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1 “TECNOLOGÍA DEL CONCRETO REFORZADO Y SU DURABILIDAD” Presenta: M. en C. Daniel Dámazo Juárez Director General del IMCYC Morelia, Mich. 10 de Diciembre del 2005 CENTRO REGIONAL DE DESARROLLO EN INGENIERIA CIVIL ANTECEDENTES En el pasado, nos preocupamos por un diseño estructural eficiente y resistente a sismos, nunca por durabilidad. No existían Normas ni reglamentos claros que especificarán diseños por durabilidad. Desconocimiento de nuestros diseñadores, calculistas y supervisores sobre durabilidad. Se consideraba a la relación Agua/Cemento o el f’c, un requisito para diseñar por resistencia más no por durabilidad. Desconocimiento de los materiales y sus propiedades; cementos, agregados, puzolanas, aditivos, etc.

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“TECNOLOGÍA DEL CONCRETO REFORZADO Y SU DURABILIDAD”

Presenta: M. en C. Daniel Dámazo JuárezDirector General del IMCYC

Morelia, Mich. 10 de Diciembre del 2005

CENTRO REGIONAL DE DESARROLLO EN INGENIERIA CIVIL

ANTECEDENTES

En el pasado, nos preocupamos por un diseño estructural eficiente y resistente a sismos, nunca por durabilidad.

No existían Normas ni reglamentos claros que especificarán diseños por durabilidad.

Desconocimiento de nuestros diseñadores, calculistas y supervisores sobre durabilidad.

Se consideraba a la relación Agua/Cemento o el f’c, un requisito para diseñar por resistencia más no por durabilidad.

Desconocimiento de los materiales y sus propiedades; cementos, agregados, puzolanas, aditivos, etc.

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ANTECEDENTES

México cuenta con una amplia geografía variable en cuanto a condiciones:

• Zonas Desérticas

• Zonas Montañosas

• Zonas Tropicales

• Zonas Costeras

ANTECEDENTES

Por lo tanto las condiciones climatológicas son muy variables.

El tipo de materiales disponibles en cada zona, es diverso; agregados, cementos, aditivos, etc.

Desconocimiento general del tema de durabilidad por los actores involucrados en la construcción.

Falta o desconocimiento de normas, reglamentos y especificaciones adecuadas.

Falta de capacitación y entrenamiento para el manejo del concreto en estado fresco.

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ANTECEDENTES

A lo largo de poco más de 100 años de uso, el concreto nos empieza a mostrar la necesidad de diseñar con criterios de durabilidad y no sólo por resistencia.

El paso del tiempo en las estructuras, las condiciones climáticas y su inadecuado proceso de construcción y diseño, evidencían fallas de origen.

Estructuras construidas hace apenas 20 ó 30 años requieren hoy en día reconstrucción o demolición con su consiguiente costo.

Cemento15%

Agua18%

Aire8%

Agregado Fino28%

Agregado Grueso31%

7% 14% 4% 24% 51%

Concreto con aire incluido

15% 21% 3% 30% 31%

7% 16% 1% 25% 51%

Concreto con aire atrapado

EN QUÉ CONSISTE EL CONCRETO

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MATERIALES COMPONENTES

• Cemento portland• Cementantes• Agregados

– Finos (arenas)– Gruesos (gravas)

• Aditivos• Agua• Concreto

Premezclado• Acero de refuerzo

CPO Cemento PortlandOrdinario

CPP Cemento PortlandPuzolánico

CPEG Cemento PortlandEscoria Granulada

CPS Cemento PortlandHumo de Sílice

CPC Cemento PortlandCompuesto

CEG Cemento EscoriaGranulada

20

30

4030R

40R

EJEMPLOS:• CPO 30 R• CPP 30 RS / BRA

TIPO CLASE CARACT. ESPECIALES

RS

BRA

BCH

B

CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS HIDRÁULICOS CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS HIDRÁULICOS SEGÚN NMX CSEGÚN NMX C--414414--ONNCCEONNCCE--20042004

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CLASIFICACIÓN DE PUZOLANAS SEGÚN NMX C-146-ONNCCE-2000

• Puzolanas Naturales– Cenizas volcánicas– Pomez– Tobas– Escorias– Obsidiana

• Puzolanas artificiales– Cáscara de arroz calcinada– Ceniza Volante (Fly Ash)– Humo de Sílice (Silica Fume)– Escoria de alto horno– Metacaolin

CLASIFICACIÓN DE AGREGADOS SEGÚN NMX C-111-ONNCCE-2004

• Propiedades Físicas– Granulometría– Peso específico y

absorción– Sanidad– Substancias deletéreas– Materiales muy finos

– Impurezas orgánicas– Partículas suaves,

desmenusables y ligeras– Forma y textura

• Propiedades Químicas– Rocas silíceas reactivas– Calizas dolomíticas

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• Tipo A: Reductor de agua• Tipo B: Retardante de fraguado• Tipo C: Acelerante de fraguado• Tipo C2: Acelerante de resistencia• Tipo D: Reductor de agua y retardante• Tipo E: Reductor de agua y acelerante• Tipo F: Reductor de agua de alto rango• Tipo F2: Superplastificante• Tipo G: Reductor de agua de alto rango y

retardante• Tipo G2: Superplastificante y retardante• Tipo AA: Inclusor de aire

CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS SEGÚN NMX C-255-ONNCCE-2005

• Impurezas orgánicas– Azúcares– Ácidos– Materia vegetal– Aceites

• Reacciona con el cemento en el proceso de hidratación

• Actuar como agente dispersante del cemento

• Lubrica e implementa la trabajabilidad en la mezcla

CLASIFICACIÓN DEL AGUA PARA CONCRETO SEGÚN NMX C-122-ONNCCE-2004

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• Medición de materiales• Mezclado• Especificaciones

– Materiales– Concreto fresco– Concreto endurecido– Resultados bajos 10%– durabilidad

• Muestreo• Métodos de prueba

CLASIFICACIÓN DEL CONCRETO PREMEZCLADO SEGÚN NMX C-155-ONNCCE-2004

• Clasificación• Tensión

– Esfuerzo de ruptura– Esfuerzo de fluencia

• Corrugación– Separación– Altura

• Alargamiento• Doblado

CLASIFICACIÓN DEL ACERO DE REFUERZO SEGÚN NMX C-407-ONNCCE-2001

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• Formación académica de nuestros Ingenieros o Arquitectos.

• Desconocimiento del tema.• Desconocimiento o falta de normas o reglamentos.• Especificaciones mal elaboradas o replicadas.• Falta de capacitación o entrenamiento.

PROBLEMAS DE DURABILIDAD

PROBLEMAS DE DURABILIDAD EN CONCRETO

Problemas de carbonatación debido a agrietamientos o filtración de agua:

Pérdida de pH, degradación del concreto, pérdida de resitencia,

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PROBLEMAS DE DURABILIDAD EN CONCRETO

Corrosión del acero de refuerzo:

•Concretro inadecuado o poroso

•Presencia de cloruros y sulfatos

•Ambiente marino o agresivo

PROBLEMAS DE DURABILIDAD EN CONCRETO

•Pérdida de diámetro de 19 a 16.9 mm

•Peso unitario de 2,235 a 1759 kg/ml

•Pérdida de corrugación

•Pérdida de área de 285 a 224 mm2

•Disminución de esfuerzo de ruptura de 63 a 43 kg/mm2

•Disminución de esfuerzo de fluencia de 42 a 28 kg/mm2

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PROBLEMAS DE DURABILIDAD EN CONCRETO

Medio de contacto el suelo:

•Nivel freático, sulfatos, cloruros

•Ciclos humedad y secado

•Degradación del concreto y corrosión

CASOS DE FALLAS

Por ataque de ambiente marino: Acapulco.

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CASOS DE FALLAS

Por ataque de ambiente húmedo y ácido: Descarga de Aguas ácidas en Río Papagayo.

CASOS DE FALLAS

Por ataque de ambiente ácido: Planta procesadora deJugos de fruta y lácteos.

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CASOS DE FALLAS

Por corrosión del acero de refuerzo: Concreto expuesto a los vientos marinos dominantes: Veracrúz.

Problemas de Durabilidad en Concreto

Ataque por sulfatos:

Sulfato de calcio (yeso), formación de etringita

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PROBLEMAS DE DURABILIDAD EN CONCRETO

Reacción álcali/agregado:

•Álcalis en el cemento

•Agregados reactivos

•Presencia de humedad

CASOS DE FALLASPor una mala elección de agregados: Patios de maniobras en planta industrial por uso de agregados de alto contenido de magnesio: Mexicali, BC.

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CASOS DE FALLAS

RASRAS

Reacción álcali/sílice o álcali/agregado en Edo. de Hidalgo

MALAS PRÁCTICAS CONSTRUCTIVASPrácticas constructivas deficientes, inadecuadas o nula supervisión.

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CASOS DE FALLAS

Mala calidad en la construcción, mala supervisión

Nula Supervisión

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¿Cómo resolver el tema de Durabilidad?

• Normas• Reglamentos• Especificaciones

Vida de Proyecto

Tipo de estructura Vida de proyecto

•Pistas de aeropuertos 30-50

•Puentes 120

•Presas 50-100

•Edificios residenciales 60

•Obras portuarias 80

•Fábricas 25-50

•Oficinas, tiendas 50-100Fuente: Bratchell, G. E. “Nominal Design Life The Structural Engineer, Vol. 53 A No 7 USA

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A C I 318-05

ACI 201-2R

N M X-403-ONNCCE-1999

A S T M

N M X

ACI 318-05 “Reglamento para Concreto Estructural”

•Relación Agua/Material Cementante.

•Exposición a Congelamiento y Deshielo.

•Exposición a Sulfatos.

•Protección contra la Corrosión del Acero de Refuerzo.

•Calidad del Concreto

•Elaboración

•Transporte

•Colocación

•Curado

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• Relación Agua/Cementante.– Cementos (ASTM C-150).– Ceniza volante y puzolanas (ASTM C-618).– Escorias (ASTM C-989).– Humo de sílice (ASTM C-1240).

REGLAMENTO DEL ACI 318-05

REGLAMENTO DEL ACI 318-05•Exposición a congelamiento y deshielo.

•Concreto normal y ligero incluir aire.

Contenido total de aire para concreto resistente a congelaci ón

Tamaño Máximo del Agregado, mm (pul)

Contenido de aire %

Exposición severa Exposición moderada

10 (3/8”) 7.5 6

13 (1/2”) 7 5.5

19 (3/4”) 6 5

25 (1.0”) 6 4.5

38 (1 ½”) 5.5 4.5

51 (2.0”) 5 4

76 (3.0”) 4.5 3.5

NOTA: Tolerancia de +- 1.5 %

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REGLAMENTO DEL ACI 318-05Requisitos para condiciones de exposición especial

Condiciones de exposición Con. Agr. Normal:Rel. máxima

Agua/Cementantes

Con. Agr. normal o ligero

F’c mínima (kg/cm2)

Concreto que se pretenda tenga baja permeabilidad en exposición al agua.

0.50 280

Concreto expuesto a congelación y deshielo en condición húmeda odescongelamiento por medio de químicos.

0.45 315

Para proteger de la corrosión al refuerzo en concretos expuestos a cloruros de químicos, salesdescongelantes , agua salobre, agua de mar o salpicaduras del mismo origen.

0.40 350

REGLAMENTO DEL ACI 318-05Requisitos para concreto expuesto a productos químicos descongelantes

Materiales cementantes Porcentaje máximo de materiales cementantes totales por peso

Cenizas volantes u otras puzolanas que cumplen con ASTM C-618 25

Escorias que cumplen con ASTM C-989 50

Humo de sílice que cumpla con ASTM C-1240

10

Total de cenizas volantes u otras puzolanas, escorias, y humo de sílice 50*

Total de cenizas volantes u otras puzolanas y humo de sílice

35*

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REGLAMENTO DEL ACI 318-05

Exposición a Sulfatos

Exposición a lossulfatos

Sulfatos (SO4) enel subsuelo

solubles al agua,% en peso

Sulfatos (SO4) enel agua, ppm

Tipo de cemento

Despreciable 0.00 - 0.10 0 - 150 ----

Moderada 0.10 - 0.20 150 - 1500 II, IP(MS), IS(MS)

Severa 0.20 - 2.00 1500 - 10,000 V

Muy Severa > 2.00 > 10,000 V más puzolana

TIPOS DE CEMENTO NECESARIOS PARA CONCRETO EXPUESTO AL ATAQUEDE SULFATOS

REGLAMENTO DEL ACI 318-05Protección contra corrosión del acero de refuerzo

Contenido máximo de iones de cloruro para la protección contra la corrosi ón del acero de refuerzo

Tipos de cementoContenido máximo de iones cloruro (Cl-)

acuosolubles en el concreto, % por peso de cemento

Concretos presforzados 0.06

Concreto reforzado en servicio expuesto a cloruros

0.15

Concreto reforzado en servicio que estará seco o protegido contra la humedad

1.0

Otras construcciones de concreto reforzado

0.30

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ACI 201.2R; GUÍA PARA OBTENER UN CONCRETO DURABLE

• Congelamiento y Deshielo.– Mecanismos de acción del congelamiento.

• Congelamiento en pasta.• Congelamiento en agregado.• Efectos totales en el concreto.

– Agentes removedores de hielo.• Cloruro de sodio y/o cloruro de calcio.• Aceleran corrosión

– Recomendaciones para estructuras durables.• Diseño de la estructura minimizando la humedad.• Baja relación agua/cementante.• Inclusión de aire.• Curado antes del primer ciclo de congelamiento.• Buenas prácticas constructivas.

• Exposición a químicos agresivos.– Tipos de químicos agresivos.– Ataque por sulfatos.– Exposición al agua de mar.– Ataque de ácidos.– Carbonatación.

• Por dióxido de carbono.• Contaminación atmosférica.• Por el agua del suelo.

ACI 201.2R; GUÍA PARA OBTENER UN CONCRETO DURABLE

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• Abrasión.– Pruebas del concreto para resistencia a la abrasión.– Factores que afectan la resistencia a la abrasión.– Recomendaciones para la obtención de superficies

resistentes a la abrasión.– Mejoramiento de la resistencia al desgaste en pisos.– Desgaste en el concreto por llantas.

– Resistencia al deslizamiento en pavimentos.– Resistencia al desgaste hidráulico.

ACI 201.2R; GUÍA PARA OBTENER UN CONCRETO DURABLE

• Corrosión del acero de refuerzo.– Principios de corrosión.– Efectos de los componentes para la elaboración del

concreto.• Cemento, cementantes, agregados, aditivos y agua.

– Calidad del concreto y recubrimiento sobre el acero.• Recubrimiento sobre el acero.• Permeabilidad del concreto y resistividad eléctrica.• Relación agua/cementante.• Diseño de la mezcla.• Colocación y curado del concreto.

– Sistemas protectores positivos.– Corrosión de materiales diferentes al acero.

• Aluminio, plomo, cobre y aleaciones de cobre y zinc.

ACI 201.2R; GUÍA PARA OBTENER UN CONCRETO DURABLE

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• Reacciones químicas de los agregados.– Tipos de reacciones.– Reacción álcali/sílice.– Reacción álcali/carbonato.– Preservación del concreto que contiene agregado

reactivo.– Recomendaciones para estudios futuros.

ACI 201.2R; GUÍA PARA OBTENER UN CONCRETO DURABLE

• Reparación del concreto.– Evaluación del daño y selección del método de

reparación.– Tipos de reparación.– Preparaciones para la reparación.– Agentes adhesivos.– Apariencia.

– Curado.– Tratamiento de grietas.

ACI 201.2R; GUÍA PARA OBTENER UN CONCRETO DURABLE

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NORMA NMX C-403-ONNCCE-1999

La norma Mexicana NMX-C-403-ONNCCE-1999 fué elaborada para diseñar estructuras que deben resistir la acción ambiental, ataque químico, abrasión, corrosión del acero de refuerzo o cualquier otro proceso de deterioro y mantener su forma original, condiciones de servicio y propiedades mecánicas.

NORMA NMX C-403-ONNCCE-1999

Esta norma exige:

• Vida útil de diseño de 50 años en estructuras.

• Vida útil de diseño en obras de infraestructura de 100 años.

• Como regla general los concretos de tipo estructural deben tener una relación agua / cementante menor que 0.60

• Considerar factores de durabilidad tales como:

ü Permeabilidad

ü Compactación adecuada

ü Protección del acero de refuerzo

ü Curado

ü Recubrimiento adecuado

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CLASIFICACIÓN DE EXPOSICIÓN

La norma clasifica el ambiente de exposición como:

1 Ambiente seco

2a Ambiente húmedo sin congelamiento

2b Ambiente húmedo con congelamiento

3 Ambiente húmedo con congelamiento y descongelantes

4 Ambiente marino

5a Ambiente de agresividad química ligera

5b Ambiente de agresividad química moderada

5c Ambiente de agresividad química alta

5d Ambiente de agresividad química muy alta

REQUISITOS DE DURABILIDAD

La norma establece como requisitos de durabilidad:

• Resistencia a la compresión

• Relación Agua/Cementante

• Contenido mínimo de cemento

• Contenido de aire

• Requisitos para agregados

• Requisitos para cementos

• Revenimiento máximo sin aditivos de 10 cm.

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1 2a 2b 3 4 5a 5b 5c 5dResistencia a compresión (Kg/cm2) Concreto reforzado = 200 = 250 = 250 = 250 = 300 = 250 = 300 = 350 = 350

Concreto presforzado = 250Relación agua/cementante Concreto reforzado = 0.60 = 0.60 = 0.55 = 0.55 = 0.55 = 0.55 = 0.50 = 0.45 = 0.45

Concreto presforzado = 0.60 = 0.60Contenido de cemento para agregados gruesos entre 20 y 40 mm

Concreto reforzado = 270 = 300 = 300 = 300 = 300 = 300 = 300 = 300 = 300

Concreto presforzado = 300 = 300 = 300 = 300

Clase de exposición según la tabla A.1Requisito

REQUISITOS DE DURABILIDAD SEGÚN LA CLASE DE EXPOSICIÓN:

REQUISITOS DE DURABILIDAD SEGÚN LA CLASE DE EXPOSICIÓN:

1 2a 2b 3 4 5a 5b 5c 5dContenido de aire por tamaño máximo de agregado en % = 40 mm = 4 Se permite una tolerancia de ± 1.5% = 20 mm = 5

= 10 mm = 6Requisitos adicionales para agregadoRequisitos adicionales para cemento Ver tablas complementarias

Resistentes al Congelamiento.

Si el concreto se puede saturar ver clase 3

Requisito Clase de exposición según la tabla A.1

La norma limita la temperatura máxima de colocación del concreto en temperaturas altas a 32° C y establece la necesidad de calentar los materiales cuando la temperatura sea baja.

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REQUISITOS DE DURABILIDAD. Tablas adicionales: Especificaciones contra el ataque

químico de agentes agresivos cuando existen sulfatos.

No necesaria

No necesaria

No necesaria

No necesaria

No necesaria

Protección adicional

370370330300300Mínimo contenido de cementante

0.450.450.50.550.5Máxima relación Ag. / Cem.

RSRSRSRSCPOTipo de Cemento

Muy AltaAlta ModeradaLigeraLigera

Exposición 5 d

Exposición 5 c

Exposición 5 b

Exposición 5 a

Exposición5 a

Parámetro

REQUISITOS DE DURABILIDAD. Tablas adicionales: Especificaciones contra el ataque químico de agentes agresivos cuando NO existen

sulfatos.

No necesariaNo necesariaNo necesariaNo necesariaProtección adicional

370370330300Mínimo contenido de cementante

0.450.450.500.55Máxima relación Agua/Cementante

RSRSRSCPOTipo de Cemento

Muy AltaAlta ModeradaLigera

Exposición 5d

Exposición 5c

Exposición 5b

Exposición 5a

Parámetro

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APÉNDICE INFORMATIVO.Esta norma incluye un apéndice informativo que complementa las especificaciones establecidas en el cuerpo de la norma.

El apéndice ofrece recomendaciones para:

ü Proporcionamiento y dosificación.

ü Fabricación del concreto.

ü Transporte del concreto.

ü Colocación del concreto.

ü Compactación del concreto.

ü Curado.

ü Remoción de cimbras.

ü Inspección del concreto.

ü Guía para la buena práctica de manejo y colocación de concreto.

RELACION CON OTRAS NORMAS MEXICANAS.

La norma NMX-C-414-ONNCCE-1999 establece los tipos de cemento y sus características de comportamiento y aplicación.

La norma NMX-C-111-ONNCCE-2004 establece los tipos y calidades de los agregados.

La norma NMX-C-255-ONNCCE-2003 establece los tipos y calidades de aditivos químicos para concretos.

La nueva norma NMX-C-155-ONNCCE-2004 establece estos mismos requerimientos para concreto premezclado.

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¿POR QUÉ LAS FALLAS?

• Diseños inadecuados del concreto• Ambientes agresivos• Elevada temperatura• Elevada humedad relativa• Elección inadecuada de agregados

– Ataque álcali / sílice– Ataque álcali / carbonato

• Prácticas constructivas deficientes• Concretos de mala calidad

¿CUÁLES SON LAS FALLAS?

• Concretos porosos• Concretos segregados• Bajas resistencias a compresión• Carbonatación del concreto• Ataque químico (sulfatos,

cloruros, etc.)• Corrosión del acero de refuerzo• Pérdida de acero de refuerzo• Pérdida por abrasión o desgaste• Permeabilidad excesiva.

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Una Pregunta Impertinente

• ¿Para el diseño de una estructura de concreto es suficiente el f’c?

• El no conocer otras condiciones puede conducir al diseño de la estructura a que no cumpla con su resistencia, durabilidad y trabajabilidad.

• ¿Se solicita o nos proporcionan la información suficiente y adecuada?.

• La información no es únicamente para especialistas en concreto, es importante que la conozcan los que diseñan estructuras.

Factores que afectan la vida de un proyecto

•Factores técnicos

•Factores Económicos

•Factores Socio-políticos

•Tiempo de obsolescencia

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Reglamentos, Normas y Especificaciones

Reglamentos:

•ACI 318-05 “Reglamento Para Concreto Estructural”

•ACI 201-2R “Guía para Obtener un Concreto Durable”

•NMX C-403-1999 “Concreto Hidráulico para uso Estructural”

•Reglamentos Nacionales, Regionales y/o Locales.

Normas:

•NMX C-414-ONNCCE-2004 “Cementos”

•NMX C-111-ONNCCE-2004 “Agregados para Concreto”

•NMX C-255-ONNCCE-2005 “Aditivos para Concreto”

•NMX C-122-ONNCCE-2004 “Agua para Concreto”

•NMX C-155-ONNCCE-2004 “Concreto Premezclado”

Especificaciones:

Es una serie de requisitos basados en Normas y Reglamentos para un proyecto de carácter particular que fija el diseñador, proyectista o director de obra para que el constructor se apegue a lo indicado.

Reglamentos, Normas y Especificaciones

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Calidad de la obra, calidad del concreto

• ¿Prácticas constructivas adecuadas?– Gente capacitada o entrenada– Gente certificada– Herramientas adecuadas y en buenas condiciones– Obras bien planeadas– Bitácoras de obra

• ¿Concretos de buena calidad?– Elección adecuada del concreto– Materiales adecuados y correctos– El f’c es el adecuado o por Durabilidad– Resistencias, control de calidad adecuadas– Uniformidad del concreto– Plantas certificadas?

¿Es la misma calidad del concreto?

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CONCLUSIÓN

• Conocer perfectamente bien las condiciones ambientales y giro del proyecto para elaborar las especificaciones adecuadas.• Recordar que baja relación agua cemento,

mejora la permeabilidad en el concreto.• Elección adecuada de los materiales a usar y

de acuerdo a las condiciones ambientales.• Recordar que tenemos cementantes

adicionales que mejoran la durabilidad.• Prácticas constructivas adecuadas.• Equipo de trabajo adecuado, no improvisar.• Protección adecuada del acero de refuerzo.• Colocación, acabado y curado correcto de las

estructuras.

MUCHAS GRACIAS.

M. en C. Daniel Dámazo JuárezDirector General.Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.Insurgentes Sur 1846Col. FloridaMéxico, D.F. 01030Tel: 01 (55) 5662-0606E-mail: [email protected]

CENTRO REGIONAL DE DESARROLLO EN INGENIERIA CIVIL