Cementos Y Hormigón

MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS DE

CONSTRUCCIÓN

CEMENTOS Y HORMIGONES

• Cemento:– Toda sustancia que al ser mezclada con agua

forme una pasta semi-liquida que luego se solidifique (a través de reacciones químicas) en una masa rígida y monolítica.

Cementos y Hormigones

Cementos y HormigonesAntecedentes Históricos

• La historia del cemento es la historia misma del hombre en la búsqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la época de las cavernas, a aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos.


• Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad.

• El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero – mezcla de arena con materia cementosa – para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones.

• Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada.

• Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como pozoluona.


• Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del siglo pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregársele agua, producía una pasta que de nuevo se calcinaba se molía y batía hasta producir un polvo fino que es el antecedente directo de nuestro tiempo.

• Nota El nombre del cemento Portland le fue dado por la similitud que este tenia con la piedra de la isla de Portland del canal ingles.

• La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiere una fisonomía diferente.


• Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros mas ansiados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir.

• 1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa. 1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker". 1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos. 1871: - La compañía Coplay Cement produce el primer cemento Portland en lo Estados Unidos. 1904: -La American Standard For Testing Materials (ASTM), publica por primera ves sus estándares de calidad para el cemento Portland.

Cementos y HormigonesCemento Portland

• FABRICACIÓN: – Las materias primas son piedras calizas y arcillas. – En un principio se buscaron canteras de piedras calizas

arcillosas, con 20-40% de arcillas. En la actualidad se explotan por separado calizas y arcillas, mezcladas luego en la proporción adecuada.

– Las sucesivas etapas de la fabricación son: Mezcla y molienda de las materias primas:

• Ambos procesos se cumplen conjuntamente dentro del molino de bolas, gran tambor horizontal giratorio dentro del cual hay bolas metálicas.

• Los choques, durante su rotación, pulverizan las materias primas, convertidas en pasta cruda.

• Se puede trabajar de dos maneras: por vía seca, en la que la mezcla y molienda se efectúan con las materias primas solamente, o por vía húmeda, en la que se mezcla y muele en presencia de agua.


• Cocción de la pasta cruda: – De los molinos de bolas la pasta cruda pasa a los hornos rotatorios

continuos, semejantes a los de cal viva, pero de 200 metros de longitud y 10 metros de diámetro.

– El tubo tiene su chapa interiormente revestida de ladrillos refractarios. Giran lentamente: 1 vuelta por minuto.

– Debido a la pendiente, la pasta cruda desciende del extremo superior al inferior.

– Un quemador, de fuel oil y aire primario a presión, o bien de gas natural, genera una larga llama, cuya temperatura se eleva a 1500º C. Primero se deseca la pasta cruda.

– Después los carbonatos se calcinan. Por último, reaccionan los distintos óxidos.

– El producto obtenido, llamado clinquer (Clinker), es negro, duro y granulado.

– Cae caliente dentro de un sistema enfriador; por ejemplo, otro cilindro rotatorio por el que circula aire frío a contracorriente.

– El aire así calentado actúa como aire secundario en la combustión. – Los hornos de cemento funcionan ininterrumpidamente con

rendimientos de varios miles de toneladas diarias de clinquer.


• Transformación del clinquer en cemento portland: – El clinquer se estaciona un mínimo de 15 a 30 días. Luego

se muele finalmente en el molino de bolas.– Durante la molienda se incorpora un 3% de yeso crudo. – Este aditivo regula el tiempo de fraguado. – El cemento portland no enyesado fragua velozmente:

• a los 5 minutos de empastado con agua endurece, en cambio cuando contiene yeso, se inicia el fraguado a los 45 minutos de agregada el agua.

– La molienda final se hace de tal forma que entre el 75% y el 90% del producto final pase por un tamiz #325 con 100,000 agujeros por pulgadas cuadrada.

– El cemento molido se conserva dentro de enormes silos, protegido de la humedad ambiente.


• El cemento se empaca en bolsas de papel de 2 tamaños:– Sacos de 94 lbs. (Quintal de Cemento)– Medios sacos de 47 lbs. (Medio Quintal de

Cemento).

• El cemento se empaca de esta forma para facilitar la dosificación de las mezclas.– 1 pie cúbico de cemento portland pesa 94 lbs.


Cementos y HormigonesAgregados

• Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía.

• Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 3/16” de diámetro.

• Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 3/16” y generalmente entre ¼” y 11/2 ” de diámetro.

http://www.arqhys.com/concreto

http://www.arqhys.com/construccion/mezcla-concreto.html

http://www.arqhys.com/articulos/piedras-fabrica.html


• Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió, lago o lecho marino.

• El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño.

• La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino.

http://www.arqhys.com/arquitectura/horno-alto.html


• Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varia dentro de los limites muy estrechos.

• Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamórficas), se componen generalmente de varios materiales.

• Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otro cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla.

• El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla.

• El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad.

http://www.arqhys.com/casas/granito-tipos.html

http://www.arqhys.com/arcilla.html

http://www.arqhys.com/el-concreto.html


• Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia la pasta del cemento.

• Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables.

• Los agregado que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones.

http://www.arqhys.com/construccion/materiales-resistencias.html

Cementos y HormigonesPruebas de Agregados

• DETERMINACION DE PROPIEDADES FISICAS DE AGREGADOS – Pruebas físicas de muestra de grava o arena,

incluye: • granulometría, • peso específico, • absorción,• pesos volumétricos suelto y varillado, • materia orgánica y • perdida por lavado.

Cementos y HormigonesPruebas de Agregados

• PRUEBAS MENOS COMUNES EN AGREGADOS– Prueba de abrasión.– Límites de consistencia y contracción lineal.– Equivalente de arena.– Coeficiente de forma. – Partículas planas y alargadas.– Efecto de materia orgánica. – Análisis petrograficos.– Determinación del contenido de sales solubles en agua (cloruros y

sulfatos).– Reactividad potencial (Método Químico).– Reactividad potencial (Método de las barras de mortero).– Intemperismo acelerado (sanidad).– Determinación de grumos de arcilla y partículas deleznables.– Determinación de partículas ligeras.– Muestreo de agregados en banco o almacén.

Cementos y HormigonesPruebas del Hormigón

• DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL, PESADO, LIGERO, SECO – Estudio de propiedades físicas de los

agregados.– Diseño teórico.– Mezcla de prueba y ajustes prácticos.– Elaboración de cilindros y/o vigas para ser

evaluados a la compresión y flexión a diferentes edades.


• EVALUACIÓN DE ADITIVOS QUÍMICOS PARA USO EN CONCRETO– Determinación del revenimiento.– Tiempos de fraguado inicial y final.– Contenido de aire.– Reducción de agua.– Resistencia a la compresión. – Resistencia a la flexión.


• PRUEBAS DIVERSAS EN MUESTRAS DE CONCRETO ENDURECIDO:– Estudio petrográfico en muestras de concreto endurecido – Módulo de elasticidad con extensómetro– Módulo de elasticidad con strain-gages– Determinación de la contracción por secado en barras de

concreto– Determinación del coeficiente de deformación diferida – Prueba a la flexión de vigas de concreto– Estudios de fuego – Resistencia a la tensión por compresión diametral de

cilindros de concreto– Determinación del contenido de cemento en muestras de

concreto endurecido


• EXTRACCION Y PRUEBA A LA COMPRESION DE NUCLEOS DE CONCRETO

• INSTRUMENTACIÓN DE PRUEBAS DE CARGA EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES HORIZONTALES



Cementos y HormigonesAditivos del Hormigón

• Producto incorporado en el momento del amasado del hormigón en una cantidad no mayor del 5% en masa, con relación al contenido de cemento en el hormigón, con objetivo de modificar las propiedades de la mezcla en estado fresco y/o endurecido.

• Los de uso más generalizado son: – Reductores de agua (fluidificantes): aquellos cuya función principal es

la de disminuir el contenido de agua para una trabajabilidad dada, aumentar la trabajabilidad para un mismo contenido de agua sin producir segregación u obtener ambos efectos simultáneamente.

– Superfluidificantes (Superplastificantes): definidos con los mismos efectos que los anteriores, pero con unas características más considerables.

– Acelerantes de fraguado: cuya función principal es reducir o adelantar el tiempo de fraguado del cemento (principio y final), que se encuentra en el hormigón, mortero o pasta.


– Retardadores de fraguado: aquellos que retrasan el tiempo de fraguado (principio y final) del cemento, que se encuentra en el hormigón, mortero o pasta.

– Aceleradores de endurecimiento: utilizados para aumentar o acelerar el desarrollo de las resistencias iniciales de los hormigones, morteros o pastas.

– Hidrófugos (Repulsores de agua): cuya fución principal es disminuir la capacidad de absorción capilar o la cantidad de agua que pasa a través de un hormigón, mortero o pasta, saturado y sometido a un gradiente hidráulico.

• Además de otros como: Inclusores de aire, generadores de gas, generadores de espuma, desaireantes o antiespumantes, generadores de expansión, aditivos para bombeo, aditivos para hormigones y morteros proyectados, aditivos para inyecciones, colorantes, inhibidores de corrosión y modificadores de la reacción álcali-áridos.


Ventajas de utilización de los aditivos• PARA EL CONTRATISTA / CONSTRUCTOR

– Puesta en obra más fácil y rápida. – Mayor homogeneidad de las estructuras. (Menor dispersión

de las resistencias) – Mayor bombeabilidad. – Posibilidad de colocar al hormigón en condiciones

climatológicas adversas.(Calor o frío extremos).

– Posibilidad de realizar estructuras complicadas. – Posibilidad de cumplir requisitos de durabilidad especiales.


– Posibilidad de cumplir con resistencias muy elevadas. – Posibilidad de obtener acabados mejores y especiales. – Posibilidad de reducir defectos tradicionales (como p.e. la

piel de cocodrilo en los pavimentos o la fisuración por retracción plástica).

– Posibilidad de controlar el fraguado y el desprendimiento del calor de hidratación.

– Posibilidad de dar soluciones originales nunca anteriormente resueltas.

– Posibilidad de mejorar las características de los prefabricados de consistencia seca.


• PARA LA PROPIEDAD– Reducir y asegurar los plazos de ejecución de las obras. – Estructuras de mejor calidad y durabilidad. – Costos más reducidos. (Ahorros en mano de obra y

cemento).

• PARA LOS DISEÑADORES (INGENIEROS Y ARQUITECTOS)– Diseño de estructuras originales o difíciles. – Diseño de estructuras en ambientes agresivos. – Conseguir especificaciones de los hormigones al coste más

bajo posible.


• PARA EL FABRICANTE DE HORMIGÓN PREPARADO– Reducir los costos de fabricación. – Evitar cambios en las composiciones de los hormigones en función de

las estaciones. – Reducir la variabilidad / dispersión de la consistencia de los suministros. – Puesta en obra más rápida / mayor capacidad de suministro. – Reducción de las devoluciones / posibilidad de recuperar hormigones

rechazados.(Reducción de cargos).

– Reducción del costo del servicio técnico. – Posibilidad de suministros a larga distancia. – Posibilidad de suministrar hormigones con características especiales.

(Durabilidad/alta resistencia/alta cohesión/retardados). – Mejorar la posición en el mercado / mayores ventajas competitivas. – Posibilidad de hormigonar en tiempo frío

Cementos y HormigonesDiseño de Mezcla de Hormigón

• Una mezcla de hormigón requiere la proporción de agregados finos, agregados gruesos, agua y cemento apropiadas.

• Unidad de medida de hormigón es el pie cúbico.• Un pie cúbico de hormigón convencional pesa entre 144

y 155 libras.• Un saco de cemento portland pesa 94 libras y equivale a

un pie cúbico.• Los agregados se miden por peso o por volumen.

– La arena seca y la grava pesan aproximadamente 100 libras por pie cúbico.

• El agua se mide en galones con un peso aproximado de 8 libras por galón.


• Para trabajos pequeños la mezcla se expresa en unidades de volumen:– Una mezcla en proporción seria de 1:3:5.

• 1 unidad de cemento• 3 unidades de agregado fino• 5 unidades de agregados gruesos

– Para trabajos mayores se utiliza el método de peso y volumen absoluto del American Concrete Institute (ACI).


• El factor mas importante en el diseño de una mezcla de hormigón es la razón de agua/cemento (Water/Cement Ratio).– Se expresa como cantidad de galones de agua por

cada saco de cemento.– La cantidad de agua es el factor mas importante para

controlar la fuerza y durabilidad del hormigón.

• El hormigón endurece durante toda su vida útil.– Alos 7 días desarrolla cerca del 75% de su fuerza

total.– Alos 28 días desarrolla el 100% de su fuerza total.


• Ejemplo de diseño: (Una mezcla por volumen para un trabajo pequeño.)

– Condiciones: • Una marquesina de 12’ de ancho por 20’de largo y un espesor de

5”. El hormigón deberá resistir 3,000libras por pulgadas cuadradas.

– Requerido:1. Determinar el peso total de la estructura.

2. Determinar yardas cúbicas de hormigón necesarias.

3. Cantidad de cemento en sacos.

4. Cantidad de agua en galones.

5. Cantidad de agregado fino (arena) en yardas.

6. Cantidad de agregado grueso (piedra) en yardas.


– Solución:• Se hace referencias a las tablas A – E.

– Proporciones volumetricas– Unidades de computo– Asentamientos de mezcla recomendadas– Relación de la razón agua/cemento vs. Fuerza compresiva.

1. Volumen total de la estructura:• 12.0’x 20.0’x .42’ = 100.8 pies cúbicos.• Se aplica factor determinado de 1.5**

100.8 pies cúbicos x 1.5 = 151.2 pies cúbicos

** Para colocar un volumen de hormigón en estado plástico se requerirá 1.5 veces mas materiales secos.

Cementos y HormigonesDiseño de Mezcla de Hormigón2. Peso total luego de fraguado:

• 100.8 pies cúbicos x 150 lbs/pie cúbico = 15,120 lbs. (7.56 tons)

3. Yardas cúbicas necesarias de hormigón:• Volumen = 151.2 pies cúbicos; se convierten en yardas cúbicas

para determinar el hormigón necesario.

151.2 pies cúbicos ÷ 27 pies cúbicos /yarda cúbica = 5.6 yardas cúbicas

4. Tabla B nos indica la proporción volumétrica de cemento, agregado fino y grueso; el cual es respectivamente:

1 : 2¼ : 3

Cementos y HormigonesDiseño de Mezcla de Hormigón5. Cantidad de sacos de cemento:

• Pies cúbicos de cemento requeridos:Total volumétrico de las partes = 1 + 2¼ + 3 = 6¼ = 6.25% correspondiente al cemento = 1/6.25 = .16% correspondiente al agregado fino (arena) = 2.25/6.25 = .36% correspondiente al agregado grueso (piedra) = 3/6.25 = .48

Total de pies cúbicos necesarios de cemento = 151.2 pies cúbicos x .16 = 24.192 pies cúbicos ≈ 25 ft3

Como 1 pie cúbico de cemento = 1 saco entonces necesitamos25 sacos de cemento.

6. Cantidad de yardas cúbicas de agregado fino (arena):5.6 yardas cúbicas total x .36 = 2.016 yardas cúbicas de arena


7. Cantidad de yardas cúbicas de agregado grueso (piedra):5.6 yardas cúbicas total x .48 = 2.688 yardas cúbicas de

piedra.

8. Cantidad de galones de agua necesario para la mezcla se hace referencia a la Tabla E:Tabla E – hormigón de 3,000 psi de fuerza compresiva la

razón agua/cemento será de 5.25 galones de agua por cada saco de cemento, por lo tanto:

25 x 5.25 = 131.25 galones de agua.


– En resumen, para la marquesina los resultados son:1. Peso total de la estructura = 15,120 lbs = 7.56 ton

2. Yardas cúbicas de hormigón = 5.6

3. Sacos de cemento = 25

4. Yardas cúbicas de arena = 2.016

5. Yardas cúbicas de piedra = 2.688

6. Galones de agua = 131.25

• Para trabajos grandes refiérase al Método de Peso y Volumen Absoluto de la American Concrete Institute (ACI).


• TABLA A - UNIDADES– 1 ft3 de hormigón = 150 lbs.– 1 yd3 de hormigón = 4,050 lbs.– 1 ft3 de cemento = 94 lbs = 1 saco– 1 ft3 de agua = 7.48 gals– 1 gal de agua = 8.33 lbs– 1 ft3 de agua = 62.4 lbs– Gravedad especifica del cemento portland = 3.15– Gravedad especifica de agregado común = 2.65


• TABLA B – Proporciones Volumétrica Según el Tipo de Trabajo

Tipo de ConstrucciónCemento por

VolumenArena por Volumen

Piedra por Volumen

Cimientos/Zapatas 1 3 5

Aceras, Marquesinas, Escalones

1 2¼ 3

Losas de Piso Sobre el Suelo

1 2½ 3


• TABLA C – Proporciones Volumétricas Según Tamaño del Agregado*

Tamaño Máximo de Agregado

Cemento

ft3

Arena

ft3

Piedra

ft3

Galones de Agua

Arena Húmeda

Arena Seca

¾” 1 2 2¼ 5 6

1” 1 2¼ 3 5 6

1½” 1 2½ 3½ 5 6

* Para hormigón de 2,500 psi


• TABLA D – Asentamientos Recomendados Según Tipo de Estructura

Tipo de EstructuraAsentamiento en Pulgadas

Máximo Mínimo

Losas de Piso Sobre el Suelo 4 1

Losa Gruesas y/o Pesadas

Vigas y Paredes6 3

Paredes Finas y Columnas

Losas de Piso y Vigas Ordinarias8 4


• TABLA E – Razón Agua/Cemento vs. Fuerza Compresiva

Cementos y HormigonesJuntas en el Hormigón

• Juntas de construcción:– Los planos verticales u horizontales que se crean entre

vertidos sucesivos de hormigón o que separan el trabajo de un día de otro o cuando se interrumpe el proceso de vaciado y/o colocación del hormigón forman juntas de construcción.

– Las juntas de construcción permanecen como planos de debilidad y deben colocarse en aquellas secciones donde la fuerza cortante sean mínimas.

– Para asegurar la mejor unión entre vaciados viejos y recientes se acostumbra asperar, limpiar y humedecer la superficie vieja antes de colocar el nuevo hormigón.

– Se instalan clavijas o tarugos de acero para mejorar la conexión.

– Las columnas deben construirse en un vertido único hasta la parte inferior de la viga o losa de piso que soporten.


Juntas de Construcción

(Fuerzas Compresivas)

Junta de Construcción

(Fuerzas en Cortante)

Anclaje Horizontal

(Keyed)

Horizontal Escalonada

Áspera Anclaje Vertical

(Keyed Vertical)


• Juntas de Control:– Para evitar grietas por expansión y contracción.– Son de fajas de madera, plástico o metal.– Se introducen en superficies verticales o hundiéndola en

superficies horizontales mientras el hormigón se encuentra en su estado plástico.

– Juntas de violín donde la profundidad de las muescas es no menor de 1/5 del espesor de la losa de piso.

5”Acera

Las grietas son inducidas en el plano de debilidad creado por la junta de control.

Ejemplo:

5” x 1/5 = 1” Profundidad de la junta

Junta de Violín


• Juntas de Separación (Isolation Joints):– Estas juntas proveen separaciones entre diferentes

secciones de hormigón de un edificio para que se puedan mover independientemente.

– Se utilizan comúnmente entre pisos y columnas, zapatas e intersecciones entre pisos y paredes.

Carretera

Acera

Encintado (Curb)

Piso

Juntas de Separación


• Juntas de Expansión:– Se diseñan para que diferentes parte de la estructura

de un edificio puedan moverse libremente debido a la expansión o contracción por cambios en temperaturas.

1

2

3

4

1. Edificio bajo contra edificio alto.

2. Edificio de hormigón mayor de 200’de largo.

3. Intersección entre alas de edificio.

4. Expansión a edificio existente.

Cementos y HormigonesHormigón Armado

• Hormigón Armado es el hormigón reforzado en su interior con varillas de acero.– El hormigón es de gran resistencia a fuerza de

compresión y pobre a cargas en tensión.– El acero es de gran resistencia a fuerzas en

tensión.– Al combinarlos se crea un material de construcción

con buena resistencia a fuerza en compresión y en tensión.

• Esta combinación es posible porque ambos materiales tienen un coeficiente de expansión térmica de casi el mismo valor.


• Varillas utilizadas:– Mas comunes son de diámetro entre 3/8” hasta 21/4”.

• Estos tamaños varían en octavos de pulgadas y se les denomina según el numero de octavo en su diámetro.

• Una varilla de ½” de diámetro tiene 4/8”de diámetro y se denomina como una varilla #4. Una varilla de 1” de diámetro o 8/8” se le denomina como una varilla #8.

• Se diseñan con deformaciones en su superficie para mejorar la conexión mecánica con el hormigón (evitar que resbalen).

• Varilla de ¼” de diámetro no son deformadas y se les denomina como alambre.


• Comportamiento de las fuerzas en una viga de hormigón:

c

c

c

T T

T

Intercolumnio

(Distancia entre los puntos de apoyo)

Leyenda:

: Estructura antes de someterse a carga

: Tendencia de reflexión luego de que la estructura se ha sometido a carga : Acera (Varillas)

c

T

: Fuerzas en Compresión

: Fuerzas en Tensión

: Esfuerzos Internos

: Carga

Peralto de la Viga

Viga

Columna (Punto de Apoyo)


• Comportamiento de las fuerzas en una viga de hormigón:


• Cuando la viga es sometida a una carga esta tiende a deflexionar.

• Mientras mayor sea la distancia del intercolumnio (distancia entre los puntos de apoyo) mayor será el peralto (altura) de la viga.– Se estima 1” de peralto por cada pie de

intercolumnio.


• Además de las varillas se utilizan enrejillados de acero conocidos como “Steel Fabric” o “Wire Mesh”.– Su utilización es para losas de pisos, techos o paredes o

para losas de gran extensión.– El enrejillado mas comun es el soldado (“welded wire mesh”

o “welded wire fabric”)– Su designación es como sigue:

WWF 6 x 12 – W16 x W26

Welded Wire FabricSeparación de alambres longitudinales.

Separación de alambres transversales

Calibre de alambres longitudinales

Calibre de alambres transversales


Calibre W16

Soldaduras Alternadas en los Lados del Enrejillado.

12”

Calibre W26

6”


•Los cables de acero se utilizan extensamente en los miembros estructurales pre-esforzados.

•La designación de estos cables es como sigue:

6 x 7Num. de trenzas

Num. De alambres en cada trenza

• Los cables son cubiertos con una capa de zinc para crear resistencia a la corrosión.

•Los cables se utilizan extensamente en ascensores, puentes colgantes, estructuras tensiles y pneumaticas.


• Los aceros de refuerzo pueden doblarse, solaparse, cortarse, atarse, soldarse y pre asamblarse.– Los aceros de refuerzo para vigas y columnas

casi siempre se pre ensamblan antes de colocarlos en los moldes.

• Para proteger el acero contra la corrosión o contra substancias que puedan penetrar el hormigón se estipulan los tamaños mínimos de cubierta del hormigón.




Cementos y HormigonesEncofrados del Hormigón

• Los encofrados son los moldes o formaletas que se utilizan para darle forma al hormigón.

• Los encofrados pueden ser hechos en la obra (casi siempre de madera) o pueden ser unidades prefabricadas (de metal, cartón o plásticos reforzados).

• Requisito mas importante para un encofrado es que pueda resistir las fuerzas laterales de la pasta de hormigón.

• Se utilizan paneles de madera laminada (plywood) para construir varios tipos de encofrados, se conocen como “plyform”.– Se aceitan en las caras de contacto antes de colocar el acero o la pasta

de hormigón para evitar que absorban agua o se peguen al hormigón luego de endurecido.

– Para paredes se construyen moldes en módulos de 1’, 2’, 4’ x 8’.





Cementos y HormigonesMezclado del Hormigón

• Maneras de mezclar el hormigón:– A mano– Pequeña ligadora

• Cuyas capacidades fluctúan entre ± ¼ a 1 yarda cúbica.– Hormigón pre mezclado (Ready Mix Concrete)

• Se prepara en una planta.• Transporta en camión de tambor giratorio cuya capacidad fluctúa entre 3 a

10 yardas convencionalmente.• Debe colocarse en sitio antes de que hayan transcurrido 1½ horas luego de

haber añadido el agua.– Mezcla secas (Dry Mixing)

• Materiales secos son mezclados y el agua se añade en la obra.– Mezclado de transito (Transit Mixed Concrete)

• Ligado seco de materiales en un camión con tambor giratorio y con tanque de agua.

• El agua se puede añadir en ruta o cuando llega a la obra.– La dosificación de las mezclas de hormigón de planta se hacen de

acuerdo al método de peso y volumen absoluto de la American Concrete Institute (ACI).



http://www.litebuilt.com/pic/hot04d.jpg


Cementos y HormigonesColocación del Hormigón


• El hormigón debe colocarse lo mas cerca posible a su posición final.

• El hormigón en su estado plástico no debe dejar caerse ya que esto puede ocasionar segregación de los agregados gruesos, asentándose en las partes baja de la pasta.

• Las caídas verticales no deben exceder los 4 pies de altura.

• Al colocar la pasta quedan atrapadas muchas burbujas de aire las cuales pueden ocasionar una reducción considerable en la fuerza del hormigón.– Estas burbujas crean superficies con pobre apariencia.– Si quedan atrapadas en la superficie entre la pasta y el

molde se forman feas “cucarachas” (huecos superficiales) que hay que resanar luego de removerse los moldes.


• Para evitar las condiciones mencionadas, el hormigón es compactado con herramientas de mano o vibradores mecánicos.

• Los moldes o formaletas pueden vibrarse externamente o internamente colocando los vibradores dentro del mismo molde y de la pasta.

• Al someterse a este proceso de vibración el hormigón logra mejor conexión con el acero de refuerzo y se mejora la densidad, homogeneidad y durabilidad del mismo.

• Debe evitar que el hormigón en su forma plástica no se someta a temperaturas extremas porque el proceso de curado puede verse afectado adversamente.– Las temperaturas mas favorables son entre 50 y 70 oF.


• El endurecimiento del hormigón resulta del proceso de hidratación.

– Durante el proceso el agua se combina químicamente con el cemento generando calor.

– Esta reacción o proceso de hidratación se completa con el “curado” del hormigón y requiere:

1. Suficiente tiempo2. La presencia de humedad3. Temperaturas favorables o adecuadas.

• Tanto la cantidad de agua como el proceso de “curación” afectan directamente el poder de cementar de la pasta y por ende la fuerza y durabilidad del hormigón.


• Para curar el hormigón se debe evitar la evaporación del agua en la pasta; para lograr esto se deben tomar las siguientes medidas de precaución:– Añadir agua adicional mediante riegos ocasionales con

manguera o rociadores.– Cubrir con arena, paja o sacos humedecidos.– Cubrir membranas plásticas de polietileno o aditivos y

compuestos de curado para evitar la evaporación.

• Los moldes de madera además de humedecerse para evitar que absorban el agua de la pasta son también aceitados para evitar que se peguen al hormigón y así facilitar la remoción de los mismos.


• Es preferible vaciar el hormigón en pequeños montones a baja altura que un solo montón a mayor altura para evitar segregación de los agregados (piedra y arena) del resto de la pasta del hormigón.

Cementos y HormigonesHormigón Pre-Fabricado

• Piezas de hormigón fabricadas en planta.– Verifique ubicación del fabricante– Tamaño de las piezas– Tamaño del transporte– Anchuras de vías y carreteras con respecto al lugar de la obra.

• Mientras mayor cantidad de piezas del mismo tamaño mejor será la aplicación de la tecnología de prefabricación; ya que se pueden reutilizar los moldes.

• Las ventajas principales:1. Mejor control de calidad2. Mejor control del proceso del curado3. Los miembros pueden fabricarse sin importar condiciones del tiempo.4. Los miembros pueden eregirse sin importar condiciones del tiempo.5. Acorta tiempo de construcción.

Cementos y HormigonesHormigón Pre-Fabricado

Prefabricados

Convencionalmente Reforzados

Pre-Esforzados (Pre-Stressed)

Pre Tensados Post Tensados

Secciones Relativamente

Pequeñas

Grandes Piezas Estructurales > 45’ largo ó> 7 ton. peso

Cementos y HormigonesConstrucción en Hormigón

(Armaduras) (Framing)Pre Fabricado o Vaciado en Sitio

Prefabricado:¿Luz? Vaciado en sitio:¿Intercolumnios Cuadrados o Rectangulares?

Hasta ± 30’ Sobre 30’

Use losas huecas prefabricadas (Precast Cored

Slabs)

Hasta ± 24’ Use Sistema Plano (Flat System)

Cargas < 100 libras por ft2

Use Losa Plana de Dos Direcciones (use two-way Flat Plate)

Use T Dobles o Sencillas

Intercolumnios Cuadrados ¿Luz?

Intercolumnios Rectangulares ¿Luz?

24’-50’ ± Use Sistema “Waffle”

Hasta 12 ‘ ± Use losa de Una Dirección (One Way Solid Slab)

12’-30’ ± Use Sistema de Nervios en Una Dirección (One Way Joist)Cargas > 100 lbs por ft2

Use losa plana de dos direcciones (Two Way Flat Slab) o losa solida de dos

direcciones (Two Way Solid Slab)

Los intercolumnios rectangulares son armados con vigas madrinas (Girders) y vigas para poder cargar losas que salvan cortas distancias.


• Losas de una dirección (One Way Slabs)P

eral

to

Tot

al

Ancho del MoldeAncho del Nervio

Nervio

2½”

Pro

f. d

e M

olde

Loza

•Losas Sólidas (one Way Slab)Espesor = Luz/20

•Losas Nervadas (One Way Concrete Joist Slab)Peralto Total = (Luz/20) + 2½”

•Profundidad de Moldes (Ban)8”, 10”, 12”,14”,16”, 20”

•Ancho de Moldes20”, 30”

•Anchura de Nervio5” hasta 9” Típicamente


• Losas en dos direcciones (Two Way Slabs)

Ancho del Nervio

Pro

f.

de

Mol

de

2½”

Modulo

•Losas Planas y Placas Planas (Flat Slab & Flat Plate)

Espesor = Luz/30

•Losas “Waffle”Peralto Total = (Luz/30) + 2½”

Modulo Ancho Nervio Profundidad (Ban)

24” 5” 8, 10, 12, 14”

36” 6” 8, 10, 12, 14, 16, 20”

48” 7” 14, 16, 18, 20, 22, 24”

60” 8” 14, 16, 18, 20, 22, 24”


• Pre Fabricados:– Losas Huecas (Cored Slabs)

• Espesor = Luz/40

– Espesores Típicos: 6”, 8”, 10”– Anchos Típicos: 2’, 4’

– TES y Doble TES• Espesor = Luz/24

– Peraltos Típicos: TES – 12” a 28”– Peraltos Típicos: Doble TES – 10” a 24”


• Vigas y Madrinas– Peralto = Luz/15

– Ancho = Peralto/2

• Columnas– Área seccional, pulg2 = Carga/100

– Área seccional, pulg2 = pies3 brutos del edificio soportado

LUZ

Peralto

Punto de Apoyo

Ancho

50


• Las columnas pueden ser redonda o cuadradas.– La dimensión mínima es de 8”

Área Seccional

Mientras más alta y esbelta sea una columna mayor será la tendencia a la comba.

a

2a

Área Igual

Menor EsbeltezMayor Esbeltez


• Las vigas y losas de hormigón vaciadas en sitio (Cast in Place) deben ser estructuralmente continuas y deben tener un voladizo equivalente a Luz/3 en todos los bordes donde sea posible.

Punto de Apoyo

LUZLUZ/3

LUZ/3

Cementos y HormigonesTerminaciones del Hormigón

• Las terminaciones del hormigón están limitadas solo por la imaginación del diseñador.

• Las terminaciones se dividen en dos grupos:

1. Terminaciones para paredes y plafones.

2. Terminaciones para pisos.

Cementos y HormigonesTerminaciones del Hormigón

• Las terminaciones mas comunes que se practican en el hormigón son:

1. Flotado – Flota de madera (Wood Float Finish)– Flota de Acero (Steel Troweled)

2. Cepillado (Broom Finish)

3. Hormigón Expuesto (Exposed Concrete)

4. Agregado Expuesto (Exposed Agregate)

5. Diseñado

6. Martillo Demoledor (Bush Hammered)

7. Coloreado

8. Antiresbaladizo

REFERENCIAS

• Abruña, F. (1989). Materiales y Procedimientos de Construcción. Puerto Rico: Futures Conceptions Ltd.

• Lluch, J.F. (2000). Introducción a la Gerencia de Construcción. (2da.ed.). Puerto Rico: Universidad de Puerto Rico

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