depende del gradode distorsin considerado como falla efectiva del material.

La figura muestra diagramas caractersticos de esfuerzo y deformacin para materialesdctiles y no dctiles en compresin:


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3. Resistencia mxima a la tensinLa resistencia mxima a la tensin es la tensin mxima alcanzada en la curva de tensin deformacin. Si la muestra desarrolla un decrecimiento localizado en su seccin (unestrangulamiento de su seccin antes de la rotura), la tensin decrecer al aumentar ladeformacin hasta que ocurra la fractura puesto que la tensin se determina usando laseccin inicial de la muestra. Mientras ms dctil sea el metal, mayor ser el decrecimientoen la tensin en la curva tensin-deformacin despus de la tensin mxima.

La resistencia mxima a la tensin de un material se determina dibujando una lnea

horizontal desde el punto mximo de la curva tensin deformacin hasta el eje de lastensiones. La tensin a la que la lnea intercepta al eje de tensin se denomina resistenciamxima a la tensin, o a veces simplemente resistencia a la tensin o tensin de fractura.


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CONTROL DE CALIDADCALIDAD: Grado en el que un conjunto de caractersticas (o parmetros de medicin),cumplen con la necesidad o expectativa establecida, generalmente implcita u obligatoria(Norma ISO 9000: 2000 Fundamentos y Terminologa de los Sistemas de Gestin de laCalidad)

NORMA: Son documentos que elabora un organismo nacional de normalizacin osecretarias de estado, que prev para un uso comn y repetitivo, reglas, especificaciones,atributos, mtodos de prueba, directrices, caractersticas o prescripciones aplicables a unproducto, proceso, instalacin, sistema, actividad, servicio o mtodo de produccin uoperacin, as como aquellas relativas a terminologa, embalaje, marcado y etiquetado(ART: 3 Ley Federal sobre Metrologa y Normalizacin LFMN)

Son establecidas por consenso de las partes interesadas (fabricantes, consumidores,organismos de investigacin cientfica y tecnolgica, laboratorios y, asociacionesprofesionales); y aprobados por organismo reconocido Sectorial/ Nacional / Regional /Internacional; ofrecen un lenguaje comn de comunicacin, establecen un equilibriosocioeconmico entre los distintos agentes que participan en las transacciones comercialesy son un patrn necesario de referencia para el cliente y el proveedor. La Ley Federal deMetrologa y Normalizacin contempla dos tipos de norma: NOM y NMX

NOM Normas oficiales Mexicanas, a cargo del ejecutivo federal y que son regulacionestcnicas federales obligatorias para productos o servicios que comprometan un cambio enlos ecosistemas y salud de seres vivos.(Cap. II Seccin I Art. 40, 41)

NMX Normas mexicanas voluntarias o comerciales, a cargo del sector privado que serefieren a la calidad de bienes y servicios. (Cap. II Seccin II Art. 51)

NORMALIZACIN. Es una actividad colectiva encaminada a establecer soluciones asituaciones repetitivas, consiste en la elaboracin, difusin y aplicacin de normas. Engeneral las escriben dependencias de gobierno.

ORGANISMOS QUE EMITEN NORMAS:

NACIONALES: Organismo Nacional de Normalizacin y Certificacin para la construccin yedificacin ONNCCE (Secretaria de Economia), Centro Nacional para la Prevencin deDesastres (CENAPRED), Direccin General de Norma (DGN), SCT, CFE, PEMEX.

EXTRANJERAS: Sociedad Americana para Pruebas de Materiales ASTM, InstitutoAmericano de estandarizacin ANSI, Asociacin Francesa de Normalizacin AFNOR,Asociacin Espaola de Normalizacin y Certificacin AENOR, Asociacin Americana deIngenieros Civiles ASCE, Sociedad Americana para la Enseanza de Ingeniera ASEE,


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Asociacin Americana de Ingeniera del cemento ASHRAE, Sociedad Americana de laCalidad ASQC, Institucin Britnica de Estandarizacin BSI; Comit Europeo deEstandarizacin.

COMPONENTES GENERALES DE UNA NORMA EMITIDA POR EL ONNCCE:

a) Nombre

b) Prefacio: Empresas que integran el comit y que participan en la elaboracin de laNorma.c) Objetivo y/o aplicacin.d) Referencias.e) Definicionesf) Equipo, aparatos e instrumentosg) Preparacin y acondicionamiento de las muestras.h) Procedimientos.i) Bibliografaj) Concordancia con normas internacionalesk) Vigencia

ESPECIFICACIN. Definicin en forma precisa y ordenada con individualidad de una cosa,

objeto o material que se pretende utilizar en un proyecto. La escriben los dueos de unproyecto, diseadores, proyectistas, constructores o vendedores.

CERTIFICACIN. Procedimiento por el cual una tercera parte asegura por escrito que unproducto, proceso, servicio o sistema satisface los requisitos establecidos por una norma oen un documento normativo. Las actividades de certificacin incluyen: evaluacin de laconformidad con documentos normativos, evaluacin de los sistemas constructivos,certificacin de los sistemas de calidad de normas mexicanas (NMX-CC / ISO 9000,informacin sobre normas y bienes.

ACREDITACIN. El acto por el cual un organismo externo reconocido, considerando unanorma de referencia aplicable, reconoce la competencia tcnica y confiabilidad de unaempresa, institucin o individuo para la evaluacin de la conformidad.

CONTROL ESTADSTICO DE PROCESOS

Definicin de Procesos

La forma general de definir un proceso es: conjunto de actividades necesarias para latransformacin de insumos en productos o resultados agregndole un valor ". Los insumosy recursos son las fuentes de variacin de los procesos, estos pueden ser: materiales,procedimientos, equipos, medio ambiente y recurso humano.

La importancia de conocer un proceso es que este se pueda controlar. Una vez controlado

el proceso se debe mejorar, esto es, reducir la variabilidad para que se generen artculos oservicios lo ms uniforme posible.

Un requisito de la mejora de los procesos es lograr la uniformidad de los procesosmediante la reduccin de la variacin. La reduccin de la variacin permite hacerpredicciones y planes de los acontecimientos, comportamientos y desempeos futurosbasados en el proceso y el conocimiento profundo de los componentes y variables queafectan al proceso.

El uso de tcnicas de muestreo y anlisis estadstico, en ambientes de produccin, tienecomo finalidad la reduccin sistemtica de la variabilidad.

Es importante que un proceso se encuentre en control estadstico ya que es en ese estadocuando un proceso se puede mejorar y disminuir su variabilidad.

Los grficos de control o cartas de control son una importante herramienta utilizada encontrol de calidad de procesos. Bsicamente, una Carta de Control es un grfico en el cual


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se representan los valores de algn tipo de medicin realizada durante el funcionamientode un proceso contnuo, y que sirve para controlar dicho proceso.

El propsito de una grfica de control es determinar si el comportamiento de un procesomantiene un nivel estadstico de control, as como tambin el de proporcionar informacin

de prevencin, o anticiparse a la prdida de control estadstico.

La lnea central corresponde a la media de las medias muestrales, mientras que las lneassuperior e inferior a los lmites de control.Los puntos graficados corresponden a las medias de pequeas muestras tomadas a travsdel tiempo, durante el proceso.

En general, si un punto cae fuera de los lmites de control es un indicativo de que existeuna causa especial de variacin, la cual debe ser buscada y corregida para regresar alestado de control estadstico.

Incluso si todos los puntos se hallan dentro de los lmites de control, pero stos secomportan de manera sistemtica o no aleatoria, esto indicar que existen causas

especiales de variacin, por lo que el proceso no estar en un estado de control.

ROCAS Y SUELOS

PERFILES ESTRATIGRFICOSSon representaciones esquemticas que nos indican la composicin de un terreno

en capas o estratos que se formaron en el transcurso del tiempo.

La representacin por medio de perfiles estratigrficos se obtiene a partir de mtodosdirectos (muestreo y ensaye de materiales) o mtodos indirectos (estudios, geofsicos ossmicos), presentando informacin cuya finalidad es:

a) Indicar cmo la historia geolgica influye sobre las caractersticas del terrenob) Dar valores tpicos sobre las propiedades de las rocas y/o suelos

c) Mostrar la variabilidad del comportamiento del suelo con la profundidadd) Historia de presiones o esfuerzos a los que se someti un suelo.

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NTN

NAF

Arena

Grava con Arena

Fragmentos conArcilla

Roca Sana

0-2

2-5

5-5.5

NTN: Nivel delterreno Natural

NAF: Nivel deAguas Freticas


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CICLO DE FORMACIN DE LAS ROCAS

CLASIFICACIN DE LAS ROCAS

Las rocas estn involucradas en muchos proyectos de ingeniera civil, suspropiedades son consideradas en la fase de exploracin, diseo, construccin y servicio delproyecto. La roca se considera intacta o masiva.

a) ROCA INTACTA SANA: no presenta discontinuidades como juntas y plegamientos,SE DESCRIBE EN TRMINOS GEOLGICOS DE ACUERDO A LA DESCRIPCINMINERALGICA, TEXTURA, ETC.

b) ROCA MASIVA: es interrumpida por discontinuidades o bloques de roca intacta, Por eltamao de sus partculas se divide en fragmentos de roca (de 0.75 m a 2.0 m dedimetro) o fragmentos de roca chicos (de 7.5 cm a 20 cm).

FORMAS COMERCIALES DE LA ROCA

1. DE CANTERA 2. PIEDRA BRAZA 3. BALDOSADAmonumentos o piezas de ornato cimentaciones Fahadas

4. EN GREA5. POLVO DE ROCA

Roca masiva sin clasificacin de tamaos Para pisos


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PROPIEDADES FSICO-QUMICAS DE LAS ROCAS

COLOR. Es debido a los minerales que la componen estos se clasifican respecto alcolor en dos grupos: los minerales idiocromticos los minerales alocromticos.Se llama idiocromaticos a los minerales que tienen colores caractersticosrelacionados con su composicin, en este caso el color es til como medio deidentificacin. En los minerales alocromaticos no se presenta un color caracterstico.

FRACTURA. Es la manera irregular de separarse dos o ms cristales nocoincidiendo con un posible plano cristalogrfico, al aplicarles una fuerza. Lafractura puede ser:

- Concoidea o concoidal, se generan superficies cncavas convexas y sepueden apreciar ondas concntricas en torno al punto de impacto.- Irregular, cuando se rompe segn superficies bastas e irregulares- Fibrosa o astillosa, el mineral se rompe segn fibras o astillas.

CLIVAJE. Es la forma de separacin de los cristales de un mineral, tambin alaplicarle una fuerza y se diferencia de la exfoliacin por generar planos deseparacin menos perfectos. En funcin de estos se habla de grados de clivaje,siendo el grado 1: clivaje perfecto (lmite superior con la exfoliacin); grado 2:clivaje bueno; grado 3: clivaje medio; grado 4: clivaje imperfecto y grado 5: clivajeabsolutamente imperfecto (limite con la fractura).

DUREZA. Se llama dureza al grado de resistencia que opone una roca a ladeformacin mecnica. Depende de la composicin qumica de los minerales que laconforman y tambin de la disposicin de sus tomos. Cuanto ms grandes son lasfuerzas de enlace, mayor ser la dureza del mineral y por ende de la roca.

LUSTRE BRILLO. El brillo en una roca es debido a la capacidad de sus mineralesde reflejar la luz incidente.

FLUORESCENCIA O FOSFORESCENCIA. Las rocas fluorescentes se hacenluminiscentes cuando estn expuestos a la accin de los rayos ultravioleta, X ocatdicos. Si la luminiscencia continua despus de haber sido cortado la excitacinse llama al fenmeno fosforescencia y a la roca con tal caracterstica mineralfosforescente.Las fluoritas de color intenso son rocas fosforescentes, que muestran luminiscenciaal ser expuestas a los rayos ultravioleta.

RQD. ndice de calidad de la roca permite estimar discontinuidades microscpicase interismo a diferentes profundidades.Datos para los clculos:

Profundidad de perforacinLongitud de los ncleos perforados

100xnpe rforacio_de_dprofund idacm10nucleos_de_longitudesRQD =


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Designacin de la Calidad

RQD DESCRIPCIN

0-25 Muy mala

26-50 Mala

51-75 Regular

76-90 Buena91-100 Excelente

COEFICIENTE DE EXPANSIN. Propiedad trmica que indica la capacidad decambiar el volumen con respecto a la temperatura

% DE DESGASTE POR ABRASIN. Resistencia a degradarse ante cargasabrasivas, se realiza por medio de la mquina de los ngeles.

si % de desgaste por abrasin >50%, puede serutilizada la roca para fabricar concreto

PERDIDA EN PESO POR INTEMPERISMOACELERADO. Prdida en peso de la estructura slida ante sustancias acidos osulfatos ejem. Sulfato de sodio.

RANGOS DE LAS PROPIEDADES BSICAS DE LAS ROCAS

TIPO DE ROCA DENSIDAD POROSIDAD

RESISTENCIA (kg/cm2)

COMPRESIN

TENSIN CORTANTE

qu T SGNEAS 2.2-3.1 0.1-1.5 1000-3500 70-350 140-600

SEDIMENTARIAS

2.0-2.7 1.0-3.0 50-2500 20-250 30-500

METAMRFICAS

2.6-3.0 0.1-2.0 500-3000 50-300 150-600

RCDF --- 4% Mximo 100-150

AGREGADOS MINERALES. SON PARTCULAS DE ROCA TRITURADA, GRAVA Y ARENA(TRITURADA O NATURAL) Y PRODUCTOS ARTIFICIALES INORGNICOS DELTAMAO DE ARENA Y GRAVA, UTILIZADOS SOLOS O EN COMBINACIN DE

OTRO MATERIAL (AGLOMERANTES) PARA UN FIN CONSTRUCTIVO,CONSTITUYENDO LA MAYOR PARTE DE LA ESTRUCTURA EN QUE

INTERVIENEN; COMO POR EJEMPLO:

Arena y grava para concreto asfltico, constituyen aproximadamente el 90% enpeso.

Arena y grava para concreto hidrulico, constituyen aproximadamente el 85% enpeso.

Suelos con calidad de Sub-bases y Bases, para la estructura de un pavimento,

constituyen el 100% en peso. Rellenos y Filtros de estructuras, constituyen el 100% en peso.

Los aglomerantes son sustancias para unir fragmentos elementos heterogneos,los principales aglomerantes son: cemento Prtland, cal, yeso, cemento asfltico, resinas

Wsi: Peso seco inicialWsf: Peso seco final

1 0____% xW

WWa b r a s i np o rd e s g a s t ed e

si

sfsi

=


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naturales o artificiales. Se denominan aglomerados a la masa resistente y dura formadacon agregados minerales cohesionada fsica, qumica o mecnicamente por unaglomerado.

En la descripcin de agregados minerales se utilizan trminos como:

a) FUENTE DE ORIGEN

NATURALES: de ros o arroyos conglomerados, se separan arena y grava porcribado en diversos tamaos (3, 1 , 3/8, No. 4, pasa No. 4) para eliminarlimos y arcillas. Tambin se utilizan escorias de origen volcnico de tipo pumtico(tepojal)

TRITURADOS: Fragmentos de roca triturados y cribados hasta alcanzar lostamaos deseados

ARTIFICIALES: como unicel, plstico, fragmentos de acero, desperdicio de altoshornos (escoria y fly Ash), etc.

b) TAMAO MXIMODe acuerdo a valor de la abertura de la criba en la cual pasa el 100% del material, sedefine nicamente para las gravas y se define en pulgadas (2, 1 , 1, , 3/8)

c) FORMADe acuerdo a los valores de esfericidad y redondez. Las partculas equidimesionalespresentan menor rea superficial por unidad de volumen y se empacan mejor que laspartculas alargadas y planas, as que requieren menor cantidad de aglomerante. Laredondez afecta directamente al contenido de vacos, a mayor redondez menorcontenido de vacos.

CLASIFICACINDE LA FORMA DE

LA PARTCULADESCRIPCIN

ANGULAR Bordes bien definidos en la interseccin de carasrugosas y tres dimensiones iguales

ALARGADA Partculas angulares con una relacin largo/ancho>3

PLANA Partculas con relaciones largo/ancho < 3

IRREGULAR De forma natural irregular por desgaste, conbordes redondeados

REDONDEADA Desgaste severo, tridimensional y sin bordesclaros

d) TEXTURA SUPERFICIALEs el grado en que una partcula puede ser medida de acuerdo a la altura y separacinde sus asperezas en su superficie. La textura superficial afecta la adherencia de laspartculas y el aglomerante, Las partculas tersas se empacan mejor que las partculasrugosas y por lo tanto requieren menor cantidad de aglomerante

CLASIFICACIN DE LATEXTURA SUPERFICIAL DE

LA PARTCULADESCRIPCIN

SPERA Fractura con granos finos a medianos difcilesde ver a simple vista

LISA Desgastada por agua o por fractura de rocaslaminadas

GRANULAR Fractura con granos uniformesaproximadamente redondos

PANALOIDE Cavidades y poros visibles


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CRISTALINA Partes cristalinas fcilmente distinguibles

GRANULOMETRA. Distribucin de frecuencias del tamao de sus partculas apropiadapara cada uso.Existen parmetros de calidad como MODULO DE FINURA EN ARENAS, que estadefinido como la suma del porcentaje retenido acumulado de la malla No. 4 a la No.

100 dividido entre 100. Un valor entre 2,30 y 3,10 es apropiado.

La importancia practica de la curva granulomtrica es la de mantenerla tan constantecomo sea posible para disminuir las variaciones de las propiedades fsicas y mecnicasdel material, se deber determinar la cantidad de sustancias perjudiciales en lasmuestras de materiales. La cantidad de arcilla determina el comportamiento de losagregados minerales y se consideran sustancias perjudiciales en los siguientesaspectos:

Mayor cantidad: aumenta la plasticidad, el potencial de expansin y/o contraccin,agrietamiento, cohesin y compresibilidad. Mayor consumo de cemento reduce laestabilidad y adherencia de la mezcla, incrementan la demanda de agua, aparicin degrietas en la superficie

MEZCLA DE DOS O MS AGREGADOS MINERALES

Por lo general no se tiene una sola fuente de agregados que proporcione losrequisitos granulomtricos para concreto asfltico, material de base sub-base, por lo quees necesario mezclas dos o ms materiales.

Un procedimiento grfico para mezclar dos materiales consiste en:1. Trazar un cuadro de 10 divisiones por lado2. Marcar el porcentaje que pasa cada tamiz de cada agregado en los ejes verticales para

el suelo A (grueso) y suelo B (fino)3. Para cada tamao unir con una lnea recta los dos agregados

4. Marcar los limites especificados en cada recta utilizando los ejes horizontales5. Trazar una lnea vertical entre estos limites6. Determinar el porcentaje requerido para cada agregado.

Est mtodo se puede aplicar realizando la mezcla para dos materiales, posteriormente lanueva granulometra se utiliza para mezclar un tercer material

Relacin fino/total (%)

100 80 60 40 20 0100 100

80 8060 60

40 40

%

q

ue

pa

sa

%

q Gu R

e U E

p Sa O

sa

FI

N

O


18/52

20 20

0 0 20 40 60 80 0

Relacin grueso/total (%)

Generalmente se realizan mezclas de materiales para cumplir con alguna granulometrapara agregados minerales empleados como sub-base, base, material para elaboracin de

carpeta asfltica, las granulometras de dichos materiales se muestran en las siguientestablas

AGLOMERANTES.

Un aglomerante es una sustancia utilizada para unir fragmentos de agregados minerales oelementos heterogneos. En la construccin, un aglomerado es una masa cohesionadafsica, qumica o mecnicamente por medio de una sustancia, tiene las propiedades deresistencia y dureza, formada con arena, grava, piedra, entre otros (p. Ejem: aditivos,agregados artificiales, pigmentos)

Clasificacin de los aglomerantes:

1. Aglomerantes ptreos. Son aquellos que al ser mezclados con agua toman consistenciaplstica y al endurecer toman caractersticas ptreas, en esta clasificacin se tienendos grupos:

- Aglomerantes areos: endurecen con el aire, ejemplos: arcilla, yeso, cal area vivay cal area hidratada. Se utilizan en acabados (revoques finos), si se coloca enlugares confinados tardara mucho en fraguar o quiz no fraguara lo que significaque no endurecer. Tienen capacidad de adherencia y se aceptan proporciones envolumen de 1: 3.5 mnimo y de 1: 6 mximo (aglomerante agregados)

- Aglomerantes hidrulicos: endurecen con el agua e incluso debajo del agua, con osin presencia del aire, requieren periodos de hidratacin para alcanzar suresistencia mxima, ejem: cemento, cal hidratada, cemento de albailera. Se usanen lugares confinados y mampostera, donde se requiera resistencia y pocacapacidad de adherencia. Se acepta que la suma de los volmenes de aglomerantesy la suma de los volmenes de los agregados debe mantener una relacin mnimade 1: 2.25 y mxima de 1: 3

La clasificacin de los aglomerantes en base a su capacidad de resistencia de mayor amenor es la siguiente: cemento portland, cemento de albailera, cal hidrulica, calarea y yeso.

En base a su capacidad adherente, para las cales, la cal hidrulica area es msadherente que la cal hidrulica.

2. Aglomerantes Hidrocarbonatados: Son materiales que endurecen por evaporacin oenfriamiento de los disolventes que lo forman. ejem: asfalto, resinas (polmeros)

Definiciones importantes:

- Pasta: mezcla de aglomerante + agua- Mortero: mezcla de aglomerante + agua + arena aglomerante hidrocarbonatado

+ arena- Concreto: mezcla de grava + arena + aglomerante + aditivos + agua (aglomerante

ptreo)

- Fraguado: Al mezclar el agua y el aglomerante, se inician una serie de reaccionesqumicas, manifestndose inicialmente por la rigidizacin gradual de la pastaasociada a los cambios de temperatura, siguiendo con la perdida de plasticidad yculmina con el endurecimiento y adquisicin de resistencia mecnica del material


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- Fraguado falso: es la rigidez prematura y anormal de los aglomerantes hidrulicos(principalmente en el cemento), que se presenta dentro de los primeros minutosdespus de haber adicionado el agua, al volverlo a mezclar se restablece suplasticidad.

- Trabajabilidad. Es la propiedad que posee una mezcla de materiales que permite aloperario colocarlo con facilidad, realizar su alineamiento y mantenerlo a plomo enestado plstico. Para el cemento se considera que a los 45 minutos pierde su

trabajabilidad (fraguado inicial) y a las 10 horas (fraguado final) ya se presentaresistencia en el concreto,

CAL VIVA. Es el producto de la calcinacin de una roca caliza (CaCO3) o dolomita entre900C y 100C. Esta constituida en su mayor parte por oxido de calcio CaO y oxido demagnesio (mnimo 95%); slice, almina y oxido de hierro (5% mximo).

Control de calidad: se toman muestras para determinar la composicin qumica y la Finuraverificando que el residuo retenido en la malla No. 20 (0.841 mm) no sea mayor de 15%en peso.

CAL HIDRATADA. Es un polvo seco obtenido de la combinacin de cal viva con agua paraformar hidrxido de calcio ( Ca OH2) y oxido de magnesio MgO. Existen dos tipos de cal

hidratada para empleados para la elaboracin de morteros, recubrimientos y comoadicionantes para el cemento portland. Se designan como sigue:

- Tipo N Cal Hidratada Normal- Tipo E: Cal Hidratada Especial

El tipo E difiere del tipo N principalmente por la capacidad para dar un alto valor deplasticidad en corto tiempo, as como por su mayor poder de retencin del agua y por sulimitacin de contenido de oxido no hidratado.

Control de calidad: se toman muestras para determinar:a) Composicin qumica:

- Tipo N: oxido de calcio CaO y oxido de magnesio (mnimo 95%); bixido de carbono(5% mximo)

- Tipo E: oxido de calcio CaO y oxido de magnesio (mnimo 95%); bixido de carbono(5% mximo), Oxidos no hidratados 8% mximo

b) Finura: verificar que el residuo retenido en la malla No. 30 (0.595 mm) lavando elmaterial no sea mayor de 0.5% en peso.

c) Valor de plasticidad: en la cal Hidratada tipo E mayor de 200, en funcin del tiempo enque tarda una pasta en llegar a una lectura de 100 en un aparato estandarizado.

d) Retencin de agua mayor a 75% (tipo N), y mayor de 85 (tipo E) despus de unasuccin de 60 segundos.

CAL HIDRAULICA HIDRATADA. Es un producto cementante seco resultado de lahidratacin del material obtenido de la calcinacin de roca caliza que contenga slice y

almina, de tal manera que adems de formarse cal viva (CaO) deje suficiente silicato decalcio no hidratados para proporcionar al polvo seco sus propiedades hidrulicas, las cualespueden aumentarse adicionando una puzolana pulverizada natural o artificial Existen dostipos de cal hidratada para empleados para la elaboracin de morteros, recubrimientos ycomo aditivos plastificantes. Se designan como sigue:

- Tipo A Cal hidrulica hidratada rica en calcio hasta 5% en peso de oxido demagnesio con respecto a la proporcin voltil

- Tipo B: Cal hidrulica hidratada magnesitica, que contiene ms del 5% en peso deoxido de magnesio con respecto a la proporcin voltil

Control de calidad: se toman muestras para determinar:a) Composicin qumica: Calculado con respecto a la proporcin no voltil: oxido de calcio

CaO y oxido de magnesio en 60%-70%, Slice SiO2 en 16%-26%, Oxido de Hierro Fe3O2 yoxido de Aluminio Al2O3 12% mximo; Bixido de carbono 5% mximo calculado conrespecto a la muestra como se recibe.


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b) Finura: verificar que el residuo retenido en la malla No. 30 (0.595 mm) lavando elmaterial no sea mayor de 0.5% en peso ni mayor del 10% en la malla No. 200 (0.047mm).

c) Tiempo de fraguado: para la pasta de cal de consistencia normal, el fraguado inicial nodeber ser mayor de 2 horas y el final quedar dentro de un lapso de 48 horas

d) Sanidad: las barras de pastas de cal no debern tener una expansin mayor del 1%e) Resistencia a compresin: no deber ser menor de 12 kg/cm2 a los 7 das, no menor de

24 kg/cm2 a los 28 das

CEMENTANTE PARA MORTERO. Es un producto que se obtiene al mezclar cal hidratada yslice activa, finamente pulverizadas en la proporcin adecuada para su uso comoaglutinante en morteros para mamposteras y recubrimientos

Control de calidad: se toman muestras para determinar:a) Finura: verificar que el residuo retenido en la malla No. 325 en seco mximo 15% en

pesob) Sanidad: las barras de pastas de cal no debern tener una expansin mayor del 1% al

someterse en el autoclavec) Tiempo de fraguado, utilizando el mtodo de Gillmore para la pasta de consistencia

normal, el fraguado inicial no deber ser mayor de 2 horas y el final quedar dentro de

un lapso de 24 horasd) Resistencia a compresin: en cubos de 5 cm x 5 cm no deber ser menor de 35 kg/cm 2

a los 7 das, no menor de 63 kg/cm2 a los 28 dase) Retencin del agua: flujo despus de la succin 70% mnimo con respecto al flujo

original.

YESO. Es el producto de la deshidratacin parcial o total de la piedra de yeso o algezCaSO4 con dos molculas de agua (2 H2O) cuando se calientan entre 1000 a 1400C. Elyeso cristaliza en un sistema monociclico, es soluble en agua y cuando endurece trata dereproducir a la roca original. Presenta fraguado de 2 a 3 minutos y finaliza entre 10 y 20minutos. Durante el fraguado aumenta en volumen un 0.5%. De acuerdo a su uso seproducen 1 tipos:

- Yeso calcinado: polvo seco principalmente sulfato de calcio semihidratado utilizadopara la produccin de cemento y mortero.- Yeso para empastar: yeso calcinado a 169C y 200C, es muy plstico y en

ocasiones se le agregan retardantes de fraguado, se clasifican en: Yeso de 1.(blanco), Yeso de 2 (gris) y Yeso para prefabricados

CEMENTO PORTLAND.

Antecedentes histricos: El empleo de cementantes es muy antiguo, los egipcios, romanosy griegos utilizaban caliza calcinada y posteriormente aprendieron a mezclar cal con agua,arena y piedra triturada o ladrillo y tejas quebradas, este fue el primer concreto de lahistoria. La slice activa y la almina que se encuentran en las cenizas volcnicascombinadas con cal molidos a temperatura normal forman lo que se conoce como cementopuzolanico, (cementos areos).

En 1756 John Smeaton fue comisionado para reconstruir el faro de Eddystone, en la costade Cornvalle Inglaterra, descubri que el mejor cemento se obtena cuando se mezclabapuzolana con caliza que contena una alta cantidad de material arcilloso, Smeaton fue elprimero en conocer las propiedades qumicas de la cal hidrulica. A partir de esto sedesarrollaron otros tipos de cementos hidrulicos como el cemento romano que obtuvoJames Parker por calcinacin de ndulos de caliza arcillosa, que vinieron a culminar con lapatente del CEMENTO PORTLAND que obtuvo Joseph Aspdin en 1924. Este cemento seprepara calentando una mezcla de arcilla finamente triturada y caliza dura en un hornohasta eliminar el CO2, esta temperatura es mucho ms baja que la necesaria para la

formacin del clinker. El prototipo de cemento moderno lo obtuvo en 1845 Isaac Johnsonquien quemo una mezcla de arcilla y caliza a una temperatura aproximada de 1400C,donde el material se sintetiza y se funde parcialmente hasta obtener un slido en forma deesferas conocido como clinker. El clinker se enfra y se tritura en un molino hasta obtener


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un polvo fino al cual se le adiciona un poco de yeso y el producto comercial resultante es elcemento Portland.

COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO PORTLAND. Las materias primas utilizadas en lafabricacin del cemento portland consisten en cal, slice, alumina, oxido de hierro y yeso.Que interactuan hasta formar una serie de productos ms complejos, hasta alcanzar unequilibrio qumico, con la excepcin de un pequeo residuo de cal no combinada que no hatenido tiempo de reaccionar.

La estimacin de la composicin del cemento se ha simplificado con mtodos comofluorescencia de rayos X (difractometra) y microanlisis por sondeo elctrico. Se suelenconsiderar como los componentes principales del cemento a los indicados en la sig. tabla.

Composicin del oxido AbreviaturaSILICATO DICALCICO 2 Ca O . SiO2 C2 S granos incolorosequidimensionalesSILICATO TRICALCICO 3 Ca O . SiO2 C3 S cuatro formas cristalinasALUMINATO TRICALCICO 3 Ca O . Al2O3 C3 A cristales rectangulares y una faseamorfaALUMINOFERRITO TETRACALCICO 4 Ca O . Al2 O3 . Fe2O3 C4 AF solucin slidaALCALIS (oxido de magnesio y potasio) Na2O y K2 O ---

Componentes menores MgO, TiO2 , Mn2 O3Se ha encontrado que los lcalis reaccionan con algunos agregados minerales y que losproductos de esta reaccin ocasionan una desintegracin del concreto, adems de afectarla rapidez con que el cemento adquiere resistencia.

HIDRATACION DEL CEMENTO. El cemento hidratado es una mezcla de cuatrocompuestos de hidratacin principales. Las partculas de cemento en contacto con el aguaforman un gel de cemento, una sustancia gelatinosa rgida consistente de cristales y aguano evaporable (agua gel), en el momento en que se cemento se mezcla con el agua seinician reacciones de hidratacin, el agua se satura de cal libre, el silicato tricalcico sehidrata liberando hidroxilos de calcio el cual cristaliza lentamente en la solucin. El agualibera los lcalis del cemento como sulfatos alcalinos, en tanto los aluminatos reaccionancon el yeso disuelto en el agua precipitndose, generndose calor y aumento de

temperatura, la pasa de un estado fluido a un estado rgido. En ocasiones se presenta unfraguado falso, una rigidez prematura el poco tiempo de mezclado sin generacin de calorde hidratacin, y con trabajo mecnico es posible lograr la plasticidad de la pasta. Estefenmeno se debe por la falta de yeso en el cemento con gran generacin de calor porqueel agua reacciona con el aluminato tricalcico (C3A), si no se logra la plasticidad en la pastael cemento se debe desechar.

Los hidratos ms importantes son los silicatos proporcionando las partes cohesivas a lapasta agua-cemento, son cristales no bien desarrollados en forma de fibras flexibles yhojas con agua entre capas, como las arcillas. El agua absorbida entre capas se mantieneunida por medio de las fuerzas de Van del Walls, causando un proceso irreversible demovimiento de las molculas de agua entre capas.

Los silicatos de calcio se combinan con el 24% de agua formando una sustanciaque en su forma final es un hidrato de silicato tricalcico. A pesar de que el aguade hidratacin es casi igual en los dos silicatos (tricalcico y dicalcico), el silicatodicalcico produce el doble del hidrato de calcio afectando significativamente lasresistencia a carga y al ataque de agentes agresivos de la pasta agua-cemento.

La hidratacin del aluminato tricalcico y el yeso no son bien conocidas, primero se produceun hidrato rico en agua que reacciona con el 40% del agua. La hidratacin delaluminoferrito tetracalcico con el 37% de agua y el 30% del hidrato de cal despus de queel yeso ha terminado de reaccionar con el C3A

Las propiedades mecnicas de la pasta agua-cemento dependen de la estructura fsica delos productos de hidratacin. El modelo de Powers considera una representacin idealizadade la hidratacin del cemento basada en las siguientes ecuaciones:


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Volumen de agua no evaporable Vwne = 0.23 Wc

Volumen de Slidos de hidratacin Vsh = Vc + 0.75 Vwne

Volumen de agua gel Vwg, depende de la porosidad en la pasta agua-cemento

VwgPowers considero n = 28% = 0.28 y la formula n = -----------------

Vsh + Vwg

Despejando 0.28 (Vsh + Vwg) = Vwg

Sustituyendo Vsh 0.28 (Vsh + Vwg) = Vwg => Vwg = 0.28 Vsh / (1-0.28)

Volumen de agua gel Vwg = 0.389 Vsh

Volumen de productos de hidratacin Vph = Vsh + Vwg Estructura Representacin de Fases

Volumen de Capilares en la pasta agua cemento Vcap = Vp - Vph

Volumen total de la pasta agua + cemento Vp = Vc + Vw

Volumen de Capilares Vcap = Vc + Vw Vsh Vwg

Vcap + Vwg

Porosidad real en la pasta agua-cemento n = ----------------- Cemento sin Cemento

Vp Hidratar Hidratado

Ejem1: Calcule la cantidad de agua necesaria para hidratar 100 y determine larel a/c.

Sol. Volumen del cemento Vc = Wc / Dc = 100 gr / 3.15 gr/cm3= 31.746 cm3

Utilizando las formulas propuestas en el modelo de Powers.

Volumen de agua no evaporable Vwne = 0.23 Wc = 0.23 (100) = 23 gr 23 cm3

Volumen de Slidos de hidratacin Vsh= Vc + 0.75 Vwne = 31.746 + 0.75 (23) = 48.996 cm3

Volumen de agua gel Vwg= 0.389 Vsh = 0.389 (48.966) = 19.06 cm3

El agua requerida para realizar la mezcla es Vw = Vwne + Vwg = 23 + 19.06 = 42.06 cm3 42.06 ml

Volumen de Capilares Vcap = Vc + Vw Vsh Vwg = 31.746 + 42.06 48.996 19.06 = 5.75 cm3

Vcap + Vwg 5.75 + 19.06

Porosidad real en la pasta agua-cemento n = ----------------- = -------------------- = 0.33 33%

Vp 31.746 + 42.06

Relacin a/c = Ww / Wc = 42.06 / 100 = 0.4206

Ejem2: Calcule la cantidad de agua necesaria para hidratar 100 si se realiza elcurado con agua externa la pasta esta sumergida

Sol. Volumen del cemento Vc = 31.746 cm3 .Utilizando las formulas propuestas en el modelo de Powers.

Volumen de agua no evaporable Vwne = 0.23 Wc = 0.23 (100) = 23 gr 23 cm3

Volumen de Slidos de hidratacin Vsh= Vc + 0.75 Vwne = 31.746 + 0.75 (23) = 48.996 cm3

Volumen de agua gel Vwg= 0.389 Vsh = 0.389 (48.966) = 19.06 cm3

El agua requerida para realizar la mezcla es Va =Vsh +Vwg Vc =48.996 + 19.06 31.746 = 36.31 cm3

Volumen de Capilares Vcap = Vc + Vw Vsh Vwg = 31.746 + 36.30 48.996 19.06 = 0 cm3

Vcap + Vwg 0 + 19.06Porosidad real en la pasta agua-cemento n = ----------------- = -------------------- = 0.28 28%

Vp 31.746 + 36.31

Relacin a/c = Ww / Wc = 36.31 / 100 = 0.36 (agua mnima para consistencia normal NMX-C-057)

Donde:

Wc : Peso del cemento

Vc : Volumen del cemento

Dc : Densidad del cemento

Prtland = 3.15

Vw : Volumen de aguaDw : Densidad del agua

Vvp : Volumen de vacos en la pasta

Vsp: Volumen de slidos en la pasta

Capilares

Agua gel

Slidos de

hidratacin

Agua

Cemento

Vcap

VvpVwg

Vsh Vsp


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CEMENTOS EXPANSIVOS. Es un cemento hidrulico que se expande ligeramente duranteel periodo de endurecimiento a edad temprana despus del fraguado. Una de lasprincipales ventajas de usar cemento expansivo en el concrerto consiste en controlar yreducir las grietas de contraccin por secado. Se reconocen tres tipos de variedades:

Cemento tipo E-1 (K) contiene cemento portland, trialuminosulfato tetracalcico anhdrido,sulfato de calcio y oxido de calcio sin combinar (cal)

Cemento tipo E-1 (M) contiene cemento Portland, cemento de aluminato de calcio y sulfatode calcio

Cemento E-1 (s) contiene cemento Prtland con un elevado alto de aluminato tricalcico ysulfato de calcio

Cuando la expansin se restringe, por ejemplo, debido al refuerzo, el concreto expansivopuede ser usado para:

1. Compensar la disminucin de volumen ocasionada por la contraccin por secado2. Disminuir esfuerzos de tensin en el refuerzo postensado3. estabilizar a largo plazo las dimensiones de las estructuras de concreto postensado

respecto al diseo original.

ASFALTO: Son los productos obtenidos de la destilacin del petrleo, consistentes en unamezcla de hidrocarburos o hidrocarbonos naturales. Esta formado por aceites (fasedispersante) y asfltenos o resinas (fase dispersa o discontinua) pasando con facilidad deuna fase slida a una fase lquida por medio del calor y con el tiempo modifican suestructura y composicin qumica (proceso de envejecimiento), perdiendo su capacidad deresistencia, adhesividad e impermeabilidad al agua.

Esta compuesto por tomos de azufre, nitrgeno y oxigeno formando grupos polares quegeneran enlaces secundarios con molculas de hidrocarbonatos (carbono 80-87%,Hidrogeno 9-11%, Oxigeno 2-8%, Nitrgeno 0-1%, azufre 0.5-7% y mtales 0-0.5%). Los

anlisis qumicos de asfaltos no son muy comunes por la cantidad y el tamao de cadenasmoleculares, solamente se realizan anlisis o fracciones de cadenas moleculares, de lascuales se distinguen tres arreglos:

a) Fase de aceite: formada por molculas de anillos no polares saturados de hidrocarburossin condensar, afectan las propiedades de viscosidad y fluidez.

b) Fase de asfltenos o paranificos, cadenas rectas o ramificadas de molculas queproporcionan las propiedades de adhesin y ductilidad

c) Resinas o aromticos, se acomodan combinando anillos y cadenas moleculares, son losque proporcionan las propiedades de resistencia y rigidez

La dificultad de caracterizar qumicamente a los asfaltos justifica una clasificacin sobre lasbases fsicas y reolgicas que puedan ser relacionadas con el comportamiento mecnico de

los materiales donde se utiliza el asfalto. Estas propiedades se obtienen, en su mayora pormedio de pruebas de laboratorio de origen emprico sin considerar las temperaturas deservicio. El asfalto se utiliza en la elaboracin de concretos asflticos, pinturas, adhesivos,recubrimientos, impermeabilizantes, fieltros, etc.El asfalto utilizado en pavimentos se produce en tres formas:a) Cemento asfltico: es el residuo de la destilacin del petrleob) Asfaltos rebajados: cemento asfltico + disolvente (gasolina o nafta para fraguado

rpido; queroseno para fraguado medio y aceites ligeros para fraguado lento)c) Emulsin asfltica, son materiales asflticos lquidos estables formados por dos fases

no miscibles constituidos por cemento asfltico+agua emulsificada con carga elctrica.Se dividen en emulsiones asflticas anionicas (carga electropositiva) y emulsionesasflticas cationicas (o electronegativas), pudiendo ser de rompimiento rpido, medio ylento.

Las pruebas que se realizan son para medir la viscosidad, solubilidad, punto deinflamacin, penetracin a 25C, punto de reblandecimiento, ductilidad, solubilidad entetracarbonato de carbono, capacidad de cubrimiento de partculas.


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La palabra petroleum proviene de la palabra griega petra (piedra) y la palabra latinaoelum (aceite), es un lquido aceitoso ms ligero que el agua constituido por una mezcla dehidrocarburos naturales que se encuentranalmacenados en el interior de la cortezaterrestre

Los petrleos crudos presentan diferentescomposiciones qumicas resultado de lasvariaciones de sus propiedades fsicas comodensidad, color y viscosidad. El color va detransparente a opaco pasando por el amarilloal negro. La densidad varia entre 0.738 al0.934 y la viscosidad presenta una variacinnotable

El proceso de refinacin del petrleo consisteen separar los componentes de la mezclaque se clasifican desde ligeros a pesados yson: GASES, GASOLINAS, KEROSENA, ACEITE

DE GAS, ACEITES LUBRICANTES, ASFALTOSY PARAFINAS. El proceso de separacin sedenomina destilacin fraccionaria y semuestra en la fig. No. 1.

Los principales usos de los productos obtenidos de la refinacin del petrleo son:- Gas: Calefaccin industrial- Gasolina: combustible de motores y aviones- Diesel (gas y aceite): combustible de maquinaria- Aceites lubricantes: aceite para vehculos, engranaje o transmisiones- Asfaltos: impermeabilizantes. Recubrimientos, pisos y pavimentos.- Ceras: tratamiento de superficies y maderas- Solventes: Pinturas (recubrimientos orgnicos y barnices- Productos qumicos del petrleo: sustancias qumicas inorgnicas y orgnicas,

compuestos aromticos, polmeros (plsticos, cauchos sintticos y fibrassintticas.

La norma de la S.C.T. define al asfalto como un material bituminoso de color negroconstituidos por asfltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan lascaractersticas de consistencia, aglutinacin y ductilidad. Es slido y semislido, tienepropiedades cementantes a temperatura ambiente normales, al calentarse se ablandagradualmente hasta alcanzar una consistencia lquida. Los principales materiales asflticospara pavimentos, de acuerdo a la norma N-CMT-4-05-001/01 de la Secretaria deComunicaciones y Transportes son:

MaterialAsfltico Clasificacin Tipo Vehculopara suaplicaci

n

Usos ms comunes

CementoAsfltico

ACDe acuerdo a laviscosidad

AC5,AC-10, AC-20,AC-30

Calor Se utiliza en la elaboracinen caliente de carpetas,morteros y estabilizaciones,as como elemento para baseen la fabricacin deemulsiones asflticas yasfaltos rebajados

Emulsin

Asfltico

De acuerdo a su cargaelctrica.

EA anionicaspolaridadelectronegativaEC cationicaspolaridad

EAR-55, EAR-60

EAM-60, EAM-65EAL-55, EAL-60EAI-60

Agua Se utilizan en la elaboracinen fro de carpetas,

morteros, riegos yestabilizaciones


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electropositivaDe acuerdo alrompimientoR rpido, M medio, LlentoI impregnacin, SsobreestabilizadaContenido de asfalto (en %)

ECR-60, ECR-65, ECR-70,ECM-65,ECL-65, ECI-60ECS-60,

AsfaltoRebajado

De acuerdo a lavelocidad de fraguado(R rpida y M media)y el tipo de solvente(3 nafta, 1 queroseno)

FR-3FM-1

Solventes Se utiliza en la elaboracinen fro de carpetas y para laimpregnacin de sub-bases ybases hidrulicas

La produccin del petrleo a gran escala se inicia aproximadamente en 1880 y laconstruccin de pavimentos con asfaltos en 1900. El 1920 se tenia la 1. Red de autopistasde 3 carriles individuales en Italia y para 1930 un sistema de autopistas moderno AutobahnAlemn para grandes volmenes de trafica a velocidades de 160 km/hr. En 1950 lamayora de los pases europeos tenan una red de carreteras principales siendo la ms

avanzada la de Alemania.

En el diseo del espesor de la estructura del pavimento para la construccin de caminos setoman en cuenta:

a) Caractersticas y propiedades del suelo (capacidad de soporte)b) Topografa: Curvas y pendientesc) Intensidad de trafica (tipo y cantidad de vehiculos)d) Vida til (tiempo de diseo)e) Condiciones climticas de la zonaAlgunos usos de los asfaltos en la construccin:- Pavimentos: calles, caminos, aeropuertos, campos deportivos- Impermeabilizantes: Cartn asfltico, adhesivos asflticos

- Mampostera: tabiques de arcilla estabilizados con asfalto- Drenaje: tubos de asfalto- Pinturas: mastique, barnices resistentes a cidos, solventes, antioxidantes y lacas

CONCRETO HIDRULICO Y ASFLTICO(dosificaciones de mezclas).

CONCRETO HIDRAULICO. Las propiedades del concreto hidrulico para su estudio estndivididas con su comportamiento en estado Fresco y Endurecido.

PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO: El concreto recin mezclado debe serplstico o semifluido, capaz de ser moldeado incluyendo las actividades detransportacin, colado, compactado, acabado y curado. Es una mezcla homogneahmeda donde todos los granos de arena, grava o piedra quedan encajonados y sostenidosen suspencin en una pasta de cemento y agua se puede moldear en el sentido de quepuede colarse en una cimbra presentando una uniformidad del producto terminado.

Durante el mezclado se debe cuidar el tiempo de adicionamiento de agua, el numero totalde revoluciones del tambor de la mezcladora y la velocidad de revolucin. Otros factoresimportantes son el tamao de la revoltura en relacin al tamao del tambor de la

mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosificacin y el diseo de la mezcla, laconfiguracin y el estado del tambor mezclador y las paletas.

a) Trabajabilidad: es la facilidad de colocar, consolidar (compactar) y dar el acabado alconcreto recin mezclado. El concreto debe ser trabajable pero no debe segregarse


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(separacin de las partculas) ni sangrar excesivamente. El sangrado es la migracindel agua hacia la superficie del concreto recin mezclada provocada por elasentamiento de los materiales slidos cemento, arena-grava- dentro de la masa. Elasentamiento es consecuencia del efecto combinado de la vibracin y la gravedad.

Un sangrado excesivo aumenta la relacin agua-cemento cerca de la superficieexterior, pudiendo dar como resultado una capa superior dbil de baja durabilidad,particularmente si se llevan a cabo las operaciones de acabado mientras este presenteel agua de sangrado. Debido a esto, el concreto recin mezclado tiende a sangrar, y esimportante transportar y colocar la carga lo mas cerca posible de la posicin final. Elaire incluido mejora la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco asegregarse y sangrar.

b) Consolidacin: Es la vibracin que pone en movimiento a las partculas en el concretorecin mezclado, reduciendo la friccin entre ellas y dndole a la mezcla cualidadesmviles de un fluido denso. La accin vibratoria permite el uso de una mezcla ms duraque contenga una mayor proporcin de agregado grueso y una menor proporcin deagregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamao delagregado habr de llenar una pasta de menor volumen y existir una menor arreasuperficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una

cantidad menor de agua y de cemento sea necesaria. Con una consolidacin adecuadalas mezclas ms duras y speras pueden ser empleadas, lo que tiene como resultadouna mayor economa y calidad

Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable se puede segregar al servibrada

c) Hidratacin y tiempo de fraguado. La propiedad de adhesiva y cohesiva de la pasta decemento potland se debe a la reaccin qumica entre el cemento y el agua llamadahidratacin. En la pasta ya endurecida estas partculas forman uniones entrelazadasentre las otras fases cristalinas y los granos de cemento sin hidratar tambin seadhieren a los granos de arena y grava cementando como un conjunto. La formacin deesta estructura en la accin cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del

endurecimiento y del desarrollo de la resistencia.

Cuando el concreto fragua su volumen bruto permanece casi inalterado, pero elconcreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienenresistencia alguna. La resistencia esta en la parte slida de la pasta, en su mayora enel hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas. La relacin agua cementomnima en peso para la hidratacin total del cemento es aproximadamente del 0.36.

El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida que el cemento se hidratapuede ser til para planear la construccin con concreto, En invierno, el calor dehidratacin ayudara a proteger el concreto contra el dao provocado por lastemperaturas de congelacin, se acostumbra colar a temperaturas de hasta 5C y sedebe evitar colar a temperaturas inferiores. Sin embargo, el calor puede ser nocivo en

estructuras con grandes espesores de concreto (concreto masivo) como presas porquepuede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer, por lo que seutilizan cementos con bajo calor de hidratacin. Es importante conocer la velocidad dereaccin entre el cemento y el agua porque determina el tiempo de transporte ycolocacin del concreto (tiempo de fraguado inicial es de 45 minutos) y el de acabado(tiempo de fraguado final 60 minutos). Se pueden adicionar aditivos para controlar lostiempos de fraguado.

CONCRETO ENDURECIDO,d) Curado Hmedo. El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este

presente algo de cemento sin hidratar, a condicin de que el concreto permanezcahmedo o tenga humedad relativa superior al 80% y permanezca a temperaturafavorable. Cuando la humedad relativa es menor del 80% o la temperatura del concretodesciende del punto de congelacin, la hidratacin y el aumento de resistencia virtualse detienen; si despus se vuelve a saturar el concreto despus de un periodo de


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secado, la hidratacin se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar, sin embargo, sino se cura el concreto puede perder resistencia hasta en un 50%.

e) Velocidad de secado del concreto. El concreto no endurece ni se cura con el secado, yaque el cemento requiere humedad para hidratarse, al secarse el concreto deja deobtener resistencia, adems de que se presentan grietas provocando superficiesdbiles y descascaramiento de las partculas. El contenido de humedad de laspropiedades del concreto endurecido se ven afectadas como el modulo de elasticidad,flujo plstico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste,conductividad elctrica, durabilidad.

f) Resistencia.

A compresin: Se puede definir como la resistencia medida a carga axial por unespcimen a una edad de 28 das, se designa con el smbolo fc y se expresa enkg/cm2. Es una propiedad fundamental y es empleada en el clculo para diseo depuentes, edificios y otras estructuras. El uso ms generalizado del concreto es de unaresistencia de 200 a 350 kg/cm2.

La resistencia a flexin modulo de ruptura, se utiliza generalmente para disear

pavimentos y otras losas sobre el terreno, la resistencia a compresin se relacionaempricamente con el valor de la resistencia a compresin.

La resistencia a tensin es aproximadamente entre 8% y 12% de su resistencia acompresin y existen formulas empricas para suponer su valor. La resistencia a torsindel concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y las dimensiones del elementode concreto. La resistencia a cortante puede variar de acuerdo a los componentes delconcreto y el medio ambiente que se encuentre.

El modulo de elsticidad, denotado por el smbolo E se puede definir como la relacindel esfuerzo normal a la deformacin correspondiente para esfuerzos de tensin o decompresin por debajo del lmite de elasticidad de un material. Para concretos de pesonormal E flucta entre 140,600 y 422,000 kg/cm2.

Lo ms recomendable es elaborar especmenes para determinar la resistencia delconcreto elaborado. Los principales factores que afectan la resistencia son la relacina/c, la edad, deficiente proceso constructivo.

g) Peso Unitario. El concreto convencional tiene un rango entre 2,200 y 2400 kg/m3, variadependiendo la cantidad de aire atrapado o intencionalmente incluido y de loscontenidos de agua y cemento influenciados por el tamao mximo del agregado. Parael diseo de estructuras, un valor convencional del concreto armado es de 2,400kg/m3.

h) Resistencia a congelacin y Deshielo. Del concreto utilizado en estructuras ypavimentos, se espera que tengan una vida til larga y de mantenimiento bajo. Debe

tener buena durabilidad para resistir condiciones de exposicin anticipadas. El factorde intemperismo ms destructivo es la congelacin y el deshielo, mientras que elconcreto se encuentra hmedo, particularmente cuando se cuenta con presencia deagentes qumicos descongelantes. El deterioro es provocado por el congelamiento delagua en la pasta y en las partculas del agregado o en ambos.Con el inclusin de aire el concreto es sumamente resistente a este deterioro, el aguase acomoda en las burbujas de aire y as alivia la presin hidrulica generada, siendoms durable un concreto con aire incluido que uno sin aire incluido, en general serequiere entre 4% y 8% de aire incluido adicional al que se presenta por las condicionesde mezclado. Sin embargo, bajo todas las condiciones de exposicin, una buena pastacon baja relacin agua cemento evitara que la mayor parte de las partculas deagregado se saturen

i) Permeabilidad y hermeticidad. El concreto empleado en estructuras que retengan aguao que estn expuestas a mal tiempo o condiciones de exposicin severa deben servirtualmente impermeables y hermticos. La hermeticidad se refiere a la capacidad derefrenar o retener el agua sin escapes visibles. La permeabilidad se refiere a la


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migracin de agua a travs del concreto cuando el agua se encuentra a presin o lacapacidad del concreto de permitir la penetracin del agua u otras sustancias (aire,gas, iones, etc.). La permeabilidad de la pasta depende de una relacin agua/cementobaja y del grado de hidratacin del cemento con un curado adecuado. La disminucinde permeabilidad del concreto mejora la resistencia, el ataque a sulfatos y a otrosproductos qumicos y a la penetracin del ion cloruro, aumentando la durabilidad o vidatil del concreto. Se realizan pruebas para determinar el grado de corrosin o perdidaen peso de muestras sometidas a sustancias qumicas por periodos de tiemposdefinidos.

j) Resistencia al desgaste. Los pisos, pavimentos y estructuras hidrulicas estnexpuestos al desgaste, por lo que requieren una elevada resistencia a la abrasin. Losresultados de la resistencia a la abrasin estn relacionados con la resistencia acompresin del concreto, la cual depende de las bajas relaciones agua/cemento ycurado adecuado, aunque tambin dependen el tipo de agregados gruesos y elacabado de la superficie. Un agregado ms duro es ms resistente a uno blando oesponjoso, y si una superficie ha sido tratada con llana de metal resiste ms aldesgaste que una que no se acabo con este material. Se pueden realizar ensayes deresistencia a la abrasin rotando balines de acero, ruedas de afilar o discos a presinsobre la superficie (ASTM 779 o ASTM C 418 y C 944) deteminando la profundidad de

desgaste en un tiempo definido.k) Estabilidad volumtrica. El concreto endurecido presenta cambios de volumen debido

las variaciones de temperatura, humedad y esfuerzos aplicados. Estos cambios devolumen pueden variar de aproximadamente 0.01% a 0.08% . En el concretoestructural los cambios de volumen son los mismos que para el acero.

El concreto que se mantiene continuamente hmedo se dilatara ligeramente, cuando seseque se contrae, teniendo un efecto nulo la contraccin de secado para contenidos decemento entre 250 y 170 kg por metro cubico. La magnitud de contraccin depende deotros factores como la cantidad de agregado, tamao y forma de la masa de concreto,temperatura y humedad relativa del medio ambiente, mtodo de curado, grado dehidratacin y tiempo.

l) Control de agrietamientos. Las dos causas bsicas por las que se producen losagrietamientos son:

- Esfuerzos debidos a la contraccin por secado o a cambios de temperatura encondiciones de restriccin. La contraccin por secado es una propiedad inherente einevitable en el concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en unaposicin adecuada para reducir los anchos de grietas o bien juntas que predominen ycontrolen la ubicacin de las grietas.

Esfuerzos inducidos por cargas aplicadas. Se deber de realizar un calculo adecuadopara el diseo de los elementos estructurales y que los esfuerzos que se produzcansean por cargas mximas utilizando factores de seguridad adecuados (falla estructural).El agrietamiento puede existir sin que se produzca una falla de los elementosestructurales pero provoca inseguridad entre los usuarios de las estructuras (fallafuncional).

Las dosificaciones de los materiales utilizados en la elaboracin y las actividades de lacalidad del concreto dependen del constructor, estn relacionadas con la dosificacinde los ingredientes para elaborarlo: cemento, agua, arena, grava, aditivos; de maneraespecial la relacin agua-cemento en peso, los mtodos de transporte, colocacin,compactado, acabado y curado; mientras que los aspectos de durabilidad y resistenciale corresponden al ingeniero proyectista

m) Resistencia al fuego. El concreto hidrulico tiene la mejor resistencia entre los

elementos de construccin. El concreto es incombustible relativamente aislante de latransmisin de calor, soporta cargas mientras esta sujeto a la accin del fuego duranteun periodo significativo de tiempo, dependiendo la geometra del elemento. El concretohidrulico es utilizado en pisos de fundidoras, en soportes de hornos sujetos a ciclos detemperaturas de 400C sin considerar aspectos de resistencia a la compresin.


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El concreto utilizando materiales de peso normal no soporta temperaturas mayores a538C, para temperaturas mayores es necesario utilizar agregados pesados yresistentes al calor, cementos con alto contenido de almina. Se han reportadocomportamientos adecuados de concretos con ingredientes normales en las plantas delanzamiento de cuetes donde se alanzan temperaturas de 2760C por poco tiempo. Elcalor causa prdida de resistencia y dao por contraccin de la superficie del concretopero permanece inalterado el interior del concreto incluyendo el acero de refuerzo,cuando las temperaturas altas se limitan a 4 horas de exposicin. El color del concretose modifica por la accin del calor, este fenmeno permite la estimacin de latemperatura mxima alcanzada durante el fuego y con ello la perdida de resistencia delconcreto.

Temperatura Color en la superficie Resistencia Relativa* (Con

respecto a la fcdel concreto)

C del concreto Caliente Fro

0 300 Natural 0.90 0.70

300 - 600 Rosado-rojo 0.52 0.45

600 900 Gris 0.15 --

> 900 Amarillo 0.05 --

DOSIFICACION DE CONCRETO HIDRAULICO. Objetivo: Elaborar un material econmicoy durable, que en estado fresco tenga las propiedades de uniformidad y trabajabilidad parafacilitar las actividades de transportacin, colocacin y acabado; y que en estadoendurecido satisfaga los requisitos de resistencia y durabilidad requeridas en la obra. Lametodologa utilizada se basa en el Estndar Practice for selecting proportions for normalheavyweigth and mass concrete (ACI.211.1) traducido por el IMCYC

Criterios:

a) Resistencia: fc : Resistencia a compresin a los 28 das, elaborado y curado en formaestandarizada. La fc se indica en la mayora de los reglamentos de construccin, es undato para el anlisis estructural y diseo de los elementos estructurales (elementos dela estructura que transmiten o soportas cargas). . Se debe seleccionar el tamaomximo del agregado dependiendo de las dimensiones del elemento, la separacin delacero de refuerzo y el recubrimiento de concreto.

De acuerdo al Reglamento del ACI-318-99 se establecen 3 criterios para satisfacer laresistencia media de un concreto, con un cierto valor de desviacin estndar definido ( ).

fc r = f c + 1.282 con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de fcfc r = f c + 1.343 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de fcfc r= f c 35 + 2.326 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de fc 35 kg/cm2

La fc, la distribucin del acero de refuerzo y el tamao mximo del agregado, debenindicarse en forma clara en los planos aprobados para ser empleados en laconstruccin de un proyecto.

b) Durabilidad: elementos sometidos a condiciones de servicio ambientales por ataquefsico y/o qumico que pueden producir la perdida irreversible de resistencia. Estarelacionado con el agrietamiento del concreto, el tamao, distribucin y continuidad delos poros capilares que permiten la permeabilidad para la absorcin de sales, cidos,

El tamao mximo del agregado no debe ser superior a:

-1/5 dimensin mnima

- separacin mnima entre varillas

- espesor del recubrimiento

-1/3 espesor de la losa

Dimensin mnima

Separacin entre varillas

Cubrimiento del acero


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sulfatos (ataque qumico) o a ciclos de congelamiento y deshielo (ataque fsico). Para ladosificacin se especifican:

n) Tipo de cementoo) El grado de exposicin: ligero, moderado o severo, y el tipo de agentesqumicosp) Si es con aire incluido o sin aire incluidoq) Cubrimiento mnimo del acero de refuerzo para evitar la corrosin, deacuerdo con la sig. Tabla:

Relacin agua-cemento 0.40 0.50 0.60Cubrimiento (cm) 5.0 7.5 10.0

En general se utilizan cementos con puzolanas o aditivos para elementos sujetos alataque qumico. Para elementos sujetos al ataque fsico se utiliza adems la inclusinde aire.

Las propiedades fsicas para los materiales de la zona del Valle de Toluca se encuentranentre los siguientes intervalos

ARENA GRAVA

s Peso volumtrico seco suelto ( kg/m3 ) 1300 1600 1100- 1350

c Peso volumtrico seco suelto ( kg/m3 ) 1400 - 1750 1200 1450

D Densidad (adimensional) 2.2 2.6 2.0 - 2.4

MF Modulo de finura 2.4 3.0 ------Abs Absorcin (%) 2 8 4 - 7

Los tamaos comerciales de las gravas son 1 y 1 y 2

De acuerdo al Reglamento del ACI-318-99 se establecen 3 criterios para satisfacer laresistencia media de un concreto, con un cierto valor de desviacin estndar definido ( ).

fc r = f c + 1.282

con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de fcfc r = f c + 1.343 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de fcfc r= f c 35 + 2.326 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de fc 35 kg/cm2

Considerando un fc de 250 y una desviacin estndar de 25 kg/cm2, entonces la Fdis=

fc r = f c + 1.282 = 282.05 con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de fcfc r = f c + 1.343 = 383.57 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de fcfc r= f c 35 + 2.326 = 2 7 3 . 15 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de fc 35 kg/cm2

CONTROL DE CALIDAD. PARMETROS DE SUPERVISIN.

a) Temperatura del concreto y de los materialesb) Juntas de contraccin, expansin o aislamiento y de contraccinc) Criterios de uniformidad Diferencia mxima permisible

Masa volumtrica 15 kg/m3Contenido de aire 1%Revenimiento < de 6 cm 1.5 cm

9 a 12 cm 2.5 cm> 12 cm 3.5 cm

QUMICOS: Aditivos reductores de agua (Tipo A), aditivos retardantes defraguado (tipo b,

aditivos acelerrantes (de la resistencia) aditivos reductores de

agua y retardantes aditivos reductores de agua y acelerantes

INCLUSORES DE AIRE. Se utilizan para proteger el concreto de efectos de


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Congelacin y deshielo, mejoran la trabajabilidad de concreto yfacilitan el bombeo

del concreto fresco, el aditivo forma burbujas de 0.05 a 1.25 mmADITIVOSPARA MINERALES INERTES, roca molida, cuarzo molido,

caliza oCONCRETO cuarzo molido o cal hidratada

ADITIVOS MINERALES MINERALES CEMENTANTES, aportan resistencia,escoria de

alto horno, Fly ash,MATERIALES PUZOLANICOS

INHIBIDORES DE CORROSIONDIVERSOS IMPERMEABILIZANTES

EXPANSORES, se mezclan con el cementoPortland

logrando que la pasta se expanda en estadofresco

Existen tres tipos de maneras en las cuales se puede elaborar concreto asfltico.

1. Dosificacin por peso. La emplean principalmente las plantas premezcladoras de

concreto2. Dosificacin por volmenes de obra. Se utiliza para realizar los presupuestos porpesos unitarios

3. Proporcin por bulto de cemento. Se emplea cuando se realiza el concreto en obraDurabilidad. Caractersticas del concreto para resistir la accin del intemperismo, ataquequmico y/o sus condiciones de servicio a travs del tiempo, de deben de considerar elagregar algn aditivo o escoger un tipo de cemento que resista alguna accin especifica.

1. Ejemplo: Realizar la dosificacin utilizando la metodologa propuesta por el IMCYCpara un concreto simple colocado en un banqueta fc = 150 kg/cm2

a) La localidad de Veracruz, se propone un ataque a sales ligero sin aireincluido 50 mm dimetro

b) Monterrey en una zona donde existen variaciones de temperatura durantede 10C a las 4:00 A.M. y de 35C en el medio da

Datos de las propiedades fsicas de los materiales a emplear

ARENA GRAVA CEMENTO

s Peso volumtrico seco suelto ( kg/m3 ) 1400 1350 ---

c Peso volumtrico seco compacto ( kg/m3 ) 1550 1410 ---

D Densidad (adimensional) 2.5 2.3 3.15

MF Modulo de finura 2.6 ---- ---Abs Absorcin (%) 5.5 3.0

w Humedad (%) 5.0 1.5

a) Veracruz b) Monterrey

1) revenimiento: 10 cm 10 cm2) tamao mximo del agregado 1/3 peralte de la losa piso = 1/3 (15) = 5 cm = 2 (50 mm) 2 (50 mm)3) Cantidad de agua Wa sai 170 lt cai exp mod 155 lt

Cantidad aproximada de aire atrapado 0.5 % 4%4) relacin agua-cemento (tabla b) 0.45 0.50

5) Peso de cemento Wc = Wa / rel a/c 377.78 kg 310 kg

6) Estimacin del contenido de agregado grueso Tabla Volag Mf 2.6 0.76 0.76

W gr = Vol ag c gr 1071.6 kg 1071.6 kg

7) Estimacin del agregado fino, por volumen V = W / 1000Dagua 0.1700 0.1550

cemento 0.1199 0.0984grava 0.4659 0.4659aire 0.0050 0.0400

SUMA 0.7608 0.7593Volumen de arena (1 suma) arena 0.2392 0.2407

Peso de arena War = 1000 Var Dar 598 kg 601.75 kg


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8) Ajuste por humedad y absorcin

War hmeda = War ( 1+w) = War (0+0.05) 627.9 kg 631.83 kgWgr hmeda = Wgr ( 1+w) =1071.6 (1 + 0.015) 1087.67 kg 1087.67 kg

Agua por aadir = Ww - War hmeda (w - abs) - Wgr hmeda (w - abs)= 170 - 627.9 (0.050 0.055) 1087.67 (0.015 0.030) = 189.45 lt

= 155 - 631.83(0.050 0.055) 1087.67 (0.015 0.030) = 1 74.46 lt

Agua mxima = Ww - War seca (abs) - Wgr seca (abs)= 170 + 598 (0.055) + 1071.60 ( 0.030) = 235.04lt

= 155 + 601.75(0.055) + 1071.60 ( 0.030) = 220.24 lt

Dosificacin por peso para 1m3 de concreto con los materiales parcialmente saturados (hmedos)

a) Veracruz b) Monterrey

Agua 189.45 174.46Agua mxima 235.04 kg 220.24 ltcemento 377.78 kg 310.0 kg

grava humeda 1087.67 kg 1087.67kgarena hmeda 417.9 kg 631.83 kg

Dosificacin por volumen

ARENA GRAVA s Peso volumtrico seco suelto ( kg/m

3 ) 1400 1350

c Peso volumtrico seco compacto ( kg/m3 ) 1550 1410

PROM Peso volumtrico seco promedio ( kg/m3 ) 1475 1380

Para la grava y arena Peso / PROM

En unidades de obra para 1m3

a) Veracruz b) Monterrey a) Veracruz b) Monterrey

Agua 189.45 lt 174.46lt 0.1884 m3 0.17446 m3Agua mxima 235.04 kg 220.24 lt 0.2244 m3 0.224 m3

cemento 377.78 kg 310.0 kg 7.55 bultos 6.2 bultosgrava seca 1071.6 kg 1071.67k 0.776 m3 0.776 m3arena seca 598 kg 601.75 kg 0.4054 m3 0.4979 m3

Proporcin en botes de 18 lt para 1m3 (proporcin / (18 lt * 1000)

a) Veracruz b) Monterrey a) Veracruz b) MonterreyAgua 188.4 lt 174.46 lt (entre 18 lt) 10.4667 botes 9.692 botes

Agua mxima 235.04 kg 220.24 lt (entre 18 lt) 13.058 botes 12.235 botesgrava seca 0.776 m3 0.776 m3 (x 1000 / 18 ) 43.111 Botes 43.111 Botes

arena seca 0.4054 m3 0.4978 m3 (x 1000 / 18) 22.522 Botes 27.655 botes

Dividiendo entre el No. de bultos nos da la proporcin por bulto de cemento (agua : grava : arena)Para la localidad de Veracruz ( / 7.55) 1.386 : 5.71 : 2.98 (Mat. saturados) 1.729 : 5.77 : 2.98 (mat. secos)

Para la localidad de Monterrey ( / 6.2) 1.563 : 6.95 : 4.46 (Mat. saturados) 1.973 : 5.77 : 2.98 (mat. secos)

2) Obtener la porosidad en la mezcla de concreto

a) para la pasta agua cemento

a) Veracruz b) Monterreyagua Vw 0.1700 0.1550

cemento Vc 0.1199 0.0984

Agua no evaporable Vwne = 0.23 Vcs Dc Vwne 0.0868 0.0713Slidos de hidratacin Vsh = Vcs + 0.75 Vwn Vsh 0.1845 0.1518

Volumen de agua gel Vwg = 0.389 Vsh Vwg 0.0701 0.059Volumen de productos de hidratacin Vph = Vsh + Vwg Vph 0.25 0.2108

Volumen de Capilares Vcap = Vc + Vw - Vph Vcap 0.033 0.04260

grava 0.4659 0.4659arena 0.1592 0.2407

aire Va 0.0050 0.0400


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Porosidad en el concreto n= Vcap + Vwg +Va n = 0.033+0.05+0.0701 n = 0.0426+0.04+0.059

n = 0.1081 10.81% n = 0.1416 14.16%

Representacin de fases del concreto hidrulico

Va Va

Vw Vcap Vv vacios

Vwg

Vc Vsh

Vare Vare Vs slidos

Vgra Vgra

Materiales secos Concreto hidrulico

sin mezclar (cemento hidratado)

Lista de Organismos Nacionales y Extranjeros relacionados con el cemento Prtland.

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