BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA - TOMO II

8/13/2019 BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA - TOMO II

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SERVICIO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN, NORMALIZACIÓN YCAPACITACIÓN PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL

PROYECTO D 36 – 2,001

BBAANNCCOO TTEEMMÁÁTTIICCOO

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EENNCCOOFFRRAADDOOSS FFIIEERRRREERRÍÍAA

TTOOMMOO IIII

LLIIMMAA,, SSEEPPTTIIEEMMBBRREE DDEELL 22,,000022



PRESENTACIÓN – TOMO I

REFERENCIA: SENCiCO – GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL – PROY D 36 – 2,001

SSEENNCCIICCOO BANCO TEMÁTICO

ENCOFRADOS FIERRERÍANOVIEMBRE 2001

CONSEJO DIRECTIVO NACIONAL DEL SENCICO

CÉSAR ALVA DEXTRE

Presidente Ejecutivo

LIC. OSCAR ALARCÓN DELGADO

Vicepresidente del Consejo Directivo

Representante de los Trabajadores de la Industria de la Construcción

DR. ANTONIO MANZUR BARRIOS

Representante del Ministerio de Educación

DRA. MANUELA GARCÍA COCHAGNE

Representante del Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo

INGº ANTONIO BLANCO BLÁSCO

Representante de la Universidad Peruana

SR. VICENTE APONTE NUÑEZ

Representante de los Trabajadores de la Industria de la Construcción

INGº LUÍS ISASI CAYORepresentante de las Empresas Aportantes; designado por CAPECO

INGº JUAN SARMIENTO SOTO

Representante de las Empresas Aportantes; designado por CAPECO







GERENTE DE FORMACIÓN PROFESIONAL

INGº NICOLÁS VILLASECA CARRASCO

EQUIPO DE TRABAJO

COORDINACIÓNPROYECTO : Prof. JOSÉ ALBERTO MASÍAS CASTRO

COORDINACIÓNELABORACIÓN : Prof. JOSÉ ANTONIO BARRENACHEA SALINAS

ELABORACIÓN : Ingº. FERMÍN JIMÉNEZ MURILLO

Instr. GERMÁN ALBERTO PALOMINO GONZÁLES

DIAGRAMACIÓNFINAL : Prof. JOSÉ ANTONIO BARRENACHEA SALINAS

SAN BORJA, SEPTIEMBRE DEL 2,002







PRESENTACIÓN

El presente documento denominado “BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOSFIERRERÍA”; contiene información bibliográfica adicional a las hojas deinformación tecnológica del curso modular de encofrados fierrería.

El Banco Temático tiene como propósito la estandarización del aprendizaje de losalumnos del nivel operativo y del nivel técnico; así como de instructores y

profesores, en el ámbito nacional y por ende el desempeño laboral de loseducandos o del desempeño docente de los segundos.

Permitirá que instructores, profesores y alumnos de los cursos de calificaciónocupacional del nivel operativo y de los institutos de educación superior, tenganal alcance información escrita adicional de consulta, que les permita estaractualizados o preparados. A instructores y profesores a diseños de cursos decapacitación específica no previstos y a los alumnos a los retos de las nuevastecnologías, la solución de problemas y el aprender a aprender.

Las informaciones técnicas, que se presentan en siete (07) tomos, estánorganizadas en 14 temas relacionados a un aspecto significativo de encofrados

fierrería, provienen de diversas fuentes, sean autores o instituciones, la mismaque consta en el documento.

Es necesario tener presente que la información que contiene el Banco Temático,es únicamente para el uso en las Bibliotecas del SENCICO, como material deestudio o de consulta, por lo que está terminantemente prohibida su reproducciónparcial o total por cualquier medio.

Cabe señalar que el Banco Temático, como todo documento educativo, serámotivo de reajustes permanentes, con la inclusión de temas complementarios alos existentes o de nuevos; por lo que para que cumpla su cometido, serápermanentemente actualizado. En tal sentido los aportes y sugerencias de los

usuarios serán recibidos con el reconocimiento de la Gerencia de FormaciónProfesional del SENCICO.

GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL







INDICE

TOMO I

A SUELOS A 01 Formación y Propiedades de los Suelos para Cimentación de Estructuras – Tecnología de la Constr. –

J. Pacheco Z. - SENCICO 01 al 07

A 02 Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO 08 al 13

A 03 Tablas Técnicas - Agenda del Constructor 14 al 21

A 04 Mecánica de Suelos - Procedimientos Constructivos en Albañilería III - A. Odar C. - SENCICO 22 al 27

A 05 Suelos y Estabilización - La Construcción con Tierra - SENCICO 28 al 34

A 06 Características de Suelos y Rocas - Biblioteca del Ingeniero Civil - Tomo V - Fletcher / Smoots - Limusa 35 al 40

B MOVIMIENTO DE TIERRAS

B 01 Los Movimientos de Tierras - Tecnología de la Construcción - G.Baud 01 al 30

B 02 Excavaciones - Biblioteca del Ingeniero Civil - Tomo - Fletcher / Smoots - Limusa 31 al 37

B 03 Apuntalamientos y Arriostramientos - Biblioteca del Ingeniero Civil – Tomo - Fletcher / Smoots - Limusa 38 al 47

B 04 Rellenos - Biblioteca del Ingeniero Civil - Tomo - Fletcher / Smoots - Limusa 48 al 52C TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACION

C 01 Trazado y Excavación de Cimientos – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC 01 al 10

C 02 Trazado y Replanteo, Niveles de Obra - El maestro de obra - J. Pacheco Z. - SENCICO 11 al 23

D CIMENTACIONES

D 01 Construcción de los Cimientos – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC 01 al 23

D 02 Cálculo de Dimensiones – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC 24 al 29

D 03 Pilotes – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC 30 al 38

D 04 Lesiones y Reparación de Cimientos – Cimientos - A. Hidalgo B.- CEA 39 al 53

D 05 Las Cimentaciones - Tecnología de la Construcción - G.Baud 54 al 89

D 06 Patología de las Cimentaciones - Cimentaciones. de Concreto Armado en Edificaciones – C. Casabonne – ACI - Perú 90 al 102

D 07 Cimentaciones - Biblioteca del Ing. Civil - Tomo V - Fletcher –

Smoots - Limusa 103 al 111D 08 Asentamientos - Biblioteca del Ing. Civil - Tomo V - Fletcher – Smoots - Limusa 112 al 117

D 09 Cimentaciones en Pilotes - Biblioteca del Ing. Civil - Tomo V - Fletcher – Smoots - Limusa 118 al 129

D 10 Resistencia del Terreno – Generalidades sobre Cimentaciones. - Manual Básico del IngenieroResidente - R. Castillo A. - CAPECO 130 al 136

D 11 Cimentación o Fundación - Manual Básico del Ingeniero Residente - R. Castillo A. - CAPECO 137 al 144

TOMO II

D 12 Cimentación - Enciclopedia de la Construcción - H. Schmith - Limusa 145 al 185

D 13 Cimentaciones Profundas – Pilotes - Cimentaciones de Concreto .Armado en Edificaciones – J. Alva H. - ACI - Perú 186 al 193

D 14 Diseño de Calzaduras - Cimentaciones de Concreto Armado en Edificaciones - C. Casabonne - ACI - Perú 194 al 198

D 15 Fundaciones - Manual del Arquitecto y del Constructor - Kidder – Parker - UTEHA 199 al 283

D 16 Cimentaciones Para Edificios Poco Pesados - Manual del Arquitecto y del Constructor – Kidder – Parker - UTEHA 284 al 305

E CONCRETO

E 01 Concreto - Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO 01 al 13

E 02 Tecnología del Concreto - El Maestro de Obra - J. Pacheco Z. - SENCICO 14 al 23

E 03 La Naturaleza del Concreto y Materiales - Tecnología del Concreto - E. Rivva L. - ACI - Perú 24 al 42

E 04 Pisos y Losas - Tecnología de la Construcción - G.Baud 43 al 62

E 05 Probetas de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico – ASOCEM 63 al 65

E 06 Curado del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 66 al 68

E 07 El Ensayo de Consistencia del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 69 al 72

E 08 Aditivos para el Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 73 al 75

E 09 Mezclado del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico- ASOCEM 76 al 78

E 10 La Contaminación de los Agregados - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 79 al 82

E 11 Características físicas de los agregados - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 83 al 86







E 12 Testigos del Concreto Endurecido - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 87 al 88

E 13 El Concreto Pesado - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 89 al 90

E 14 Aplicaciones Diversas del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 91 al 92

E 15 Agua de Amasado y Curado para Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 93 al 94

E 16 La vigencia de los pavimentos de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 95

E 17 El Concreto Premezclado - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 96 al 98

E 18 El bloque de concreto en albañilería - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 99 al 101E 19 El Cemento Pórtland y su Aplicación en Pavimentos - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 102 al 104

E 20 Muros de Contención con Bloques de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 105 al 106

E 21 El Concreto Fast Track en Recuperación y Rehabilitación de Pavimentos – CEMENTO -Boletín Técnico - ASOCEM 107 al 111

E 22 La Resistencia a la Tracción del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 112 al 114

E 23 Evaluación del Concreto por el Esclerómetro - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 115 al 117

E 24 Pruebas de Carga de Estructuras - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 118 al 120

E 25 La Forma de los Agregados - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 121 al 122

E 26 El Fraguado en el Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 123 al 124

E 27 Súper Plastificantes - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 125 al 126

E 28 Tipos de Pavimentos de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico – ASOCEM 127 al 129

E 29 Almacenamiento del Cemento y Agregados en Obra - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 130

E 30 Materiales (Para Concreto) - Diseño de Estructuras de Concreto - Nilson / Winter - McGraw Hill 131 al 148

E 31 Conceptos Generales del Concreto y los Materiales para su Elaboración - Tópicos de Tecnologíadel Concreto - E. Pasquel C. 149 al 150

E 32 El Cemento Pórtland - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. 151 al 169

TOMO III

E 33 El Agua en el Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. 170 al 173

E 34 Los agregados para el Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. 174 al 194

E 35 Aditivos para el Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto – E .Pasquel C. 195 al 201

E 36 Propiedades Principales del Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. 202 al 207

E 37 La Durabilidad del Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. 208 al 220

E 38 Materiales (Para Concreto) - Diseño Simplificado de Concreto Reforzado - H. Parker - LIMUSA 221 al 224

E 39 Proporcionamiento y Mezclado - Diseño Simplificado de Concreto Reforzado -H. Parker - LIMUSA 225 al 233E 40 Poliestireno expandido - Catálogo de Aislador 234 al 236

F ENCOFRADOS

F 01 Encofrados - El Maestro de Obra - J. Pacheco Z. - SENCICO 01 al 9

F 02 Encofrados - Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO 10 al 17

F 03 Encofrados - Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO 18 al 88

F 04 Construcción de Elementos para Encofrados de Madera – Varios - SENA 89 al 119

F 05 Economía del Encofrado – Propiedades del Hormigón – Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill 120 al 143

F 06 Propiedades de los Materiales para Encofrados. - Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill 144 al 157

F 07 Cálculo de Encofrados - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill 158 al 174

F

08 Puntales y Andamios - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill 175 al 189F 09 Rotura de Encofrados – Cimentaciones – Encofrados para Estructuras de Hormigón –

R.L. Peurifoy - McGraw Hill 190 al 204

TOMO IV

F 10 Encofrados de Muros - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill 205 al 228

F 11 Encofrados de Pilares - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill 229 al 242

F 12 Encofrados de Vigas y Forjados - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill 243 al 259

F 13 Encofrados Prefabricados para Forjado de Hormigón – Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill 259 al 277

F 14 Encofrados de Cubiertas Laminares - Hormigón Ornamental - Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill 278 al 301

F 15 Encofrados Deslizantes - Encofrados para estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill 302 al 313

F 16 Los Encofrados Deslizantes, técnicas y Utilización - Manual de Obra - J. Gallegos C. - CAPECO 314 al 400F 17 Encofrados Metálicos - Catálogo Uni Span - Uni Span 401 al 411







G ACERO ESTRUCTURAL

G 01 La Corrosión del Acero por Cloruros en el Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM 01 al 02

G 02 Vigas de Acero - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA 03 al 30

G 03 Columnas de Acero - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA 31 al 47

G 04 Manual de Aplicación - Barras de Construcción - Manual de Aplicación - Aceros Arequipa 48 al 57

TOMO VH CONCRETO PRETENSADO

H 01 Concreto Pretensado - Concreto Pretensado - M. Paya - CEAC 1 al 7

H 02 Hormigón Pretensado - Enciclopedia de la Construcción - Edit.Tec.As. 8 al 23

H 03 Concreto Preesforzado - Diseño de Estructuras de Concreto - Nilson – Winter - McGraw Hill 24 al 34

H 04 Concreto Preesforzado - Diseño Simplificado de Concreto Reforzado - H. Parker - LIMUSA 35 al 43

I LA MADERA ESTRUCTURAL

I 01 Características y Clasificación de la Madera - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 01 al 04

I 02 Esfuerzos de trabajo para madera estructural - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 05 al 11

I 03 Pisos de tablones y laminados - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 12 al 17

I 04 Conectores para madera - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 18 al 34

I 05 Paredes de madera (entramados) - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 35 al 39

I 06 Madera Laminada - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 40 al 46

I 07 Construcciones de Trplay - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA 47 al 49

I 08 Características y Propiedades de la Madera - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 50 al 70

I 09 Conversión, Secado y Protección de la Madera - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 71 al 87

I 10 La Madera Material de Construcción - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 88 al 107

I 11 Detalles Constructivos - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 108 al 138

I 12 A Detalles constructivos - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 139 al 153

I 12 B Detalles constructivos - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 154 al 173

I 13 A Protección por Diseño - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 174 al 189

I 13 B Protección por Diseño - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 190 al 201

I 13 C Protección por Diseño - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena 202 al 216

I 14 Propiedades de la Madera - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena 217 al 229

I 15 Secado de la madera - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena 230 al 235

TOMO VI

I 16 Preservación de la Madera - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena 236 al 244

I 17 Tableros a Base de Madera para Uso de la Construcción. - Cartilla de Construcción con Madera – Junta de Acuerdo de Cartagena 245 al 250

I 18 Sistemas Estructurales - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena 251 al 263

I 19 Uniones Estructurales - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena 264 al 274

J ESCALERAS

J 01 Escaleras - Tecnología de la Construcción - G. Baud 01 al 13

K MAQUINARIA DE CONSTRUCCION

K 01 Equipo - El equipo y su Costos de Operación - J. Ramos S. - CAPECO 01 al 47

K 02 Equipos de Movimientos de Tierras - Tecnología de la Construcción - G. Baud 48 al 64

L VARIOS, TABLAS Y EQUIVALENCIAS

L 01 Fuerzas y Esfuerzos - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA 01 al 13

L 02 Momentos y Reacciones - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA 14 al 22

L 03 Cortante y Momento Flexionante - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores – H. Parker - LIMUSA 23 al 38

L 04 Teoría de la Flexión y Propiedades de las Secciones - Ingeniería Simplificada para Arquitectos yConstructores – H. Parker - LIMUSA 39 al 58

L 05A Tablas Técnicas - Agenda del Constructor – Varios 59 al 91

L 05B Tablas Técnicas - Agenda del Constructor - Varios 92 al 128







L 06 Simbología - Estructuras Metálica - Manual de Aplicación - Barras de Construcción - Aceros Arequipa 129 al 130

M SEGURIDAD, HIGIENE Y SALUD EN CONSTRUCCION

M 01 A Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 01 AL 23

TOMO VII

M 01 B Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 24 AL 55

M 01 C Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 56 al 77

M 01 D Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad. 78 al 96

M 01 E Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 97 al 110

M 01 F Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 111 al 125

M 01 G Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 126 al 148

M 01 H Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad 149 al 168

M 02 Disposiciones Generales - Seguridad e Higiene en la Construcción Civil - OIT 169 al 173

M 03 Generalidades - Organización - Orden y Limpieza – SH en la Constr. Civil - Resumen ResidenteObra Edificaciones. SENCICO 174 al 178

M 04 Señalización - Seguridad e Higiene en la Construcción Civil - Resumen Residente Obra Edificaciones 179 al 187

M 05 Protección Personal - Riesgos Higiénicos SH en la Construcción Civil - Resumen Residente ObraEdificaciones - SENCICO 188 al 192

M 06 Prevención de Accidentes en las Excavaciones para la Construcción. - La Positiva Seguros y Reaseguros 193 al 204

M 07 Prevención de Accidentes en Supervisión de Trabajo en Construcción de Edificios - La Positiva 205 al 224

M 08 Manejo Manual de Materiales en la Construcción - La Positiva 225 al 239

M 09 Manual de Investigación de Accidentes e Incidentes - La Positiva 240 al 244

M 10 Seguridad e Higiene Ocupacional en el Sector de la Industria de la Construcción - SENCICO 245 al 253

N. PREVENCION CONTRA SISMOS E INCENDIOS

N 01 Diseño Sísmico - Diseño de Estructuras de Concreto - Nilson – Winter - McGraw Hill 01 AL 09

N 02 Principios Básicos del Diseño y Construcción Antisísmica – Terremotos - F. Oshiro -UPSMP 10 AL 17

N 03 Prevención de Incendios - Prevención de Incendios - J. A. Barrenechea – Ministerio de Pesquería 18 AL 49

N 04 La Estructura del Edificio de Albañilería - Diseñando y Construyendo con Albañilería - H. Gallegos V. – La Casa 50 AL 57



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TEMA: CIMENTACIONESREFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA



CIMENTACIÓN

Los cimentos son partes inferiores de una obra, destinadas a soportarla. Su misión estriba entransmitir al terreno todas las cargas que sobre ella gravitan (peso propio, carga, útil, cargas debidasa nieve o al viento). Condición indispensable para una cimentación bien hecha es el exactoconocimiento del terreno en que hay que construir.

Antes de la elección definitiva del emplazamiento de la obra deben ponerse en claro las siguientescuestiones:

¿Qué clases de terrenos existen y a qué profundidad se hallan?

¿A qué profundidad se encuentra el terreno firme y qué espesor tiene la capa que lo forma?

¿Cuál es el nivel más alto de las aguas subterráneas?

¿Son de prever asientos?

¿Existe peligro de que el terreno se hiele o se deslave?

¿Existen en el terreno materias perjudiciales para el hormigón?

¿La tierra o piedra arrancada del suelo puede tener aplicación como material de construcción?

TERRENO

La erección de una obra perturba el estado de equilibrio del terreno corresponde a la Mecánica delSuelo cometido de determinar los efectos recíprocos entre terreno y obra, con el fin de evitar dañosprovocados por asentamientos excesivos o irregulares y de conferir garantía a las hipótesis deestabilidad. Antiguamente se edificaba tan sólo a base de “experiencia”, sobre cimentaciones a vecessubdimensionadas o incluso sobre dimensionadas, no obstante, hace muchos siglos e inclusomilenios se conocían ya técnicas especiales para aumentar la resistencia del terreno, como son laconsolidación de mismo y la cimentación sobre pilotes. Así lo prueban las fundaciones sobre pilotesde madera de los puentes romanos y de las catedrales de la Edad Media o, en China laconsolidación de terrenos cohesivos mediante cal viva. Con el desarrollo de la Estática científica y laaparición de nuevos sistemas estáticos y de nuevos tipos de construcción, surgió la necesidad, sibien al propio tiempo también la posibilidad, de ejecutar la cimentación de las obras de una maneramás segura y económica; puesto que suelen ser motivos económicos o compromisos locales los que,por lo general, impiden mejorar un terreno de mala calidad o evitar sus inconvenientes. Solo el

conocimiento exacto de las condiciones reales del terreno y de las influencias mutuas entre éste y laobra, es decir, la consideración de los resultados de una minuciosa investigación del terreno o de laexperiencia local adquirida y el cálculo de las cargas que la obra ejercerá sobre él, permite determinarde modo definitivo la clase, la profundidad y las dimensiones de la cimentación.

CLASES DE TERRENOS

Se denominan terrenos las capas de la corteza terrestre suficientemente para hallarse sometidas a laacción de los agentes atmosféricos. Hay que distinguir entre:

Las materias terrestres que descansan todavía sobre las capas primitivas, es decir, sobre las rocasde que se proceden al descomponerse éstas por la acción de los agentes atmosféricos, que nopresentan indico de desmezclado, y las materias térreas que descansan sobre capas secundarias yque llegaron allí sea por movimiento propio, por hallarse por ejemplo en pendientes y laderas, seapor haber sido depositadas y acumuladas en aquel sitio por las aguas, los vientos o el hielo. Cuandoesos acarreos fueron hechos a poca distancia, el desmezclado sufrido es escaso, mientras que si lasdistancias son grandes se suele observar en la mayoría de los casos una fuerte separación detamaños granulométricos.

Terreno de cimentaciónBueno 3-8Kg/cm2

Terreno de cimentaciónmediano de 1.5 a 3 Kg/cm2

Terreno de cimentación malode 0 a 1.5 Kg/cm2

Roca(hasta 30 Kg/cm2)

T e r r e

n o s

s i n

c o h e

s i ó n

grava y gravillagravilla y arenaarena gruesa

arena finaarena mediana

e n o

s c o h

e s i v

arcilla secabarro secomarga seca

arcilla húmedabarro húmedo

margaMartillo, limo, fango, marga con

guijarros, turba, tierra pantanosa,tierras vertidas, arena muy fina.



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La tabla anterior clasifica los terrenos por su naturaleza y aptitud para soportar cargas (firmeza):

ROCA

Es un excelente terreno para cimentar. La presión admisible sobre este terreno según la norma DIN1054, cuando se trata de roca con pocas grietas, con estratificación favorable y sin haber sufridodeterioros por la acción de los agentes atmosféricos, es de 15 a 30 Kg/cm2.

Si el agrietamiento es importante o la estratificación es desfavorable hay que reducir esos valores enla medida pertinente. Cuando las rocas son compactas e impermeables, como el granito, el basalto,la caliza, los esquitos cristalinos y la arenisca de grano fino, no hace falta tener en cuenta laprofundidad de congelación, porque las heladas no ofrecen el menor peligro. Los tipos de rocaspermeables al agua y porosa, como la toba la piedra pómez y la arenisca granulosa, están, encambio, expuestas por la congelación a una meteorización progresiva e interrumpida. En tales casoses necesario proceder a una cimentación a profundidad exenta de heladas.

TERRENOS NATURALES

TERRENOS SIN COHESIÓN

La grava, la gravilla y la arena están clasificadas como terrenos sin cohesión, carecen de cohesión(adherencia entre los granos sueltos) y permeables al agua. La capacidad portante o aptitud parasoportar cargas (firmeza) crece con el tamaño de los granos y la compacidad de las capas.

Los materiales pétreos desmenuzados por procesos naturales se denominan piedras o cantosrodados, grava o gravilla y arena.

Piedras: Cantos rodados

Son una acumulación de piedras gruesas sueltas y cuyo diámetro es superior a 70 m.m. según suprocedencia, las cualidades del material pétreo que la constituye y el espesor o grueso de la capaque forman pueden recibir una carga de 3 a 8 Kg/cm2.

Grava o gravilla

Está formada por fragmentos o trozos de piedra de 2 a 63 mm; la gravilla es la fracción comprendidaentre 2 y 63 mm}; la grava mediana, la comprendida entre 6,3 y 20 mm; y la grava gruesa, lacomprendida entre 20 y 63 mm.

En tanto que la grava y gravilla que se suele encontrar en los valles y cauces de los ríos es, en su

mayor parte de superficies redondeadas y listas, la que se encuentra en los acarreos y depósitos delos glaciares suele presentar las más de las veces formas angulares. Con la grava y la gravilla puedecontarse aproximadamente con una aptitud portante de unos 4 kg/cm 2. Aumenta en capas másprofundas porque allí, por efecto de la carga de las capas superiores y de la eventual acción de lasaguas subterráneas, se produce una mayor compacidad de las capas.

Grava y arena

Es decir, una mezcla de grava o gravilla con arena, admitiendo que se halle formado con 1/3 envolumen de grava o gravilla, puede recibir una carga igual que la asignada a este material.

Arena

Está formada por partículas o granitos pétreos de menos de 2 mm de diámetro. Como la grava y lagravilla, se encuentra principalmente en el cauce de los ríos o en las morrenas de los glaciares.

Admitiendo una presión sobre el suelo de 3 kg/cm2 y con un tamaño granulométrico de 0.6 a 2 mm, la

arena gruesa se clasifica todavía ente los terrenos buenos par cimentar; en cambio, la arena fina y laarena mediana, con tamaños granulométricos de 0.06 a 0.6 mm, sólo puede admitir una presión de 2kg/cm2. lo mismo que sucede con la grava y la gravilla, la aptitud portante aumenta en las capas másprofundas.

La relación entre el volumen de la parte sólida y el volumen de los huecos se denomina “volumen deporos”. Se suele expresar por el tanto por ciento de huecos que contiene un material. En el caso dela arena de grano homogéneo, este tanto por ciento suele oscilar entre el 25%; en la arena y grava degrano desigual, varia del 15 al 30%.

TERRENOS COHESIVOS

La arcilla, el barro y la marga son materias térreas coherentes. La cohesión es la tendencia aadherirse o pegarse unos granos con otros y aumenta al crecer el contenido de arcilla. La capilaridadpuede producir una tendencia análoga a la aglomeración en los conjuntos granulares. Según lasproporciones de fracciones granulométricas de tamaño pequeño y muy pequeño se producen porosfinísimos que dan origen a efectos de capilaridad muy marcados.



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Debido a estos poros muy estrechos, los terrenos dotados de gran consistencia ofrecen mucharesistencia a la penetración del agua. Las tierras que contienen impurezas, como las que llevan arenamezclada, pueden presentar una permeabilidad mucho mayor. Los terrenos que sólo tienen arcilla obarro no dejan penetrar el agua más que muy lentamente, pero también son lentos para acomodarsea las cimentaciones, por el efecto de la presión sobre éstas ejercida. Al aumentar la proporción de

humedad, los terrenos consistentes van siendo cada vez más blandos y su aptitud para soportarcargas disminuye notablemente. Para juzgar si un terreno debe ser clasificado como bueno, medianoo malo para cimentar en él, puede determinarse la contracción que experimenta al descarse. Segúnel procedimiento “Scheidig”, un cilindro del material térreo con su humedad natural es desecado yluego se calcula el valor o medida de su contracción en tanto por ciento.

Contracción menor de un 5%, buen terreno para cimentar.

Contracción comprendida entre un 5 y un 10%, terreno medianamente bueno para cimentar.

Contracción de un 15% en las duras; en el barro oscila entre el 40% y el 25%.

ArcillaExiste en casi todas partes. Cuando está seca y se halla en capas de un grueso no inferior a 3 m,constituye un buen terreno para cimentar que puede cargarse con 3 kg/cm 2. la arcilla debe protegersecontra la humedad, que la reblandece, y contra las heladas, que desintegran. También pierde firmeza(aptitud portante) bajo los efectos de una desecación exagerada, p. Ej. En instalaciones decalefacción y cocción.

La arcilla húmeda puede ser cargada con una presión de 0 a 1 kg/cm 2, según la proporción de aguaque contiene.

La arcilla debe contener de un 50% a un 80% de partículas de menos de 0,01 mm de diámetro. Si elcontenido de estas partículas es menor se califica como arcilla magra o barro. En las arcillas magras,los gratis de arena, que son los que se producen la aridez, son demasiado pequeños para poder sernotados. En el barro son ya algo mayores y se notan al taco.

BarroEs también una mezcla íntima de arcilla y arena. Cuando la proporción de arcilla que contiene esbaja, se dice que es magro o áspero, y cuando es alta se denomina graso. Si está seco y la capa

tiene un buen espesor, el barro, lo mismo que la arcilla, puede soportar 3 kg/cm

2

. Al aumentar la dosisde agua que contiene se reduce la presión que puede admitir como terreno.

MargaEs una mezcla de arcilla, barro y caliza cuya proporción puede variar, en esta última, entre un 10% yun 90%. La marga seca presenta la misma resistencia a la presión que la arcilla o el barro. Si la dosisde caliza es alto, incluso puede superarla. Es, desde luego, muy sensible a la acción del agua porquea caliza se empapa.

TERRENOS DE NATURALEZA ORGÁNICA

Los terrenos de naturaleza puramente orgánica están formados por restos de plantas más o menosdescompuestas y restos de organismos animales. Según su grado de descomposición se distingueentre “turba no descompuesta y turba moderadamente descompuesta”, cuando todavía se advierte enella una gran proporción de restos vegetales (musgo y plantas análogas), y “turba intensamente

descompuesta”, cuando sólo está integrada por partes componentes sueltas, por lo general detonalidad oscura, no identificables ya individualmente. Los terrenos con contenido orgánico notable,por lo común de constitución fina y semejante a la de la arcilla o del limo, reciben el nombre de“marjales”.

En terrenos de naturaleza orgánica con adiciones minerales, las características de estas últimas seexpresan mediante los adjetivos apropiados, como son por ejemplo: marjal arcilloso, marjal muyarenoso, turbo poco arenoso, etc.

Por el contrario, si son los elementos orgánicos los que aparecen como adiciones o impurezas en elterreno, se aplican a éste el adjetivo “turboso” o “pantanoso”, y si el caso lo requiere también losadverbios “débilmente” o “intensamente”. Cabe emplear asimismo la designación genérica“orgánico”.

La capa superior del suelo, sometida a la acción del aire, que contiene humus y microorganismosvivientes, recibe el nombre de “tierra vegetal”. Sólo r aras veces se compone la tierra vegetal dehumus puro; normalmente es una mezcla de humus y tierras minerales.



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TIERRAS VERTICALES O AMONTONADAS

Solo alcanzan una aptitud portante de 2,5 kg/cm2 cuando contienen mezcladas con ellas arena ograva. La arcilla o el barro vertidos o amontonados no son utilizables como terrenos para cimentar.Con tales tierras o materiales vertidos o amontonados (tierras removidas) hay que contar siempre conasientos más o menos importantes.

ESTUDIO DEL TERRENOEs condición precia e indispensables, para determinar la clase y profundidad de una cimentación, elexacto conocimiento de la naturaleza del terreno en que hay que cimentar. A este fin, y desde elprincipio y antes del proyecto de la obra debería efectuarse un estudio del terreno, pues cuando lascircunstancias son favorables para cimentar aumenta considerablemente el coste de la obra. Por elcontrario, el conste de un estudio detallado del terreno no incide sensiblemente en presupuesto.

PROCESO DEL ESTUDIO

Únicamente a base de un conocimiento suficiente de las circunstancias locales que presenta elterreno, o bien si se trata de construcciones ligeras, puede prescindirse de un estudio completo delmismo.

Para el estudio previo de un terreno de grandes dimensiones se recurre a sondeos dereconocimiento. Con este fin se practican ante todo una serie de perforaciones principales, dispuestassegún un tablero de ajedrez y bastante distanciadas una capa resistente de suficiente espesor. Conobjeto de interpretar con más exactitud los resultados obtenidos se ejecutan entonces perforacionesadicionales o sondeos intermedios. A este respecto se tendrá en cuenta:

Las relaciones entre las formaciones geológicas que afloran (mapas geológicas a escala 125000).

El nivel del agua subterránea y sus fluctuaciones en el transcurso de las estaciones.

La experiencia obtenida con otras obras ya realizadas, si tal es el caso.

Las excavaciones y perforaciones para cada obra se efectúan dentro del recinto del solar del edificio

y en sus inmediaciones. En planta hay que repartirlas para que descubran incluso las

eventuales desigualdades que en cada capa del terreno puedan existir. Su distancia no debe

exceder de 35 m.

Sobre la profundidad mínima de perforación la norma DIN 1054 especifica lo siguiente:

3.22 Cuando se trata de terreno virgen no rocoso, basta en general una profundidad – medida a partirdel fondo de la cimentación- igual a tres veces el ancho de las bases, para cimentaciones en bloquesaislados (y también para cimentaciones en fajas, cimentaciones bajo vías de grúa, muros de muelleestribos de puentes y análogas), e igual a vez media el ancho de la base, para cimentaciones enlosas o placas; en ambos casos, no obstante, debe ser como mínimo igual a 6 m.

En obras con varios bloques de cimentación, cuya influencia se superpone en las capas másprofundas, la profundidad de perforación-contada a partir del fondo de la cimentación-debe ser igual atres veces el ancho del mayor de los bloques de cimentación o a vez y media el ancho de la obra; seelegirá el más desfavorable de ambos valores. Por otra parte. La profundidad de perforación debellegar por lo menos 6 m por debajo del fondo de la cimentación.

3.25 Como en cimentaciones sobre pilotes las profundidades se encuentran a partir del plano de lapunta de los pilotes hincados, la profundidad de perforación definida en el apartado 3.22, puederebajarse en un tercio aproximadamente.

EXTRACCIÓN DE MUESTRAS

Según DIN 4021, deben extraerse muestras cada vez que cambia la naturaleza del terreno, perocomo mínimo cada metro o metro y medio. Los resultados deben consignarse en dibujosestratigráficos según DIN 4022. en tanto que cuando se trata de construcciones pequeñas lacapacidad de soportar cargas de las capas del terreno casi siempre puede ser determinada mediantelos valores que la norma DIN 054 (véase página 7), en obras de mayores dimensiones e importanciay en terrenos inseguros es necesario extraer muestras inalteradas del terreno y determinar la aptitudportante de las capas por medio de un estudio físico de las materias térreas.

Las prescripciones para la toma de muestras y el envasado de éstas deberían ser dadas a conocer

antes del principio de los estudios del terreno, por los institutos de Ensayos donde deban hacersetales estudios.



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ZANJAS DE EXPLORACIÓN

La forma más simple e instructiva de efectuar el estudio del terreno es excavando en él zanja deexploración. A causa del tiempo y del trabajo que exige su excavación, así como de la necesidadeventual de entibaciones y desagües, las zanjas solo pueden utilizarse hasta profundidades de 2 a 3metros. Estas profundidades resultan insuficientes para el estudio de terrenos previstos para lacimentación de edificaciones, ya que la profundidad mínima exigida en DIN 1054 es de 6 m, y a losumo bastan para la prospección de terrenos para obras varias.

Las zanjas de exploración tienen la ventaja de que permiten una comprobación y ensayo inmediatode las capas del terreno. Además, al hacer las extracciones de muestras no se produce ningunamezcla de las clases de tierras y son fáciles de reconocer las circunstancias de las capas oyacimientos, así como las eventuales entradas de agua, con toda presión.

SONDEOS

El procedimiento más simple para realizar reconocimientos previos a pequeñas profundidades, porejemplo sobre roca, es efectuar sondeos introduciendo sondas por percusión. Las sondas, que suelenser barras de acero de 2 a 4 m de longitud con punta aguzada, se hincan en el terreno, fácil yrápidamente a golpes, pero sólo permiten extraer escasas cantidades de muestra de las capas deterreno atravesadas.

Los sondeos por hincado se efectúan con exilio de una sonda de cabeza ensanchada y martinete.Contando el número de golpes asestados y midiendo la profundidad de penetración, el progreso delhincado permite sacar conclusiones sobre la compacidad y resistencia del terreno sin necesidad deextraer muestras. De todos modos, para profundidades superiores a 8 m, el peso propio de la barra yel razonamiento lateral en la sonda y en la cabeza de hinca repercuten desfavorablemente sobre elefecto de percusión y, por tanto, sobre los resultados.

También ofrecen dificultades las piedras de gran tamaño existentes en el fondo, las cuales inducen asuponer una falsa resistencia elevada. Los sondeos por hincados son especialmente aplicables enconexión con perforaciones, para lo cual antes de cada cables en conexión con perforaciones, para locual antes de cada nueva etapa de perforación se efectúa ensayos de resistencia con sondasespeciales y se extraen muestras de terreno inalterado.

En sondeos a presión se mantiene constantemente aplicada contra el terreno una sonda de medición.Con ello pueden obtenerse ya, sin necesidad de extraer muestras, buenos valores orientativos sobrela resistencia del terreno, ya que la presión de punta, el razonamiento lateral y la resistencia global

pueden ser evaluados con exactitud.Las sondas de aletas sirven para averiguar la resistencia a la cortadura de sucesiones de estratosinalterados en terrenos cohesivos.

PERFORACIONES

Las perforaciones permiten un trabajo rápido, cuestan poco relativamente y pueden emplearse entodas partes. Permiten llegar a grandes profundidades y el agua que en el subsuelo pueda existir noestorba los trabajos. De todos modos, con este método no es posible determinar las circunstancias delas capas del terreno bastan exiguas profundidades de perforación, se recurre al empleo de aparatosde perforación manuales o de perforadoras rotativas ligeras, montadas sobre inalteradas (testigo desondeo) es imprescindible ejecutar las perforaciones con máquinas.

Es aparato de perforación consta de barrena, barras, tubos perforadores, caballete de perforación yaparato elevador.

Según la naturaleza del terreno existente y la profundidad de la perforación, se emplean diferentestipos de barrenas:



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Barrenas de plato, sólo para perforaciones previas en tierra vegetal, arena y grava.

Barrenas cilíndricas, igualmente para clases de terreno poco consistentes.

Barrenas espirales, para perforaciones previas en suelos duros o en cantos rodados.

Barrenas de cuchara cerrada, para suelos mixtos compuestos de arena de cuchara abierta, parasuelos sólidos consistentes a base de barro, arcilla y marga.

Estas barrenas se introducen en el terreno haciéndolas girar a mano (según el caso, de 2 a 4personas por aparato) o mediante máquina, y se tira de ellas con auxilio del cabestrante para extraerla muestra. Las capas duras deben cabestrante para extraer la muestra. Las capas duras debenesponjarse previamente mediante un trépano de caída libre.

Las barrenas, según laprofundidad de la perforación,pueden ser alargadas conbarras alargaderas paraseguir penetrando en elterreno. Las alargaderas debarrena son casi siemprebarras de acero de 5 m delongitud que se van

empalmando entre si pormedio de uniones de pestilloso de rosca. Para evitar quelas paredes del orificio sedesmoronen si el terreno esde mala calidad, se hace la“entubación” del mismo. Elempalme de los tubos conque se hace esa entubación,que tienen de 1,5 m a 5m delongitud, se lleva a cabomediante manguitos roscadosque se atornillan valiéndose

de unas brindas o mordazasespeciales. Para que laentubación descienda amedida que profundiza labarrena, se carga progresivamente aquélla o se le dé un movimiento giratorio de vaivén utilizando untravesaño de madera que le sirvan de brazo de palanca. Una vez concluida la perforación y extraídaala muestra, se vuelve a sacar la entubación.

Para perforaciones en capas de terreno muy blandas y acuífera es oportuno el empleo de una barrerade válvula (cápsula de barro) o perforadora de émbolo, que se deja caer varias veces hasta el fondodel agujero, con lo cual se llena la cápsula de tierra (perforaciones por caída libre). A tirar hacia arribase cierra la válvula, y se retiene el émbolo la muestra o porción de tierra recogida. El tubo cilíndrico ocápsula llena de tierra puede entonces ser extraído del orificio y vaciado.

Para perforar capas de roca se utilizan los trépanos. Van atornillados a una barra que cuelga de unacuerda o de un cable y que sirve de peso, y se levantan y dejan caer de pequeña altura (perforación



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por caída libre). La extracción de la piedra triturada se efectúa luego mediante barrenas de válvula ode émbolo.

Se obtiene muestras inalteradas fresando la roca a máquina con auxilio de la barrena hueca.

COMPORTAMIENTO DEL TERRENO

A causa de los esfuerzos provocados sobre él por la carga de la obra constituida, el terreno se

deforma en función de su comprensibilidad y de su resistencia a la cortadura. La propagación de lapresión en el terreno muestra que las tensiones debidas a la carga de la obra disminuyen a medidaque aumenta la profundidad y son máximas debajo de la parte central de las superficies decimentación.

PROPAGACIÓN DE LA PRESIÓN

La hipótesis generalmente admitida de que la presión de un macizo de cimientos se difunde dentro deun ángulo de 45º con uniformidad, está de acuerdo, en líneas generales, con el modo real depropagarse y repartirse esas presiones. Se calcula, en vista de ello, que las presiones vandecreciendo con uniformidad hacia abajo, por capas sucesivas. Estudios e investigacionesminuciosas de kogler y Scheiding indican, no obstante, que el curso o trazado exacto de las curvasde iguales presiones (isóbaras) es mucho más complicado.



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Las isóbaras tienen una forma aproximadamente circular. Su diámetro crece con la extensión de lasuperficie cargada. Se ha demostrado que de dos superficies de distinta extensión y a igualdad depresión sobre el terreno, la mayor actúa en sentido de la profundidad en medida mucho más intensaque la menor. A igual de presión sobre el terreno, la importancia del asiento crece, pues con lasuperficie de los cimientos. Por lo tanto, una prueba de carga muy difícilmente dará una idea delasiento que posteriormente sufrirá la obra.

Una comparación demuestra que admitiendo la distribución de las presiones según un ángulo de 45º,se está dentro del necesario margen de seguridad.

COMPARACIÓN DE “BULBOS DE PRESIONES

A pesar de ser igual la presión de la base de la cimentación sobre terreno, el efecto de la cimentaciónmás ancha alcanza mayor profundidad.

Sin embargo, puesto que el terreno no es perfectamente elástico en el sentido de la ley de Hooke, lasisóbaras resultan más o menos deformadas, por cuyo motivo el conjunto de las mismas también seacostumbra llamar “bulbo de presiones”.

ASIENTOS

Las causas de los asientos de las obras residen en primer término en la compresibilidad de las capascargadas del terreno, que varía según su naturaleza y potencia o espesor. Los asientos fuertes ydesiguales son peligrosos; los de carácter uniforme, en cambio, no lo son. La magnitud de losasientos, sin embargo, puede aumentar aún muy notables por causa de las siguientes circunstancias:

Escurrimiento lateral del terreno por efecto de la compresión. Aumento de compacidad de laestructura del terreno por efecto de las trepidaciones o sacudidas (vehículo, máquinas, etc.).

Elevación o descenso de la capa de agua subterránea.

Desecación del terreno (debajo de hornos y calderas).

Cavidades y socavaciones naturales o artificiales.

Hundimientos o corrimientos.

Modificaciones químicas del subsuelo.

Levantamientos del terreno por las heladas y descensos por las descongelaciones.

La duración de los movimientos ocasionados por los asientos es variable. En tanto que, en terrenosno consistentes, el proceso de los asientos suele casi siempre detenerse una vez acabada la obra yaplicada a ella la carga útil, en terrenos consistentes puede prolongarse más allá de a terminación dela obra, frecuentemente durante decenios, e incluso siglos si varían las condiciones de las aguassubterráneas. La causa y el grado de “consolidación” de un terreno cohesivo está en la fluctuación deun contenido variable de agua intersticial.

ASISENTOS UNIFORMES



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En general los asientos uniformes de una obrason inofensivos. Suelen ser más o menosintensos según se cumplan peor o mejor lascondiciones siguientes:

Cimientos apoyados en terrenos no congelables.

Terreno de cimentación firme, de capas

uniformes de potencia o espesor suficiente.Que las presiones repartidas procedentes decargas vencidas no se superpongan o solapen.

Que todas las partes de la obra tengan cargaspropias y cargas útiles equivalentes y de igualmagnitud y estén cimentadas a igualprofundidad.

A igualdad de hipótesis de de cargas, igualespresiones sobre el terreno.

El terreno no debe escurrirse lateralmente bajoel efecto de la presión.

Si se producen modificaciones del terreno decimentación por causa de acciones químicas,hundimientos, desecación, etc., es necesarioque se repartan por igual en toda obra.

Con una sola de esas condiciones de deje decumplirse, ya bastara para que deban temerseasientos importantes y desiguales, que puedenser muy peligrosos porque una pequeña diferencia que en ellos se produzca es suficiente paraocasionar la rotura de los cimientos y la formación de grieta. En tal caso, la reparación de esos dañoses muy difícil y siempre ocasiona gastosconsiderables.

Asientos desiguales

Prescindiendo de asientos y formaciones degrietas debidos a unas disposicionesheterogéneas de los estratos del terreno,siempre que hay superposición debajo de dosedificaciones vecinas son de temer asientosdesiguales, incluso si el terreno es uniforme.

También pueden quedar afectadas por asientosdesiguales edificaciones distanciadas, pero quediscurren paralelas entre sí, porque en elterreno, a partir de un a profundidadaproximadamente

Igual a la distancia que las separa, haysuperposición de tensiones. Ambos edificios se

inclinan unos hacia otro. De forma especial estotambién ocurre cuando los edificios estándirectamente adosados entre sí. En tales casos,el comportamiento en cuanto a asientosdepende sobre todo del tamaño de lasedificaciones y de sus distintas épocas deconstrucción. Debajo de edificios antiguos elterreno se halla ya compactado. Si se levanta unnuevo edificio parcialmente sobre terreno yacompactado el lado del mismo que descansasobre terreno no compactado se asentará máspronunciadamente.

Sólo en caso de que la masa del nuevo edificiosea substancialmente mayor que la del antiguo,la influencia de este último sobre el asiento



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dejará de ser apreciable. Entonces el edificio antiguo tenderá a inclinarse hacia el nuevo, con laconsiguiente aparición de grietas.

Los edificios de forma alargada se comportan como edificios individuales adosados directamente, esdecir, a consecuencia de la superposición de presiones, las tensiones que aparecen debajo de laparte central de la edificación son máximas. Lo cual puede determinar mayores asientos y, por tanto,daños en esta parte del edificio si el terreno, a pesar de uniforme, es sensible a los asientos.

ROTURA DEL TERRENO

Cuando la carga crece, la presión sobre el terreno y el asiento aumenta no sólo verticalmente. Acausa de la propagación de la presión, el terreno queda también comprimido lateralmente debajo delbloque de cimentación se forma una cuña de terreno.

Compactado, la cual desplaza lateralmente el resto del terreno, lo comprime e incluso puede llegar aalabear su superficie. La seguridad contra la rotura del terreno crece con el peso especifico y laresistencia a la cortadura del subsuelo, así como con el ancho de la cimentación y la profundidad deempotramiento de la misma, ya que cuando más ancha es una cimentación a mayor profundidadactúa, y la carga lateral debida a la presión del subsuelo en el terreno circundante, aumenta con laprofundidad de empotramiento.

La elevación del nivel freático y la excentricidad de la carga disminuyen la seguridad a la rotura. Siésta se produce en una pendiente o en un desnivel brusco del terreno, puede originar un corrimientoo deslizamiento de tierra.

PRESION ADMISIBLE SOBRE EL TERRENO

Cuando se ha puesto bien en claro la naturaleza del terreno, se procede a determinar las presionesadmisibles en las capas del mismo, situadas debajo del nivel de la solera de cimentación. La presiónadmisible en una clase de terrenos siempre ha de ser tan solo una fracción de su aptitud portante(carga de rotura por aplastamiento). Cuando se rebasa esa aptitud portante, que corrientemente sedenomina resistencia del terreno, éste se rompe. Se produce un asiento brusco, el terreno sedesplaza lateralmente y experimenta un empuje en torno de la obra. En la superficie de cimentaciónpequeñas el desplazamiento del suelo se hace más fácilmente en que las grandes. Las presionesadmisibles dependen por lo tanto también de la profundidad de la cimentación y de su anchura. Porotra parte, a causa de la propagación de la presión la magnitud del asiento aumenta, a igualdad depresión sobre el terreno, con el ancho de la cimentación, ya que las tensiones actúan a mayoresprofundidades. Por lo tanto, las presiones admisibles sobre el terreno no dependen solamente de lanaturaleza de éste, sino también de la sensibilidad a los asientos de la obra a edificar, así como delancho de sus cimentaciones y de su profundidad de empotramiento.

Las presiones admisibles sobre el terreno se determinan según especifica la norma DIN 1054,aparatados 42 y 43.



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Se distingue entre “casos normales”, para los cuales son suficientes los valores tomados de lastablas, y casos en los que la presión admisible debe calcularse partiendo de un estudio previo delasiento y la rotula del terreno.

Estas determinaciones debe confiarlas al arquitecto siempre a especialistas muy experimentados.Compite al técnico en estática y-en casos difícil-al especialista en mecánica del suelo la tarea deestudiar las circunstancias existentes con el fin de fijar la presión admisible sobre el terreno y la

configuración correcta de las cimentaciones, a veces de mejorarse también la constitución natural delterreno por compactación mecánica o por consolidación química.

A continuación se producen, extractados las indicaciones que especifica la norma DIN 1054 paradeterminar las presiones.admisibles sobre el terreno.

En caos de carga vertical, la larga admisible debida a cimentaciones someras queda limitada losasientos o las diferencias de asientos que la obra es capaz de soportar, y por la seguridad contra larotura del terreno. Habida cuenta de la excentricidad e inclinación de la resultantes y de la velocidadde la carga. En caso de carga oblicua debe además suficiente seguridad contra los deslizamientos.

Cuando se trata de casos normales, la carga admisible en cimentaciones someras (placas o fajas)puede determinarse mediante los valores de las tablas que figuran en apartado 4.2. y no es precisoefectuar cálculo alguno relativo a la rotura del terreno. Sólo es necesario calcular el asiento cuando lainfluencia de cimentaciones próximas es grande. Cuando la hipótesis expuesta en 4.2, no se

cumplen o son excedidas, debe realizarse una comprobación más precisa de acuerdo, con elapartado 4.3.

4.2. Determinación de la presión admisible sobre el terreno, en casos normales con auxilio de valorestomados de tablas.

Si las propiedades de terreno pueden se estimadas de forma segura mediante reconocimientos delsubsuelo, las presiones admisibles que pueden ser determinadas según se expone en los apartados4.2.1 y 4.2.2. siempre que:

a) Las características del terreno sean aproximadamente uniformes por lo menos hasta unaprofundidad-por debajo de la base de la cimentación. Igual a 2 veces el ancho de la cimentación.

b) La cimentación no esté solicitada dinámicamente de modo preponderante o regular.

c) El nivel máximo del agua subterránea se halle a un profundidad – por debajo de la base de lacimentación-que en caso de terreno no cohesivo, sea por lo menos igual al ancho de la

cimentación y en caso del terreno cohesivo, sea por lo menos igual al ancho (véanse no obstanteapartados 4.2.1 a y 4.2.2.3).

Sí en la oportunidad de empotramiento alrededor de todo el bloque de cimentación es superior a 2m, la presión admisible puede incrementar en la carga que representa el peso del terrenocorrespondiente al exceso de profundidad sobre los 2 m. caso de no cumplirse las hipótesis a) y b),hay que proceder según se indica en el apartado 4.3, siempre y cuando no se trate de roca.

4.2.1. Presión media admisible sobre terreno no cohesivo. Estos datos son validos para terrenos nocohesivos, según apartado

2.1.1.1., Cuya compacidad sea como mínimo media.

Nota: Esta condición debe decidirse de acuerdo con la experiencia local, por medio de un sondeo obien comprobado si el valor de la compacidad.

Es >0.3 en caso de terreno uniforme (U<3) o 0.45 en caso de terreno no uniforme (U3).

Los símbolos tienen el siguiente significado:

n Volumen existente de poros.

n0 Volumen máximo de poros determinados en el ensayo.

nd Volumen mínimo de poros determinado en el ensayo.

U Grado de no uniformidad.

Si se suscitan dudas en cuento a suficiencia de compacidad del terreno debe mejorarse éstaapisonando en el terreno hasta que se satisfaga la condición D>0;3 o, respectivamente. D > 0.45. de

no proceder así. La presión admisible se determinará según el apartado 4.3.

nd n

nnd

0

0



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Por otra parte, los valores de las tablas 1 y2 sólo son validos para cimentación con solicitación verticalno obstante apartado 4.2.1. 4b).

4.2.1.1. Obras sensibles a los asientos (ver tabla 1) para obras cuyas cimentaciones no puedenasentarse independientemente unas de otras, sino que se incluyen recíprocamente en elproceso de asentamiento a causa de la estructura sustentada (edificaciones con apoyosestáticamente indeterminados, como por ejemplo casas de viviendas o establecimientos

comerciales), o para aquellas en que unos asentamientos desiguales pueden repercutirperjudicialmente o perturbar sus funcione, deben tomarse – considerando cimentaciones enfajas-las presiones medias admisibles sobre el terreno que figuran en la tabla 1.

TABLA 1. TERRENO NO CONSISTENTE Y OBRA SENSIBLE A LOS ASENTAMIENTOS

Profundidad deempotramiento

m4)

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm )para cimentaciones en fajas con anchos de

0.5 m 1 m 1.5 m 2 m 2.5m 3 m0.51

1.5

2

22.73.4

4

33.74.4

5

3.33.63.9

4.2

2.83.13.4

3.6

2.52.72.9

3.1

2.22.42.6

2.8Para obraspequeñas véaseapartado 4.1.1,inciso 1.

(con anchos a partir de 0.2 y profundidades de cimentacióna partir de 0.3 m)

Para valores intermedios deben hacerse una interpolación lineal en la tabla.

Las presiones indicadas pueden provocar asientos no superiores a 1 cm. En caso de cimentacionescuyo ancho no exceda de 1.5 m o no superiores a 2 cm, en caso de mayores anchos de cimentación.En caso de notable influencia reciproca entre cimentación de próximas, los valores de las asientospueden aumentar.

Para anchos de cimentación comprendidos entre 3 y 5 m. los valores de la última columna de la tabladeben reducirse en un 10% por metro de anchura adicional si tales cimentaciones se dimensionan

orientativamente con auxilio de valores tomados de la tabla para anchos todavía mayores hay queproceder como indica el apartado 4.3.

4.2.1.2. Obras no sensibles a los asientos (ver tabla 2)

Para cimentaciones en franjas cuyo asentamiento no repercute perjudicialmente en laestructura de la obra pueden emplearse los valores de la tabla.

TABLA 2. TERRENO NO COHESIVO Y OBRA NO SENSIBLE A LOS ASIENTOS


m

Presión media admisible sobre el terreno(kg/cm2)

para cimentaciones en fajas con anchos de0.5 m 1 m 1.5 m 2 m

0.5

11.52

2

2.73.44

3

3.74.45

4

4.75.45

5

5.76.47

Para obraspequeñasapartado 4.1.1.inciso 1

(con anchos a partir deo.2 m y profundidades de cimentación

a partir de 0.3 m)

Para valores intermedios es preciso interpolar linealmente en la tabla los valores indicados para unancho de cimentación de 2 m puede también aplicarse a anchuras mayores. las presionesespecificadas pueden provocar asientos de hasta 2 cm. En caso de anchos de cimentación hasta 1.5m, y asientos sensiblemente superiores en caso de mayores anchuras. En caso de notable influenciarecíproca entre cimentaciones próximas, los valores de los asientos pueden experimentar unaumento.

4.2.2. Presión media admisible sobre terreno cohesivo



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Los valores que figuran en las tablas 3 a 6 son validos para cimentaciones en las fajas sobreterrenos cohesivos cuyo estado rígido semiduro o duro, no debe quedar afectado por lasmedidas constructivas. A efectos del estado de consistencia véase en DIN 4022, hoja 1edición de noviembre de 1969, el apartado “método para reconocer el estado del terreno(ensayo de consistencia)”

Nota: el estado de consistencia de un terreno puede determinarse “in situ” de la forma siguiente:

a) Es fluido el terreno cuando, al apretar dentro del puño la materia de que se compone, seescurre entre los dedos.

b) Es blando un terreno cuyo material se puede amasar fácilmente.

c) Es rígido un terreno cuyo material resulta difícil de amasar, pero que permite todavía arrollarcon a mano barrita de 3 mm de diámetro sin que se rajen ni desmenucen.

d) Es semiduro un terreno cuyo material se raja y desmenuza al tratar de arrollar con él barritasde 3 0mm de diámetro. Pero que todavía conserva suficiente humedad para volverlo aaglomerar en forma de bola.

e) Es duro un terreno que esta muy desecado y presenta en general, una coloración clara. No sepuede amasar su material, sino únicamente desmenuzarlo, y no es posible volver a aglomerarlos terrones en una sola masa.

En un terreno con estado de consistencia “rígido”, la aplicación de los valores de las tablas presuponeque la carga de la cimentación aumenta sólo de forma gradual. Si la cimentación se cargacompletamente en el transcurso de un breve intervalo del tiempo o el estado de consistencia delterreno no llega a rígido, la presión admisible debe determinarse según se especifica en el apartado4.3 y teniendo en cuenta sobre presión resultante del agua intersticial. Para terrenos cohesivos enestado fluido y blando no puede indicarse a este respecto ningún valor de validez general.

Por otra parte los valores que figuran en las tablas 3 6 no son aplicables a clases de terreno dondesea de temer un colapso súbito de la estructura granular como ocurre por ejemplo en sedimientos delimo arcilloso.

Los terrenos pueden clasificarse –por ejemplo para evaluar su contenido de arena, limo y arcilla-mediante sencillo ensayos “ in situ”, siguiendo las instrucciones especificadas en DIN 4022, hoja 1edición de noviembre de 1969 apartados 7.24 y 7.2.5.

4.2.2.1. Terrenos cohesivos frecuentes

Las presiones indicadas en las tablas 3 a 6 pueden provocar asentamientos de lascimentaciones que según la clase de terreno y por orden creciente de magnitud son lossiguientes (véase apartado 2.3.1):

Limo puro (ver tabla 3)........................................................................................................ 2 cm

Suelos de granulación mixta (ver tabla 4) .......................................................................... 3 cm

Limo arcilloso (ver tabla 5).................................................................................................. 4 cm

Arcilla (ver tabla 6) .............................................................................................................. 4 cm

En caso de notable influencia recíproca entre cimentaciones próximas los valores de los asientospueden experimentar un aumento.

Para anchos de cimentación comprendidos entre 2 y 5 m los valores de las tablas 3 a 6 debenreducirse en un 10% por metro de anchura adicional, siempre que tales cimentaciones sedimensionen aproximadamente con auxilio de valores tomados de las tablas 3 a 6.TABLA 3. LIMO PURO


m

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm2) paracimentaciones en fajas con anchos de 0.5 a 2 m y

consistencia rígida a semidura del terreno

0.5

1

1.5

2

1.3

1.8

2.2

2.5



158




TABLA 4. SUELOS DE GRANULACIÓN MIXTA, CON TAMAÑOS DE GRANO A PARTIR DEL DELA ARCILLA HASTA EL DE LA ARENA.

GRAVA O PIEDRA (POR EJEMPLO, MARGA ARENOSA O DE CANTOS RODADOS, BARRO DEARRASTRES GLACIARES).


m

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones enfajas con anchos de 0.5 a 2 m y terreno de consistencia.

rígida semidura dura0.51

1.52

1.51.82.22.5

2.22.83.33.7

3.33.84.45

TABLA 5. LIMO ARCILLOSOProfundidad deempotramiento

m

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones enfajas con anchos de 0.5 a 2 m y terrenos de consistencia.rígida semidura dura

0.51

1.52

1.21.41.61.8

1.72.12.52.8

2.83.23.61

TABLA 6. ARCILLAProfundidad deempotramiento

m

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones enfajas con anchos de 0.5 a 2 m y terrenos de consistencia.rígida semidura dura

0.511

1.52

0.91.11.31.5

1.41.82.12.3

22.42.73

Para profundidades de empotramiento distintas de las que figuran en la tabla 3 a 6, los valores

facilitados por éstas quedan complementados con los obtenidos por interpolación lineal.Como adición a las tablas 3 a 6, en caso de pequeñas edificaciones (véase apartado 4.1.1) sobrecimentaciones en fajas con anchos b≧0.2 m y profundidades de empotramiento t≧0.5 m puedenconstarse con una presión media admisible sobre el terreno de 0.8 kg/cm2.

4.2.4. Presiones admisibles sobre terreno rocoso en caso de cimentaciones someras.

Si el terreno está formado por un espesor suficiente de roca firme y uniforme, las presionessobre él pueden alcanzar-en caso de cimentaciones someras-los valores específicos en latabla 7; siempre y cuando

TABLA 7. ROCA

Estructura de la roca

Presiones admisibles sobre el terreno (kg/cm ) en caso decimentaciones en fajas de superficie y para roca consistencia.

No quebradiza, no erosionadao sólo poco erosionada

Quebradiza, o con clarasseñales de erosión

Roca de estructura compacta yhomogénea

Roca en estratos alternados ocon hendiduras

40

20

15

10

Dicha roca posea las propiedades detalladas en la tabla. Éste garantizada una buena transmisión delas cargas a las capas más profundas y quede excluido todo menoscabo de las propiedades de laroca a causa de las medidas constructivas.

Pueden interpolarse valores intermedios de acuerdo con las experiencias locales.

Las presiones admisibles sobre el terreno deben fijarse en función del dictamen emitido por unOrganismo competente en la materia cuando



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a) La clasificación del terreno como roca no está bien clara.

b) Concurren circunstancias geológicamente complejas.

c) La roca está sumamente alterada.

d) En dependientes, la inclinación de los estratos rocosos y de las hendiduras de las rocas difiere

muy poco de la del terreno.e) La superficie de la roca está inclinada más 30º.

f) Se desea adoptar presiones superiores a las que figuran en la tabla 7.

También debe recurrirse siempre al dictamen de un organismo competente oficial cuando no puedeexcluirse el peligro de una rotura del terreno, por ejemplo, al cimentar en aristas rocosas.

4.3. Determinación de la presión admisible sobre el terreno por el estudio de los asientos y de larotura

Los valores admisibles que figuran en las tablas 1 a 6 pueden sobrepasarse cuando los asientosque es licito esperar de ellos no solo perjudiciales y la seguridad estática de la obra ha sidoverificada con auxilio del cálculo. Idéntica verificación debe levarse a cabo cuando el terreno nocumple las condiciones especificadas en el apartado 4.2.

4.3.1. Determinación de los asientos.

Para la verificación de los asientos remitimos a las recomendaciones que figuran en DIN 4019, hojas,1y2. dada la exigua importancia (mencionada en el apartado 2.3.1.2) de los esfuerzos de cortaduración, en caso de terrenos cohesivos basta tener en cuenta únicamente, al determinar lascargas, sobre cargas permanentes y las de probable larga duración . en calculo de los asientoshay que considerar además las tensiones en el terreno provocadas por eventualescimentaciones, obras y terraplanos vecinos.

4.3.2. Determinar de la seguridad a la rotura de terreno

Para la determinación de la seguridad del terreno a la rotura, en caso de cimentaciones someras,remitimos a las recomendaciones expuestas en DIN 4017, hojas 1 y2; para la comprobaciónde la seguridad contra la rotura en desniveles bruscos, véase DIN 4084, hoja 1. en caso decimentaciones someras de gran profundidad de empotramiento (por ejemplo, cimentacionesen pozos), no es preciso, por regla general, verificar la seguridad a la rotura del terreno.

No hace falta tener en cuenta los rebajes o cavidades existentes dentro de la superficie delfondo de la cimentación, siempre que pueda excluirse todo corrimiento del terreno hacia elinterior de lo mismo.

4.3.3. Pruebas de carga

Pruebas de carga con el objeto de determinar el coeficiente de rigidez del terreno sólo debenefectuarse en conexión con el estudio del terreno especificado en el apartado 3; se tendrá encuenta a tal efecto DIN 4020. es preciso tomar nota de la magnitud de los asientos y de suvariación con el tiempo, tanto al cargar como al descargar el terreno. En todas las etapas decarga se espera a la completa extinción del asentamiento.

El coeficiente de rigidez se calcula entonces en función de los asientos medidos. Puesto quelas pruebas de carga a causa de su exiguo efecto de profundidad, sólo dan por regla generalidea sobre el comportamiento de la capa superficial del terreno, resulta totalmente inadmisibleestablecer una relación directa entre los asientos medidos durante las pruebas y los queexperimentará realmente la obra. Por el mismo motivo, sólo pueden utilizarse pruebas de cargapara el cálculo de los asientos cuando es posible garantizar, como resultado de perforaciones,que la capa de terreno más sensible a los asientos es justamente la que se halla en lasuperficie.

En caso de pequeñas superficies de carga debe prestarse atención a un cedimento lateral delterreno.

4.3.4 Observaciones de asentamientos

Como resultado de las mediciones según DIN 4107 de los asientos producidos enedificaciones próximas ya concluidas, es posible sacar conclusiones- a igualdad de naturalezadel terreno-sobre el comportamiento del terreno respecto a asentamientos y sobre la magnitudaproximada de los que son de prever. Con auxilio de los asientos medidos en diferentes

épocas durante el levantamiento de dichas edificaciones y de los resultados suministrados porperforaciones. Puede calcularse también el coeficiente medio de rigidez para las capas del



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terreno-eventualmente de desigual constitución-sometidas a la carga adicional, para ello debenconocerse no obstante las cargas efectivas de la obra (es decir no solamente las introducidasen el cálculo estático) y en determinados casos la duración de su acción. Este coeficiente derigidez puede utilizarse entonces para calcular el asiento previsible del edificio a levantarteniendo en cuenta su efecto de profundidad.

HELADAS

La temperatura del subsuelo a pocos metros por debajo de la superficie del terreno es constante(unos 7º C) e independientemente de las oscilaciones de la temperatura exterior con las estacionesdel año.

Las capas superiores del terreno, por el contrario, se hielan cuando la temperatura del aire exteriorcae por debajo de 0º C; la helada penetra tanto más largo es el periodo durante el cual se mantiene ycuanto mayor es la conductibilidad térmica del suelo. El agua del subsuelo se hiela entonces tambiény aumenta de volumen en un 1/11 = 9%.HELADAS EN TERRENOS COHESIVOS.

SEGÚN BRESKOW

La manera de formarse el hielo y los efectos por éste producidos son diferentes según se trate deterrenos cohesivos o no cohesivos. En terrenos que contienen fracciones arcillosas se forman,perpendicularmente a la dirección de la penetración de la helada, trozos de hielo con formas de lentesy de cintas que ocasionan levantamientos corrimientos de las capas del terreno. En terrenos soncohesión, como son los de arena, gravilla y grava, los granos pétreos quedan individualmente en unacubierta o cáscara de hielo, con lo cual ni siquiera terrenos de esta clase emparados de agua sufrenlevantamientos; por esta razón, en los terrenos no cohesivos la profundidad de cimentación puededisminuirse un poco.

La base del apoyo de los cimientos debe estar más abajo que el límite del terreno congelado. Estelímite varía según las circunstancias del clima de la localidad, y en Alemania oscila entre 1.30m y 1.80m. Las profundidades antes admisibles de 0.80 m y 1.20 m para dicho límite de congelación hanresultado ser demasiado escasas, como han permitido comprobarlo los duros inviernos de 1928/29 y1941/42, a costa de graves daños.

Con respecto a la exigencia, formulada en DIN 1054, de que la base de la cimentación debe hallarseal abrigo de heladas, se ve pues que la profundidad mínima allí indicada de 0.8 m por debajo delterreno puede no ofrecer en general suficiente seguridad contra las heladas. Si se da el caso debenrellenarse las zanjas de cimentación y tapiarse las aberturas de los muros de sótano ya durante laépoca apta para el trabajo, antes de que se produzca las heladas.

EXCAVACIONES PARA CIMIENTOS

Cuando se han limpiado el solar, y se han arrancado árboles malezas, etc. Y se han cercado y

protegido los árboles que deben ser conservados puede procederse al exacto replanteo de las líneasde la edificación. Una vez señaladas las tierras a excavar y marcadas con cordeles puede iniciarse laexcavación.



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EJECUCIÓN DE LA EXCAVACIÓN

Se levanta la capa de humus o tierra vegetal depositándola en pilas o montones a fin que no semezcle con los materiales del desmonte. Los montes se colocan en dirección Norte-Sur y se cubren,en verano, con ramaje o con pellas de césped para protegerlos contra los rayos solares.

Los trabajos de excavación se ejecutan actualmente, incluso en caso de pequeños proyectos, conauxilio de máquinas: a este respecto se emplean excavadoras de cuchara, niveladoras oruga, y

también grúas y vehículos provistos de almejas o dispositivos de palas. Sólo se realizan todavía amano los retoques posteriores o las estrechas franjas de cimentación bajo el fondo de la excavacióngeneral. Las fundaciones deben efectuarse sobre terreno inalterado. Por ello es a veces necesario,tras la excavación con máquina, igualar la base de cimentación con arena o grava y compactacuidadosamente con el vibrador.

El terreno despejado suele abrirse la zanja con talud. Sólo en caso de profundidades no superiores a1.25 m y según la circunstancias del terreno pueden renunciarse al talud o al apuntalado de lasparedes de la zanja. Para mayores profundidades es preciso darles según DIN 4124, los siguientestaludes, que varían con la clase de terreno:

a) Terreno no cohesivo o de cohesión blanda. 45º

b) Terreno cohesivo rígido o semiduro. 60º

c) Roca ligera 80º

d) Roca pesada. 90º

Cuando se excava a pala y pico zanja más profundas de lo que permite el lanzamiento directo de lastierras al exterior, se van dejando unas bermas o retallos de 50 a 100 cm de anchura a la alturaconveniente para lanzar allí las tierras, protegiendo sus aristas con tablones para evitar eldesmoronamiento de las mismas. Cuando no es posible dar talud a los parámetros de las zanjas, porejemplo si se trata de zanjas en calles, o si la mas de tierras a remover resulta demasiado grande,entonces se apuntalan las paredes parcial o totalmente.

Para levantar los muros exteriores de sótano es preciso dejar fuera de todo el contorno de laexcavación un espacio libre de trabajo de 50 cm como mínimo. Este espacio se mide entre el bordeexterior del encofrado del sótano y el pie del talud (o el borde interior del revestimiento de la zanja,caso de haberlo), con objeto de garantizar la necesaria libertad de movimientos.

ENTIBACIONES

Cuando concurren circunstancias de terreno reducido-por ejemplo, en huecos entre edificaciones oen alineamientos de calles – o en zanjas de gran profundidad donde, a causa de su volumen, lostrabajos de excavación y posterior rellenado suponen un gasto desproporcionado es preciso entibar yapuntalar total o parcialmente las paredes de la excavación.



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ENTABLADOS

Se distingue entre entibaciones horizontales y verticales. Las entibaciones horizontales se realizancolocando horizontalmente y en contacto, tablones, uno debajo del otro, a medida que progresa laexcavación. La estivación no debe quedar a menos de 1 a 2 anchos del tablón del fondo de la zanja,y debe asegurarse mediante estemples y codales, puntales y anclajes. Para terreno de estructurasuelta o bien blanda, que no se sostienen en la altura de un tablón, se elide una estibación vertical.

Con este objeto se hincan verticalmente en el terreno tablones de madera o planchas acanaladas,antes de iniciar la excavación. La profundidad de hinca por debajo del fondo de la zanja debe ser, encada etapa de trabajo, en 30 cm como mínimo. Solo en zanjas de cimentación estrechas y en minases posible asegurar la estibación por medio de codales entre paredes opuestas. El uso de puntales

merma el espacio libre, y ello tanto más cuento mayores son el ancho y la profundidad de la zanja.Mediante una estibación entre pilotes previamente hincados es posible anclar el revestimiento en elsuelo contiguo, por fuera de la zanja. En caso de zanjas abiertas de mayor profundidad, yespecialmente en huecos entre edificios vecinos, es preciso disponer sistemas de apuntalamientomás resistentes.

PAREDES DE VIGAS Y TABLONES

Esta estibación horizontal a base de tablones o maderos escuadrados o rollizos dispuestos entrevigas de acero hincadas o eventualmente introducidas en perforaciones previas , se llama también“entibacion berlinesa”. Una vez concluidas las obras de cimentación, se quitan los tablones y searrancan las vigas antes de proceder al rellenado y compactación del relleno.



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TABLESTACADOS

Los tablestacados de acero han remplazado a los tablestacados de madera conjuntas a tope o conensambles, antiguamente en uso. Estos se introdujeron como consecuencia de la evolución de laentibacion vertical aplicada a zanjas de cimentación afectadas por aguas subterráneas donde seexigía una buena impermeabilización contra la afluencia del agua y el deslavado del terreno.

Los tablestacados de acero son más resistentes, pueden utilizarse varias veces e hincarse oarrancarse fácilmente a causa de su reducida sección. Junto a una mayor capacidad de cargapermiten mayores longitudes, es decir mayores profundidades de zanja al ser hincados en el terreno.

Sus uniones garantizan una elevada estanquidad y una buena transmisión de esfuerzos entre losperfiles contiguos. Como aparellaje de hincado se emplean, según el caso y la naturaleza del terreno,martinetes de percusión rápida o arietes vibratorios. Con aparellaje vibratorio solo es preciso vencer,

además de la resistencia de punta, un exiguo rocé de deslizamiento. En arena, grava o terreno deligera consistencia estos aparatos trabajan, pues, en caso de elevada velocidad de hincado (hasta 10



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m/mim), bastante menos ruidosamente que los martinetes de golpeo o de caída libre. Una vez lostablestacados han cumplido su misión de estructuras sustentantes provisional, se arrancan de nuevo.

Esto resulta tanto más difícil cuanto más largo es el tiempo que permanecieron hincado. Se recurreentonces al auxilio del dispositivo de extractores de acción estática y dinámica o al de arietesvibratorios.

MUROS DE PILOTES DE PERFORACIÓN

Los muros de pilotes de perforación y los murospantalla provocan las mínimas molestias encuanto a ruido y oscilaciones. Al contrario decuanto ocurre con las entibaciones a base derevestimiento y tablestacado pueden dejaseincluido luego como elemento sustentante, en laestructura de la obra a edificar. Según ladisposición de los pilotes cabe distinguir entrelos:

Muros de pilotes tangentes.

Muros de pilotes secantes.

Muros de pilotes aislados con cierre intermedio.

Con esta finalidad se construyen grandes pilotesde perforación, cuyo diámetro puede oscilar entre 50 cm y mas de 2 metros, que se dimensiona yarman de acuerdo con las exigencias estáticas de cada caso (presión del terreno, cargas del edificio,posibilidad del anclaje o de apuntalamiento, etc.).

Además de estructuras de contención contra elevadas cargas de terreno y de cimentación a lo largode zanjas profundas, pueden quedar ya como elemento sustentante y de fundamentación. Ladistancia mínima entre el eje de pilotes y una alineación constructiva existente, técnicamenteimpuesta por la ejecución a máquina de los grandes pilotes de perforación, es de unos 80 cm. Paramás detalles sobre la ejecución de pilotes, véase pagina 20.

MUROS DE PANTALLA

Condición indispensable para la fabricación y la rentabilidad de muros pantalla es el empleo de unliquido capaz de sostener el terreno mientras se excava en el la hendidura y durante el proceso dehormigonado, sin necesidad de revestimiento alguno. Igual que los muros de pilotes de perforación,también los muros pantalla pueden dimensionarse en cuento a armadura y espesor (no inferior a 50cm) de modo que permitan asegurar zanjas de prácticamente cualquier profundidad.



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Las hendiduras se excavan mediante cucharas especiales a través de la mas del liquido cuya alturadebe mantenerse siempre al nivel del terreno, y tras la colocación de la armadura se rellenan denuevo por etapas como en el hormigonado bajo el agua. El líquido expulsado por el hormigo esentonces aspirado y preparado para su nuevo uso posterior.

Según el espesor y altura de muro necesario constructiva y estáticamente, a medida que progrese laexcavación es preciso ir asegurando el muro pantalla con codales o anclajes. Puede prescindirse de

un recalce de construcciones contiguas con cimentaciones poco profundas. Un muro pantalla puedeejecutarse no solo como elemento de cierre, de apuntalamiento y de sostén, sino también comoelemento impermeable al agua a presión.

LIQUIDACIÓN DE SOSTENIMIENTO

Estos líquidos, llamados también tixótropos, son suspensiones gelatinosas de arcilla o sustancias,como la bentonita, que se caracterizan por su elevada capacidad de expansión y de aglutinación en elagua. La presión hidrostática del líquido en cuestión en cuestión contrarresta la presión ejercida porlas capas de terreno al ser cortadas durante la excavación. Es importante adaptar la suspensión a unlímite de fluencia que deberá elegirse en cada caso según la clase de terreno y el tamaño del grano.La suspensión sostiene el terreno a partir de un determinado tamaño de grano e impide elescurrimiento del mismo a todo su alrededor. Tan sólo mientras no se alcanza un estado fluctuantede equilibrio penetra todavía la suspensión la suspensión más o menos profundamente en el terreno

adyacente.Ello explica por qué este procedimiento puede aplicarse a toda clase de terrenos naturales y lamayoría de terraplenados artificiales. El agua subterránea se tiene en cuenta por medio del cálculo: lapresión de líquido resultante de restar de la presión de la suspensión de bentonita la presión del aguasubterránea, es la que se aplica al terreno sometido a sustentación. El agua subterránea encirculación puede tratarse a este respecto como estacionaria. La erosión provocada por esta agua encirculación eleva ciertamente el consumo de suspensión, pero no altera la estabilidad.

Los líquidos de sostenimiento no sólo se usan en la construcción de muros pantalla, sino también enla de grandes pilotes de perforación sin envolvente y en la perforación de pozos grandes a fin dereducir el roce entre el terreno y la envoltura que hay que hacer penetrar en él.

CONSOLIDACIÓN DEL TERRENO

En caso de terrenos no cohesivos, la consolidación química de los mismos constituye otra alternativa

para la entibacion de excavaciones y el recalce de cimentaciones poco profundas de edificacionescontiguas dada la estrechez de las parcelas interurbanas, la consolidación química permite unóptimo aprovechamiento del terreno disponible entre edificaciones ya existentes, incluso si hay queprever sótanos cimentados a cierta profundidad.

Todos los terrenos no cohesivos permeables al agua pueden consolidarse mediante inyeccionesquímicas. Según la composición granulométrica del terreno se eligen distintos procedimientos(Métodos Monosol, Monodur de Joosten y de cimentación): los productos químicos o l os cementosse introducen a presión en el terreno, debajo de las cimentaciones existentes, a través de tubosinyectores. Se forma entonces un bloque pétreo artificial cuya forma, tamaño y resistencia en probetacúbica óptimos deben determinarse previamente mediante un cálculo estático en cuantos los sondeosy ensayos de laboratorio permiten conocer las características locales del terreno.



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APUNTALAMIENTO Y ANCLAJE

En caso de grandes profundidades deexcavación y elevadas cargas sueleresultar antieconómico dimensionar unaentibación de modo que resistaúnicamente por su empotramiento en el

terreno. Sólo en caso de fosas estrechases posible un apuntalamiento por codalesentre paredes opuestas, en los demáscasos las necesarias dimensiones de untornapunta de gran luz o apoyado contrael fondo restringen el espacio libre queuna excavación mediante máquinasrequiere especialmente.

Por el contrario, anclando elrevestimiento en el terreno adyacente, lazanja queda completamente libre.Introduciendo varias filas de anclajedurante el transcurso de la excavación,puede alcanzar sin ningún impedimentoprácticamente cualquier profundidad –respaldada por un cálculo estático. Elespecialista en estática determina, en función de las circunstancias locales, el numero y la longitudde los anclajes necesarios para contrarrestar de modo seguro la presiona del terreo adyacente, asícomo impedir la rotura de éste en taludes o desniveles bruscos. Se distingue entre los llamadosanclajes de inyección de aplicación transitoria y los de aplicación permanente (pilotes de anclaje), quedeben poseer ante todo una notable seguridad contra la corrosión. Para solicitaciones de cortaduración y longitudes de anclaje hasta de más de 20 m se utilizan cables tensores flexibles de acero.

AGOTAMIENTO DE ZANJAS

Cuando las zanjas atraviesan la región de aguas subterráneas es preciso, o bien hacerlas estancas,en todo su perímetro y por debajo, a la entrada del agua, o bien tomar medidas para que el nivel de

las aguas subterráneas descienda por debajo de la base de la cimentación. Cuando dicho nivel sóloes ligeramente inferior al de dicha base, basta a veces una impermeabilización lateral combinada conun sistema de agotamiento al descubierto, es decir drenaje de la excavación e instalación de un pozopara bomba.

DESCENSO DEL NIVEL DEL AGUA SUBTERRÁNEA POR MEDIO DE POZOS CON FILTROTUBULAR

Mediante la instalación de un conveniente número de pozos con filtro tubular en torno de laexcavación se hace descender el nivel del agua subterránea de 30 a 50 cm por debajo de la base decimentación e impermeabilización. Se economiza así el trabajo de impermeabilización del recinto y dela base de la excavación y, además, se elude el peligro del esponjamiento e hinchazón del suelo delfondo.

El descenso del nivel del agua subterránea sólo es posible cuando se trata de terrenos de estructura

granular como arena, gravilla arenosa o gravilla.Mediante pozos con tubo filtrante y bomba aspirante para la extracción se puede lograr en general undescenso de 3 ó 4 m en el nivel del agua.

Para establecer un pozo de esta clase hay que efectuar los siguientes trabajos: Se practica laperforación con un tubo que ha de servir de revestimiento o de envolvente (tal como fue ya descritoen el apartado “estudio del terreno”). Luego s introduce el tubo filtrante; Se atornilla en su partesuperior una alagardera de tubo de longitud suficiente para que sobre salga del terreno; en terrenosarcillosos; se rellena con gravilla el hueco entre el tubo- envolvente y el tubo filtrante;

se extrae el tubo-envolvente; se suspenden, en su interior, el tubo aspirante con la válvula deretención.

Para profundidades de más de 3 a 4 m tienen que establecerse pozos escalonados. Cada escalónconsta de varios pozos con filtro tubular y bomba aspiradora, dispuestos alrededor de la excavación y

a la misma altura y que aspiran el agua subterránea haciéndola bajar 3 ó 4 metros. Entonces puedeexcavarse hasta esa profundidad, estableciendo en seguida un segundo anillo de pozos que permiterebajar el nivel del agua otros 3 ó 4 metros.



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Sin embargo, a partir de tres o más escalones este sistema de pozos resulta antieconómico. Paragrandes profundidades es preferible casi siempre emplear pozos con una bomba sumergidaaccionada eléctricamente, que impulsa el agua bajo presión.

POR MEDIO DE POZOS DE VACÍO

El agua subterránea que aflora en la arena fina o en el limo ya no circula más por efecto solo de lagravedad, sino que queda retenida por adhesión en los huecos existentes entre granos. Para ello espreciso practicar el vació, con la cual dicha agua es arrastrada hacia e tubo filtrante. Esto presupone

una red de tuberías absolutamente estanca al aire. Puesto que al efectuarse esta operación la arenafina se compacta más, el radio de acción y con él la separación máxima de los diversos filtros devació quedan limitados a 1 m aproximadamente. Los filtros tubulares para los pozos de vació debenintroducirse (por impulso hidráulico, no por perforación) hasta que el borde superior del filtro se halleaproximadamente 1 m por debajo de la solera de la cimentación.

POR ELECTROÓSMOSIS

Para suelo coherente de poros todavía más finos ha sido desarrollado un método por electroósmosiso vacío como antes, sino por la “pendiente” de una corriente continua eléctrica hacia el cátodo (tubofiltrante de un pozo tubular). Según la naturaleza del terreno y la callad de tensión existente, el radiode acción puede alcanzar hasta 2.5 m. sin embargo, este método resulta caro y sólo se empleacuando fallan los demás.

AGOTAMIENTO AL DESCUBIERTO CON POZO PARA BOMBA

El agotamiento al descubierto mediante un pozo en el que se coloca una bomba se utiliza en loscasos siguientes:

Reducidas profundidades de descenso del nivel del agua subterránea; Escasas infiltración de agua, oinfiltración moderada;

Terrenos consistente, acuíferos o de granulometría gruesa (en los de arena fina, no, por el peligro delas arenas movedizas). Al llevar a cabo la excavación se llevan siempre algo adelantados los pozosde aspiración de las bombas, para poder recoger en ellos las aguas que caen en aquélla y achicarlaso agotarlas con las bombas según la cantidad acumulada. Estos pozos se disponen en forma deentrantes en el recinto de la excavación. Su numero, dimensiones y profundidad deben estar deacuerdo con las cantidades de agua que se calcula han de extraerse.

Para lograr una excavación bien seca, conviene disponer una capa de drenaje hecha con gravilla,escorias o materiales análogos, de unos 20 cm de espesor, encima de la solera de fondo de toda la

excavación; a través de dicha capa puede escurrir el agua que cae en el interior de la fosa y pasar asíal pozo de agotamiento. El efecto de la capa de drenaje puede aún mejorarse mediante la inclusión,en ella, de tubos captadores o de drenaje.



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IMPERMEABILIZACIÓN DE LAS PAREDES DE LAS EXCAVACIONE

Las paredes de las excavaciones deben asegurarse suficientemente no sólo contradesmoronamientos, sino también contra la afluencia lateral de agua y la erosión del terreno,



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mediante un a entibación estanca (como p. ej. un tablestacado, un muro de pilotes de perforación oun muro pantalla).

Lo mismo vale para cercos de excavación realizados por el procedimiento de congelación en terrenosno estables y muy acuíferos. Estos cercos tomados de la minería, han dado buenos resultados,principalmente en caso de grandes profundidades excavaciones estrechas y peligro de socavación delas capas de grano fino. Mediante la correspondiente disposición de perforaciones de congelación,

análoga a la utilizada para inyecciones en el terreno, puede obtenerse un muro o bloque decongelación, auto sustentante y hermético al agua subterránea, alrededor de la fosa a excavar.

IMPERMEABILIZACIÓN DE LA BASE DE LAS EXCAVACIONES

Según la profundidad y las dimensiones que debe tener la excavación, la composición del terreno y la

afluencia de agua subterránea, habrá que estimar comparativamente si es más conveniente tomarmedidas adecuadas para impermeabilizar la solera o bien drenar el terreno.

POR CONSOLIDADION DEL SUELO

En suelos de arena y gravilla con gran afluencia de agua subterránea, la consolidación de los mismospuede resultar económica y ventajosa no sólo para el sostenimiento de la excavación (véase página13) al elevar la resistencia del terreno, sino para impermeabilizar el fondo. Esta consolidación es porotra parte compatible con otros tipos de cerco hermético de zanjas. El agua subterránea que se vaacumulando en la excavación con este procedimiento se va extrayendo con bombas a medida que noprogresa la excavación.

POR HORMIGÓN BAJO EL AGUA

También es posible ahorrarse los costes que implica el agotamiento del agua si, tras ejecutar el cercoperimetral de zanja, se procede a excavar y a sumergir en el agua una placa de fundación

impermeabilizante, siempre y cuando, de todos modos, haya sido propuesto este tipo de cimentación. A medida que crece la profundidad de empotramiento aumenta también, a causa del empuje y de lapresión del agua, el espesor necesario de la placa de fundación (inversión de la carga), por lo cualeste procedimiento se aplica ante todo en caso de pequeñas superficies o de sólo una moderadainmersión en el agua.

Cuanto mayor es la altura de aguas, es decir, la inmersión en el agua subterránea, tanto más gruesadebe ser la capa de hormigón a colocar. Esto es valido para toda clase de cimentaciones sumergidas,expuestas al empuje del agua, independientemente de las cargas de la construcción y de laresistencia del terreno.

Al hormigón bajo el agua hay que tener en cuenta especialmente:

Que no penetre en la zanja ninguna corriente de agua, lo cual presupone la ejecución de un cercoestancado alrededor de aquélla;



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Que el nivel del agua subterránea dentro y fuera del terreno de la excavación tenga igual altura,pues de lo contrario la corriente que se producirá deslavaría el hormigón y arrastraría elaglomerante;

Que el hormigón no tenga que caer o descender libremente en el agua, sino protegido porembudos, tolvas, cucharas o tubos que lo dejen depositado en el nivel debido;

Que la masa del hormigón, gracias a una adecuada composición granulométrica de los áridos y a

la dicción de una dosis suficiente de aglomerante y de materias que favorezcan la compacidad,resulte lo más compacta e impermeable posible;

Que el agua, en la excavación, no sea extraída con las bombas hasta tanto que el hormigón hayafraguado y su endurecimiento sea suficiente.

CLASES DE CIMENTACIONES

A través de las cimentaciones son transmitidas las cargas de la obra construida a terreno firme.Según la situación de este terreno no firme con respecto a la base de la edificación es precisoejecutar cimentaciones someras o cimentaciones profundas.

Cuando una obra descansa directamente sobre terreno firme es posible edificarla sobre unacimentación somera. Cuando, por el contrario, sólo se encuentra capas de terreno firme de suficienteespesor a cierta profundidad, las cargas de la obra deben transmitirse a dichas capas a través de unacimentación profunda. Si no es posible alcanzar capas de terreno firme mediante recursoeconómicamente sostenible, la única solución que queda, y también la más cara, es la llamadacimentación flotante. Esto deja bien claro de que forma tan acusada inciden sobre los costes decimentación la naturaleza del terreno y la carga del edificio, y por qué a causa de ellos en muchoscasos pueden llegarse a poner en tela de juicio el lugar del emplazamiento e incluso el propioproyecto.

MATERIALES PARA CIMENTACIONES

Los bloques de cimentación se encuentran bajo la acción permanente de la humedad y en muchoscasos bajo la acción de substancias químicamente agresivas. Para cimientos sencillos se empleanprincipalmente hormigón apisonado (a profundidad sin peligro de congelación), bloques de hormigónordinario, piedra natural, ladrillo muy bien cocido, clinker y bloques de cal y arena.

Las obras de fabrica de ladrillo ordinario (MZ 100 y MZ 150) “se pudren”, es decir no se conservanbien con la humedad.

Los aglomerantes que se empleen tienen que ser hidráulicos, porque tienen que fraguar y endurecebajo la acción de la humedad y, con frecuencia, dentro de agua. Cuando se trata de mampostería uobra de fábrica con una humedad normal, basta un mortero de cal hidráulica o de cal y cemento.Para trabajos debajo del agua solamente debe emplearse mortero de cemento solo (cementoPórtland).

CIMENTACIONES SOMERAS

Con excepción de la roca, la capacidad de carga del terreno es por lo común inferior a la del materialde construcción sustentante. Por este motivo es preciso repartir sobre una mayor superficie deterreno la carga de la obra a soportar mediante ensanchamientos en forma de zapatas o losas decimentación situada debajo de los muros y la estructura sustentante. A causa de ello se las llama,además de “cimentaciones planas”, “cimentaciones de superficie”.

Según las condiciones del terreno, la estructura de la obra y la carga que representa, para latransmisión de la carga a terreno directamente alcanzable cabe distinguir las siguientescimentaciones someras:

Cimentaciones en fajas, bajo muros.

Cimentaciones aisladas, debajo de pies derechos y máquinas.

Cimentaciones en forma de losas o placas y emparrillados para mejorar la repartición de lascargas.

BASE DE LA CIMENTACION

En la ejecución de la base de las cimentaciones someras hay que tener presente:

La base no debe quedar expuesta a heladas, es decir, que según las condiciones locales de peligrode que se produzca tiene que enterrarse por lo menos de 80 a 150 cm por debajo el nivel del terreno.Durante el periodo de construcción correspondiente es preciso, en casos dados, tomar medidas

especiales de aislamiento en la zanja excavada y todavía por llenar. La base de cimentación es



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normalmente horizontal-; solo cuando sobre la obra actúa esfuerzos resultante de las cargas, conobjeto de elevar la seguridad al deslizamiento (muros de contención).

Sobre un terreno en pendiente es posibleescalonarla, con objeto de reducir laexcavación, siempre que ello permita lautilización del sótano. Lo propio es válido

también cuando el suelo firme no estádispuesto horizontalmente debajo delterreno. Por regla general se disponedebajo de la base de la cimentaciónpropiamente dicha una capa “de limpieza”de 5 a 10 cm de espesor por ejemplo,hormigón magro, capa plana de ladrillo overtido compactado de arena y gravilla,como seguridad contra el debilitamiento de la sección y el ensuciamiento procedente del terreno.

CIMENTACIONES EN FAJAS Y EN BLOQUES AISLADOS

Las cimentaciones en fajas se aplican normalmente a muros, y las en bloques aislados a piesderechos. Las secciones pueden ser rectangulares, escalonadas o estrechas cónicamente. La

anchura de los bloques de cimientos está en relación con la carga que han de soportar, la resistenciaa la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno (DIN 1054). De todos modos, hayque tener en cuenta las profundidades de cimentaciones, las superficies edificadas, el asientoadmisible, etc., tal como se trata con detalle en “presión admisible sobre el terreno”. Cuando laanchura necesaria para los cimientos es conocida, la altura de los bloques de cimentación sedetermina como sigue:

El Angulo de reparto de las presiones en la obra de fabrica hecha con mortero de cemento y cal en laobra de hormigón apisonado es = 60º; en la obra hecha con ladrillos de cal y arena (silicocalcáreos) ymortero de cemento Pórtland, =45º. Por razones prácticas se adopta como altura mínima de loscimientos de hormigón la de 30 cm aproximadamente (que viene a ser la de una capa apisonada).

Para alturas mayores de cimientos se da forma escalonada a las caras de los mismos, teniendo encuenta el ángulo de reparto de laspresiones.

Los cimientos de hormigónapisonado, la mayor parte de lasveces pueden hormigonarse sinnecesidad de encofrado. Se cortanbien verticales las paredes de laszanjas de cimientos y se vahormigonando por capas nomayores de 30 cm. Si las paredestienen a desmoronarse o bien en elcaso de tener que escalonar loscimientos es preciso usarencofrados.

Es posible un ligeroensanchamiento de los cimientos,si el terreno es firme, introduciendola obra por debajo. Elescalonamiento en el caso defábrica de ladrillo macizo se hace a45º. Cuando, a pesar delescalonado, en bloques decimientos resulta demasiadogrande todavía, serán más económicas las placas o losas de cimentación.

Los cimientos hechos según fajas, no es necesario que tengan que descansar, en toda su longitud, ala misma profundidad si el terreno de cimentación que ha de soportar las cargas presenta desigualcomportamiento superficial; en tales casos pueden hacerse escalonamientos verticales en lacimentación.



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Cuando los trabajos de cimentación tienenque interrumpirse, es conveniente cortar enescalones la junta vertical con objeto delograr un buen enlace, además de colocaralgunos hierros de armadura. Antes dereanudar el hormigonado se limpian

superficies de unión y se embadurnan conlechada de cemento.

Las cimentaciones que sobre salen de laobra por un solo lado pared que descansasobre su extremo, con objetos de prevenirtodo posible ladeo y con él peligro deasentamiento a causa de una desigualdadde tensiones en la solera.

Por lo demás, uniendo todas las fajas decimentación formado un emparrillado yenlazado éste con los muros de hormigón armado que van encima se puede aumentar la rigidez, conel fin de formar unos asentamientos uniformes.

CIMIENTOS DE LOSAS O PLACAS

Se usan:

Cuando la base de cimientos calculada resulta de tal anchura que la transmisión de la carga vertical45º (para la distribución uniforme sobre el terreno) implica una profundidad excesiva; cuando sonprevisibles asientos irregulares por ser el terreno de estratificación desigual.

Cuando hay que construir un edificio en terreno flojo de gran espesor y una cimentación sobre pilotesrígidos implicaría un gasto excesivo por la exagerada longitud de los pilotes. Es posible reducir elasiento con una cimentación de placa o zampeado sobre un emparrillado de pilotes flotantes.



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Con este tipo de cimentación, la carga total del edificio se reparte sobre una placa de hormigónarmado que la transmite a lasuperficie total del terreno yde ese modo puedenevitarse o reducirse asientosimportantes y desiguales.

Mientras exista en lasedificaciones el peligro deque puedan producirseasientos a consecuencia dehaber cedido alguna capablanda del terreno situadainmediatamente debajo de laobra con tendencia aescurrirse lateralmente,puede alcanzarse ciertogrado de seguridad hincadoun recinto de tablestacasensambladas.

Las placas o losas de cimentación, en contraposición a las de forjado llevan una armadura principalen la parte superior para contrarrestar la contrapresión del terreno y el empuje del agua subterránea,y una armadura inferior, debajo de las paredes portantes y pies derechos, para excluir en lo posible laproducción de flechas desiguales. Mayores luces exigen mayores espesores de losa o bien lacolocación en la parte superior de nervaduras de rigidización. Se consigue la máxima rigidez conpoco consumo de material procediendo de modo análogo a los forjados de piezas huecas, es decir,envolviendo en hormigón un sistema de piezas huecas o piezas de relleno.

VERTIDO DE ARENA, GRAVA Y PIEDRA

En aguas subterráneas, suelos pantanosos u otros terrenos no resistentes con componentesperjudiciales para el hormigón, puede conferirse al terreno mayor firmeza o reducirse la profundidadde cimentación propiamente dicha mediante un vertido de arena, grava o piedra.

Se excava la porción de terreno inadecuado y se reemplaza por el vertido o relleno. En terrenos

blandos y en casos de agua subterránea es preciso proteger previamente el vertido de todosdesplazamiento lateral mediante tablestacados. Los vertidos de piedra en bruto en terrenospantanosos y en agua al descubierto se hunden por su propio peso hasta encontrar un fondoresistente.



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CIMENTACIONES PROFUNDAS

Cuando el terreno firme para cimentar se halla a mucha profundidad se tratará previamente de llegara esa capa por medio de pilotes o de pozos. Al cimentar sobre pilares, que es un tipo de cimentaciónmuy antiguo, la excavación y entibacion de las zanjas y pozos, así como la construcción de los

pilares, ocasionan elevados gastos. Por consiguiente, hoy día se prefiere la cimentación sobre piloteso mediante pozos.

CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES

Se diferencian en esta clase de cimentación dos tipos: la cimentación rígida (que puede ser de primero segundo orden) y la cimentación flotante.

En la cimentación rígida de primer orden, las puntas de los pilotes se clavan en una capa de terrenofirme, por debajo de la cual no hay ya más capas de terreno blando o flexible. Este tipo decimentación es la mejor y más segura de todas las cimentaciones sobre pilotes. Las fuerzas desustentación actúan principalmente sobre la punta del pilote (pilotes de punta comprimida), y encuantía mucho menor mediante el razonamiento de la superficie lateral del pilote con el terreno.

Se dice que una cimentación sobre pilotes es flotante cuando los pilotes no se apoyan sobre ningún

terreno firme, sino que permanecen sostenidos sólo por el razonamiento en capas de terrenofuertemente comprensibles. En esta clase de cimentaciones hay que contar siempre conasentamientos de larga duración. Por ello se deben hincar los pilotes lo más profundamente posibleen el terreno blando. La experiencia demuestra que los pilotes cuya longitud es menor que la anchurade la obra no soporta su carga.

Las cimentaciones con pilotes flotantes deben evitarse si es posible. De todos modos se empleancuando las capas blandas se vuelven más firmes y resistentes a medida que crece la profundidad,con lo cual cabe esperar asentamientos más reducidos que en caso de una cimentación somera.

DIMENSIONADO DE CIMENTACIONES SOBRE PILOTES

Extracto de la DIN 1054:

5.2.1 Las cimentaciones sobre pilotes deben dimensionarse generalmente de modo que las cargas

verticales de la obra sean transmitidas al terreno sólo a través de los pilotes. Las cargashorizontales importantes pueden contrarrestar, no sólo inclinado los pilotes (pilotes inclinados,grupos de pilotes), sino tan bien mediante dispositivos de anclaje puestos de plano (como porejemplo pilotes, placas o muros de anclaje) y, en casos especiales, dando a los pilotes unaconfiguración rígida a la flexión. A este respecto no hay que tener en cuenta todos los posiblessentidos de desplazamiento horizontales.

5.2.3. En caso de grupos de pilotes, la suma de los refuerzos de compresión no debe constituir parael terreno una carga superior, por término medio, la que seria admisible para una cimentaciónsomera situada a la profundidad competente para contrarrestar dichos esfuerzos.

A este respecto la resistencia del terreno bojo la punta de los pilotes debe estimarse deacuerdo con las directrices que figuran en los apartados 3 y 4.

5.2.5. Los pilotes de cimentación deben cargarse preponderadamente en la dirección de su eje. Hayque comprobar la transmisión de las cargas de la obra a los pilotes. Las uniones debenconfigurarse cuidadosamente.

5.2.7. Los pilotes deben estar hincados a profundidad suficiente y en terreno firme (por ejemplo, encaso de terreno de grava y arena en capas semicompactas o compactas bastan en generalunos 3 m), a menos que por otros motivos no sea necesaria una mayor profundidad de hinca obien, en terrenos muy compactos o firmes, baste o sea recomendable una más pequeña.

Debe procurarse que la profundidad de cimentación sea lo más regular posible. Si no se puedeevitar un escalonamiento de pilotes contiguos en cuanto a profundidad, los pilotes másprofundos deben hincarse antes de los menos profundos.



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5.2.10. Los pilotes aislados deben estudiarse con respecto a su seguridad contra el pandeo, para locual las longitudes expuestas a pandeo y las condiciones de apoyo deben tomarsecorrectamente. Incluso las capas de terreno pastosas contribuyen a impedir el pandeo.

5.3. Influencias determinantes sobre la resistencia de los pilotes.

La resistencia de un pilote depende la clase de terreno y de sus propiedades, de la existencia deagua subterránea, de las capas de cubierta, de la forma y superficie de la sección del pilote, delmaterial del pilote, del estado de la superficie lateral y de la configuración de la unta del pilote, de laposición del pilote y de la distancia a los demás pilotes, así como de la manera de hincado.

También es preciso tener en cuenta, según el caso, las influencias del tiempo, del razonamientonegativo lateral, de la cara lateral por unidad de superficie y de la solicitación dinámica.

.3.1. Influencia del tiempo.

La capacidad sustentante de pilotes hincados, a la cual contribuye de modo preponderante elrazonamiento lateral, puede aumentar todavía mucho tiempo después del hincado, especialmente enterrenos de arena fina, limosos o arcillosos.

5.3.2. Razonamiento del tiempo.

Un pilote puede quedar sometido a una solicitación adicional a causa del razonamiento negativolateral, cuando las capas superiores del terreno se asientan. La acción del razonamiento negativosobre la obra puede disminuirse dando la correspondiente configuración a los pilotes y eligiendomayores distancias entre ellos.

5.3.3. Influencia de la carga lateral especificas

Si en las proximidades de una cimentación de pilotes se disponen irregularmente sobre una capa deterreno blando, por encima del subsuelo firme, una carga de cierta extensión superficial (algo así

como un terraplenado), pueden propiciarse movimientos horizontales del terreno blando. En tal casolos pilotes además sometidos a flexión.



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5.3.4. Influencia de solicitaciones dinámicas.

Oscilaciones o trepidaciones importantes pueden provocar una disminución de la capacidad portantede los pilotes o un aumento de los asentamientos.

5.4. Carga admisible sobre pilotes deducida de ensayos.

Caso de no disponer de resultados comparativos que sirvan de orientación, los pilotes que trabajan a

compresión se someterán a ensayos de carga siempre que.a) Deban sostener una carga superior a la que toleran las normas sobre carga admisible de lospilotes de hinca (DIN 4026) o de los pilotes de perforación (DIN 4014).

b) El terreno firme no esté formado por lo menos de un espesor suficiente de terreno nocoherente aproximadamente semiduro.

c) Al hincar los pilotes a la profundidad prevista surjan dudas en cuento a su capacidad portante.

La resistencia de los pilotes que trabajan a tracción y de los pilotes de anclaje debe verificarsesiempre –prescindiendo de casos de exigua solicitación -mediante cargas de ensayo (según DIN4014 y DIN 4026).

Constituyen una excepción los pilotes hincados que trabajan a tracción según DIN 4026.

5.5. Partiendo de valores experimentales.

Cuando las condiciones del terreno no son complicadas y se trata de tipos de pilotes frecuentementeusados, son válidas las cargas que figuran en DIN 4014 (pilotes de perforación) y en DIN 4026(pilotes hincados).

En cimientos sobre roca, las presiones calculadas para las superficies sustentantes del piloto puedensobrepasar, los valores de la tabla 7 (véase página 8) hasta en un 100%. Dentro de lo posible elpilote debe hincarse por lo menos 0,5 m en la roca.

5.6. Partiendo de procesos de cálculo.

La carga admisible sobre pilotes no puede determinarse en general con auxilio de procesos decálculo empírico o basado en la Mecánica del Suelo.

Sólo pueden admitirse sistemas empíricos cuando están acreditados a la luz de experiencia localesrealizadas bajo presupuestos exactamente establecidos o pueden considerarse como fidedignos porcomprobación mediante cargas de ensayo.

Para fórmulas relativas a hincado, véase DIN 4026, sección 2.9.5.7. Partiendo del comportamiento de los asentamientos.

Al dimensionar los pilotes hay que tener presente que el asentamiento de un grupo de pilotes puedeser mayor que el de un pilote aislado, a igualdad de carga en cada pilote. Por consiguiente, la cargaunitaria admisible para los pilotes de un grupo puede ser más reducidos que la aplicable a un piloteaislado.

En cimentaciones sobre pilotes flotantes, los asentamientos se producen lentamente. Lo propiosucede, sí bien en menor escala, en cimentaciones de pilotes rígidos sobre terrenos cohesivos deconsistencia aproximadamente semidura y de elevada plasticidad. En consecuencia, el ensayo decarga del pilote no da en tales casos, habida cuenta de la duración corriente del mismo, ningún indiciosuficiente sobre la magnitud de los asentamientos que cabe esperar transcurrido un tiempo mayor. Elensayo de carga debe complementarse entonces mediante un calculo de los asentamientos

producidos en las capas comprensibles del terreno cargadas por el pilote o el grupo de pilotes, deigual modo que se procede con las cimentaciones someras.

CONFESIÓN DE PILOTES

Según la manera de confeccionarlos o fabricarlos, los pilotes pueden ser prefabricados yhormigonados en obra.

Pilotes prefabricados

Los pilotes de madera de los palafitos constituyen la forma más antigua de pilote prefabricado. Actualmente se constituyen por regla general pilotes de acero o de hormigón armado de elevadascapacidades sustentantes y muy resistentes a la putrefacción y ataque de parásitos, los cuales sehincan a golpes o a presión, se introducen al chorro de agua o se atornillan en el terreno. Lastrepidaciones producidas al hincar pilotes con el martinete pueden provocar asentamientos y grietasen edificaciones o vías férreas vecinas. Las hincas de pilotes deben ir precedidas de perforaciones de

exploración hechas con todo cuidado para precisar la posición exacta de las capas firmes del terrenoque se darán debajo de las edificaciones que hay que construir. Si no se conocen bien todas lasirregularidades de la capa de cimentación, hay que contar con que no todos los pilotes llegarán a



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apoyarse en el terreno firme y en consecuencia habrá que lamentar luego asientos nocivos para laobra. La cimentación sobre pilotes está también condenada al fracaso cuando las puntas de lospilotes tropiezan con grandes trozos de roca o con capas duras intermedias de escaso espesor.

Pilotes de madera

En la actualidad sólo rara vez se emplean. Tienen el inconveniente de que es preciso que quedensiempre sumergidos en agua si se quiere evitar la putrefacción de la madera. En cambio, en esascondiciones son de gran duración, como lo prueban obras hechas hace siglos, cimentadas sobrepilotes de madera. Hace sólo algunos decenios que se han producido deterioros en esascimentaciones por causa del descenso del nivel del agua subterránea.

Pilotes de acero

Raras veces se recurre a su empleo a causa de su elevado coste.

Como reacciones se emplean normalmente tablestacas de doble pared (perfil Peiner, perfil de cajón)o tablestacas de pared sencilla.

Pilotes de hormigón armado

Pueden soportar más carga que los de madera y tienen, como los de acero, la ventaja de que laprofundidad de su introducción en el terreno no depende en manera alguna del nivel de la capa deagua subterránea. Se fabrican macizos o huecos y en diferentes longitudes. Únicamente hay que

tener en cuenta el peligro del pandeo cuando están hincados en terrenos de fango, pantanosos o denaturaleza blanda parecida. Con los pilotes de hinca de hormigón armado existe el peligro de que porel transporte y la hinca se formen grietas capilares por las cuales pueden penetrar agua ácidas osalinas capaces de corroer las armaduras.

Para aminorar el riego de grietas durante los procesos de transporte e hinca, los pilotes suelenconstruirse hoy día de hormigón pretensado cuando se trata de grandes dimensiones se prefabricanhuecos, y en varias piezas. Así, por ejemplo, en la cimentación del puente de Maracaibo se utilizaronpilotes huecos de hasta 60 m de longitud, con un diámetro exterior de 91.4 cm.

PILOTES HOMIGONADOS EN OBRA

Se ejecutan, por e contrario, en el propio terreno, en un agujero previamente practicado por medio dehinca o perforación. Ofrecen ante todo la ventaja de poder ajustar sus dimensiones de acuerdo con laresistencia a la hinca o con el estado de las capas perforadas: por otra parte, queda suprimido el

difícil transporte de los pilotes prefabricados.Los diferentes sistemas de fabricación de estos pilotes tienden a conseguir un aumento de lacapacidad portante:



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Mejora de la capacidad portante del terreno situado debajo de la punta del pilote porcompactación o consolidación.

Fresado de una zapata.

Inyección del hormigón de relleno a alta presión para crear una zapata y una superficie lateral depilote abotagada, con lo cual al propio tiempo queda compactado el terreno circundante.

Gracias a la zapata y a la presión ejercida por el pozo del piloto contra el terreno se obtiene laposibilidad de utilizar pilotes no solamente como elementos de apoyo, sino también como elementospretensados aptos para tracción.

Pilotes hormigonados en obra hincados o introducidos a presiona

A tal efecto se hinca a golpes o a presión un tubo funda provisto de punta de pilote o de tapón dehormigón, con lo cual se obtiene el agujero par el pilote y el sostén del terreno. Este queda entoncescompactados bajo la punta del pilote y empujado lateralmente, introduciendo finalmente hormigónapisonado en el hueco y tirando simultáneamente del tubo funda se logra un rozamiento periféricosubstancialmente mayor –que el que proporcionan los pilotes prefabricados hincados.

Pilotes de perforación o barrenados

Con respecto a los pilotes de hinca, los pilotes de perforación hormigonados en obra ofrecen nuevasventajas. Ante todo sólo exigen como aparato de perforación un sencillo caballete trípode, sin

necesidad de pesadas mezas. Se evita toda trepidación del terreno, por lo cual los pilotes deperforación pueden ser empleados en las inmediatas proximidades de los edificios.

Mediante el empleo de aparatos perforadores especiales es, incluso, posible colocar pilotes en sitios

en sitios de espacio limitado como p.ej. en sótanos o bodegas para la construcción de cimentacionesbasadas en ellos.

Mediante la perforación, las capas del terreno pueden considerarse que siguen intactas y laslongitudes de los pilotes correspondientes a ellas pueden ser determinadas con toda precisión. Lostrozos de roca o las capas intermedias duras que en el terreno puedan existir no constituyenobstáculo alguno para los pilotes de perforación, ya que con las herramientas perforadoras adecuadason fáciles de atravesar.

Igual que en las perforaciones de reconocimiento o sondeo, al efectuar perforaciones destinadas apilotes se va también introduciendo, a medida que progresa en profundidad la cuchara excavadora oel elemento perforador, un tubo funda cuyo objeto es impedir que el agujero practicado sedesmorone. A causa de la elevada resistencia de rozamiento que presentan las perforaciones paralos pilotes de gran calibre, se emplean con este fin dispositivos vibratorios, de percusión o bienhidráulicos (giratorios y de presión).



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El empelo de un liquido tixótropo de sostenimiento (véase pagina 12) hace innecesarias laintroducción y posterior atracción de tubos funda, incluso en zona atravesada por aguassubterráneas. A causa de la rugosidad de la pared así obtenida, sin entubación alguna, y gracias alapisonamiento del hormigón vertido se logra un notable rozamiento periférico. Sin embargo, y a pesarde esto, normalmente se hace un entubado por debajo del nivel de aguas subterráneas. Entonces svierte el hormigón mediante un embudo, siguiendo el procedimiento de hormigonado durantesubmarino, o bien se bombea el agua de la entubación durante el proceso de hormigonado.

En caso de pilotes de hormigón comprimido, tras la introducción de la armadura y la colocación deuna caperuza de cierre se expulsa el agua dela agujero por medio de aire a presión. Al propio tiempoel tubo funda es levantado y el hormigón se comprime contra la pared de la perforación, evitando queel terreno se desmorone y obstruya la sección del pilote.

Emparrillado de pilotes

El conjunto de pilotes dispuestos debajo de una obra se designe con el nombre de emparrillado depilotes. Las cabezas de los pilotes soportan las cargas de la obra, sea directamente, sea a través deuna estructura de cimentación que la disminuya.

La armadura de los pilotes y la de los elementos que constituyen los cimientos (fajas, bloquesaislados o losas) deben estar enlazadas. Si emplean pilotes prefabricados de hormigón armado espreciso de los mismos, una vez acabados de hincar. Los pilotes deben colocarse de forma que sólotrabajen en la dirección de su eje, y no a flexión. Por regla general se disponen verticales debajo delas edificaciones; sin embargo, cuando son los de gran longitud y los esfuerzos horizontales sonimportantes (más del 3% de las cargas verticales) se disponen también pilotes inclinados. Puesto quelos esfuerzos horizontales, obtenidos combinarse los debidos al viento, al empuje de tierra, a lassobrecargas, a la presión y a la circulación de agua, pueden ser variables, lo pilotes inclinados suelenestar formados por pares en los que un pilote de compresión y otro de tracción están acoplados

entre sí.



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Exceptuando el caso de muros de pilotes, los pilotes deben disponerse a la próxima distancia posibleuna de otro y, si están en hileras próximas en posición alternada, con objeto de repartir con el máximode uniformidad la carga en el terreno.

Pilotes barrenados de grandes diámetros

La evolución de la técnica de la perforación permite actualmente la construcción de grandes pilotesbarrenados con diámetros de hasta 2,50 m, cuya capacidad portante es varias veces superior a la de

todo un haz de pilotes (hasta más de 1000 ton.), por su ejecución deberían figurar más bien en elapartado sobre “cimentación de pozos” que como pilotes de perforación. Además de unos costes defabricación sensiblemente más bajos por ton de capacidad portante, los pilotes de gran diámetroofrecen también una mayor seguridad para absorber esfuerzos horizontales y momentos flectores.

Los tubos funda, de acero, van siendo hincados a medida que progresa la excavación por efecto demovimientos giratorios y vibratorios debidos a dispositivos hidráulicos de palanca o a vibradoresgiratorios accionaos mediante aire comprimido, los cuales eliminan momentáneamente elrazonamiento periférico.

El empleo de vibradores giratorios no exige ningún andamiaje o caballete, sino meramente un equipode compresor y excavadora. Sin embargo, incluso recurriendo a protecciones sonoras son muchomás ruidosos que los dispositivos hidráulicos de guía y entubación a causa de las oscilacionespercusoras de vaivén. La excavación se efectúa con dragas de cuchara, y en caso de terrenos duros,

mediante pesados trépanos de callad libre; si hay penetración de agua y la granulación de la tierra esadecuada, se usan también bombas para la evaluación de escombros. El proceso de hormigonado yla extracción simultánea del tubo funda se realizan en los pilotes barrenados ordinarios.



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CIMENTACION DE POZOS

La cimentación en pozos excavados es un sistema antiguo de cimentación que en la actualidad, aunempleando otros materiales, todavía se utiliza en numerosas ocasiones. Así como, antiguamente, lospozos se revestían de obra de fábrica, hoy día se emplean cilíndricos huecos de hormigón armado ode acero. Los tubos de hormigón armado se introducen en el terreno hasta alcanzar las capas firmes,mediante las correspondientes perforaciones, y después se rellenan con hormigón apisonado. Elconsumo de acero es muy escaso, porque sólo se necesita armadura en los tubos de la envolvente yla cabeza del pilar como enlace con las losas de cimiento colocadas encima. En cambio, el consumode hormigón es grande.

La ejecución de pozos con tubos de acero, que a medida que avanza el proceso de hormigonado vansiendo extraídos, es exactamente igual a la construcción de pilotes barrenados de gran diámetro (ver

anteriormente).



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MEDIDAD DE SEGURIDAD

Para evitar daños causados por asentamientos, no sólo en los edificios a levantar, sino también enedificaciones ya existentes o próximas, resumimos a continuación todas aquellas medidas oprecauciones relativas a la zona de cimentaciones de una obra y encaminadas a evitar o subsanardesperfectos.

MEDIDAS PROTECTORAS CONTRA LOS ASIENTOS PERJUDICIALES

Cuando sean de temer fuentes asientos por acusa de las elevadas cargas de los edificios construidosy de la escasa aptitud portante del terreno, la construcción de los cimientos variara según sea elespesor de la capa de este terreno poco firme.

Si el estudio del terreno ha permitido comprobara que el terreno firme se halla ya a una profundidadde 1 ó 2 m, lo mejor es desmontar la capa superior y cimentar sobre firme a la oportunidadcorrespondiente.

Si el terreno firme está a profundidad mayor es necesario considerar si, para evitar los fuertesasientos que podrían producirse será mejor recurrir a una cimentación sobre pilotes o en pozos obien a cimentos que descansen sobre pilotes o en pozos o bien a cimientos que descasen sobrelosas o placas. La reducción de la presión sobre el terreno o, lo que es lo mismo, el aumento de lasuperficie de apoyo solamente de buen resultado cuando se trata de asientos claramentesuperficiales. En terrenos sin consistencia pueden evitarse esos fuertes asientos dando mayor

compacidad a esas capas de terreno o consolidándolas.



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Los terrenos de arena, gravilla o grava pueden ser mejorados en su compacidad por medio devibradores, hasta 1 m de profundidad, y por métodos de compresores vibratorios hasta unos 30metros.

Es posible consolidar esos terrenos mediante la inyección de determinados productos químicos los

procedimientos del Dr. Joosten.La arena fina o polvillo arenoso, la marga arenosa y el limo sólo pueden consolidarse eliminando elagua y cargándolos previamente.

En terrenos consistentes es posible reducir la importancia de los asientos constituyendo lentamente afin de que las partículas de agua incluidas tengan tiempo de irse escurriendo bajo la presión porabajo y por los lados.

La parte central de los cuerpos de edificio de forma alargada está expuesta a fuertes asientos comoconsecuencia de la adición o acumulación de las presiones; las partes externas de dichos cuerpos deedificio ya no lo están en tanto grado. Para evitar los perjuicios ocasionados por los mencionadosasientos existen las siguientes posibilidades:

Subdivisión del cuerpo de edificio en cuestión por medio de juntas de asiento. Las partes de la obrapueden entonces hacer su respectivo asiento por separado. Sin embargo, la formación de tales juntas

es a veces muy difícil, porque han de tener mayor anchura todavía que las juntas de dilataciones, sihan de resultar eficaces en toda clase de circunstancias.

Las dimensiones en anchura de los cimientos, en los que se refiere a las partes extremas de losedificios, se calcula a base de la presión admisible sobre el terreno en que hay que asentarlas.

Por lo que se refiere a las porciones centrales se partirá de una presión algo menor, a fin de alcanzarel terreno iguales solicitaciones y un asiento del mismo orden.

La mejor solución consiste en interponer entre los diversos cuerpos de edificio articulaciones cuandoresulta posible, como por ejemplo en las cajas de escaleras, si a causa de las diferentes magnitudesde las cargas de las construcciones son de temer asientos desiguales en un terreo de capasuniformes, puede recurrirse a empezar las obras por aquellos cuerpos de edificios más pesados(siempre que se disponga de tiempo suficiente) y dejar que vayan haciendo su asiento antes deempezar a construir las demás partes de la obra con las que se han de enlazar.

Si el tiempo disponible es demasiado corto para poder recurrir a esa solución, también es posibledimensionar las anchuras de los cimientos de acuerdo con las diferentes presiones sobre el terrenoen los distintos cueros de edificios o disponer articulaciones entre los mismos.



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RECALCE DE CIMENTACIONES

Cuando es preciso construir los cimientos de una nueva edificación por debajo de la cimentación deunos edificios antiguos contiguos, hay que recalzar previamente los cimientos de estos últimos, esdecir, ahondarlos hasta la profundidadde los nuevos o bien sostenidos d formapermanente mediante una estructura

adecuada. Como elemento se sostén seutilizan, según las circunstancias,tablestacados, muros pantalla, muros depilotes barrenados, o consolidacionesquímicas del terreno, si convienereforzadas con anclaje, los cuales hansido ya descritos detalladamente en elapartado “entibaciones” (pag. 10). Tantosi se ahondan los antiguos cimientoscomo si se sostienen mediante unaestructura, debe proceder a un calculoestático en el que, además de verificar laseguridad en cuanto a la rotura y

estabilidad del terreno, se tendrá encuenta posibles asientos de laedificación antigua a causa desuperposición de presiones o dedescensos eventuales del nivel de aguasubterráneas.

Sin previo apuntalamiento no debe dejarse ninguna cimentación al cubierto a lo largo de toda sualtura. Hay que dejar por lo menos hasta 50 cm por encima de la base una berma de 2 m de ancho,a partir de la cual puede rebajarse la altura según un bisel a 30º.

Par efectuar el recalce del muro se practican varias perforaciones espaciadas a lo largo del mismo,que se entiban si exceden de 1.25 m de profundidad y luego se construyen macizos de hormigón o dela fabrica de ladrillo sobre la nueva solera de cimentación. La longitud de cada tramo de recalce no

debe exceder de 1.25 m, y la distancia entre dos tramos próximos tiene que ser como mínimo iguala 1.5 veces la profundidad de perforación necesaria.

Con objeto de reducir al mínimo el asiento posterior de cimentaciones recalzadas, es precisopresionar cada uno de los macizos contra el fondo de la antigua cimentación por medio de gatoshidráulicos o de cuñas. Entonces se empieza por atacar con hormigón la junta de unión; una vez elhormigón ha fraguado, se retiran los gatos hidráulicos y se llena la abertura dejada por los mismos.



185




En caso de grandes profundidades de perforación y a causa del retraso en la ejecución de la obraque supone el recalce por tramos, cuando el muro a recalzar debe a la vez apuntalarse se tomanotras medidas: se construye una entibacion resistente que puede anclarse hacia atrás en el terreno,la cual hace innecesario todo realce hacia atrás en el terreno, la cual hace innecesario todo recalce ydeja el espacio de la zanja libre para movimientos. Tal entibacion exige, no obstante, un importante

equipo de maquinaria.MEDIDAD PARA SUBSANAR ASIENTOS YA PRODUCIDOS

También se incluye aquí la seguridad de edificaciones en las que, en el transcurso del tiempo, se hanproducido asientos inesperados a causa de un exceso de carga sobre el terreno o de un descensodel nivel de las aguas subterráneas. Cuando una consolidación del terreno, una elevación del nivelhidráulico y una presión sobre la base de cimentación no promete éxito alguno, es preciso transferirla carga de la obra a capas más resistentes del subsuelo efectuando una cimentación suplementariamás profunda. De este modo pueden recalzarse obras edificadas tanto sobre cimentaciones somerascomo sobre cimentaciones profundas y eventualmente devolverlas de nuevo mediante prensashidráulicas a la altura o al nivel primitivo.

Puesto que estos trabajos deben efectuarse siempre en circunstancias de limitación de espacio y, enlo posible, es preciso evitar vibraciones, sólo cabe el empleo de pilotes barrenados hormigonados en

obra, que se disponen debajo del bloque de cimentación existente o bien junto a él. Las cargas de laobra se trasmiten a las cabezas de los pilotes a través de unas vigas de recalce que allí seintroducen. Para elevar la obra se disponen, como se ha dicho antes, prensas hidráulicas colocadasentre ella y el recalce y las diferencias de alturas se compensan con un relleno de hormigón.



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TEMA: CIMENTACIONESREFER: CIMENT. DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – J. ALVA – ACI PERU



CIMENTACIONES PROFUNDAS

1. INTRODUCCIÓN

1.1. Generalidades

El uso de pilotes es una de las técnicas más antiguas del hombre para superar las dificultadesde la cimentación de estructuras en suelos blandos. Antes del siglo XIX, el tipo de cimentaciónmás común en los edificios eran zapatas continuas, y solo si el terreno era incapaz de soportarlas presiones que ejercían las zapatas, se usaban pilotes. El diseño de estas cimentacionesestaba basado en la experiencia o simplemente dejado a la divina providencia

En sus incisos, los pilotes eran todos de madera por su abundancia y su fácil maniobrabilidad,así que para dar seguridad a una estructura se hincaban pilotes en forma abundante, sinninguna norma y a criterio del constructor. De esta manera, la capacidad de carga del piloteestaba limitada por el grosor de la madera y su capacidad de soportar el peso del martillo sinastillarse. Es así que en un principio se basaba en la resistencia al golpe de un martillo de pesoy altura de caída conocidos. Como el tipo de estructura de esa época no sufría grandesasentamientos, no surgió otro material que lo reemplace.

A medida que el desarrollo industrial aumenta, se crea una demanda de estructuras pesadas enlugares de terreno blando; surge entonces el pilote de concreto como una solución que superalargamente al pilote de madera, debido a que podía ser fabricado en unidades de las mismasdimensiones que el pilote hecho de madera, pero capaz de soportar compresiones y tensionesmucho mayores. Además que puede moldearse en cualquier forma estructural de acuerdo a lassolicitaciones de carga del tipo de suelo sobre el que se hinca.

Con el desarrollo de las máquinas de gran eficiencia de perforación a gran profundidad ydiámetro, se reemplazo parcialmente los pilotes hincados por los pilotes moldeados in – situ.

Posteriormente el acero, por su fácil maniobrabilidad y gran resistencia de hincado a grandesprofundidades, empezó a tener auge, siendo los problemas de corrosión solucionados con laintroducción de capas de pinturas durables y resistentes.

Conforme el costo de las cimentaciones pilotas toma importancia, surge la necesidad dedeterminar un número de pilotes que no fuese mayor que el necesario para proporcionarseguridad a la estructura; se llega entonces a especulaciones teóricas que dan por resultadoformulas de hinca, aunque posteriormente se determina que éstas adolecían de grandesdefectos, haciéndose usual determinar la carga admisible del pilote ejecutando ensayos decarga sobre un pilote de prueba y determinado el número de pilotes mediante el cociente de ladivisión de la carga total entre la carga admisible por pilote.

Algunas estructuras resultaron satisfactorias, sin embargo otras fallaron, de los cual se deduceque el asentamiento de un pilote de prueba, aún cuando la carga por pilote fue igual a la cargade un pilote de prueba. De cualquier forma, es necesario conocer la capacidad de carga de unpilote porque forma parte de a formación para desarrollar un proyecto de cimentacionespiloteadas.

Para tener una cabal compresión del comportamiento de pilotes, se debe conocer todos lostipos de pilotes y los métodos de instalación existente. El diseño y la construcción de

cimentaciones piloteadas es un campo de la mecánica de suelos en la que se requiere elcriterio de un ingeniero que no se confié en el discutible valor de una formula y que sepa haceruso de su experiencia, sentido común e infusión del comportamiento de los materiales.

1.2. Funciones y usos de los pilotesEl pilote es un elemento estructural que forma parte de la infraestructura de la edificación,cuyas principales funciones son las siguientes:

a) Transferir cargas de la superestructura y del resto de la infraestructura a través de estratosdébiles o compresibles, a través del agua o aire, hasta estratos inferiores con la suficientecapacidad de carga como para soportar la estructura, comportándose el pilote como unaextensión de columna o pilar. Estos estratos inferiores pueden ser rocas, arcillas duras osuelos de baja compresibilidad. Al pilote que reposa sobre estos estratos se le denomina“pilote de punta” (fig. 1.1 a).



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b) Transferir o repartir la carga sobre un suelo relativamente suelto a través de la fricción desuperficie entre pilote y el suelo. Este tipo de pilote se denomina “pilote de fricción” y a suvez se puede subdividir, según Terzaghi, en pilotes de fricción en suelos de grano fino o debaja permeabilidad.

En la naturaleza es difícil encontrar estratos de suelos homogéneos, por lo que no existe unlimite real entre estas categorías (fig. 1.1 b)

c) En situaciones donde el suelo alrededor de un pilote lo mueve hacia abajo, a esto se ledenomina «pilote de fricción» esta fricción tiende a hundir el pilote y si este no puedepenetrar más, en la punta en la punta del pilote se generará una presión concentrada. Estecaso se puede presentar cuando se hinca un pilote en un estrato blando en cuya superficiese coloca un relleno que consolide el terreno, entonces éste al consolidarse generará en lascaras del pilote unas fuerzas de fricción hacia abajo que se denomina fricción negativa (fig.1.1 c).

d) Proporcionar anclaje a estructuras sujetas a supresiones, momentos de volteo o cualquierefecto que trate de levantar la estructura. Las fuerzas horizontales resisten por pilotes enflexión (fig. 1.1 d) o por grupos de pilotes verticales e inclinados que actúan como un sistemaestructural, combinado las resistencias axiales y laterales de todo el grupo (fig.1.1e)

e) Alcanzar con las cimentaciones profundidades que no estén sujetas a erosión, socavaciones

u otros efectos (fig. 1.1 g).f) Para evitar los daños que puede producir una futura excavación a la cimentación de una

edificación adyacente; en este caso del pilote lleva la carga de la cimentación debajo delnivel de excavación esperado (fig. 1.1 g).

g) En áreas de suelos expansivos o colapsables, para contra impactos movimientosestaciónales no sucederán. (fig. 1.1 h).

h) Proteger estructuras marinas como muelles, atracaderos, contra impactos de barcos uobjetos flotantes.

i) Soportar muros de contención, contrafuertes o cimientos de máquinas.

j) Compactar el suelo.

1.3. Alcance

La materia de cimentaciones profundas y el diseño de cimentaciones mediante pilotaje cubreun amplio alcance, sobre el que existen muchas referencias bibliográficas, tales como las quese presentan en las referencias. El propósito de estas notas es introducir los principales tiposde pilotes existentes en nuestro medio y presentar la evaluación de la capacidad portante yasentamiento de pilotes bajo carga axial. Se presenta la evaluación de la capacidad de carga yel asentamiento de pilotes individuales y en grupo, así como las formulas de hinca y losensayos de carga.

En el anexo se descubre un programa de cómputo que permite determinarla capacidad decarga axial de un pilote en base a fórmulas empíricas que utilizan resultados de ensayos depenetración estándar. Se discuten algunos ejemplos de aplicación de dichas fórmulas en laexperiencia del autor.

2. CAPACIDAD DE CARGA DE PILOTES Y SEGURO DE PILOTES

El primer paso en el diseño de pilotes es calcular la capacidad de carga última de pilotesindividuales. Existen diversos procedimientos de diseño, los mas sencillos serán presentadosen este acápite. Después de calculada la capacidad de carga última, deberá determinarse lacapacidad de carga admisible del pilote algunos comentarios sobre dicha determinación seránindicados.

En ciertas condiciones del terreno, el suelo que rodea la parte superior del pilote se puedeasentar con relación al pilote, cambiando la dirección de la fuerza de fricción en el lado delpilote y tendiendo a jalarlo hacia abajo. Este fenómeno, conocido como fricción negativa,produce una carga adicional en el pilote. De modo que reduce su capacidad portante. Sepresentarán los casos donde puede ocurrir fricción negativa y un método para estimar lamáxima fuerza impuesta por la fricción negativa.

La capacidad portante de un grupo de pilotes puede no ser igual a la suma de las capacidades

portantes de todos los pilotes en el grupo, por lo que debe considerarse el comportamiento delgrupo como un todo.



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ANEXO PILOTES

1. GENERALIDADESLos pilotes son piezas largas, cilíndricas o prismáticas, que penetran a través de un suelo debaja capacidad portante, a fin de transmitir las cargas a una zona de capacidad portante mas

elevada.Los materiales empleados (madera, concreto armado o pretensado, acero) y dimensionamiento(longitud y sección) de los pilotes están determinados por la naturaleza de los estratos delterreno; en cambio, la naturaleza de los pilotes (pilotes prefabricados o hechos «in situ») estadeterminada por las condiciones económicas y prácticas.

Los pilotes se emplean particularmente para las cimentaciones de abras bajo agua, como lasescolleras o las pilas de los puentes, trabajan de la forma siguiente:

Pilotes resistentes por efecto de punta:

Cuando la zona o estrato portante de cimentación esta formado principalmente por materialesresistentes (terreno rocoso o formado por una mezcla de arena y grava), los pilotes trabajan porpunto (pilote de punta), son análogos a columnas que transfieren la carga de un estratosuperior no resistente a un estrato más resistente.

2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Cuando el terreno resistente esta profundo, la carga de las estructuras se suelen transmitir almismo mediante pilotes. Generalmente, los pilotes solo están sometidos a esfuerzos axial, esdecir a tracción o compresión.

Las fuerzas horizontales deben ser absorbidas mediante pilotes inclinados. En edificios nosuelen ser necesario generalmente. Si la fuerza horizontal que solicita un pilote totalmenteembebido en el terreno grupo de pilotes no es superior a 3 por 100 o como máximo 5 por 100de carga vertical, se puede prescindir en general de los pilotes inclinados (norma DIN 1054).

La carga del pilote puede transmitirse al terreno por razonamiento por el fuste presión en lapunta o combinación de ambos, la transmisión de la carga depende del tipo de terreno y de lascaracterísticas del pilote.

3. CLASIFICACION DE PILOTES Y PILOTAJES3.1 SEGÚN LA CLASIFICACIÓN DE LA CAPA RESISTENTE3.1.1 PILOTES COLUMNA

En los cuales la carga de la estructura se transmite pilotes en una capa de terreno resistenteprofunda.

3.1.2 PILOTES FLOTANTES

Que en general debe evitarse en ellos la carga no se transmite directamente a una capa deterreno resistentes, ya que este suele encontrarse tan por debajo de las capas cohesivascompresibles que la punta del pilote no pueda alcanzarlos dentro de limites económicos.

3.2 SEGÚN EL TIPO DE TRANSMISIÓN DE CARGAS

3.2.1 PILOTES DE RAZONAMIENTO

Que transfieren su carga al terreno resistente principalmente por razonamiento del fuste.

3.2.2 PILOTES POR PUNTA

En los cuales las carga se transmiten principalmente por la presión en la punta y el rozando delfuste en las proximidades de la misma.

El rozamiento del fuste en la parte superior del pilote desempeña poco o ningún papel. Típicospilotes de este tipo son el pilote de concreto armado de punta de estrella y el piloteo moldeadoIN SITU sistema PAPROTH.

La presión admisible en la punta aumenta notablemente mediante un ensanche de la misma enalgunos pilotes moldeados IN SITU.

3.3 SEGÚN EL GRADO DE EMPOTRAMINTO EN EL TERRENO

3.3.1 PILOTES ENTERRADOS

Que están inducidos en el terreno en toda su longitud.



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3.3.2 PILOTES LIBRES

Que sólo tienen la parte inferior dentro del terreno estando la parte superior libre y quedando,por lo tanto, solicitado a pandeo.

4. PILOTES DE CONCRETO ARMADO

4.1 CARACTERISTICAS

Los pilotes de concreto armado tienen generalmente forma cuadrada u octagonal, alguna veztienen sección hexagonal o circular y aún anular.

La longitud normal varía de 10 a 20 m, pero pueden alcanzar los 30 m y sobrepasarlos.

Su dimensión transversal varía de 25 a 60 cm, su peso es considerable. Pueden hincarseverticales o inclinados, siendo la oblicuidad normal alrededor de un 10%.

La longitud de un pilote depende de la naturaleza del terreno en que va a ser hincado.

Generalmente la longitud no sobrepasa los 20 o 30 m y raramente los 40 m.

Se admite como longitud límite 50 veces la dimensión transversal más pequeña; pero se puedellegar a 80 veces esta dimensión.

4.2 FABRICACIÓN DE PILOTES

a. Cementos

Se emplea cemento Pórtland con una dosificación de 400 – 450 kg por m3 de agregado. Elempleo de cemento Pórtland debe prohibirse en aguas salinas o selenitosas, en las que seemplearán cementosa de escoria, adecuados para sus aguas agresivas.

a. Acero

Para las armaduras longitudinales se utiliza normalmente acero corrugado, se puede utilizarigualmente aceros de alta resistencia. Se puede utilizar, así mismo, acero de alto limite,elástico, que constituyen las mejores armaduras longitudes para piezas fuertementecomprimidas.

a. Encofrado

El vaciado de concreto de los pilotes se ejecuta en los encofrados preparados previamenteen la zona del vaciado del concreto especialmente preparada.

Los encofrados para pilotes cuadrados se hacen generalmente de madera se combinan paraque varios encofrados tengan caras verticales comunes; es el sistema de «acopio único», enel que se procede como sigue:

En primer lugar se vacía el concreto en los pilotes impares, teniendo cuidado de dejarespacio necesario para los pilotes adyacentes pares, se quitan los encofrados verticales y sevacía el concreto en la serie de pilotes pares después de haber colocado una chapa deseparación entre los parámetros verticales.

Se obtiene así una capa de pilotes juntos que se utilizan, después de haberlos cubiertos depapel, como zona para el vaciado de concreto de la capa superior.

La opresión continua así y se obtiene un conjunto de pilotes cuyo espacio ocupado en acopioes mínimo.

4.3 PUESTA EN OBRA DE LOS PILOTES

a) Dispositivo de engancheLos dispositivos de enganche o pasadores, sirven para sostener los pilotes durante suacarreo. El anclaje de estas barras deben estudiarse para asegurar al adherencia necesaria.El diámetro máximo de las barras de elevación es de 1 pulg.

Es necesario que el radio de curvatura de la barra de anclaje en el punto en contacto con laseslinga sea ligeramente superior al diámetro de la misma.

b) Transporte

Los pilotes son elevados y transportados de la zona de prefabricación a la zona de acopio,después a la zona de clavado, lo que constituye el acarreo. Los pilotes pueden engancharseen dos o más puntos.

c) Hincado con Martillo

Después de colocar el pilote en posición, se procede a la hinca que consiste en hundir elpilote en el suelo.



190




Se utiliza un martinete. Él «martinete» esta provisto de un mazo cadete que, por medio degolpes repetitivos sobre el pilote, lo hinca progresivamente en el terreno.

d) Casos de hincado

Generalmente se cubre la cabeza de los pilotes por un casco de protección para evitar si

disgregación.El casco que rodea muy estrechamente el perímetro del pilote es de función o de aceromoldeado.

El casco está coronado por un trozo de madera dura que confiere elasticidad al conjunto; unforro de madera tierna (eucaliptos) se intercala entre el pilote y el casco.

5. PILOTE PRETENSADOS

Los pilotes de concreto armado pretensado tienen, sobre los pilotes de concreto armadoprefabricados, ciertas ventajas que hacen preferidos a estos últimos.

Su resistencia al hincado es mayor, el concreto no se cuartea bajo el efecto del esfuerzo dehincado; existe también una mayor protección contra los agentes exteriores.

Su acarreo y transporte son más fáciles (enganche en uno o dos puntos), mientras que unpilote equivalente de concreto armado requeriría un mayor número de puntos de agarre. Lospilotes pretensados están particularmente indicados para grandes longitudes.

Los pilotes de concreto pretensado tienen un momento de inercia mayor que los pilotes deconcreto armado de las mismas dimensiones; en los primeros toda la sección transversal delconcreto contribuye al momento de inercia, mientras que en los segundos, la zona derecubrimiento no interviene; las armaduras si contribuyen (economía de acero comoconsecuencia de plena utilización de acero de lata resistencia).

6. PILOTES METALICOS

6.1 GENERALIDADES

Los pilotes metálicos empezaron a emplearse a partir de 1890. a partir de 1890 los perfiles en Iaparecieron en el mercado y su utilización fue corriente.

Estos pilotes, en los que la sección metálica absorbe íntegramente los esfuerzos a los que

están sometidos, difieren fundamentalmente de los pilotes de tubos metálicos perdidos, quedeben su resistencia al concreto.

6.2 VENTAJAS

a. Resistencia elevada a la compresión y la flexión.

b. Posibilidades de alcanzar grandes profundidades mediante soldadura de unos elementosmetálicos con otros.

c. Posibilidad de atravesar estratos resistentes.

PROBLEMAS DE PILOTES

7.1 FORMULA DE LA «ENGINNERING NEWS RECORD»

Donde:P = capacidad de carga del pilote (tn)Wr = peso del mazo (tn)H = altura de caída libre del mazo (m)s = hundimiento del pilote por cada 10 golpes de mazo (mm)FS = 6Los valores de la constante Co son:

Co = 25.4 mm (mazo de caída libre) Co = 2.54 mm (mazo de vapor)

PROBLEMA

Calcular la capacidad de carga de un pilote usando la fórmula de E.N.R. }Datos:

FS C s

hW p

r 1

0



191




Wr = 1.82 tnh = 3.81 ms = 12.7 mmCo = 25.4 mm.Reemplazando:

7.2 FORMULA DE PRANDTL (1921) La formula de Prandtl se escribe:

Donde:B = resistencia por punta del pilote (tn)D = densidad del concretoF = resistencia debida al razonamiento lateral

= peso especificoper = perímetro del pilote (m)K = coeficiente del empujef = coeficiente de rozamiento del pilote con el sueloh = altura del fuste del pilote (m)

El coeficiente de seguridad varia de 2 a 2.5

PROBLEMADeterminar la capacidad portante de un pilote de concreto armado de 35x 35, de 10m. de longitud, hincado en un terreno de las siguientecaracterísticas: = 35 grados

= 1.7 t/m3 f = 0.35 t/m2 h = 10mSe tiene:

2.4)-0.703.14ex(1.7/0.2710x0.35)x(0.35B B = 65.8 tn

35.035.040.2721/2x10x1.7x1/22F F = 148 tn

La carga admisible es: P = (B + F) / FS = 213.8 / 3 P = 71.3 tn7.3 FORMULA DE TERZAGHI

Resistencia por punta del pilote: las formulas semiempíricas deTerzaghi son:Pilote cuadrado de lado a: B = a2 (1.3 cNc + h Nq 0.40 a N)

Pilote circular de radio r: B = a2 (1.3 cNc + h Nq 0.40 a N)Resistentes al rozamiento lateral. Viene dada por la expresión:

Donde:f : Coeficiente de rozamiento (t/m2)

Terzaghi recomienda los valores máximos siguientes:Materiales arcillosos:- arcilla blanda y limo blando 0.75 - 3.0- limo arenoso 2.1 - 5.0

61

4.257.121081.382.1

3

P

tn P 3.30

tg e

K h A B

K h F

1

2

1 2

=



192




- arcilla consistente 4.0 - 10.0- arcilla muy consistente 5.0 - 20.0Materiales arenosos:- arena poco compacta 1.25 - 3.50- arena compacta 3.50 - 7.00- grava compacta 5.00 - 10.0

Cuando el terreno de cimentación es arcilloso, se suele tomar para el coeficiente el valor de lacohesión o una fracción del mismo.

PROBLEMADeterminar la capacidad portante de un pilote cuyas características y la naturaleza del terrenoatravesado con las siguiente:

= 30º Nq Nq = 22, Ng = 20r = 0.25 mh = 9 m

Se tiene:

Area = x 0.802/4 = 0.502 m2

3.14 x 0.50 = 1.573.14 x 0.80 = 2.51h = h1 + h2 = mde donde: B = 0.502 (1.1 x 0.80 x 20/2) B = 112.47 tm La resistencia al rozamiento lateral es.F 0 (1.57 x 8 x 4) + (2.51 x 1 x 2.5) F = 56.52 tnLa carga admissible es:R = (B + F) / Fs = (112.47 + 56.52)/3 R = 56.33 tn

7.4 FORMULA DE REDTENBACHER (1859)

Donde:E = Módulo de elasticidad del piloteM = peso del mazo (tn)h = altura de caída libre del mazo (m)P = peso del pilote (tn)s = rechazo del pilote (tn)FS = 3 - 4 Ar = sección homogenizada del pilote (m2)

PROBLEMADeterminar la carga admisible de un pilote vertical de sección 30 x 30 de 12 m de longitud,armado longitudinalmente con 4 ¾”, sabiendo que ha dado un rechazo de 2 mm, por hincadocon un mazo que pesa 1.5 tn., cayendo en caída libre desde una altura de 1 m., con FS = 3Coeficiente de equivalencia: m + Ea/EbE = 400.000 kg/cm2 = tn/m2

P = 0.30 x 0.30 x 12 x 2.4 P = 2.59 tn

Para M/P = 1.5/2.59 = 0.58 el coeficiente de reducción es:1-4 x (1-M/P)3 = 1-4 x (1-0.58)3 = 0.704

Ar = 30 x 30 + 15 x 11.4 = 1071.0 cm2 (4 ¾” = 11.4 cm2)

(E Ar) / L = (400 x 1071.0) / (12 x 100) = 357.0 tn/cm

(2 M2

H) / ({M + P) x (L / E Ar)=(2 x 1.52 x 100) / (1.5 + 2.59) x 1/357.0 = 0.308 cm2

FS Ar E L

P M H M s s

L EA R r

d 12

2

2



193




Rd = 357.0 x (0.59 - 0.2) Rd = 139.2 tn

R = Rd/Fs = 139.2/3 = 46.4 tn R = 46.4 tn 7.5 FORMULA DE VIERENDEEL (1906) La formula de Vierendeel para un pilote circular, se escribe

Donde:B = resistencia por punta del pilote (tn)

F = resistencia debida al rozamiento lateral (tn)D = diámetro del pilote (m)h = altura del fuste del pilote (m)

= peso especifico del terreno (tn/m3)f = coeficiente de rozamiento del suelo con el pilotef = coeficiente de rozamiento del pilote con el sueloVierendeel admite un Fs de 3 a 6

PROBLEMASe da un pilote de diámetro D = 0.60 m y de longitud H = 6m, se pide determinar la capacidadportante sabiendo que atraviesa un estrato de terreno definido por:

= 30º = 1.6 t/m3

f = 0.70B = 3.14 / 4 x (0.60)2 x 1.6 x 6 = 2.71 TN B= 2.71 tn F = 3.14 x 0.60 x 1.6 x 62 / 6 x 0.70 x 55/3 = 231.5 tnR = (B +F) / 6 = 39 Tn

590.0308.02.0 2

B = A h

Sen-1

Sen1f 21

Sen1

Sen-1f Dh

2

1F 2



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TEMA: CIMENTACIONESREFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFIC. – C. CASABOME – ACI PERU



DISEÑO DE CALZADURAS

¿A QUE LLAMAMOS CALZADURA?

La calzadura es un elemento que soporta carga vertical directamente y lo transmite a un estado

inferior del suelo. El término lo hemos generalizado para otro tipo de funciones y lo empleamosindistintamente para aquellas obras que se realizan con algunos de los propósitos siguientes:

a) Para consolidar la cimentación de una estructura existente. Tal es el caso de una estructuraque ha sufrido asentamientos. Este caso es frecuente en edificaciones de valorarquitectónico o histórico que por estar cimentadas sobre terrenos que se consolidaron conel tiempo han sufrido asentamientos que comprometen su estabilidad y se requiere nivelar laestructura y detener los asentamientos.

b) Para darle mayor capacidad portante a la cimentación y podía requerirse buscar un estratode suelo más resistente a mayor profundidad o reforzar la misma cimentación ampliándola.

c) Para protección de la propiedad vecina – edificaciones o taludes – cuando se va a realizarexcavaciones cercanas. En este contexto las obras de calzadura tienen carácter temporal yaque su función de contención o confinamiento será asumida definitivamente por la nueva

construcción.En los comentarios que siguen nos referimos a la calzadura hecha con este último propósito.

Cabe diferenciar algunas formas de protección en función a la ubicación de la calzadura y a suexigencia estructural.

1. Aquella que se ejecuta dentro de los linderos del terreno por excavar, (fig. 1 a)

2. Aquella que se realiza en propiedad vecina, es decir fuera de los linderos del terreno porexcavar (fig. 1 b)

En el primer caso no son propiamente calzaduras, son pantallas de contención (fig 2 a). Esta

es la práctica usual en Norte América, Europa y en algunos países de Latinoamérica. (Comoen el coso tan sonado de la pantalla de contención que falló en Bogotá y fue reportada en larevista. El ingeniero Civil

En la pantalla de contención no hay transferencia de carga vertical a los estratos profundos, eneste aspecto, no son propiamente una calzadura. Para evitar la posibilidad de asentamientosverticales en las estructuras existentes, por desplazamiento horizontal de la pantalla comoconsecuencia del empuje del suelo contenido, se depende exclusivamente de la rigidez lateralde la pantalla.

En segundo caso, cuando el profundizar en el terreno vecino, lo hacemos por debajo de unaedificación existente, (fig. 2b) estamos construyendo realmente una calzadura, porque, porqueademás de los empujes laterales que existen vamos a tener que transmitir parcialmente lacarga vertical de la cimentación existente a un estrato más bajo.



195




Las pantallas pueden ser de voladizo, apuntaladas o atirantadas, (fig. 3), pueden ser continuaso discontinuas. En este último caso, se aprovecha la capacidad del suelo para transmitir losempujes laterales por acción de arco a los nuevos soportes, (fig. 4).

Para la construcción de pantallas son numerosas las posibilidades que hay en el mercado ytienen características estructurales y constructivas muy diferentes. Entre las mas empleadas

están las tablestacas, las pantallas de concreto, las pantallas formadas por pilotes contiguos osecantes y las pantallas de poste – larguero. (fig. 5).

La elección de una determinada solución dependerá de su conveniencia, el Constructor deberáestudiar cada posibilidad considerando entre otros factores la altura de la excavación, lascaracterísticas del suelo y presencia de agua, la relación con edificios existentes y lascaracterísticas de su cimentación, los materiales disponibles, su capacidad de ejecución yequipamiento disponible el tiempo de ejecución y el costo.

CALZADURA EN CONGLOMERADO COMPACTOLa práctica de construir la calzadura fuera de los linderos del terreno por excavar, es decir enpropiedad vecina, es tradicional en el Perú, en Chile y en otros países.

Cabe preguntarnos si es correcto invadir la propiedad vecina. Evidentemente existen ventajasimportantes para propietarios de la nueva construcción, entre ellas el ahorro de espacio alpermitirle aprovechar el 100% de área del terreno y el control de asentamientos en la

edificación existente, con lo cual se está protegida la propiedad vecina.



196




En edificaciones en zonas urbanas donde el terreno cuesta mucho dinero, hay que buscarsoluciones donde la pérdida de área útil se minimice y la construcción de una pantalla puedesignificar perder algunos decímetros den el perímetro de la propiedad.

El mayor inconveniente al invadir el terreno vecino, esta en el perjuicio que causamos al vecinoal dejarle en sus linderos, elementos estructurales que tendrá que retirar cuando quieraconstruir.

En todo caso, lo correcto es comunicar a los vecinos que se va a excavar y calzar usando supropiedad y eventualmente acordar con ellos algún tipo de compensación por el uso de supropiedad y por los costos en los que eventualmente tendrá que incurrir.

En Chile generalmente las calzaduras toman la forma de una pantalla mixta de concreto

armado y suelo, (fig. 6 y 7). Se construyen columnas, o mejor dicho «Vigas - Columna» -elemento que son sometidos a compresión y flexión transversal-, de concreto armado aespaciamiento que se define para cada caso en función de las condiciones particulares de laestructura por calzar y de las características del suelo, y se aprovecha si la acción de arcohorizontal para la transmisión de los empujes del suelo a las vigas-columnas. Esto es posibledadas las características del conglomerado de Santiago y no veo inconveniente para suempleo en el conglomerado compacto de la zona central del valle de Lima.

En el Perú, Lima, lo usual es construir una pantalla o muros continuos de concreto simple de

espesor variable, (fig. 9).El procedimiento usual de calzadura en los tres caos es similar, consiste en una construcciónsecuencial a medida que avanza la calzadura. Son procedimientos que tienen una tradiciónmuy antigua. 60 a 70 años cuando la vieja Lima comenzó a modernizarse, a construirseedificios en el Centro Histórico.

La calzadura como la conocemos es sin lugar a duda un invento criollo de los ingenieros deesa época que tuvieron que revolver el problema para proteger las casonas de adobecolindantes.

Un invento que no podemos decir que haya sido desdichado, la experiencia en general ha sidobuena. Las recomendaciones para la calzadura tradicional limeña que se transcriben en lafigura 10 se basan en esa práctica de muchos años en el conglomerado de Lima.

Son numerosos los ejemplos de calzaduras exitosas y son realmente pocos los casos de

problemas.



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Los problemas muchas veces están ligados a la presencia de agua y al haber aplicado lasrecomendaciones usuales mas allá de los límites establecidos sin tomar precaucionesadicionales.

RESPOSABILIDAD POR LA CALZADURALa calzadura es un procedimiento de construcción que ha sido ejecutado innumerables veces

por los constructores sin cuestionarse de si deben ellos asumir la responsabilidad por sudiseño o no. Claro está que para calzaduras menores es decir cuya altura es moderada elseguir las recomendaciones tradicionales era seguro. Para calzaduras de mayor altura, alaumentar los riesgos y el costo, nace el cuestionamiento sobre quien tiene la responsabilidadsobre la calzadura.

Es indudable que la calzadura requiere de un diseño donde se tomen las decisiones de latipología constructiva, analice el problema y las estructuras a emplear, sin embargo no esdiferente al caso de un encofrado, donde el contratista asume la responsabilidad integral porun diseño y construcción.

El contratista podrá, a su juicio, asesorarse o encargarse su diseño a profesionales fuera de suorganización, será su decisión, pero la responsabilidad sigue siendo suya. Los costos de lacalzadura forman parte del costo total de construcción y deben estimarse conservadoramenteen base a la experiencia propia del constructor u al análisis de la situación especifica.

PRECAUSIONES EN LA CALZADURA PROFUNDALa calzadura es una operación a menudo difícil y peligrosa por el estado tensional encondiciones estáticas y bajo sismo al que pueden ser sometidas y al hecho que dicho estadopuede modificarse drásticamente, especialmente por la presencia de agua y por la vibración.Es un trabajo que debe ser realizado únicamente por especialistas.

Para llevar a cabo exitosamente una calzadura deben tomarse las precauciones siguientes enparticular cuando las excavaciones tienen más de 6 a 8m de profundidad.

DISEÑO DE LA CALZADURAEs recomendable que antes de emprender trabajos de calzadura se analice el problema en laluz de las condiciones esperadas del suelo, de las características y ubicación de las

edificaciones vecinas etc. Y se prepare un plano de calzadura y recomendacionesconstructivas.

Las cargas sobre la calzadura-empuje lateral y cargas verticales-en cada uno de los puntos deexcavación deberán ser evaluadas en función a las características del suelo, su contenido dehumedad y la cercanía de cimentaciones existentes.

Conocimiento del suelo. Tanto para el diseño como para la ejecución de la calzadura esindispensable que se tenga conocimiento de las características del suelo, y estar atento acualquier variación de éstas. En particular bolsones de arena.

Planificación. Planificar el proceso de excavación-calzadura-apuntamiento y de construcción

de las obras definitivas de manera que sea un proceso secuencial lo más rápido posible.

Apuntalamiento. La calzadura, en particular en los frentes bajo o cercano a edificacionesexistentes, debe apuntalarse. Considerar que la capacidad de la calzadura-pantalla de

concreto simple-como muro de contención es limitada.El apuntalamiento es esencial sobre todo cuando tenemos edificaciones vecinas ya sea queéstas estén al borde de la excavación o estén mas retiradas, caso más peligroso porque lacalzadura no cuenta con el beneficio de la carga vertical y trabajará solamente como pantallacon el empuje adicional del bulbo de presiones de la cimentación del edificio. Lasrecomendaciones de apuntalamiento deben ser parte del diseño de la calzadura. La carga dediseño de los puntales debe ser estimada conservadoramente.

El empleo de apuntalamiento no sólo da seguridad a la calzadura sino que también puedereducir el costo sustancialmente al permitir espesores menores de calzaduras. Enexcavaciones profundas la longitud de los puntales de la calzadura puede llegar a serconsiderable; el constructor debe evaluar la conveniencia del empleo de puntales robustosversus el empelo de puntales delgados a la luz de las necesidades de arriostre de éstos y lasdificultades de obra. Es interesante comparar la práctica chilena, figuras 7 y8, con elapuntalamiento usual en nuestro medio, figura 16.



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Monitoreo. El proceso de excavación y calzadura requiere de un monitor permanente paradetectar: desplazamientos, asentamiento – mediante control topográfico permanente – aparición de grietas de tensión o grietas en las edificaciones vecinas.

Agua. La presencia de agua aumenta tremendamente los empujes y puede traernos abajo unacalzadura aún apuntalada.

En obra se debe estar siempre atento a la presencia de agua en el suelo. En la pantalla deconcreto debe creerse drenes para aliviar cualquier presión de agua que pueda presentarse.

Vibraciones. Las vibraciones pueden destruir la cohesión permanente que tiene el suelo deLima y que es la que permite taludes casi verticales en el conglomerado. La pérdida decohesión además de incrementar los empujes, dificulta el trabajo de calzadura y puede llevar

a la necesidad de entibamiento de suelo.



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EXPERIENCIA RECIENTE EN UNA OBRA CON 5 SOTANOSSe trata de un edificio de esquina, en uno de los linderos existe un edificio de 14 pisos al bordedel límite de propiedad y en el otro un edificio de 8 pisos alejado 2m del borde.

La forma del terreno es particular pero beneficiosa, ya que presenta varios ángulosrelativamente cercanos que se pudieron usar en mejorar el arriostramiento temprano de la

calzadura.Se diseño la calzadura y se planifico el avance de la construcción de manera tal de proteger elárea cercana a los edificios. En la zona del edificio de 14 pisos se dejó una banqueta deterreno natural y se calzó la construcción a cada lado de la banqueta de forma de creararriostramiento permanente a la calzadura que minimizará los riesgos al retirar la banqueta, laexcavación en está zona tuvo una profundidad de 18m.

Fue necesario estudiar las juntas de construcción de las losas y vigas de los sótanos, paraposibilitar la construcción parcial de los 3 sótanos más profundos, fig. 14 y 15. en la zona deledificio de 8 pisos el apuntalamiento inicial lo constituyo la rampa de bajada a sótano y luego lalosa de los techos.

La calzadura se apuntaló para darle más seguridad. En la figura 16 se observa elapuntalamiento en base a pies derechos de acero, son muchos puntales que probablemente

podrían ser reemplazados por otros mas robustos en menor número.Este trabajo de calzadura siguió el procedimiento tradicional con medidas de seguridadadicionales por la mayor altura de excavaciones involucrada.

Fue un trabajo en el que las operaciones de excavación- calzadura- apuntalamiento yconstrucción fueron secuencias y estrictamente planificados. El proceso en un tanto lento ylaborioso pero demuestra que cuando se toman precauciones adecuadas es exitosa.



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TEMA: CIMENTACIONESREFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA



FUNDACIONES

1. Definición y terminología

DEFINICIONES. La palabra fundación se deriva del latín, fundare, establecer o fijar la baseo fondo de alguna cosa. El Diccionario de la Academia Española la define como la acción yefecto de fundar, y a esta palabra se da la significación de estribar, apoyar, armar alguna cosamaterial sobre otra. Se usa en el sentido más amplio para designar la base, física o no, quesustenta a algo, y en términos técnicos, es la parte de una estructura sobre la que se ha dehacer una operación o construcción. Así, un muro de hormigón puede recibir el nombre defundación para una obra de fábrica que ha de colocarse sobre él y ésta, a su vez, puede ser lafundación de varias manos de pintura u otras obras ornamentales.

Más específicamente y en relación con un edificio u otra estructura completa, la palabrafundación se aplica, desgraciadamente y sin distinción: 1) a la construcción por debajo delterreno, tal como cimientos corridos, muros del sótano, etc., que constituyen la seleccióninferior de la estructura. 2) al material natural, parte de la superficie terrestre, sobre la cualdescansa la construcción; 39 a las cimentaciones especiales, tales como pilotes o pilares que

se emplean para transmitir las cargas de la construcción al firme que esta en una capa inferior.En vista de los múltiples significados que se da a la palabra, es conveniente emplearla paradistinguir las obras que quedan encima del mismo. En un sentido más estricto, se puedendesignar solamente, bajo el nombre de fundaciones, las obras por debajo del sotana, o delsuelo del piso inferior, hasta la roca o lecho firme de fundación.

2. Requisitos esenciales

Objeto de las fundaciones. Al proyectar una fundación, se debe tener presente que elobjeto de la misma es proporcionar a la supraestructura una base permanente y segura, talque el movimiento de la base y el de la construcción que se le superponga, sea el menorposible y que ocasione el mínimo perjuicio a la estructura. Las condiciones que se requieranpara llenar en el requisito anterior, son:

1) Los materiales de construcción deben resistir a todos los agentes que puedan deteriorarlos,y si no fuera posible obtener materiales de esa condición, hay que darles una protecciónpermanente.

2) Esfuerzos y sus variaciones en el futuro. Ninguna parte de la fundación debe someterse aesfuerzos superiores a sus límites de seguridad bajo ninguna combinación de cargas y sedebe prever la posibilidad de adiciones o cambios futuros en la supraestructura o en el usoque se ha de dar al edificio.

3) Carga en el firme o lecho natural. Esta carga debe estar por debajo del límite de seguridaddel material que lo forma en las condiciones más de

4) Excavaciones contiguas. Es preciso proteger la estructura y el firme de fundación contrariesgos posibles, procedentes de excavaciones próximas u otras causas.

Condiciones físicas del emplazamiento. Para llenar los requisitos reseñados, hay queadaptar el proyecto a las condiciones físicas locales. El ingeniero o arquitecto debe examinarpersonalmente el lugar del emplazamiento. Es necesario procurarse toda la informaciónposible y hasta hacer sondeos y pruebas, cuando se precisen para conseguir datos suficientesen que basar el proyecto de la fundación.

Lo primero es hacer un estudio detallado y completo del lugar de emplazamiento, paradeterminar las características del firme o lecho de fundación en que ha de descansar laestructura.

3. Consideraciones geológicas

Características del firme o lecho de fundación. En muchos casos, es muy útil tenerconocimiento de Geología para poder estudiar las características del firme o lecho defundación. Aunque no es nuestro propósito extendernos, en este capitulo, en materia deGeología, las notas que siguen pueden ser útiles al arquitecto para determinar en que terrenos

se puede confiar para utilizarlos como lecho de fundación. Como el emplazamiento de laconstrucción puede estar en cualquier parte del mundo, los materiales que se encuentren



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pueden pertenecer a una de las muchas formaciones geológicas que constituyen la cortezaterrestre.

Sin embargo, para fines prácticos, los materiales se pueden considerar divididos en rocas ymateriales que no son rocas y que llamaremos tierras.

4. Composición y clasificación de las rocas

Composición de las rocas. Las rocas y otros depósitos terrestres, que de ellas se derivan, secomponen de varios minerales cuyas especies y variedades se encuentran por cientos y quese diferencian entre sí por alguna particularidad de su composición química, forma decristalización u otras características. Un solo mineral puede, a veces constituir una roca, perogeneralmente, se compone de varios minerales o mezclas de los mismos. Los mineralesprincipales que componen las rocas, son:

1) Minerales silíceos, formados por sílice (SiO2) bajo formas distintas.

2) Minerales calcáreos, compuestos de calcita o carbonato de calcio (CaCO3) y suscombinaciones.

3) Silicatos o combinaciones de sílice con varias bases metálicas.

1) Minerales Silíceos. Los constituye el óxido de silicio, en diferentes formas.

Cuando esta cristalizado, recibe el nombre de:

Cuarzo, que es el mineral que más abunda. Gracias a su dureza e insolubilidad, resiste ala descomposición y abrasión mejor que los minerales con los que suele encontrarseasociado y forma, en pequeñas partículas diminutas, de la mayor parte de las arcillas.

2) Minerales calcáreos. Los principales minerales calcáreos son los siguientes: Calcita(CaCO3), carbonato de calcio, que cuando es puro y cristalizado se conoce con el nombrede espato de Islandia. Es soluble en agua que contenga anhídrido carbónico (CO2). Lacalcita en varios grados de pureza forma calizas y mármoles. Por razón de su solubilidad,se ha formado en la caliza, con frecuencia, cavernas y cuevas.

Dolomía es un carbonato de cal y magnesia. Forma la roca llamada caliza dolomítica,menos soluble que la caliza propiamente dicha.

Selenita, yeso, alabastro, anhidrita, aragonito y apatita son minerales de cal de menos

importancia.3) Silicatos. Son combinaciones de sílice con varas bases y siguen en importancia al cuarzo.

Feldespato. Es uno de los elementos constituyentes del granito y otras rocas ígneas. Enun silicato alumínico-potasio, alumínico-sódico o alumínico-cálcico. Expuesto a la accióndel agua se descompone lentamente, quedando convertido en silicato de alúmina, base delas arcillas. De la descomposición del granito resultan arcilla, mica y cristales de cuarzo. Lamica se descompone muy lentamente y el cuarzo, prácticamente, no se descomponenada.

Mica. Son silicatos de alúmina con potasa y otros elementos. Todas sus variedades sonblandas y exfoliables en láminas delgadas y elásticas. En las arenas se encuentran confrecuencia pequeñas partículas de mica.

Hornablenda y augita son silicatos de cal, magnesia, hierro y alúmina. Abundan bastante.

Clorita, talco, esteatita o piedra de jabón y travertino son silicatos hidratados procedentesde otros silicatos, que han absorbido agua por proceso químico. Son blandos y jabonososal tacto. Hay que tener especial cuidado al construir fundaciones sobre rocas quecontengan esta clase de minerales para prevenir el resbalamiento sobre el lecho defundación o entre las partes que lo constituyan.

Clasificación de las rocas. Las rocas se clasifican no sólo por su composición mineralógica sinotambién por el proceso de su formación, en la forma siguiente:

1. Rocas ígneas, que se han solidificado desde un estado de fusión.

2. Rocas sedimentarias, que se formaron en el agua por presión mecánica o por cimentacióndebida a procesos químicos u orgánicos.

3. Rocas metamórficas o plutónicas, que en su estado primitivo fueron sedimentarias o ígneas y hansufrido un proceso de transformación debido a causas variables.

1. Rocas ígneas. No son realmente estratificadas y su textura puede ser granular, cristalina ovítrea. Ejemplos característicos son el granito, la sienita y el balasto. La lava, piedra pómez y



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obsidiana son productos volcánicos, como lo son también ciertos depósitos de fango y ceniza.Exceptuando las cenizas y lodos volcánicos, las rocas de esta clase son resistentes a laacción del tiempo y compactas y no presentan ningún riesgo imprevisible como lecho defundación.

2. Rocas sedimentarias. Se componen de arena, arcilla y otros materiales procedentes de ladisgregación de rocas ígneas. Estos materiales se depositaron en el seno del agua, en

estratos horizontales, por sedimentación y se consolidaron en rocas, siguiendo procesosmecánicos, químicos u orgánicos. Estas masas rocosas están estratificadas como resultadode haberse depositado. Por lechos, sus elementos. Como la arena y la arcilla son losproductos que más abundantes de la descomposición de las rocas sedimentarias que másabundan son las silíceas y la arcillosas.

La piedra arenisca es una roca compuesta de granos de arena unidos por cementos de sílice,óxido de hierro o carbonato de cal. La resistencia a la acción del tiempo de la areniscadepende de la solubilidad del mineral que le sirva de cemento. Las areniscas másrecomendables son las que tienen un cemento de sílice u óxido de hierro, por que, como elcarbonado de cal es soluble, las areniscas que le tienen de cemento se descomponen concierta facilidad por la acción de los agentes atmosféricos.

Las rocas arcillosas se componen de arcilla, arena finamente dividida, barros etcétera. Los

esquistos y algunas otras variedades sin duros y compactos cuando se descubren, perosuelen desintegrarse cuando se exponen a la acción de la helada agua y otrosdesintegrantes.

Dolomía es una caliza con gran proporción de magnesia.

Creta es una caliza blanda, compuesta de conchas de organismos marinos diminutos. Engeneral, es la más pura de las calizas, la más soluble y la más expuesta a fisuras o cavernaspor la acción del agua.

3. Rocas metamórficas o platónicas. Estas rocas se han formado por metamorfismo de lassedimentaciones o ígneas a consecuencia de agente como el calor, compresión o humedad,obrando conjuntamente o por separado. Por ejemplo, la caliza puede haberse transformadoen mármol cristalino por efecto del calor procedente de alguna roca fundida próxima. Elmetamorfismo produjo, en general. Rocas duras y resistentes a la acción del tiempo.

Cuarcita es una roca cristalina, de gran dureza y resistente a la acción del tiempo, procedentedel metaformismo de la piedra arenisca.

Pizarra es una roca de gran densidad, exfoliable, por regla general, por laminas delgadas.Procedente del metaformismo de exquisitos arcillosos y, en general, es de bastanteresistencia a la acción del tiempo, pero tiene el riesgo de resbalamiento sobre planosparalelos a los de la exfoliación o a lo largo de grietas no paralelos a la exfoliación.

Gneis “es una roca metamórfica laminar que generalmente corresponde minerológicamente aalguno de los tipos plutónicos”.* Cuenta con muchas variedades que deberían clasificarse deacuerdo con las rocas ígneas más parecidas a ellas en composición minerológica. Algunasvariedades se parecen al granito, pero su textura en laminas o franjases, en general,característica. Generalmente son compactas y resistentes a la acción del tiempo.

Los exquisitos son semejantes al gneis, pero de exfoliación más fina. En la variedad llamada

micacita, se ven claramente laminas de mica yuxtapuesta. Las micacitas se descomponenmuy fácilmente y ocurre, con frecuencia, que hay que hacer excavaciones de granprofundidad para la fundación, a través de rocas descompuestas de esta clase, hastaencontrar un terreno firme. El material que resulta de la descomposición de la micacita estácompuesto de granos finos de mica y otros materiales y se le denomina arena movediza.

Las rocas como fundación. Cualquier roca compacta y que no tenga tendencia aldeslizamiento, constituye, generalmente, una fundación sólida, capaz de resistir cualquierpeso del edificio que se construya sobre ella. Hay que tener cuidado de que las rocas quetengan tendencia a desintegrarse estén protegidas de los agentes atmosféricos, del agua yotras influencias desintegradoras.

5. Geología de los materiales terrosos

Tierras. Los materiales que resultan de la desintegración de las masas de rocas, reciben el

nombre genético de tierras.



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Los agentes que producen la desintegración de las rocas que forman la corteza terrestre sonvarios, pero nuestro objeto, consideraremos solamente: 1) los agentes químicos, y 2) losmecánicos.

1. Agentes químicos. Una de gran dureza y resistencia, y de composición minerológicacompleja, puede descomponerse y convertirse en una masa incoherente de elementosmineralógicos, cuando se produce una acción química o descomposición. Así se

desintegra por ejemplo, el granito feldespático bajo la acción combinada del agua y lastemperaturas variables; los cristales de feldespato sufren una transformación química,dando lugar al silicato de alúmina hidratado que se llama arcilla en tanto que los cristalesde cuarzo, mica y hornablenda, más resistentes a la acción química, conservan sucomposición, pero sus partículas constituyen lo que se llama arena.

2. Agentes mecánicos. Los agentes mecánicos, tales como la escarcha, corrientes de agua ohielo, obran sobre las masas de rocas de las que desprenden fragmentos que sonarrancados por los heleros, corrientes de agua o las olas.

El frotamiento de estos trozos de roca entre si los desintegra en partículas cada vez máspequeñas, sin alterar su composición.

Corrientes de agua. Como las corrientes de agua transportan más fácilmente las pequeñaspartículas que las mayores, los fragmentos de más volumen solamente se ponen en

movimiento con intermitencia durante los periodos de tormentas, grandes avenidas oinundaciones y se depositan tan pronto como disminuye la velocidad del agua, mientras quelas partículas más pequeñas siguen en suspensión durante más tiempo y a medida que lavelocidad de la corriente disminuye van depositándose por orden de sus tamaños, siendo lasprimeras las de mayor volumen.

Las rápidas corrientes de los arroyos y los ríos en las regiones montañosas, ruedan y trituranlos materiales contra sus lechos rocosos, siendo movidas lentamente las masas pesadas. Elfrotamiento de unos fragmentos con otros produce gravas y arenas que son lavadas por lacorriente hasta que ésta disminuye su velocidad y deposita los materiales primeramente, comolechos de agrava y después en forma de barcos de arena. Finalmente, en los niveles másbajos de aguas tranquilas, se sedimentan los aluviones o lechos de lodo.

Heleros o glaciares y depositaos glaciares. La acción de los heleros es análoga a la de lascorrientes de agua. Los depósitos glaciares, llamados aludes glaciares, se componen dearena, arcilla, grava y cantos rodados, pero estos depósitos se diferencian esencialmente delos que proceden de las corrientes de agua. Los cantos rodados procedentes de las corrientesde agua. Los cantos rodados procedentes de heleros presentan en la superficie muescas yestrías y suelen ser angulosos, tanto que algunos parece que han sido fracturadosrecientemente; casi nunca se parecen a los cantos rodados procedentes de corrientes deagua, de superficies desgastadas por ésta, redondeadas y listas. Además, los cantos rodadosque proceden de heleros, se encuentran, a veces, aislados en algún depósito de arena ograva. Este genero de depósitos difiere de los de los ríos en que no hay clasificación portamaños y los cantos rodados pueden aparecer sobre la superficie o encontrarsediseminados como si por accidentes hubieran atravesado la arena y grava que forman elcuerpo del deposito. Tales depósitos glaciares se parecen a un basto relleno artificial, sin laestratificación o clasificación por tamaños que es característica en las sedimentaciones de los

ríos, en las morenas glaciares es frecuente que las superficies encuentren pasos subterráneos,que forman lo que se llama cuevas vertedero. América del Norte está atravesada por una líneade depósitos glaciares que se extiende desde Long Island hacia el oeste, hasta un límite surseñalado en los mapas geológicos.

Cantos rodados glaciares suministran muy poca a ninguna información acerca de lascaracterísticas de los depósitos que los rodean, la aparición de cantos rodados en losdepósitos o sedimentaciones fluviales indica que el lecho del río del que formaron parte seconsolidó por la acción de la corriente; y también, porque, en época en que se produjo eldepósito, resistió a la acción de la gran velocidad de la corriente

Acción de las olas en los lagos y en el litoral. Las olas están obrando constantemente sobrelos materiales que forman la costa. Las masas rocosas son arrancadas de las escolleras ytrituradas las unas contra las otras, produciendo cantos rodados, gravas y arena. Las mareasarrastran las arenas con más facilidad y las depositan en los sitios resguardados, formando las

playas. Las rocas de mayor volumen permanecen cerca de su punto de origen, formadobancos y arrecifes.



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Lechos de arena, grava y cantos rodados. Estos materiales depositados, por la acción delas olas, en la orilla del mar o de los lagos, no presentan características constantes y convienetomar muestras y estudiarlas para determinar las características de una formación costera. Enlos grandes valles fluviales, en que la formación es generalmente de lodo y otros materialesmenudos, se debe confiar poco en que parezca capas de grava, aun cuando las capas se

extienden sobre una gran superficie lo mejor es hacer ensayos para determinar si tales capaso lechos se superponen a materiales más seguros. Cuando los ríos afluentes desembocan engrandes valles, pueden depositar sus materiales, formando bancos de arena, grava y cantosrodado encima de los lodos, turberas y otros materiales anteriormente depositados por el rióprincipal. Las condiciones topográficas generales pueden servir para formar juicio acerca delos riesgos posibles de que esto ocurra.

Consecuencia de las acciones químicas y mecánicas. Como consecuencia de la brevedescripción que antecede, se comprende que el hielo, las olas corrientes de agua tiendenigualmente a disgregar las masas rocosas y a producir cantos rodados, gravas, arenas y otrosmateriales más finamente divididos. En resumen, la combinación de las acciones química ymecánica reduce las rocas más duras a las arenas finas, las arcillas más impalpables y loslodos y barros de finísimo grano; y el viento, las olas y el agua en movimiento clasifican dichosmateriales en depósitos de granos de tamaño uniforme.

6. Materiales que componen el lecho de fundaciónClasificación y definiciones. La siguiente lista incluye las definiciones de los materiales quese encuentran con más frecuencia.

Roca. (Roca firme, estrato rocoso o arrecife). Masa de roca inalterada que forma parte de laformación rocosa primitiva.

Roca deshecha. (roca descompuesta). Arenas, arcillas y otros materiales procedentes de ladesintegración de las rocas primitivas. Carece de las condiciones de compacidad de las rocasde que se derivan, pero ocupan el mismo lugar que éstas ocuparon.

Rocas perdidas o suelta. Masas de rocas desprendidas de la formación de que formaronparte.

Cantos rodados. Masas de rocas desprendidas de la formación rocosa, mayores que lasgravas; generalmente redondeadas y debilitadas a consecuencia de su transporte, por el aguao el hielo, a distancias considerables de las masas de que formaron parte.

Gravas. Partículas separadas de las rocas, desgastadas por el agua, redondeadas y detamaño intermedio entre las partículas de arena y los cantos rodados.

Arena. Partículas de rocas, menores de 0.5 cm en su dimensión máxima.

Arcilla. Material procedente de la descomposición e hidratación de las rocas feldespáticas. Enotros materiales.

Brechas y pudingas. Mezcla o conglomerado muy coherente de arcilla u otro materialcementado arenas, gravas o cantos rodados.

Aluvión. Material térreo, finamente dividido, depositado por una corriente de agua.

Limo. Material térreo finamente dividido, generalmente con materia vegetal, depositado por las

aguas tranquilas o de poca velocidad.Tierra. Término empleado para designar, en general, cualquier material térreo.

Tierra vegetal. Material térreo capaz para alimentar la vida vegetal. Se compone,principalmente, de materia animal o vegetal podrida.

Margas. Material térreo con una cierta proporción de materia vegetal.

Mantillo. Material térreo que contiene una gran proporción de humus o materia vegetal.

Turbas. Materia vegetal carbonizada parcialmente y comprimida.

7. Características de los materiales de los lechos de fundación

Roca firme. Por otros nombres, estrato rocoso o arrecife, constituye una fundación sólida. Lasrocas más duras, como son los granitos, pizarra, arenisca, caliza, etcétera, soportanperfectamente el peso de una estructura ordinaria. Las rocas menos duras, como losexquisitos, pizarras e esquistosas y ciertas calizas margosas y arcillosas, no deben cargarsecon más de 150 toneladas por metro cuadrado, a menos que se hayan ensayado



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satisfactoriamente para mayores cargas. En todos los casos, donde la fundación ha decolocarse en lo que se supone que es roca firme, debe tomarse el cuidado de cerciorarse deque no es una porción separada de la masa.

También hay que ver si los planos de estratificación están inclinados y si existe el riesgo dedeslizamiento del estrato que ha de constituir el lecho de fundación.

Roca deshecha. Ciertas rocas ígneas o metamórficas, tales como los granitos, gneis, etc., se

desintegran frecuentemente, formando lo que se llama roca deshecha o roca descompuesta,que generalmente se encuentra en el mismo sitio de la formación primitiva. Se da el caso deque conserva la estratificación, el color y todo el aspecto de la roca firme de que se procede,pero la desintegración producida por la acción del agua u otros agentes, le ha hecho perder lasolidez de la roca primitiva.

Cuando se golpea con un martillo, no da la resonancia del sonido característico de la rocafirme. Puede ser bastante dura y compacta o tan blanda que se pueda excavar fácilmente conpico y pala. La capa superficial de esta roca desintegrada, superpuesta a la roca firme, tiene unespesor muy variable; en ciertos casos, basta excavar unos cuantos centímetros, paraencontrar la roca firme, y en otros es preciso llegar a profundidades de algunos metros. Lostestigos de sondeos de la roca deshecha son semejantes a las muestras de la roca firme, demodo que a veces ocurre que cuando se proyecta la fundación sobre roca firme, las

excavaciones descubren una gruesa capa de roca deshecha. En tales casos, es imposiblellevar los cimientos hasta la roca y será necesario aumentar las dimensiones de los mismos oadoptar alguna otra solución.

Rocas perdidas. Cuando se trata de una masa de rocas desprendida de la formaciónprimitiva, se encuentra una parte a la que no se debe hacer soportar una carga mayor que lade seguridad de los materiales que la rodean. Si los espacios entre los diversos trozos de rocaperdida están ocupados por pudingas o brechas, o grava, arena o arcilla compacta, la cargapuede ser la misma que para estos últimos materiales, pero teniendo cuidado de asegurase deque no quedan espacios vacíos, en rellenos naturales de rocas, lo mismo que en los ratifícales,puede ocurrir que existan grandes huecos entre las masas de rocas y que encuentres pasocorrientes de agua, con el riesgo consiguiente de asentamiento peligrosos.

Cantos rodados, gravas y arenas. Los cantos rodados son fragmentos de rocastransportados por la acción del agua o del hielo y suelen encontrarse, a veces, diseminados

entre arenas y arcillas. En tal caso, la carga a que se les somete no debe ser superior a la dela seguridad de los materiales que los rodean. Otras veces se encuentran estos materiales enlechos muy compactos, con rellenos, en los intersticios, de grava, arena o arcilla. En talescasos, casi se puede asegurar que no tendrá lugar una consolidación posterior de la masa. Siel lecho de cantos rodados se extiende hasta la roca, podrá soportar, con seguridad, cualquiercarga inferior a su carga de rotura por compresión.

Gravas. Se da el nombre de gravas a las partículas de rocas mayores que granos de arena ymenores que cantos rodados. Si son compactas y no están superpuestas a materiales peores,constituyen un buen lecho de fundación, igual que el formado por arenas o cantos rodados, encuanto a su resistencia y no están expuestas a posibles alteraciones por causa deexcavaciones u operaciones de desagüe próximas. Si están cementadas, reúnen las buenascualidades de las pudingas, brechas o rocas. Sin embargo, se debe averiguar si el lecho se ha

depositado o no sobre aluvión o arena viva o movediza.Arena. La arena se compone de partículas diminutas de material rocoso. Como el cuarzo es elelemento más abundante de los que entran en la composición de las rocas y como es muyresistente debido a su gran dureza e insolubilidad, es el componente principal de los depósitosde arenas o materiales arenosos. En las arenas se encuentran granos de mica, feldespato,granate y otros minerales. La arena se suele clasificar en fina, media y gruesa, según eltamaño de sus granos.

La arena gruesa puede contener partículas de grava pero, después de eliminar con un tamizde 4 mallas por pulgada* las partículas mayores, se ve que la mayoría del material restante nopuede pasar por una malla del numero 40.*NOTA DEL REVISOR. Los tamices que se indican en el texto corresponden al estándar americano eingles. El número del tamiz corresponde al número de mallas por pulgada inglesa de longitud: así el tamizde 20 mallas por pulgada es el Nº 20. en otros países, incluso los que emplean el sistema métrico, los

números corresponden al número de mallas por pulgada prusiana o francesa, que tiene 26.15 y 27 mm;Pero los espesores diferentes de los alambres del tipo ingles o prusiano sé compresa en forma que, conrelación a la luz de las mallas, son equivalentes en ambos sistemas los tamices del mismo número. Como



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en los países que emplean el sistema métrico también se clasifican los tamices por el número de mallaspor centímetro cuadrado, damos a continuación un cuadrado en cuya primera columna figura el numerodel tamiz, que es el mismo para los dos sistemas antes indicados, y que representa el numero de mallaspor pulgada de un sistema u otro, y en la segunda columna se muestra el numero de mallas porcentímetro cuadrado del segundo sistema descrito.

Nº del tamizo mallas por

pulgada

Mallas por

cm2

Nº del tamizo mallaspulgada

Mallas por

cm2


pulgada

Mallas por

cm2


pulgada

Mallas por

cm2

4567891011121314

2.53.55.257.25

9121417212528

1516182022252830323540

333747587191115130150180235

45505560657075808590100

300365440525600715815900105011801460

110120130140150160180200220240250

17602100247028603280378049005480707084009150

La arena fina contiene partículas que no pasen por el tamiz del número 20 y una parte

considerable de sus granos pasan por el número 100.La arena muy fina se confunde generalmente con la arcilla e, indudablemente, contiene algunacon frecuencia, del mismo modo que la arcilla suele contener granos de arena fina.

En la arena uniforme sus granos son aproximadamente del mismo tamaño.

Arena compensada es la que tiene granos de varios tamaños en proporcionesaproximadamente iguales.

Arena limpia es la que no tiene arcilla ni margas, pero una arena pura con una gran proporciónde partículas fijas suele considerarse como arena sucia.

Arena angulosa es la arena limpia con granos gruesos y angulosos. Cuando se frota en lamano canta a causa del frotamiento de unas partículas con otras. Se aprecia mucho estaarena para hacer morteros, aunque requiere más cemento para llenar los vacíos y, según laopinión de algunos autores, no es tan conveniente como una arena limpia y redondeada.

La arena redondeada es de granos redondos, no cementados unos con otros de arena fina yarcilla, que cuando está húmeda constituye un material blando e inestable. Es popular elsupuesto de que esta arena e inestable. Es popular el supuesto de que esta arena tienecualidades peculiares y amistosas, como la de corre igual que el agua y succionar los seresvivos y objetos. Estas manifestaciones se relacionan con varias teorías acerca de lacomposición de la arena movediza; algunos opinan que debe contener copos de micas algúnmineral resbaloso, otros que las partículas son de extraordinaria finura o de forma esférica yotros dicen que con la arena debe haber cierta proporción de arcilla fina. El hecho cierto esque toda arena no cementada, cuando está sujeta a la acción de corrientes de agua, semueve, y que al moverse por dicha acción, se convierte en arena movediza. Cuanto más finasea la arena, sufrirá más fácilmente el efecto de una corriente de agua, y por ello son másperturbadoras las arenas finas que las gruesas. Una arena gruesa tiene grandes vacíos quepermiten la circulación de cierta cantidad de agua si la corriente de agua no tiene velocidadbastante para alterar la masa de arena, el desagüe puede hacerse sin que aquella se mueva.En una arena fina que tiene espacios vacíos pequeñísimos, una tal corriente de agua la hacedesplazarse y seria muy difícil el desagüe sin que el agua tuviera velocidad suficiente pararrastrarla.

Las excavaciones en arena movediza presentan la gran dificultad de que la arena que formalas caras laterales de la excavación se depende y corre hacia el fondo de la misma y auncuando se protejan dichos laterales, sucede frecuentemente que el fondo de la excavación selevanta, es decir, que se produce un movimiento de material del exterior al interior de laexcavación. Esta corriente sigue generalmente una línea curva, transportando arena bajo lasparedes de los costados protegidos de la excavación. En tales casos, será muy útil rodear laexcavación de pozos o puntas coladeras y drenar el suelo por medio de un bombeo continuo através de la arena; en otros casos, se pueden introducir tablestacas de acero o madera hasta

debajo del punto al cual debe llegar la excavación o hasta alguna capa inferior de materialimpermeable, en cuyo caso dichas tablestacas harán el papel de una ataguía para tener el



206




flujo de material. Estas tablestacas tienen que ser prácticamente estancas, porque la arenaextremadamente fina, como la arena movediza, pasa a través de intersticios pequeñísimos.

La arena movediza como lecho de fundación. No es muy conveniente este material paradicho objeto, a causa del riesgo de que se desplace y corra si encuentra un camino apropiado,como por ejemplo, el de una excavación contigua. Se han dado casos de excavaciones quehan causado el escape de la arena movediza.

Dando resultado en el asentamiento del edificio a un movimiento considerable.Estos caos no solamente han ocurrido cuando los cimientos, propiamente dichos, estaban sonde arena movediza, sino también cuando descansaban sobre un lecho de arena gruesa, gravao arcilla de buena calidad apoyado sobre arena movediza.

Bolsas de arenas movedizas. Con frecuencia se encuentran estas bolsas en depósitos decarácter heterogéneo. Cuando tales bolsas son de poca extensión, se las puede vaciar, yllenar con hormigón los espacios vacíos. Cuando las bolsas alcanzan dimensiones másimportantes, no hay más remedio que construir machones a través de la arena hasta un mejorlecho de fundación o hincar pilotes o adoptar alguna otra solución que se juzgue conveniente.

Arena fina seca. Se convierte fácilmente en arena movediza por la adición de agua; hechoque hay que tener muy en cuenta cuando se calcula las cargas para arena fina, porque estematerial que en tiempo seco es aparentemente seguro, puede presentarse grandes riesgos en

tiempo húmedo. La arena movediza se supone que es, en general, aconsejable para fundar unedificio, siempre que se contenga conveniente, cos muy difícil de conseguir en la mayoría delos casos por lo que aquella suposición resulta peligrosa.

Variaciones en el año de los granos de arena. El diagrama de arriba (Fig. 95) reúne losresultados de los ensayos al tamiz de las arenas características.

La línea de trazos (1) representa él termino medio de los resultados de ensayos al tamiz conlas llamadas arenas movedizas; La línea (2) da el resultado de muestras de arena naturalclasificada como buena para construcción; la línea de punto y trazo (3) da el resultado de losensayos con arena fina de playa, notable para la uniformidad del tamaño de sus granos. Paraproporción comparativos y al objeto de mostrar las variaciones en las arenas que parecen sersubstancial las mismas, se agrega la línea de puntos (4). Esta curva representa el resultado deensayos en un banco de arena, aparentemente tan gruesa como la arena (2) pero con una

proporción mucho mayor de partículas diminutas, con diámetros comprendidos entre 0.38 y0.14 mm. La arena fina tiene, con frecuencia, una proporción considerable de arcilla. Unanálisis químico de una arena de los suburbios de Nueva York, considerada como arenamovediza y analizada por el Dr. C.F.MacKenna, dio el siguiente resultado:

Sílice 73.76%

Alúmina y óxido de hierro 18.52%

Cal 1.60%

Magnesia 1.48%

Perdida de ignición 2 .26%

Un análisis racional de la composición siguiente:

Cuarzo 39.38%

Arcilla y mica 23.94%

Detritus feldespáticos 36.68%



207




Una muestra de arena muy fina de Michigan, de la cual pasó el 75% por un tamiz de 200mallas por pulgada, estaba compuesta totalmente de cuarzo.

Arcilla. Cuando es pura, se compone exclusivamente de silicato de alúmina hidratado yprocede de la descomposición de los feldespatos. Por lo general, acompañan al silicato variasimpurezas. La arcilla se puede considerar como una mezcla de hidrosilicato de alúmina con

otros minerales finamente divididos. Se han encontrado mezcla natural de arcilla y arena conproporción variada, desde los lechos de arcilla casi pura hasta los de arena casi pura; es difícilestablecer una clasificación.

Efecto de la humedad en la arcilla. La arcilla se encuentra, generalmente, en lasexcavaciones en forma de masa plástica por causa de la humedad, presentándose ésta enproporciones variadas. La arcilla, al secarse, sufre una contracción de volumen y pierde suplasticidad, convirtiéndose en una más sólida y coherente, semejante, en su consistencia, a unladrillo secado al sol. Las grandes masas de arcillas están expuestas, cuando se secan a,romperse en pequeños trozos por causa de su contracción. Cuando se aplastan o trituranestos terrones, se convierte la arcilla en polvo impalpable. La perdida de volumen que exprimela arcilla, cuando se seca totalmente al aire, puede ser del 10% al 20% de su volumenprimitivo. La arcilla compacta y húmeda es impermeable, es decir, que el agua no pasa a

graves de ella como lo haría a través de una arena porosa; pero cuando la arcilla estáexpuesta al agua, la absorbe gradualmente hasta saturarse y convertirse en una más blanda.

La arcilla como lecho de fundación. No es un material recomendable para fundaciones porcausa de su plasticidad, cuando contiene agua, y de su tendencia a contraerse, cuando pierdehumedad. La plasticidad de la arcilla aumenta con la proporción de agua, y arcilla sólida y durase puede convertir en una papilla cuando se agita en presencia de una cantidad suficiente dedicho líquido. Su plasticidad aumenta también con la presión, como puede verse con unamáquina de hacer ladrillos. la arcilla desarrolla, con frecuencia, esta condición de plasticidadcuando se emplea como lecho de fundación y está sometida a la presión moderada de unaestructura; Entonces, la arcilla corre y se escurre por debajo del cimiento, causandoasentamientos y desplazamientos en aquél. Este movimiento de la arcilla corre hacia loscostados y después hacia arriba, produciendo pandeos u ondas en la superficie de losmateriales adyacentes. Si el movimiento es uniforme del centro a los costados, puede haber

un asiento vertical del cimiento, pero lo más frecuente es que el movimiento no sea simétrico y,entonces, el asiento será mayor en unos lados que en otros. En ciertos casos, se puedenreducir o prevenir estos movimientos por el sencillo recursos de cargar las tierras circundantescon un pido de cemento, por ejemplo.

Movimientos de los lechos de fundación de arcilla. El movimiento de la arcilla puedeproducirse en gran escala, bajo la forma de un flujo general del material sobre que descansa laconstrucción hacia ciertos puntos en que la presión sobre la arcilla sea menor que la queproduce de las cargas de la construcción. Estos movimientos generales se producen con másfacilidad en los edificios o construcciones situados en la ladera de un cerro o colina, porqueentonces, la arcilla encuentra un camino fácil para correr hacia un nivel más bajo que el delcimiento.

Sucede, con frecuencia, que ciertas excavaciones próximas producen asientos en las

construcciones con movimientos considerables, por haber facilitado la salida al lecho de arcilla,como ya hemos dicho en otro lugar, los lechos de arcilla que están sobre estratos inclinas derocas u otros materiales, están expuestos a correrse hacia abajo, ya movimiento lento, apenasperceptible, o en corrimientos de más o menos importancia.

Protección de los lechos arcillosos de fundación. Cuando el lecho de fundación es dearcilla, o de arena con una gran proporción de arcilla, es conveniente protegerlo de la accióndel agua en lo que sea posible, rodeando el emplazamiento de la construcción con un sistemade drenajes y desviando las aguas superficiales de la construcción. Hay que tener cuidado deevitar cualquier acumulación de agua que pudiera afectar al material bajo los cimientos, alrellenar alrededor de los muros exteriores; el olvido de esa precaución ha producido, a vecesasientos muy serios durante la construcción.

Limo, aluvión, turba y otros materiales inestables. Cuando hay que emplazar unaestructura en un pantano o sobre materiales que no ofrezcan la seguridad suficiente para una

fundación sólida, no hay otro recurso que fundar sobre pilotes, pilotes o hundir una ataguía de



208




cajón, hasta que siente sobre los estratos firmes inferiores. Este genero de fundaciones seestudia en otros párrafos de este mismo capitulo.

El subsuelo de la Cuenca del Valle de México es elástico, impermeable, ligero e impregnadode agua, debido a que fue antiguamente un gran lago. Por ello, el terreno de la Ciudad deMéxico es de una estructura muy especial y esta constituida por tierras de acarreo, lavasvolcánicas y polvo de tolvaneras, formando una estructura celular y cavernosa, con grandes

huecos llenos de agua, en la que las cargas producen asentamientos importantes, que no sonmayores debido a que las paredes de tales depósitos de agua son poco permeables.

Suponiendo una sección del terreno, se encuentra en general las siguientes capas: a) la deformación más reciente, pudiendo ser un terreno de origen vegetal; b) terreno consolidado porlas cargas que han actuado sobre él y que se mantiene seco y comprimido; c) terreno quemantiene húmedo por capilaridad y que se agrieta y produce asentamientos si le falta el aguafreática; d) aguas freáticas; e) lecho o fondo de las aguas freáticas; f)mantos de agua yestratos de arena, arcilla, grava y tepetate más o menos entrecruzados. La superficie delterreno es, a veces, muy irregular, debido a rellenos de cascajo que emplearon los colonialespara cubrir los canales y a restos de construcciones mas o menos antiguas que han sidotapados. A causa de la gran cantidad de agua que contiene y que, a veces, llega al 70%, elterreno es de muy poca profundidad 1135 Kg. por m3. Las capas de arcilla impermeables seencuentran a 100, 200 y 300 m, pero en ocasiones, sus ondulaciones llegan casi hasta lasuperficie. Las aguas freáticas en que esta embebido el terreno suelen encontrarse a los 0.70m y 2 m.

Para cimentar hay que descubrir el terreno consolidado, quitando la capa de recienteformación o tierra vegetal. Dicho terreno consolidado es mas uniforme y resistente que lascapas inferiores, pues la resistencia disminuye a medida que se profundiza, y sirve ademáscomo ensanchamiento del cimiento para transmitir la carga, pues las líneas de presiones pordebajo de una zapata de puntal o columna, por ejemplo, se van separando hacia abajo,formado lo que se llama un bulbo de presiones.

En relación con lo anterior, el Reglamento de Construcciones Urbanas de México da lassiguientes reglas: ninguna casa, edificio u otra construcción se podrá almacenar materialanimal o vegetal, ya sea lodo, basura, etc, tales materiales o desechos serán removidos delterreno a satisfacción de la Dirección General de Obras Públicas. Las construcciones no deben

asentarse sobre tierra vegetal o terreno de relleno. Los restos de otras construcciones,cimientos, albañales, etc., deben quedar desligados de los cimientos que se utilicen. El terrenodebe ser limpiado, nivelado y, cuando sea el caso, drenado y consolidado.

Relleno. Todos los rellenos artificiales y algunos naturales están sujetos a un asiento mas omenos uniforme pero continuo, causado por la contracción debida a la consolidación gradualde los materiales de que se componen. Cuando el relleno es de roca sólida, la consolidaciónpuede ser de poca importancia, pero si el relleno es de tierra y especialmente donde es demateriales mezclados, la contracción será no solamente importante, sino que continuaradurante un largo periodo. Por ejemplo, cuando se echan los escombros sobre un relleno deroca, cada vez que llueva, el agua arrastrará los escombros a los espacios vacíos del relleno yesta acción continuara hasta que todos esos huecos se hallan llenado. Cualquier materiavegetal u otra sujeta a degenerar y contraerse en volumen, aumentara la contracción total de lamasa. Algunos depósitos naturales, como la turba y la tierra más o menos vegetal, se

contraen, por las mismas causas. Cuando hay que fundar un edificio sobre tales materiales, elasiento del cimiento es inevitable con la masa, aun en los casos, en que la carga unitaria sobrela fundación sea muy pequeña.

En tales casos, los asientos pueden ser verticales y uniformes, pero si el espesor del relleno enalguna parte es mayor que en otras, el asiento no puede ser uniforme y la contracción, engeneral, será proporcional a dicho espesor. No se debe fundar ninguna construcciónimportante sobre tales materiales y cuando sea posible debe llevarse el cimiento, a través delrelleno, hasta cualquier estrato más recomendable inferior a dichos materiales.

8. Cargas admisibles sobre los materiales de los lechos de fundación

Consideraciones generales. Teniendo en cuenta e numero infinito de diferencias en losmateriales existentes y las condiciones que los hacen más o menos aptos para el objeto aque se destinan, no es posible establecer reglas generales o definidas y, por lo tanto, debeestudiarse cada caso cuidadosamente, para poder determinar la carga unitaria uniforme sobreel lecho de fundación. Si el material y las condiciones en que ha de trabajar son uniformes en



209




toda la construcción, se puede adoptar una carga unitaria uniforme, pero la experiencia hademostrado que, en general, son distintas las condiciones en las diversas partes de una mismaconstrucción y, en tales casos, se debe tener cuidado especial para la determinación de lascargas unitarias. Por ejemplo, cierta sección de una construcción puede descansar sobre rocafirme y otras, de la misma construcción, sobre tierra compresible o arcilla de estabilidaddudosa; en tal caso, la carga unitaria sobre la parte compresible o sobre la arcilla se debe

reducir todo lo que se pueda para que las diferencias de asiento en las dos secciones sereduzcan al mínimo. Si la construcción hubiera estado fundada en su totalidad sobremateriales compresibles, podría admitirse un asiento considerable, con la condición de quefuera uniforme; pero en el caso particular considerado se conoce de antemano que la secciónde la construcción que descansa sobre roca, no asentará en conjunto y que cualquiera otroasiento de otras secciones se debe considerar como un asiento desigual y, como tal,susceptible de producir roturas y distorsiones en la construcción. Es importante también tenerpresente que aunque una carga unitaria pueda ser de seguridad para un suelo compresible, enel sentido de que, en último resultado, dicho terreno pueda soportar el asiento excesivo quepueda producir. En consecuencia, podemos decir que un asiento considerable, pero uniforme,en la totalidad de un edificio o una parte aislada del mismo, puede no tener importancia, pero sise trata de una edificación a construcciones ya existentes, la importancia que pueda tener elasiento es un asunto de interés primordial. Estas y otras consideraciones, como las

características de la construcción y de los materiales que en ella hayan de usarse, hay quetenerlas en cuenta para la determinación de la carga unitaria para un lecho de fundación dado,independientemente de las cargas admitidas por las leyes y reglamentos o por ejemplo de estecapítulo.

Cargas de seguridad sobre roca. La carga unitaria de seguridad sobre roca puede sersuperior, con frecuencia, a la resistencia a la compresión de la fábrica y mampostería y, en lamayoría de los casos, cualquier material que merezca el nombre roca puede soportar unacarga de 145 a 390 toneladas métricas por m2.

Cargas de seguridad sobre arena, grava y cantos rodados. Cuando estos materiales soncompactos y están contenidos lateralmente, pueden resistir una carga de 98 toneladasmétricas por m2 sin asiento apreciable. Sin embargo, resulta poco recomendable cargar estosmateriales con cargas superiores a 50 toneladas por m2.

Cargas de seguridad sobre arena suelta o sin contener. En este material puede asentarpor efecto de su propio peso, independiente de las cargas que soporte.

Se deben hacer ensayos sobre estos materiales para determinar la carga unitaria queconvenga.

Cargas sobre arena fina o movediza. Puede suceder que la arena fina, si está biencontenida, sea de resistir tanta carga como la arena gruesa, pero teniendo en cuenta que a lamenor circunstancia desfavorable se desplaza lateralmente, no se aconseja fundar ningunaestructura sobre este material, u cuando sea inevitable cimentar sobre ella, no se le debesometer a cargas superiores a 20 toneladas por m2, teniendo cuidado de unir todos loscimientos con una capa continua de hormigón para prevenir el riesgo de cualquier flujo dematerial en la excavación de los sótanos. También hay que cuidar que ningún sumidero ocolector, pozo de bomba, sistema de drenaje, alcantarilla de saneamiento, pueda permitirescapes de arena.

Cargas de seguridad sobre brechas y pudingas. Las de las brechas y pudingas y ciertasarenas ceméntales que se consideran como tales, pueden aproximarse a las de las rocas encuanto a sus condiciones de dureza y seguridad. Sin embargo, tales materiales sonsusceptibles de ablandarse por la acción del agua. Si estos materiales están secos cuando sedescubren, se deben hacerse experimentos con ellos para determinar su comportamiento enestado húmedo y, si el nivel hidrostático en el terreno es susceptible de cambiar hasta llegar allecho de pudingas o brechas, se debe reducir la carga a la correspondiente a dicho estado. Algunas brechas, cementadas contenido grava, se han cargado, a veces, son mas de 100toneladas por m2. Es importante determinar si el lecho es continuo hasta un estrato firme,porque sucede, con frecuencia, que los estratos de pudingas o brechas con otros de arena oarcilla.

Cargas de seguridad sobre arcillas. La arcilla ordinaria no se debe cometer a cargas a

superiores a 20 toneladas por m2

. si es blanda y plástica, una carga de 20 toneladas por m2

puede ser causa de asientos inadmisibles. La arcilla con una proporción tal de arena que hayaperdido su plasticidad, se ha llegado a cargar con 40 ó 60 toneladas por m 2, dando asientos



210




admisibles, y las arenas o gravas, con que las brechas o pudingas. Sin embargo, la arcilla es elmaterial que presenta más riesgos de todos los que se emplean como lecho de fundación y,por lo tanto, no solamente se debe reducir la carga a un mínimo, sino que se deben tomartodas las precauciones convenientes para evitar flujos del material. Hay que huir de unaconfianza excesiva en los ensayos que se hagan sobre suelos arcillosos. Puede suceder queuna carga sobre una área extensa produzca el movimiento de la arcilla y tenga en un área

reducida un efecto nulo, y de ahí la inseguridad en el juicio que se forme acerca de losresultados de ensayos practicados en una área mas reducida que la del emplazamiento. Por laexperiencia que se tiene de grandes edificaciones de Albany y Chicago flotantes sobre arcilla,la carga unitaria admisible se ha reducido, por lo general, a 20 toneladas por m2 sobre arcillaha dado asientos que variaron desde 0 a 30.5 cm.

9. Cargas unitarias admisibles sobre los lechos de fundación por lasleyes y Reglamentos

Diferencias entre los reglamentos de edificación. La tabla I da un resumen de las cargasunitarias admisibles en diversas ciudades para los distintos materiales, tomadas de losrespectivos reglamentos de edificación. Es posible que, en que algunos casos, se basen lascargas admisibles en la experiencia de la construcción real en los respectivos lugares, pero esmas probable qu8e tenga como punto de partida la experiencia personal de los que redactaron

los reglamentos o que se hayan copiado de otras leyes o reglamentos. Por tanto, el arquitectono debe confiar mucho en las cargas unitarias que dan los reglamentos. Por lo tanto, elreglamentos y será conveniente que estudie cada caso y determine por si mismo la toleranciaadmisible.

Condiciones especiales exigidas por algunos reglamentos. El de Nueva Orleáns limita lacarga máxima a 6840 Kg. por m2, porque toda la ciudad descansa sobre el aluvión de unadelta.

El búfalo, la carga sobre tierra se limita a 34 toneladas por m 2; si el suelo no es de arcilla durao grava, las áreas de apoyo serán tan extensas como se indique.

En Cincinati, se limita la carga sobre tierra a 9.8 toneladas por m2.

Debido a la estructura especial del subsuelo de la Ciudad de México, que ya se ha debidoexplicado, su Reglamento de Construcciones Urbanas admite unas cargas muy bajas para el

terreno compresible de la cuenca del valle de México en las cimentaciones por superficie.Donde no exista construcciones o sólo las haya aisladas, la carga admisible será por lo generalde 3000 Kg. por m2. si hubiera alguna construcción antigua en buenas condiciones deestabilidad, sin asentamientos ni deformaciones producidos por el suelo, la carga unitariamáxima admisible sobre éste será igual a la fatiga que le imponen los elementos de dichaconstrucción anterior, pero si se acusaran en esta los asentamientos y deformación indicados,la carga máxima admisible será por lo general de 5000 Kg. por m 2. Sólo podrán aumentarselas cargas indicadas si se demuestra que el terreno puede resistir otras mayores.

10. Estudio del emplazamiento

Consideraciones generales. Para determinar las características de los materiales que seencuentras al nivel del lecho de fundación, el arquitecto debe procurar informaciones lo máscompletas posibles de otros, tales como las de su experiencia con las excavaciones y

construcciones de las proximidades. En ciertas localidades, las condiciones del subsuelopermanecen uniformes sobre grandes áreas; en cambio, en otras, hay muchas variacionesdentro de límites relativamente poco extensos.

Grandes cambios en la topografía del terreno, en las características del suelo y en suvegetación natural, proximidad a antiguas o actuales corrientes de agua, son condiciones muysugestivas de las irregularidades del subsuelo. En tales casos, y en todos los que puedansugerir alguna duda respecto a las cualidades del subsuelo, se debe hacer un númerosuficiente de sondeo o pozos exploradores, con el objeto de determinar dichas cualidades.Esta investigación tiene que llegar por debajo del nivel del lecho de fundación, determinar elnivel hidrostático de las aguas del terreno y asegurarse de que no existe ningún lechoinsospechado de arena movediza u otro material poco apropiado debajo del lecho defundación. Los procedimientos de exploración que más se usan son los siguientes:



211




Tabla 1. Cargas en toneladas métricas por metro cuadrado sobre los lechos de fundaciónadmitidos por los reglamentos de edificación

Tipo de lecho de fundación.

Carga en toneladas en metro

cuadrado A k r o w

1 9 2 0

A t l a n

t a 1 9 1 1

B o s

t o n

1 9 2 8

C h i c a g o

1 9 2 4

D e n

v e r ,

1 9 2 7

Arena movediza o terreno de aluvión

Tierra de adobe

Arcilla blanda o húmeda de 4.5 m de gruesoal menos

Arcilla blanda, tierra negra o aluviónarenosa

Arcilla blanda y arena mojada

Arena y arcilla mezclada o en capas

Arcilla firme

Arena mojada

Arcilla y arena secas

Arena mojada fina

Arcilla blanda contenida contradesplazamientos

Arcilla en gruesas capas, relativamenteseca

Arcilla maciza, seca

Arcilla con tierra negra, arena fina, firme yseca

Arena limpia

Tierra negra, firme y seca

Arena seca y firme

Arena movediza, cuando está drenada

Arcilla dura

Arena mojada de granulado fino

Arena regularmente seca

Arena y arcilla regularmente secas

Arcilla o arena fina, firme y seca

Arena gruesa, muy firme

Grava Arcilla dura y seca

Arcilla en gruesas capas, siempre seca

Piedra y arcilla estratificadas

Arcilla seca, fina

Arcilla plástica, mezclada o no con agua

Arcilla seca de granulado fino

Arena gruesa compacta y grava

Arena gruesa y grava en gruesas capas

Arena gruesa a media, mojada o seca

Arcilla azul dura con mezcla de arena

Arena gruesa, firme y grava

Grava, arena compacta y arcilla amarilla,dura

Grava o arena gruesa bien cementada

Puzolanas

Esquistos duros, sin descubrir

Esquistos y puzolanas

Roca con lechos desintegrados

Roca blanda

Roca de dureza media

Roca

5

10

15

20

20

25

30

40

50

60

100

10

20

20-30

20-30

30-40

30-40

30-40

20-30

100

20

30

40

40

50

50

60

100

50

1000

17

15

22

25

5

20

15

20

20

30

30

40

80

60

100

20-40

10-20

20-40

40-60

40-60

00-100

100

25

40

40

40

10

20

30

40

40

40

10

20

20

20

30

40

60

40

100

80

150

100

10

20

20

20

30

60

40

40

100

80

150

100

5

10

20

30

30

40

40

60

10

20

40

40

40

60

50

80

210

100

10

20

30

30

40

40

80

100

10

20

40

30

40

40

25

10

20

30

40

40

60

10

20

30

30

40

40

10

10

20

20

20

30

40

60

100

80

250

100

Exploración por pozo abierto. Para una exploración poco profunda, un pozo abierto es elprocedimiento más eficaz porque permite el estudio de los materiales in situ en un áreaextensa. Si el pozo se abre sobre materiales firmes, no hacen falta tablestacados ni ningunaotra protección; pero en otros materiales pastosos o fluidos o a mayores profundidades que loscimientos adyacentes, es necesario entibar con tablestacas de madera o acero. Si laexcavación s no es más honda que el nivel proyectado para cimiento, los materiales másprofundos se pueden estudiar por uno de los métodos que sigue.

Exploración con barras de acero. Una barra de acero puntiaguda o un tubo de acero con unextremo afiliado, se clava hasta la profundidad necesaria por medio de un mazo o una porra



212




que cae de cierta altura. Aunque este método rudimentario no suministra testigos, se puededeterminar con él el nivel hidrostático y distinguir, con un poco de práctica, los terrenosarenosos de los arcillosos por el sonido de la barra, cuando se le hace vibrar. La dificultadmayor o menor que se encuentra para clavar la barra en un síntoma del grado de dureza ycompresibilidad del suelo. Se debe tener presente, sin embargo, que cualquier material secoofrecerá una resistencia considerable a la barra y que un canto rodado pequeño será suficiente

para detenerla en su carrera, de modo que no debe ponerse mucha confianza en el informe deque la barra encontró macizo o alcanzó la roca.

Exploración con excavadoras de postes. Para exploraciones poco profundad, en materialesfácil de excavar, se puede usar el azadón propio para colocarse postes o el más largo y mayorempleado para los telegráficos, hasta profundidades de 2 a 2.5 m.

Exploración con barrena. En arcillas o materiales analógicos, puede usarse una barrena decarpintero, soldada a una varilla larga o la llamada sonda ranurada.

Esta herramienta puede suministrar muestras bastante satisfactorias. Cuando la operación sehace en grava o material suelo y arenoso, se desprenden las paredes del sujeto, interrumpidola operación y destruyendo las muestras.

Exploración por sondeo con tubo seco. Se puede usar para este objeto una sonda ranuradao una barrena de carpintero dentro de un tubo, que se clava casi hasta el fondo del agujero y la

barrena. El tubo sirve para evitar que caigan las paredes del agujero y la barrena para perforary desprender el material por delante del tubo, facilitando así su introducción. Los métodosdescritos no son, generalmente, muy satisfactorios para exploraciones profundas o cuando enla exploración se tropieza con grava, cantos rodados o materiales compactos.

Exploración o sondeo hidráulico. Este método se usa para profundidades de mas de 3 m yconsiste en un tubo de acero o hierro dulce, llamado tubo de revestimiento o tubo perforadorque se clava en el terreno, de la misma manera que en el método anterior, pero la perforaciónse facilita con un chorro de agua. El extremo inferior del tubo va provisto de una zapata huecao refuerzo, ligeramente más ancha que el diámetro exterior del tubo, que sirve para proteger aéste cuando atraviesa grava, pudinga o brechas y su perforación es un poco mas ancha que eldiámetro del tubo.

El extremo superior del tubo perforante se protege con una cabeza anular provista de unaparte roscada, correspondiente a otra roca en el tubo, y de un orificio central, para dar paso aun tubo de inyección; este tubo es lo bastante pequeño para seguir su acción inyectará. Elextremo superior se conecta con la distribución de agua, que debe estar a gran presión, elmecanismo de perforación consiste en un peso de hierro fundido previsto de un orificiovertical lo bastante ancho para admitir en él tubo del agua y de un dispositivo que se mantienevertical y que sostiene la masa de un martinete con un orificio que suelta al peso cuando éstealcanza una altura determinada. Con este aparato, se inyecta agua en corriente continua pormedio del tubo inyector, cuya longitud se regula de modo que la acción del chorro desprenda elmaterial inmediatamente por debajo o delante del tubo perforador.

Parte del agua inyectada vuelve a la superficie por la parte exterior del tubo y sirve delubrificante de la superficie que se mantiene en contacto con los materiales del orificio.

Otra porción de agua vuelve hacia la superficie por el espacio anular comprendido entre el tubodel agua y el perforador y arrastra con ella partículas del material desprendido por el chorro. A

medida que el chorro desprende y arrastra el material inmediatamente inferior al tuboperforador, éste se introduce a una profundidad mayor, golpeándole con el martinete; laperforación y el arrastre de materiales se verifican así simultáneamente y continúan hasta lacabeza del tubo perforador enrasa con la superficie del terreno; entonces la cabeza percutoradel martillo, la pieza anular y el manguito de conexión se sacan ara poder agregar longitudessuplementarias de tubos de perforación e inyección, después de lo cual se vuelve a poner ensu lugar las cabezas del tubo y el manguito.

Con este dispositivo, se pueden hacer sondeos a grandes profundidades en arena, arcilla uotros materiales apropiados. Las muestras de material se obtienen dejando que se sedimentenen el agua que retoma entre el tubo perforador y el del inyector. Estas muestras no sonprecisas, porque el agua hace una separación de los materiales cuando éstos se sedimentanen ella. Las partículas más finas no se sedimentan fácilmente y las de mayor tamaño y demayor peso pueden suceder que no hayan sido arrastradas del todo al exterior. Es evidenteque tales muestras no pueden proporcionar ninguna indicación acerca de la solidez de losdepósitos de que será muy difícil atravesar dichos obstáculos con la sonda. En tales casos, el



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chorro se substituye por una barra perforada que rompe el obstáculo o lo empuja hacia uncostado; en todo caso, es muy difícil conseguir una muestra o indicaciones reales respecto alas características de la obstrucción. Este método no puede continuarse cuando se encuentranroca firme o cantos rodados de grandes dimensiones, no pudiendo obtenerse ninguna muestracon el tubo perforador; en estos casos, hay que ocurrir a uno de los procedimientos delperforador anular que se describen en los párrafos siguientes. Por dichos procedimientos, se

podrán determinar las características de la obstrucción.Exploración con el perforador anular. Estos procedimientos se pueden emplear para rocafirme y cantos rodados y suministran muestras muy exactas. En todos los procedimientos delperforador anular, la perforación se hace por medio del giro de una herramienta tubular, quehace un corte anular en la roca y corta un testigo cilíndrico que después se desprende y sesaca a la superficie por medio de una pinza o tenaza. La pieza cortante puede hacerse dedistintos modos.

Corona de diamantes. Consiste en un anillo colocado en el extremo inferior del tubo rotatorioy provisto de cierto número de diamantes pequeños, dispuestos de modo que forman bordescortantes que, al girar en contacto con la roca, la van gastando gradualmente y siguenpenetrado por el espacio anular. Los diamantes que se emplean, para este género desondeos, se llaman diamantes negros o carbones y solamente se parecen a los diamantesusados en joyerías por su dureza.

Estos diamantes se fijan firmemente, en una capa de metal blando, en encajes perforados enla corona, resaltando por debajo de ésta, y también por las superficies interior y exterior, losuficiente para asegurar un corte de dimensiones lo bastante grandes para permitir el avancede la corona y el vástago o tubo.

Sonda de perdigones. El mismo resultado se consigue por el procedimiento de la sondarotativa de perdigones, en la cual se emplean partículas de fundación enfriada, llamadasperdigones, que obran como cortadores. Los perdigones se echan sueltos en su orificio y se leobliga a gastar la roca por medio de rotación de la corona.

Eficacia de los procedimientos de perforación anular. Los dos procedimientosmencionados son costosos, pero como son los únicos métodos capaces de dar testigos omuestras exactas en rocas, es necesario emplear cualquiera de los dos cuando necesite unainformación exacta. Si el testigo corresponde a la formación rocosa principalmente conocida y

se presenta con continuidad, en una oportunidad de 3 a 5 m, es seguro que se habrá llegadoal firme. Si el testigo corresponde a una roca diferente de la formación rocosa conocida, esprobable que se trate de un canto rodado. Si el testigo no es uniforme, indica que la roca tienevetas o que existen masas rocosas sueltas. Estos procedimientos se emplean cuando la capasuperior de tierra ha sido estudiada por métodos del tubo seco o del sondeo hidráulico.

Los resultados de estos métodos de sondeos con tubos pueden dar lugar a error por nointerpretarlos correctamente; se debe tomar gran cuidado en comparar las muestras con otrasprocedentes de otros sondeos en que se conozca el carácter exacto de los materiales.

11. Ensayos de carga

Consideraciones generales. Los ensayos de carga de los materiales que componen el lechode fundación se hacen con objeto de determinar su capacidad de sustentación de seguridad.No se sabe qué medida varía la potencia sustentadora de cierto terreno, con el área que ha deestar bajo la carga y, por lo tanto, los ensayos en área restringidas no constituyen una buenaguía para la carga de seguridad sobre áreas extensas. Además, el material no se prueba másque para un pequeño incremento de cargas. Los ensayos en superficies extensas cuestancaros, por cuya razón se practican pocas veces; lo más corriente es que las pruebas se haganen superficies de 0.1 m2. La prueba debe hacerse sobre una parte normal del lecho defundación que previamente se nivela para poder recibir la carga de ensayo, y para unasuperficie circundante al área probada, tal que los materiales adyacentes no estén reforzadosno recargados por ningún banco o material sin excavar. Se debe aplicar la carga evitando en loposible las vibraciones o movimientos de la superficie de contacto con el material del lecho defundación. Se toman niveles, a intervalos frecuente durante la aplicación de la carga del puntomarcado en la viga, tomando carga suplementaria sobre carga del 50% hasta 100%, y seobserva los asientos periódicos y el total que se produzcan. Si el asiento procedente de unasobrecarga del 100 % no es excesivo, se considera que el ensayo es satisfactorio.



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12. Condiciones topográficas y especialesExcavaciones es contratos inclinados. En el caso de que haya que empezar la construcciónen un talud y especialmente si es de gran pendiente, se corre el riesgo de resbalamiento delmaterial del lecho de fundación (véase Roca firme, Art. 7).

Esto puede ocurrir si el plano de separación entre las capas de la roca adyacentes o entre la

superficie de la roca y los materiales sobre ella es inclinado o si se presentan estratosinclinados de arcilla por debajo del lecho de fundación. En tales situaciones, el mayor peligrode resbalamiento se tiene cuando se presenta el agua, que aumenta el peso del material ydisminuye el coeficiente de rozamiento. Un síntoma de tales condiciones es la aparición debretes de agua o manantiales en el subsuelo. En los lugares en que la base del talud seextiende hasta un arroyo o río, puede haber peligro procedente de la erosión de los bancosque soportan los taludes laterales del valle. En el caso de valles profundos, con bancosinclinados de arcilla, o en cualquiera otro emplazamiento donde hayan ocurrido corrimientos detierras, se debe tener especial cuidado de fundar sobre un lecho que no haya sido afectado porlos corrimientos.

Excavaciones en las proximidades de aguas navegables. Cuando la construcción estácerca de aguas navegables, no es difícil que las operaciones de dragado a una distanciaconsiderable produzcan un flujo de arena fina o arcilla de los estratos subyacentes de los

bancos contiguos. Esto ha ocurrido en sitios en que ni siquiera se sospechaba la existencia detales estratos. Hay que prevenir este riesgo, muy especialmente en los terrenos pantanososcontiguos a corrientes de agua que son o pueden ser navegables, o no localidades próximas alas riberas donde es presumible que se construyan muelles.

Perjuicios por excavaciones contiguos. Está prevista, en la generalidad de laslegislaciones, la protección de los propietarios contra los daños procedentes de actos detercero que practique dichas excavaciones; pero un propietario no puede, en general, ejercercontrol sobre tales operaciones en las propiedades adyacentes o en la vía pública y, engeneral, prefiere prevenir, en lo posible, los perjuicios en su propiedad a una reclamación legalde éxito problemático. Aunque no sea posible provenirse totalmente contra los efectos de lasexcavaciones contiguas y aunque los gastos para conseguirlo no son siempre justificados, sedebe conceder la atención debida a este punto. Los párrafos siguientes pueden ser útiles.

Profundidad de las excavaciones contiguas. Los cimientos adyacentes a los limites de lapropiedad o situados donde haya probabilidad de ampliaciones futuras a los edificiosexistentes, o los cimientos de una construcción con propiedades contiguas que puedanconvertirse en el emplazamiento de construcciones, deben excavarse, por lo menos, a unaprofundidad igual a la profundidad máxima de los adyacentes. Para apreciar estacircunstancia, deben tenerse en cuenta las condiciones de su situación. En las zonasresidenciales lujosas, es corriente que haya piso bajo o de subsuelo y sótano, en cuyo casohay que suponer una profundidad de 6 m, por debajo de la rasante. Es muy raro que lossótanos de las residencias tengan más de 3 m de profundidad, cuando el nivel de laexcavación ha pasado, ha dicha profundidad, del nivel hidrostático. De hecho, un nivelhidrostático alto es su dificultad y en los gastos que ocasiona la excavación, sino también porel gasto que supone la impermeabilización. En los centros urbanos de negocios yespecialmente en localidades en que prevalecen precios altos de terrenos, aumenta la

tendencia a hacer pisos bajos. Los pisos bajos permiten poner en el más bajo las instalacionesde servicios auxiliares, como calderas y equipos mecánicos, y alquilar uno o aun dos o trespisos bajos. Los locales de los pisos bajos son muy útiles para los bancos, no sólo paraguardar documentos valiosos, valores, etc., en sus tres o cuatro bóvedas y de cupones. Paraconstruir estos pisos bajos, es preciso llevar las excavaciones hasta 25 ó 30 m por debajo dela rasante del terreno, aunque el nivel hidrostático se encuentre a pocos metros del nivel de lacalle. El edificio de la Barcly-Vesay de Nueva York de la New York Telephone Company tienecinco pisos bajos, comprendiendo un volumen de unos 103 000 m3 de bajo de tierra. ElFederal Reserve Bank de Nueva York con sus cinco pisos bajo tiene bajo tierra un volumen de914 000 m3, de los que una quinta parte se usa como bóveda para caja fuerte de efectivo yvalores.

Alcantarillas y fosos de asentamiento en relación con las fundaciones. En laspoblaciones y ciudades, hay que tener en cuenta la posibilidad de la apertura de zanjas o fosos

en las calles. En la mayoría de las localidades, será suficiente prever la profundidad probablede un colector suficientemente profundo para dar servicio a la calle. En otras localidades, el



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asunto tiene más importancia, porque habrá que pensar en la posibilidad de excavaciones másprofundas para la red principal del alcantarillado y para la construcción de ferrocarrilessubterráneos, etc. Tales construcciones están supeditadas a consideraciones topográficas deimportancia, no es posible establecer reglas generales y deberá consultarse al ingeniero oficialde la ciudad.

Fundaciones próximas a minas, pozos, conductos de ventilación, etc. En los distritos

mineros, se debe consultar a las autoridades acerca del riesgo de excavar cerca de antiguaslabores mineras. No se puede hacer ninguna previsión en las fundaciones contra las dispersascavidades y los hundimientos que pueden resultar de las operaciones mineras. En algunoscasos, los desprendimientos de fragmentos de roca de los techos de las labores pueden llenarlos vacíos que hayan dejado los trabajos, porque estos fragmentos ocuparan mas volumen queocupaban cuando eran una parte de la masa firme. En otros casos la sobrecarga puedeasentar como una masa sólida y producir un descenso igual a la profundidad de las laboresantiguas. Las medidas de precaución que deben tenerse para el relleno de estos trabajos sesalen de los límites de este capitulo. En casos de construcciones importantes, se debeconsultar a un ingeniero de minas de la localidad o, si es posible, cambiar el emplazamiento dela construcción a lugar mas seguro. Los pozos o conductos de ventilación de mina, pozosprofundos y ventilaciones de túneles, etc., pueden causar trastornos en el suelo, pero, en talescasos, el asiento se concentra alrededor del pozo o conducto y las construcciones que están a

una distancia razonable no son afectados o lo son en una medida muy escasa. Fundaciones próximas a túneles y trincheras para ferrocarriles y pasos subterráneos. Enlas grandes poblaciones, en que el transporte y la circulación adquieren gran importancia, esnecesario construir ferrocarriles, túneles y pasos subterráneos y tales construcciones tienen,generalmente, el mismo recorrido que las calles. Los túneles de los ferrocarriles metropolitanospara las líneas principales pueden seguir líneas directas o estaciones situadas céntricamente oterminales a lo largo de rutas que evitan, en lo posible, dificultades de construcción,expropiaciones y daños a las propiedades de gran valor. La profundidad de la excavación paraeste género de obras se hace, generalmente, tan poco profundas como sea posible. Cuandoun túnel tiene que pasar por debajo de algún obstáculo, el nivel del paso será probablementeel nivel limite de la sección.

Relación de las vías subterráneas con las fundaciones de las construcciones mas

importantes. En la construcción de vías subterráneas para el servicio rápido de circulación deviajeros, se pueden trazar curvas d menor radio y con más pendiente que en los ferrocarrilesordinarios; esto permite a la línea ceñirse a las direcciones de las calles de la ciudad. Bajo elpunto de vista del tráfico, la línea debe seguir, en general, las grandes arterias del traficosuperficial y las estaciones deben emplazarse en las intersecciones de calles y avenidasimportantes, donde hay mayor congestión de la circulación. La causa de estas circunstanciases la existencia de centros comerciales, que exigen la construcción de edificios de granaltura, de donde resulta que las edificaciones importantes son las que tienen másprobabilidades de que sus fundaciones se vean afectadas por la construcción de víassubterráneas en sus proximidades. Cuando hay razones para intentar la construcción de unavía subterránea o túnel, es preciso informarte acerca de la profundidad probable de laexcavación, el nivel hidrostático o profundidades a la cual se encuentra el agua, la clase dematerial, el ancho probable de la construcción, teniendo en cuenta el empleo de andenes bojo

bóvedas y el método que ha de empelarse para hacer las excavaciones. En los sitios en queestas excavaciones para los túneles y pasos subterráneos llegan por de bajo del nivel loscimientos de los edificios adyacentes, como sucede en Baltimore, Boston, Brooklyn, Chicago.Nueva York y Filadelfia, las edificaciones a lo largo de las rutas subterráneas se han vistoseriamente afectadas. Las consecuencia que quedan apuntadas no están limitadas a ningúnmétodo especial de construcción de los túneles, porque aun en los casos de excavaciones,total o parcialmente en roca, se han producido serios perjuicios.

13. Cargas que intervienen en los cimientosCargas. Las que hay que considerar al proyectar los cimientos de una estructura son:

1. Las cargas muertas, o peso real de la estructura completa, preparada para su utilización.

2. Las cargas vivas, o cargas producidas por la utilización del edificio y también por el pesode la nieve sobre el tejado.

3. Las cargas del viento, o componente vertical de los esfuerzos producidos en la estructura,por la presión del viento.



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1. Cargas muertas. La carga viva de una estructura es la suna de las cargas sobre el tejado ylos pisos. Cuando se proyectan el tejado y los pisos, el cálculo de la resistencia se basa unacarga unitaria adoptada que debe ser la máxima compatible con el empleo que haya dedarse a la estructura y a la cual puede estar sometida una parte cualquiera del tejado o elpiso en algún momento. La carga viva que se adopta es, por tanto, mayor que la carga

media sobre el área total del tejado o de los pisos. Por consiguiente, como no es probableque las condiciones que produzcan la carga máxima tengan lugar simultáneamente en eltejado y en todos los pisos, es probable que la carga máxima sobre los cimientos resultemenor que la suma de las cargas máximas sobre el tejado y sobre todos los pisos.

2. Carga viva. La carga viva de una estructura es la suma de las cargas sobre el tejado y lospisos. Cuando se proyectan el tejado y los pisos, el cálculo de la resistencia se basa sobreuna carga unitaria adoptada que debe ser la máxima compatible con el empleo que haya dedarse a la estructura y a la cual puede estar sometida una parte cualquiera del tejado o elpiso en algún momento. La carga sometida que adopta es, tanto, mayor que la carga mediasobre el área total del tejado o de los pisos. Por consiguiente, como no es probable que lascondiciones que produzcan la carga máxima tengan lugar simultáneamente en el tejado y entodos los pisos, es probable que la carga máxima sobre los cimientos resulte menor que lasuma de las cargas máximas sobre el tejado y sobre todos los pisos.

La carga viva mínima para un edificio sin más carga que su peso propio es igual a cero.

La carga viva real variara desde cero hasta un máximo, generalmente menor que la cargaviva total adoptada.

La relación entre la carga viva máxima probable y la carga viva adoptada varía según lasconstrucciones y no se puede establecer una regla general a cerca de este punto.

Carga viva máxima probable. Teniendo en cuenta que es importante saber,aproximadamente por lo menos, las cargas vivas máximas que han de soportar loscimientos, y como este máximo puede ser solamente una fracción de las cargas vivasadoptadas, el arquitecto debe hacer un estudio cuidadoso de las condiciones de carga a lasque será sujeto el edificio y calcular la carga viva máxima probable para toda la estructura.

Datos para calcular las cargas vivas. Para calcular las carga vivas máximas probables

para distintos usos, pueden ser útiles los datos que siguen. En ciertas edificaciones, la cargaunitaria adoptada para el tejado y los elementos de cada piso puede alcanzarse en variosmomentos, pero no es probable que la carga máxima de todas las partes del edificio actuésimultáneamente en todas ellas. En los edificios de muchos pisos, disminuye dichaprobabilidad proporcionalmente al número de los mismos.

Ajuares ordinarios y muebles en oficina. Se debe adoptar la carga máxima de 25 a 50 Kg.por m2 del espacio ocupado. En tanto que las cajas de caudales, bibliotecas o archivospueden producir cargas locales de 50 a 500 Kg. Por m2, la carga media para pisosdestinados a oficinas muy pocas veces llega a 50 Kg. Por m2.

Residencias, apartamientos y hoteles. Cuando no se celebran en ellos reuniones publicas,las cargas raramente pasan de 25 Kg. Por m2.

Tiendas de mayoreo y menudeo. Estos locales necesitan alrededor del 50% de su área total

para los compradores y clientes; la parte rasante es para el almacenaje de mercancías.Para calcular el peso de mercancías variadas, se debe tomar un término medio de peso pormetro cúbico entre las clases mas y menos pesadas y, además, al cifrar el espacio ocupadopor las existencias, deberá tenerse en cuenta el termino medio entre el máximo y el mínimode la cantidad de mercancía soportada. En las tiendas de mercancías generales al pormenor, la carga en el piso para todo el edificio puede no ser mayor que 125 Kg. Por m 2,pero en las tiendas de mayoristas y especialmente en las de comestibles y loza, la cargapuede ser muy superior a la citada.

Talleres, cobertizos y edificios para fábricas. Las cargas vivas efectivas varían según laclase del material manufacturado y el peso de la maquinaria empleada y no es posible hacerun cálculo en general para estas cargas. Cuando se conocen las características de laindustria, se puede tener una aproximación de los pesos de maquinaria, dispositivos ymercancías, por termino medio, sobre cada piso.

Almacenes. En las construcciones que se empleen total o parcialmente para almacenaje, elpiso puede utilizarse para materiales de poco peso y mucho volumen que, cuando se



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estiban de manera que dejen hueco para circular y trabajar, darán una carga resultantemucho menor que la adoptada. Por el contrario, las mercancías mas pesadas suelenapilarse de modo compacto, desde el suelo hasta el techo, desafiado los reglamentos deedificación, avisos y hasta el sentido común. Los materiales toscos y los que estad en cajaso fardos pueden estar colocados con mas aglomeración que los artículos diversos y suelen,por lo tanto, producir mayores cargas. Las bóvedas para cajas fuertes se prevén,

generalmente, para soportar una carga de 3 000 Kg. Por m2

, en el caso de almacenaje deoro y placa en barras, la carga viva puede llegar a ser de 8 800 Kg. Por m2 o más.

Relación de la carga viva máxima total probable a la carga vital total adoptada. Si se hadeterminado esta relación para todo el edificio, la carga viva máxima probable para cadaelemento de los cimientos se puede conocer exactamente, multiplicando la carga vivacalculada o adoptada de cada elemento, por dicha relación.

3. Carga del viento. Se calcula tomando como base que la presión del ciento es uniforme

y se toma frecuentemente como de 150 Kg. Por m2 sobre toda el Rea exterior de cualquierlodo del edificio. Para este supuesto, no se deducen las protecciones que representan losedificios colindantes. No es fácil que la presión máxima se alcance en la superficie totalexpuesta del edificio en el mismo instante y, por lo tanto, si la presión adoptada representala presiona máxima, la presión media en un instante determinado será menor que la total

calculada. El Reglamento de Construcciones Urbanas de México indica que se supondráque la presión del viento actúa horizontalmente con una intensidad de 70 Kg. Por m2.

En efecto general de la presión del viento. La presión horizontal del viento tiende a aumentarla carga sobre los cimientos de la parte del edificio al lado contrario a la dirección del vientoy a disminuirla sobre los del lado frente al viento.

En muchas edificaciones se usan una riostra diagonal llamada contraviento, u otraconstrucción especial, para evitar que la presión del viento produzca deformaciones en laestructura y para convertir el esfuerzo horizontal, debido a la presión del viento, encomponentes verticales que actúan según las direcciones definidas de los soportes, o sea,como cargas contracargas sobre ciertos muros, pilares o columnas.

Cuando la contracarga en algún elemento de la estructura es menor que la carga muertasobre el mismo, no se la tiene en cuenta. Si la componente vertical hace que aumente lacompresión en algún elemento, recibe el nombre de carga del viento en ese elemento de laconstrucción y sobre el cimiento correspondiente. Para el proyecto, se toma generalmente,como base la concentración de toda la carga del viento sobre ciertos cimientos exteriores. Sipor causa de la rigidez de la construcción o cualquiera otra, llegan los refuerzos del viento acimientos que no han sido designados para soportar las cargas del viento, la magnitudcifrada sobre los cimentos exteriores será reducida en consecuencia. Es probable que elefecto máximo del viento se produzca por una serie de impulsos de corta duración y que elefecto de tales pulsaciones pueda ser contrarrestado parcialmente por la inercia yelasticidad de la estructura; si es que la carga resultante que llega a los cimentos, para sersolamente una parte de la carga teórica en el instante durante el cual actúa la presiónmáxima. (Véase el capitulo Contravientos en los edificios altos).

Probable carga máxima del ciento. La carga máxima probable del viento sobre los cimientoses, por tanto, menor que la carga teórica debida a la presión máxima de dicho agente. Si la

carga adoptada representa aproximadamente la presión máxima del viento, medida con unanemómetro, es razonable suponer que solamente 50% de la carga adoptada actúa paraproducir asiento en los cimientos del edificio. Algunos autores recomiendan que seprescinda de la carga del viento en los cimientos proporcionados, pero esto esmanifiestamente impropio, especialmente en el caso de edificaciones altas estrechas. Lacarga mínima del viento es negativa, o, mejor dicho, es contracarga, a partir de la cual, lacarga puede variar hasta el máximo; Pero este máximo se alcanza muy pocas veces y es decorta duración.

Combinación de las cargas vivas y de las debidas a la presión del viento. Es muy difícil quelos valores máximos de la carga viva y de la velocidad a la presión del viento, actúensimultáneamente, lo que se debe tener en cuenta al calcular la carga efectiva del viento.

14. Cargas adoptadas que se especifican en los reglamentos de

construcción



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Cargas adoptadas por los reglamentos de Norteamérica en los edificios para oficinas. Enlos distintos Estados de Norteamérica, varían las reglamentaciones, según las circunstanciaslocales y otras, pero en lo esencial, las cargas admisibles son las que siguen:

Cargas vivas 250 a 450 Kg por m2

Cargas del viento 100 a 150 Kg por m

2

En algunos Estados, para el cálculo de los cimientos, pilares y muros se consideran las cargasmuertas y las cargas vivas siguientes: total de la cubierta, 90% de las del piso superior, y lasde cada piso por debajo van disminuyendo en 5% para cada uno de ellos, hasta que se llega al50%, que se aplica a todos los siguientes:En otros casos, se calculan los cimientos con la carga muerta y un tanto por ciento de lascargas vivas que oscila entre 75 y 40.En cuanto a la presión del viento, se suele fijar en 75 Kg por m2, hasta una altura de 10 a25 m,y 100 Kg m2, para alturas mayores.Las cargas vivas mínimas admisibles que recomienda el reglamento de construcción delDepartamento de comercio del Bureau of Standars, U.S., son:Residencias, hospitales, cuartos de hoteles y casas de alquiler 200 Kg por m2

Edificios para oficinas, iglesias, escuelas, teatros, etc. 250 Kg por m2

En este caso, se debe prever el piso para soportar una carga concentrada de 900 Kg sobreuna superficie cuadrada de 46 cm de lado.Corredores, vestíbulos, locales públicos, salas para reuniones, escaleras 500 Kg por m2

Pisos para almacenes en general 1200 Kg por m2 Pisos para almacenes especiales, imprentas, almacenes al por mayor 500 Kg por m2

Pequeña manufactura, establos, locales para ventas al por menor 350 Kg por m2

Garajes para cualquier tipo de coches 500 Kg por m2

Garajes para autobuses solamente 400 Kg por m2 Muros laterales 570 Kg por m2 o 300 Kg concentrados, lo que dé el mayor momento oesfuerzo cortante.Cargas con los tejados: 150 Kg por m2 o 100 Kg por m 2 normal a los planos de los faldones overtientes, si estos tienen una pendiente de 45% o mayor.

Reducciones de las cargas vivas, excepto en los edificios para almacenes o bodegas. Las

reducciones siguientes, sobre las cargas vivas totales adoptadas para los pisos, sonadmisibles para el cálculo de todas las columnas, pilares, muros, funciones, armaduras y vigas:

Soportando 1 planta 0%Soportando 2 plantas 10%Soportando 3 plantas 20%Soportando 4 plantas 30%Soportando 5 plantas 40%Soportando 6 plantas 45%Soportando 7 plantas o más 50%

La carga muerta comprende todo el peso de la construcción permanente y estacionaria quecompone el edificio.

Reducción de las cargas adoptadas. Los reglamentos de distintas ciudades dan reglas

acerca de las cargas vivas y del viento que deben suponerse, y estas reglas prevén,generalmente, alguna reducción en las cargas adoptadas. Generalmente, es posible atenderestos requisitos y proporcionar al mismo tiempo la superficie de apoyo apropiada yproporcionada.

El reglamento de Construcciones Urbanas de México indica que para las cargas muertas,debidas al peso propio de los materiales, se aplicaran los pesos volumétricos dados en latabla II, y advierte que al determinar el peso por metro cuadrado de muros, además del pesode las mamposterías u obras de fábrica, deberá considerarse el de los aplanados o revoques,que se supondrán de un espesor mínimo de un centímetro de cada lado; cuando los murossean de carga, no se aceptaran descuentos por concepto de claros, porque la disminución depeso que éstos significan equivales aproximadamente al exceso de peso no considerado,debido a cadenas, castillos, repisones, puertas y ventanas; En muros de relleno podrá hacerseun descuento por claros que no sea mayor del porcentaje del peso de los muros.

En cuanto a las cargas vivas permanentes para los pisos, el citado reglamento da lossiguientes valores, en kilogramos por metro cuadrado.



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Pisos en lugares de habitación:Residencias, departamentos, viviendas, cuartos de hoteles y similares 150Dormitorios de internados de escuelas, cuarteles, cárceles, hospitales,Correccionales y similares. 200

Pisos en lugares de reunión:Templos, salones de espectáculos, teatros, cines, auditorios, etc. 350

Gimnasios, arenas, plazas de toros, estadios, salones de bailepistas de patines y similares. 450Bibliotecas, museos, aulas, baños públicos, restaurantes, salasde espera, fumadores, salas de juego o de tertulia en clubes ycasino y, similares. 300

Lugares de comunicación de uso publico:Pasillos, escaleras, rampas, banquetas, pasajes y lugares enque puede haber aglomeración de personas. 550Garajes y lugares para estacionamiento de vehículos y similares. 350

Pisos en lugares de trabajo:Despachos 200Oficinas 250Laboratorios 300

Pisos para comercio al menudeo:a) Ligero 300b) Semipesado 400c) Pesado 500

Pisos para comercio al mayoreo:a) Ligero 350b) Semipesado 450c) Pesado 550

Pisos en fábricas o talleres:a) Ligero 400b) Semipesado 500c) Pesado 600

Pisos en bodegas:

a) Ligero 450b) Semipesado 550c) Pesado 650

Azoteas:Cargas vivas usuales en azoteas (con pendientes de 0 a 5%) 100

Las mercancías las clasifica en la siguiente forma:

a) Ligeras: ropa hecha, calzado, sombreros, juguetes, joyas, adornos, cajas mortuorias,muebles, alfarería, envases, candiles, cuadros, artículos de corcho, flores, plantas,artículos de óptica, telas e hilos, cristalería, abarrotes, frutas, madera, tlapalería, pieles, jardinería, artículos de hule, drogas, bebidas y similares.

b) Semipesadas: vidrios, loza, cales y cementos, piedras naturales y artificiales, vehículos,maquinaria ligera, carbón y similares.

c) Pesadas: ferretería, herrería, maquinaria pesada, fundición y laminación, artículos deplomo, libros, papel y similares.

En las cargas vivas accidentales considera la del viento y la de los sismos.

La presión del viento supone dicho reglamento que actúa horizontalmente con una intensidadde 70 Kg. Por m2, y para determinar la presión normal, P n, en kilogramos por metro cuadradosobre techos inclinados, se aplica la fórmula de Duchemin:

a = ángulo que la superficie de cubierta forma con la horizontal.

Esta fórmula, que el autor estudia con más extensión en los Capítulos XXVI y XXVIII, se

aplicará a techos en los cualesa

sea mayor de 5 grados. El valor mínimo que se admitirá paraP n serpa de 40 Kg por m 2.

a sen

a sen P P hn 21

2}



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Los sismos pueden ser trepida torios y oscilatorios, siendo éstos los más peligros, puesademás de aumentar las compresiones producen empujes horizontales que causan otrastensiones, mientras que los primeros sólo dan lugar a aumentos de la compresión de losapoyos. La importancia de los empujes horizontales es una función del peso del edificio oconstrucción y del grado del temblor. En cuanto a éste, es necesario informarse del de losocurridos anteriormente, pues, en general, son del mismo tipo los que se repetirán. El grado

máximo posible en México es el 7º y para él conviene suponer un empuje de P/15 ó P/20aplicado en el centro de gravedad del edificio, siendo P el peso del mismo. En los del grado10%, este empuje seria de P/10.

Tabla II. Pesos volumétricos de los materiales de construcción según el Reglamento deMéxico y las normas alemanas (DIN)

Clasificacióndel material Nombre del material Reg. De México, Kg/m3 DIN Kg/m3

Sillería,mampostería uobra de fábricade piedrasnaturales

Granito, gneisSienita, pórfidoBasaltoLava basáltica compactaLava basáltica porosaMármolChiluca

RecintoCaliza compactaCaliza porosaCaliza concoide Areniscas Areniscas carboníferaGrauvacaPizarraPiedra brazaTobas compactas de pórfido o calizaTezontleNaguelflucheTepetatePómez, leucita y toba caliza porosa

2 200

2 300

1 900

1 800

18 00

1 300

1 100

2 6002 6003 0002 8001 8002 700

2 6002 2002 6002 4002 7002 7002 700

2 000

2 400

1 200Obra de fábricade materiales o

piedrasartificiales

Concreto u hormigón simple (degravilla, de grava granítica y de

escorias de alto horno)Concreto u hormigón armado oreforzadoHormigón de cascoteHormigón de escorias con arena enrellenosHormigón de pómez y arenaHormigón de pómez armadoBloque hueco de concreto u hormigón AdobeLadrillo (tabique) rojo, macizo,prensadoLadrillo (tabique) rojo, macizo, hecho amanoLadrillo (tabique) rojo, hueco, prensadoLadrillo hueco, hecho a manoLadrillo ligero, de cemento, macizoLadrillo ligero, de cemento, huecoLadrillo vitrificadoLadrillo ordinarioLadrillo porosoLadrillo huecoLadrillo hueco porosoLadrillo flotanteLadrillo flotante de altos hornosLadrillo de corchoLadrillo de cal y arenaLadrillo de escoriasLadrillo de escorias de altos hornosLadrillo delgado, rojo, prensadoLadrillo delgado, rojo, común Azulejo o losetamosaico

2 2002 400

1 2001 400

1 800

1 500900

1 200900800

1 8001 5001 8002 000

2 2002 400

1 9001 8001 1001 4501 0001 0001 000600

1 8001 4001 800



221




Tabla II. Pesos volumétricos (continuación)

Clasificacióndel material Nombre del material Reg. De México, Kg/m3 DIN Kg/m3

Morteros Para

aplanados orevoques

De cemento y arena

De cementoDe cemento y trassDe cemento y calDe cal (o cal y yeso)De cal y trassDe cal y arenaDe yeso

2 000

1 5001 500

2 1002 1001 9001 7001 900

1 200Madera (en lasnormas DIN seconsideransecadas al airecon 15% dehumedad y sino estánprotegidascontra está se

aumentaran lospesos en 50Kg/m3 )

Pino (ocote) Abeto rojo Abeto, pinabeteOyamel AlercePinotea (pitchpine)Pino de ObregónRoble, encinoHaya

Maderas duras del trópico

6 00

6 00

9 50

6 005 505 00

6 008 008 008 007 00

1 000

Metales (elReglamento deMéxico indicaque para lospesos de losperfiles se veael “Manual paraConstructores”,Monterrey,1937)

Fundición (o hierro fundido o vaciado)Hierro laminado y aceroHierro dulce Acero de lingotera o moldeado AluminioPlomoCobre, laminadoBronceCinc, fundidoCinc, laminadoEstaño, laminadoLatón

7 2007 600

7 250

7 8007 8502 75011 4008 9008 5006 9007 2007 4008 500

Vidrio

estructural

Tabiques de vidrios para muros

Prismáticos para tragaluces

1 800

2 000Materiales derelleno, talescomo tierras,arenas, gravasy escorias (elReglamento deMéxico indicaque paraempujes detierras seconsiderenéstas con unpesovolumétrico de1 600 Kg/m3)

Tierra suelta secaTierra suelta húmedaTierra apretada secaTierra apretada húmedaTierra, arena y légamo empapadosTierra, arena y légamo empapados conla humedad de mina (5%)Tierra, arena y légamo secosGravilla empapadaGravilla seca} Arena y grava suelta seca Arena y grava apretada y seca Arena y grava mojada Arena de tepetateEscoria de coque

Escoria de hullaEscoria de altos hornos en tamaño degrava para balastosEscoria de altos hornos en arena deescorias granuladasEscoria de altos hornos flotante Arena pómez

1 2001 3001 4001 600

1 6001 6501 700800

2 100

1 8001 6002 0001 700

7 00

1 0001 500

1 0007 007 00

El Reglamento de Construcciones Urbanas de México, para impedir en lo posible los dañoscausados por los mismos, da las reglas siguientes como válidas, mientras estudios especialespermitan completarlas o modificarlas:

Uniones.: Las uniones entre los diferentes elementos de una estructura deben calcularse demanera que resistan tanto como los elementos que ligan.

Unidad: Cada estructura debe ser proyectada y construida de tal manera que, durante untemblor, oscile como una sola unidad. Las estructuras con alas (con planta en forma de T, L oH) tendrán éstas firmemente ligadas al resto de la estructura, de manera que oscilen enconjunto.



222




Clasificación: tipo I, construcciones que es indispensable que permanezcan intactas cuandolas otras hubieran sido destruídas por un temblor, por ejemplo, aquellas de las que depende lahabitabilidad y la seguridad de las poblaciones, como plantas de bombeo, depósitos de aguapotable, estaciones de bomberos, plantas de energía, plantas de tratamiento de aguas negras,y también los monumentos que se desea conservar; Tipo II, construcciones para lugares dereunión o de cualquiera otra clase que, al fallar, pongan en peligro la vida de gran numero de

personas, por ejemplo, escuelas, teatros, salas de cinematógrafo y similares; tipo III,construcciones para edificios destinados al publico, pero donde no se congrega gran númerode personas (así como otras construcciones que al fallar puede3n poner en peligro a lasprimeras), por ejemplo, hoteles, casa de viviendas o departamentos, edificios para despachos,plantas industriales, etc.; Tipo IV, construcciones para guardas materiales o equipos costososo necesarios. Por ejemplo. Almacenes elevadores de granos, etc., y las construcciones que alfallar puedan poner en peligro a otras de este mismo tipo; Tipo V, construcciones que son devalor y cuya falla sólo puede poner en peligro la vida de pocas personas, por ejemplo,residencias privadas de lujo; Tipo VI, cualquier construcción usada como habitación parapocas personas; Tipo VII, cualquiera otra construcción que se usa ocasionalmente por pocaspersonas, pero no para habitación o lugar de reunión; Tipo VIII, cualquiera otra construcciónaislada, cuya falla por un temblor no pueda ocasionar normalmente daños a otras estructurasni a seres humanos.

Coeficiente sísmico: es la relación de la aceleración del temblor supuesto a la de la gravedad,y el que se usa para el cálculo en el proyecto de estructuras de cada uno de los tiposanteriores, será como sigue:

Tipo I 0.10Tipo II 0.05Tipo III a VI 0.025Tipo VII 0.01Tipo VIII 0.00

Definiciones: la fuerza sísmica es el producto del coeficiente sísmico por el peso total de laestructura, incluyendo cargas muertas y vivas arriba del plano horizontal que se considere; elesfuerzo cortante sísmico es igual a la fuerza sísmica para el mismo plano.

Cimientos: los cimientos serán proyectados y construidos de tal manera que con la estructura

totalmente cargada, incluyendo cargas muertas y vivas, permanentes y accidentales, pero nolas del viento y los momentos que provoquen en las condiciones más desfavorables,satisfagan los requisitos siguientes: a) la estructura no debe deslizar sobre el subsuelo; b) launión entre las trabes o losas de cimentación y los pilotes no deberá romperse; c) ningún pilotesoportara una carga mayor que la de trabajo (que se especifica en el Reglamento y también enel lugar correspondiente de este libro) aumentada en 33%; d) la presión unitaria sobre elsubsuelo en ningún punto de la cimentación (las presiones criticas usualmente ocurren en lasesquinas con la fuerza sísmica actuando diagonalmente) excederá la capacidad desustentación del subsuelo (antes especificad) más un aumento del 33%; e) la estructura nodeberá soportar esfuerzos más allá de los especificados en el Reglamento aumentado en un33%.

Muros: los muros estructurales (los construidos de manera que exista la posibilidad de quereciban esfuerzos cortantes sísmicos de algún otro elemento de la estructura), tomamos en

conjunto, deben ser capaces de resistir en un plano horizontal el esfuerzo cortante sísmico sinfallar; los muros que no sean estructurales deben construirse de manera que en un temblor lasfatigas que se produzcan estén dentro de los limites dados en las especificaciones para ellos.

El reglamento que en las construcciones en que se haya tenido en cuenta la presión delviento, no es necesario considerar simultáneamente los efectos de presión de viento y sismos,sino únicamente los que produzcan mayores fatigas.

En cuanto la fatiga de un elemento estructural que, además de las cargas muertas y vivaspermanentes, esté sujeto a cargas vivas accidentales, podrá aumentarse la fatiga de trabajoespecificada en el reglamento (y que se indica más adelante en este Manual) en 33%, siempreque la sección obtenida con todas aquellas cargas y la fatiga aumentada, no resulte menor quela correspondiente a la fatiga especificada y a las cargas muertas y vivas permanentes. Exigeel reglamento que se presenten cálculos sobre los sismos en los proyectos para edificios que

tengan más de 16 m de altura, para aquellos cuya altura sea mayor de dos veces la menordimensión de la planta y para los lugares de reunión. También admite este reglamentoreducciones en las cargas vivas verticales sobre las columnas, muros y cimientos en las





224




Siendo Pn, Ph y a lo mismo que en la formula de Duchemin. Los valoresque indica para Ph son:

Paños de pared menos de 15 m de alto, en lugares no

resguardados 100 kg/m2

Id., en lugares resguardados, puede reducirse, segúnel grado de abrigo, hasta 75 kg/m2

Paños de pared situados ente 15 y 25 m de altura, y

cubiertas situadas a menos de 25 m de altura 125 kg/m2

(si la inclinación de la cubierta es menor de 25º puede

desperdiciarse la componente horizontal, pero aumen-

tan algo la vertical)

paños de pared y cubiertas a mas de 25 m de altura,

entramados metálicos, andamios y postes 150 kg/m2

Aunque la carga viva accidental procedente de la nieve es muy variable según los países yregiones, damos los siguientes datos de las normas alemanas:

La carga de la nieve sobre tejados cuyas inclinaciones sean 20º, 25º, 30º, 35 7, 40º y 45º seráde 75, 70, 65, 60, 55 y 50 kg/m2, respectivamente, y si la pendiente es mayor de 60º, se admiteque dicha sobrecarga es nula.

El capítulo XXVI, al tratar de las cargas sobre armaduras para cubiertas, se dan datos sobrelas cargas muertas y vivas que obran sobre estas estructuras, entre ellas las de la nieve y eviento.

15. Proporciones del área de apoyo para el asiento uniforme

Superficie mínima de apoyo. Una vez calculada las cargas muertas reales y las cargas vivasy del viento adoptadas, para cada metro lineal de muro y para cada columna, pilar o soportecualquiera de la edificación, bajo el nivel de los cimientos, se puede preparar un plano defundaciones en que e fije la magnitud y punto de aplicación de todas las cargas. Para

conseguir la seguridad conveniente en la combinación de cargas más desfavorables, cadacimiento debe tener la amplitud necesaria para resistir el total de todas las cargas muertas,vivas y del viento que actúen sobre él. El área resistente mínima para cada cimiento se obtienedividiendo el total de las cargas muertas, vivas y del viento por la resistencia de seguridad dellecho de fundación si el lecho de fundación es roca, o puede considerarse como incompresiblecuando soporta la carga unitaria, las áreas mínimas que así se obtengan pueden utilizarsepara los cimientos. Sobre los materiales compresibles y, en general, para todos los materialesque no sean roca, el empleo de estas áreas, mínimas nos dará como resultado un asientouniforme, porque las cargas vivas y de los vientos reales no son iguales a las adoptadas.

Cargas reales sobre los cimientos. De acuerdo con lo que procede, supongamos que lacarga muerta es constante y que para un edificio determinado, la carga viva máxima probablees 50% de la carga viva adoptada; que la carga máxima probable del viento es 40% de lacarga del viento adoptada y que a la terminación del edificio, las cargas vivas y del viento se

reducen a cero durante un periodo de corta duración. Las cargas que actúan en los cimientosserán entonces:

1. A la terminación del edificio, a la carga muerta solamente:

2. Bajo la carga máxima producida por el uso del edificio y nieve en la cubierta, la cargamuerta mas 50% de la carga viva adoptada;

3. cuando la carga es como en 2 y sujeta, además a la acción del viento máxima probable:

a) Los cimientos, en el lado opuesto a la dirección del viento, soportaran la carga muertatotal mas 50% de la carga viva adoptada, más 40% de la carga del viento que seadopte;

b) Los cimientos, en el lado frente a la dirección del ciento, soportaran la carga muertatotal mas 50% de la carga viva adoptada, menos 40% de la contracarga adoptada;

c) Los otros cimientos soportaran la carga muerta total, mas 50% de la carga vivaadoptada y ninguna carga del viento;

a sen P P hn

2



225




4. Las circunstancias intermedias, en cuanto a las cargas vivas y cargas del viento, daránresultados comprendidos entre 1 y 3.

Variaciones de las cargas unitarias en los lechos de fundación. Teniendo en cuantavariada circunstancia, no es posible proporcionar la superficie de apoyo de modo que la cargaunitaria sobre el lecho de fundación sea uniforme en todo momento. Si las superficies deapoyo son proporcionadas a la carga muerta solamente, el edificio, a la terminación de la

construcción y antes de su cotización, cargara uniformemente dichas superficies y, en estemomento, todos los cimientos sufrirán el mismo asiento; pero, después, cuando las superficiesde apoyo soporten el efecto total de las cargas vivas y del viento, algunas de estas áreas,cargadas con una gran proporción de las cargas vivas o cargas vivas y del viento, tendrán queresistir a una carga unitaria mayor y los cimientos correspondientes asentaran mas que los quesoporten una proporción menor de las cargas vivas y del viento.

Asientos no uniformes de los cimientos. Si, por otra parte, la superficie de apoyo seproporciona a las cargas muertas, mas las cargas máximas, más las cargas máximas delviento, aun en el caso de que las cargas máximas sean las cargas máximas reales probables yno las cargas ficticias supuestas, es inevitable que, a la terminación del edificio y antes de quese ocupe, las superficies de apoyo con menor proporción o porcentaje de las cargas vivas ydel viento tengan que resistir a una carga unitaria mayor y los cimientos correspondienteshagan más asiento que otros con gran proporción de cargas vivas y del viento. Por lo tanto, loscimientos no harán un asiento uniforme, hasta que sean justos a las cargas máximas vivas ydel viento.

Reglas empíricas para proporcionar las superficies de apoyo. Se han dado varias reglasempíricas para proporcionar las superficies de apoyo en forma que aseguren asientosuniformes. Dichas reglas se basan, generalmente, en una reducción de las cargas vivas y delviento adoptadas o supuestas, peor no tienen en cuenta que una gran proporción del asientototal en ciertos cimientos puede verificarse después de la terminación del edificio y luego queotros cimientos puedan haber alcanzado, prácticamente, su máximo de asiento.

Reglas racionales para proporcionar las superficies de apoyo. La regla que serecomienda a continuación no solo provee una reducción de las cargas supuestas sobre unabase racional, sino que, además proporciona los cimientos para la carga media, en vez de parala carga máxima, y es de creer que los asientos resultantes sean tan aproximadamente

uniformes como es posible. La regla se basa en proporcionar los cimientos de acuerdo con lascargas que actuaran sobre ellos en el momento en que coincidan todas las cargas muertas y lamitad de las probables cargas vivas y del viento máximas. La razón por la que se toma la mitadde estas últimas cargas es que ella varía de cero a un máximo, siendo su promedio la mitaddel máximo.

Provisión para las variaciones de las cargas. El asiento no es uniforme a la terminación deledificio, antes de que las cargas vivas y del viento haya obrando sobre los cimientos, porquelas superficies calculadas para una gran proporción de estas últimas cargas soportaran muchomenos que su carga media y asentaran menos que los cimientos calculados para una pequeñaproporción de cargas vivas y del viento. Cuando estos cimientos hayan soportado el máximoprobable de cargas vivas y del viento, vuelve a producirse un asiento desigual, porque se hanprevisto las superficies para la mitad solamente de las cargas máximas probables vivas y delviento, pero los cimentos que antes quedaron más altos serán ahora los que bajen más. El

movimiento inevitable debido a las variaciones de las cargas vivas y del viento se dividirá endos partes iguales: una mitad del asiento corresponde al necesario para llevar al cimiento alnivel de otro que solamente soportará las cargas muertas y la otra mitad del asiento lo lleva ala misma distancia por debajo de dicho mismo cimiento supuesto. Es decir, que el métodoprocura la menor diferencia posible entre los cimientos que soportan distintas proporciones decargas vivas y del viento.

Carga media. A falta de mejor nombre, las cargas tomadas para proporcionar los cimientos,que consisten en la carga muerta total y la mitad de las cargas vivas máximas probables y delviento en cada cimiento, se llama la carga media.

Carga media unitaria. Se tomaran las áreas de tal extensión que la carga sobre el lecho defundación producida por las cargas medias sea uniforme, y esta carga uniforme por unidad desuperficie que, en general, será considerablemente menor que la carga unitaria admisible

sobre el lecho de fundación, recibe el nombre de carga media unitaria



226




Carga unitaria mínima. La necesidad de prever las circunstancias más desfavorables sesatisface si el área de apoyo de todos los cimentos es lo bastante grande para soportar latotalidad de las cargas muertas y de las cargas vivas y del viento adoptadas con la presiónunitaria admisible. Las áreas de apoyo resultantes son las áreas mínimas y cualquier cambioen ellas, para hacerlas proporcionales a las cargas medias, debe hacerse aumentando algunade las superficies, en lugar de disminuir cualquiera de ellas. Cuando las cargas media divididas

por cualquier carga media unitaria den todas ellas superficies mayores que las áreas mínimas,podar tomarse como tal dicha carga media unitaria, pero es más económico determinar lacarga media unitaria más baja posible tal que, cuando se aplique a las cargas medias, delmínimo incrementado posible de las áreas mínimas. Esto se hace, determinado cual de lasáreas mínimas soporta la carga media menor por metro cuadrado. Esta área se hallacalculando la carga media sobre cada una de las áreas mínimas o, mas sencillamente,comparando la tabla de cargas adoptadas o supuestas con una tabla que dé las cargasmedias y tomando nota del cimiento que tenga el mayor porcentaje de reducción entre lacarga adoptada y la carga media. La carga media que resulte en dicho cimiento será la cargaunitaria mínima que se puede emplear como carga media unitaria.

Regla para aplicar el método. La regla se reduce a lo siguiente:

1. Se prepara una tabla que dé en columnas verticales, para cada cimiento, las cargasmuertas, las cargas vivas y del viento adoptadas y de los totales de las tres.

Esta tabla se llama tabla de cargas adoptadas.

2. Se prepara otra tabla con los pesos muertos, la mitad de las cargas vivas máximasprobables, la mitad de las cargas del viento máximas probables y los totales de las tres.Estas tablas se llaman tabla de cargas medias.

3. Por comparación de las dos tablas que anteceden, se halla el área de apoyo que ayaexperimentado el máximo porcentaje de reducción, entre las cargas adoptadas totales ylas cargas medias totales, y se halla la carga unitaria que resulte con la carga media sobreesta área. Esta carga unitaria se llama carga media unitaria.

4. Se divide la carga media total dada en la tabla de cargas medias para cada cimiento, por lacarga media unitaria. El resultado será el área de apoyo necesaria.

Método simplificado para determinar la carga media unitaria. De lo anterior se deduce que

la carga media unitaria se puede hallar más directamente por la regla siguiente. Se halla elárea de apoyo que haya sufrido el máximo porcentaje de reducción entre la carga totaladoptada y la carga media total y se multiplica la carga unitaria admisible sobre el lecho defundación por el cociente de la carga media total y la carga total adoptada.

EJEMPLO. El ejemplo que sigue se expone con más amplitud de la que es necesaria en lapractica, no solamente con el objeto de exponer el método con mas extensión, sino tambiénpara establecer la comparación con otros métodos recomendamos de uso frecuente.Ordinariamente, las cargas del viento en un edificio de las dimensiones que se citan en esteejemplo no se tienen en cuanta, pero nosotros las tomaremos en consideración para que elejemplo sea mas completo.

Un edificio para fábrica (Fig., 96) tiene cuatro pisos por encima del piso bajo, cada uno capazde resistir una carga unitaria adoptada de 1 000 Kg por m2. Como presión uniforme horizontaldel viento se adopta 200 Kg. por m2, en los costados laterales AB y CD solamente. Hay quetener en cuenta la componente vertical del viento en los cimientos de los muros laterales. En elinterior hay una chimenea que se soporta independientemente y un conducto de ventilaciónprotegido contra el viento y que no soporta las cargas de los pisos.

El lecho de fundación es de material arenoso uniforme y se supone uniformementecompresible, en la proporción de 1.3 mm por 1 tonelada de carga por m 2 de superficie deapoyo. La carga unitaria máxima en el lecho de fundación se supone de 40 toneladas por m 2,correspondiendo un asiento de 5.2 cm a la carga adoptada. Las cargas muertas de laedificación, incluida toda la construcción hasta el nivel de los cimientos, las cargas vivasadoptadas y las componentes verticales de las cargas supuestas del viento se dan en la tablaIII.



227




Un estudio detenido de las cargas probables del edificio no demuestra que las cargas vivasmáximas simultaneas no exceden del 60% de la totalidad de las cargas vivas adoptadas y quelas cargas máximas del viento serán menores del 50% de las cargas del viento adoptadas,porque la presión supuesta del viento se basa sobre las mayores presiones registradas sobreuna superficie expuesta al viento, en tanto que el edificio proyectado se encuentra en unaposición resguardada. Habiendo, por tanto, fijado las cargas vivas máximas probables y lascargas del viento en 60% y 50%, respectivamente, de las cargas adoptadas, las llamadascargas medias correspondientes a las media entre las cargas mínimas y máximas, serán lamitad de las cargas máximas probables o sea:

60% X ½ = 30%

de las cargas vivas adoptadas, y:

50% X ½ = 25%

De las cargas del viento adoptadas. La tabla IV da las cargas muertas y las cargas mediasvivas y las del viento por separado y el total de las cargas muertas y cargas medias cuyo totalse emplea para proporcionar las áreas para la menor discrepancia en los asientos. Esto seconoce con el nombre de carga media total.

Comparando las dos tablas, sé vera que las columnas interiores del edificio 2,3 y 4 tengan,primitivamente, la proporción mayor de cargas vivas y del viento y, por consiguiente, hanexperimentado la mayor reducción en la magnitud de la carga total. Las áreas mínimasresistentes para las columnas 2,3 y 4 y también para los otros elementos de los cimientos seobtienen dividiendo las cargas totales adoptadas de la división 4, tabla III, por 40 000, cargaunitaria admisible en kilogramos por metro cuadrado sobre el lecho de fundación, sin que seexceda el límite impuesto de que las combinaciones más desfavorables de cargas, aunqueimprobables, no excedan de la carga unitaria de seguridad. El ajuste de las áreas a la carga

media probable, que se da en la tabla IV, se debe hacer solamente aumentado lasdimensiones de ciertos cimientos.

Tabla III. Cargas muertas y cargas vivas y del viento adoptadas

Elementos de loscimientos

División 1

Cargas muertassolamente

Kg

División 2

Cargas vivasadoptadas

Kg

División 3

Cargas del vientosupuestas

Kg

División 4

Total muertas,

vivas y viento

kg

Muros de fachada porm

Columnas 1 y 5

Columnas 2,3 y 4

Chimenea

20 800

62 400

40 900

145 000

3 750

21 780

46 200

745 25 295

84 180

87 100

145 000



228




Las columnas de la tabla se llaman divisiones, para evitar la confusión con las columnas deledificio.

Si dividimos las cargas medias totales de la división 8, tabla IV, por las áreas mínimas dedivisión 9, tabla V, hallaremos la carga media por metro cuadrado para las áreas mínimas decada elemento del cimiento. Los resultados se dan en la división 10k, tabla V, que muestraque la media para las columnas 2,3 y 4 es solamente de 17 870 Kg por m2, mientras que

abajo la chimenea, la carga es de 40 000 Kg por m2

. Como no se puede admitir la reduccióndel área, es necesario aumentar los cimientos bajo la chimenea, muros de fachada y columnas1 y5, hasta que la carga media unitaria corresponda a la carga media unitaria de las columnas2,3 y4. Esto se consigue, dividiendo las cargas medias dadas en la división 8, tabla IV, por 17870, que es la carga media unitaria determinada para las columnas 2,3 y 4. las áreasresultantes son las de la división 11, tabla V, y son las que deben emplearse.

Tabla IV. Cargas muertas, vivas medias y del viento

y cargas totales muertas y medias.


División 5

Cargas muertas,invariables

Kg

División 6

½ de 60%

Cargas vivas

adoptadasKg

División 7

½ de 50%

de Cargas del

viento adoptadaKg

División 8

Cargas total

mediaskg

Muros de fachadapor m

Columnas 1 y 5

Columnas 2,3 y 4

Chimenea

20 800

62 400

40 900

145 000

3 750

21 780

46 200

745 25 295

84 180

87 100

145 000

El metido de calculo puede sintetizar y reducirse a regla, como sigue: se compara la tabla IV,tabla de cargas medias, con la tabla III, tabla de cargas adoptadas y se encuentran el elementode apoyo que ha sufrido el mayor porcentaje de reducción entre la carga total adoptada y lacarga total media y se calcula el Rea mínima de apoyo correspondiente a la carga unitariaadmisible sobre el lecho de fundación. Se divide la carga media, para el mismo elemento de

apoyo, por el número para el asiento medio.También se puede determinar la carga media unitaria, multiplicándose la carga unitariaadmisible por la relación entre la carga media, para el elemento de apoyo que haexperimentado el mayor porcentaje de reducción, y la carga adoptada para el mismo elemento.

Tabla V. Cargas medias sobre las áreas mínimas y áreas para las cargas medias

Elementos de cimientos División 9

Areas mínimas

m2

División 10

Cargas medias sobre lasáreas mínimas

Kg por m2

División 11

Áreas para cargas

en los cimientos

m2

Muros de fachada

por m

Columnas 1 y 5

Columnas 2,3 y 4

Chimenea

0.907

3.375

4.872

3.625

27 890

24 940

17 870

40 000

1.415

4.710

4.872

8.114

Asientos resultantes. Las tablas VI, VII y VIII contienen los asientos comparativospresumibles, si las áreas de apoyo se han determinado de acuerdo con las diversas cargassupuestas. En todas las tablas, se supone que el lecho de fundación tendrán un asiento de 1.3mm por 1 tonelada de carga y que la carga total adoptada no cargara el lecho de fundacióncon mas de 40 toneladas por m2.

En la tabla VI, los cimientos están proporcionados en relación con las cargas muertassolamente.

En la tabla VII, con las cargas totales adoptadas.

En la tabla VIII, con las cargas medias.En cada tabla, la división 1 da la carga muerta que soportan los cimientos a la terminación deledificio. La división 2 da la carga que soportan los cimientos cuando el edificio esta sujeto a



229




máximo probable de cargas vivas y del viento. La división 3 de las afeas de apoyo de acuerdocon las cargas supuestas.

La división 4 da los asientos para el edificio sin cargar (vacío). La división 5 da los asientosdespués de la adición de las cargas máximas probables vivas y del viento.

Tabla VI. Cimientos proporcionados en relación con las cargas muertas solamente

Asiento potable cuando las áreas de apoyo son proporcionales a las cargas muertas solamente


División 1 División 2 División 3 División 4 División 5

Cargas

muertassolamente

Kg

Cargas

máximas

probables

Kg

Arenas

m2

Asientos

En vació

cm

En carga

cm

Muros de fachada

por m

Columnas 1 y 5

Columnas 2,3 y 4

Chimenea

20 800

62 400

40 900

145 00

29070

105960

133300

145000

2.491

7.474

4.872

17.36

1.09

1.09

1.09

1.09

1.52

1.84

3.55.

1.08

Explicación de la tabla VI. El método que se emplea para hacer las áreas proporcionales a los

pesos muertos solamente, es el siguiente:Se compara la división de cargas muertas de la tabla VI con la división de cargas vivasadoptadas y se halla el elemento de apoyo a que tiene el mayor porcentaje de cargas vivascon relación a las muertas y se calcula la correspondiente área mínima de apoyo con la cargaunitaria admisible sobre el lecho de fundación.

Se divide la carga muerta para dicho elemento de apoyo por el número de metros cuadradosde esta área mínima y el resultado será la carga unitaria debida a la carga muerta solamente.Después se dividen las cargas muertas de todos lo otros elementos de apoyo por dicha cargaunitaria y se tendrán las áreas que se buscan.

Tabla VII. Cimientos proporcionales a la relación de las cargas totales adoptadas Asiento potable cuando las áreas de apoyo son proporcionales a las cargas muertas solamente


División 1 División 2 División 3 División 4 División 5

Cargasmuertas

solamente

Kg

Cargasmáximas

probables

Kg

Arenas

m2

Asientos vacíos

En vació

cm

En carga

cm

Muros de fachada

por m

Columnas 1 y 5

Columnas 2,3 y 4

Chimenea

20 800

62 400

40 900

145 00

29 070

105 960

133 300

145 000

0.907

3.375

4.872

3.625

2.98

2.40

1.09

5.20

4.17

4.08

3.55

5.20

Variación máxima en vacío

Variación máxima en carga 4.11 1.63

Así, en la tabla VI se ve, refiriéndose a la tabla III, que las columnas 2,3 y 4 tienen la mayor

proporción de carga muerta y su área mínima de apoyo, como en la tabla V, es 4.872 m2

.Entonces 40900: 4.872 = 8349 Kg/m2, carga unitaria debida al peso muerto solamente. El áreapara las columnas 1 y5 es: 62 400 = 7.474 m2. el procedimiento es el mismo para todos loselementos.

El cálculo de los asientos es fácil, cuando se conoce la compresibilidad del lecho de fundación,y se hace multiplicando la carga unitaria sobre el lecho de fundación de cada elemento deapoyo por la compresibilidad del lecho de fundación por unidad de carga. Así, en los ejemplosprecedentes, la magnitud de la compresibilidad se ha puesto que es de 1.3 mm por tonelada.En la tabla VI, las cargas unitarias debidas a las cargas muertas, para cada elemento deapoyo, es la misma, o sea 8349 Kg = 8.349 toneladas por m2, y multiplicada por 0.13 = 1.1 cm.De la misma manera son determinadas las cargas unitarias debidas a las cargas máximasprobables, para cada elemento de apoyo, y estas cargas en toneladas, multiplicadas por 0.13,

san los asientos en centímetros inscritos en la división 5 de la tabla VI.





231




propiedad, no siempre será posible emplear simples cargas concéntricas y será necesariorecurrir a cimientos escalonados o con resaltos, cantileves u otros procedimientos para referirlas cargas a las áreas de apoyo emplazadas dentro de la propiedad.

Los párrafos que tratan de cimientos excéntricos se refieren a dichas áreas.

Cimientos con carga concéntrica. Para conseguir una carga uniforme sobre el lecho defundación, se necesita que el centro de gravedad del área de apoyo coincida con el de la carga

resultante sobre el lecho de fundación no será uniforme.Cualquier variación en la carga de un lecho de fundación compresible producirá un asientodesigual en los cimientos, y esto dará esfuerzos desiguales en el muro, pilar o columnasoportados por el Rea citada.

Cimientos de muro con carga céntrica. El cimiento de un muro debe tener resaltos iguales acada lado de él, de manera que el centro de gravedad del área de apoyo coincida con el centrode gravedad del muro y el punto de aplicación de las cargas que el muro transmita. El anchodel área de apoyo será con la carga sobre el muro, independiente de cualquier cambio en elgrueso del mismo.

Cimiento para concéntrica aislada. En el caso de una sola carga concentrada aislada, como,por ejemplo, una carga de columna o pilar, el cimiento puede ser circular, cuadrad, rectangularo de perfil irregular, pero el centro de gravedad del area debe coincidir con el centro de

gravedad de la carga. Teóricamente, el cimiento circular es el más economico, porque el areade apoyo se extiende radicalmente a la menor distancia posible del centro de la carga. Cuandose necesitan excavaciones profundas, la forma circular es muy apropiada para practicar unmétodo economico de excavación, como por ejemplo, cuando se hunden los pilares porprocedimiento neumático o por dragado. Sin embargo, en general, la forma rectangular espreferible para cimientos corrientes, por que conduce por si misma a una disposicióneconomico, porque la suma de los movimientos de flexión en el emparrillado y traveseros sereduce al mínimo.

Superficie de apoyo alargadas. Cuando el area de apoyo para una carga aislada no sepuede hacer circular ni cuadrada, por ejemplo, cuando elcuadrado o el circulo montan en la propiedad vecina o infierencon un area de apoyo adyacente, se hace rectangular como ABCD (Fig. 97), con anchura w igual al doble de la distancia aentre el centro de la carga O y la línea limite AB.

La longitud necesaria, l, es igual al area necesaria divina por wy el centro de la superficie debe ser O, o sea, que I1 debe serigual a I2.

Combinaciones de superficies simples. Dos áreas aisladas adyacente. Cuando ciertassuperficies de apoyo adyacente se superponen en parte o cuando por otras razones se deseacombinar cimientos adyacentes, la mejor solución es la que sigue: si se conoce la superficie deapoyo necesaria para cada una de las dos cargas concentradas adyacentes y la distanciaentre los centros de estas, la suma de las dos áreas se divide por el doble de dicha distancia;el cociente será el ancho del rectángulo necesario de apoyo, que se tomara perpendicular a larecta que uno los centros de las cargas y la otra dimensión del rectángulo será igual al doblede la distancia entre dichos centros. El centro del area debe colocarse coincidiendo con el

centro de gravedad de las dos cargas, en el caso de que cada carga sea concéntrica con supropia superficie de apoyo. Cuando una fila de columnas necesita áreas cuyas superficies casise montan, la combinación de las suele traer como consecuencia economía en la excavación yen el encofrado. Los cimentos anchos o con resaltos que están lejos de los centros de lascolumnas, se rigen, a menudo, por los hierros planos o el emparrillado de dichas columnas.Estos se pueden modificar, en una cierta medida, para satisfacer las dimensiones y objetos delos cimientos, pero en este caso, se deben estudiar y comparar cuidadosamente las formaseconómicas de los cimientos y del emparrillado.

Superficie de apoyo para una carga concentrada en la dirección de un muro. Si una omas cargas concentradas actúan en la dirección o a lo largo de un muro, las áreas de apoyosuplementarias necesarias para tales cargas concentradas pueden ser provistas por uno de losdos métodos siguientes:

1. Si las cargas concentradas descansan sobre el muro, como, por ejemplo, cuando el murosirve como apoyo a los extremos de vigas maestras o carreras y cuando las condicionesson tales que las cargas concentradas se distribuyen a lo largo del muro a ciertos



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intervalos, todo lo que hay que hacer es aumentar el ancho del cimiento en los intervalosdados, lo bastante para resistir las cargas concentradas y uniformemente distribuidas.

2. si la carga concentrada está en la línea central del muro, pero no se reparte por el mismo,como, por ejemplo, cuando una gran carga se refiere por medio de un pilar o columna alnivel de los cimientos, entonces la mitad del area suplementaria para la carga concentradase debe situar en uno de los dos lados del cimiento del muro y la otra mitad al lado

opuesto, de modo que la recta que una de los centros de las dos áreas por el centro de lacarga. En general, es conveniente que las áreas suplementarias formen con el area delmuro comprendida entre ellas un rectángulo tan próximo como sea posible a un cuadrado.Si se conoce el ancho del cimiento que se necesita para soportar al muro y el áreasuplementaria para la carga concentrada, la longitud del lado del cuadrado que esnecesario se puede determinar por la formula siguiente (Fig. 98):

Supongamos que:

Sea w = ancho del cimiento;

A = area necesaria para soportar la carga concentrada;

b = lado del cuadrado que comprende una longitud de muro igual a y b provee además unarea suplementaria igual a A. Entonces:

Superficie de apoyo para carga concentrada no situada en la línea central del muro. Eneste caso, se necesita la misma area suplementaria que en el de carga concentrada en la líneacentral de un muro, pero el area total ha de ser dividida en partes desiguales a los dos ladosdel cimiento del muro; la porción más ancha se sitúa en el lado correspondiente a la cargaexcéntrica. El procedimiento más sencillo para determinar el emplazamiento de las áreas deapoyo es determinar el tamaño del cuadrado, como si la carga concentrada fuese concéntricacon la línea central del muro. Después se determina la carga debida al muro para la longitudde este cuadrado y el centro de gravedad de las cargas combinadas, esto es, el punto deaplicación de la resultante de esta carga del muro y la carga concentrada.

El centro del area de apoyo se coloca, entonces, coincidiendo con el de gravedad de lascargas combinadas. Supongamos (fig. 99) que:

w = anchura necesaria del cimiento del muro;

O = carga concentrada;

A = área necesaria para soportar la carga concentrada. La longitud del lodo delcuadrado será:

El centro de gravedad de la carga del muro, situado entre las líneas AD y BC, está en g y la

magnitud de la carga es, evidentemente, la carga por metro multiplicada por la distancia AB =b,conocidas las posiciones y magnitudes de las cargas en O y g, el centro de gravedad de lascargas combinadas queda determinado en G, lo que fija el centro del cuadrado.

2

22

w A

wb

2

22

w A

w ABb



233




Superficie de apoyo para carga concentrada en el extremo del muro. Para este caso, sesigue un procedimiento algo distinto. El area de apoyo se puede determinar, conociendo (fig.100) el ancho w del cimiento necesario para el muro, el area suplementaria para la cargaconcentrada O y la distancia c desde el centro de la carga concentrada al extrema del muro, enla forma siguiente: Se ha determina el cuadrado cuya area corresponda a la suma de lasáreas necesarias para soportar la carga concentrada y una longitud de muro igual al doble de

la distancia del extremo del muro al centro de la carga concentrada. Se sitúa este cuadrado ABCD en la planta de fundaciones y se hace lo mismo con el area necesaria para soportar elmuro. El cuadrado ABCD tiene un area bastante para la carga concentrada y una sección demuro EFGH, que corresponde a una longitud de muro igual al doble de la distancia c,multiplicado por el ancho del cimiento. Es evidente, que el area KEHR resulta cargada con elmuro y la carga concentrada, o de otro modo, que el cuadrado ABCD es demasiado pequeñoen el area del rectángulo KEHR. El cuadrado necesario LMNO será, aproximadamente, lasuma del área primitiva ABCD más el área KEHR, más el doble del área JKRQ. La longitud dellado LM = MN será, aproximadamente, la longitud del lado del cuadrado primitivo, más la mitaddela rea KEHR dividida por la longitud del lado del cuadrado primitivo. El cuadrado que resultese modera de la posición que se ve en el dibujo para que su centro coincida con el punto deaplicación de las cargas concentradas y la carga del muro que se ha desplazado del cuadradodibujado sobre el muro. Para gran exactitud es necesaria una aproximación mayor.

El resultado final debe ser que el área LMNO baste a resistir la carga concentrada O y laporción de muro JFGQ que descansa en el cuadrado, y que el centro de gravedad de estecoincida con el centro de aplicación de las cargas combinadas.

17. Cimientos escalonados excéntricamente

Superficies de apoyo de cargas excéntricas. Cuando los muros, pilares o columnas estánsituados muy cerca de los linderos de otras propiedades. En tales casos, hay que recurrir aprocedimientos que trasfieran las cargas a áreas de apoyo excéntricas con ella. Se empleabastante, para ello, el procedimiento llamado de los cimientos escalonados excéntricamente,especialmente para los muros adyacentes a los límites de la propiedad. Aunque esteprocedimiento es teóricamente defectuoso, sino inútil, esindiscutible que con el se ha conseguido, generalmente, el finpropuesto. En las construcciones clásicas, se hace descansar

un muro de sótanos sobre una palca de hormigón p de losas depiedra que forman una placa de cimiento mucho más ancho queel muro, quedando el resalto o zarpas por completo a un sololado del muro.

Como la carga actúa a un lado del eje de los cimientos, obrasobre el área de apoyo de un modo desigual. La variación de lacarga sobre el área de apoyo, se puede calcular como sigue:

Supongamos que (fig. 101)

W = carga total por unidad de longitud que actué el área deapoyo;

e = excentricidad de la carga, o sea, distancia entre el punto deaplicación de la carga y el centro del área de apoyo;

b = ancho del cimiento, igual al ancho del área de apoyo, iguala AB;

p1 = carga unitaria o presión sobre el lecho de fundación en elborde B del cimiento más alejado de la carga;

y = cualquier ordenada desde A hacia B.

Entonces la presiona media sobre el lecho de fundición será igual a W/b. La presión en A,borde más próximo del punto de aplicación de la carga, será p 1 = W/b (1+6 e/b), o sea, que lacarga máxima Sara igual a la carga media más seis veces la larga media multiplicada por larelación de la excentricidad al acho del cimiento.

Del mismo modo, la presión en el borde B, más alejado del punto de aplicación de la cargaserá p2 = W/b -(1-6 e/b), o será que la carga mínima es igual a la carga media menos seis

veces la carga media multiplicada por la relación de la excentricidad del ancho del cimiento.Cuando la excentricidad es igual a 1/6 del ancho, la presión en B vale cero.



234




Si la excentricidad es mayor que 1/6 habrá una contracarga o empuje hacia arriba en B y elcimiento tendrá tendencia a volcarse. Esto se suele expresar diciendo que, para evitar unareacción hacia arriba, la línea central de la carga debe caer dentro del tercio medio de la base.

Diagramas de carga para cimientos escalonaos excéntricamente. En el diagrama de lafigura 102, ADEC representa el diagrama de cargas sobre el lechode fundación para un ancho de cimiento AD. La carga AC es la

carga máxima admisible y, por tanto, el área ADEC representa lacapacidad de resistencia máxima que puede suministrar elcimiento AD. Si se incrementa el ancho hasta que la carga caigasobre el limite del tercio medio AB. Si se incrementa el anchohasta que la carga caiga sobre el limite del tercio medio de AB,entonces, la carga en B es cero y la capacidad de resistenciaviene representada por el triangulo ABC cuya área es menor quela de la superficie ADEC. Si el ancho del cimiento se reduce hastaque su centro caiga sobre la vertical del punto de aplicación de lacarga, entonces el diagrama de carga será AFGC, cuya superficiees mayor que la de la ABC o ADEC.

Según esto, es evidente que cualquier ventaja que se consiga con el cimiento escalonadoexcéntricamente, tiene que ser obtenida concentrando la carga sobre muro fuera de la líneacentral del mismo.Cargas excéntricas debidas a los cimientos escalonados excéntricamente. En la figura103, que representa un caso sencillo de cargas excéntricas debidas a los cimientosescalonados excéntricamente, supongamos que la carga en el lecho de fundación en E esigual al doble de la carga media y que en F la carga es casi nula. En estas condiciones, laparte de la zarpa del cimiento puede ser cortada, como se indica, a lo largo de la línea DG. Sino se corta y si hay algún asiento debido a la carga, este asiento será desigual y el cimientotendera a girar como la figura 104. Entonces, la totalidad de la carga será transmitida a laarista inferior interna D del muro del sótano, contribuyendo a la inestabilidad del muro ydesarrollando en el mismo una tendencia a moverse en la dirección H.

El muro del sótano puede resistir bien a esta tendencia por su rigidez propia, ayudada por laacción de las vigas del primer piso que actuan como tirantes o por la resisitencia suministrada

por un muro o un banco de tierra colindantes, pero también derrumbarse; parcial ototalmente, produciendo una grieta horizontal tal como I, de la figura 105.

En la última figura citada, se ve que la misma base del muro es escalonada para evitar larotación aislada del cimiento, pero esta disposición no disminuye la tendencia a la rotación dela base total del muro no la formación de la grieta en I.

En la figura 106, se puede ver un tipo perfeccionado de construcción, en que estánempotradas en el muro las vigas de piso y el muro de sótano tiene un talud escalonadocontinuo desde el nivel de los cimientos hasta el de las vigas. Las vigas deberán,evidentemente, ser dispuestas como elementos de tracción, correrán a lo largo de laconstrucción y estarán ancladas en el muro opuesto. Aunque este método produce algúnefecto, es de eficacia algo dudosa y no se debe aplicar nunca a los pilares.



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18. Empleo del cantilever o viga voladiza en las fundaciones

Aplicación del principio de la palanca. El empleo del cantilever para transmitir una carga auna superficie de apoyo excéntrica con ella, se basa en el principio de la palanca y consiste enuna viga o cantilever que conecta las dos cargas y una superficie, o superficies, de apoyo,cuyo centro de acción está entre las cargas citadas. Una parte, o la totalidad de la carga enuno de los lados, contrarrestan la carga situada al otro lado del centro del area de apoyo.

Ejemplo. Una columna exterior A (fig. 107) con una carga de 400 toneladas que requiere unárea de apoyo de 10 m2, con carga de 40 toneladas por m2, y estando el centro de la columnaa 46 cm de la línea limite del solar PP. Es evidente que no se puede hacer uso de un cimientoconcéntrico de 0.92 X 10.86 m para su soporte. Pero , sin embargo, si se puede conseguir uncontrapeso suficiente con la carga de una columna adyacente interior, como B, la cargaexterior puede ser transmitida por una viga o cantilever, CDEF, a un area de apoyo MN,situada entre las dos cargas y totalmente dentro de los limites del solar.

Supongamos (fig. 107) que la línea PP representa el limite del solar, A el centro de la cargasobre la columna A, y B el centro de la carga en la columna B. Supongamos que la carga en Aes de 400 toneladas, y en B, de 200 toneladas, y que la distancia AB, entre los centros, es de 6m, supongamos también que una viga rígida soporta y une las dos columnas. Si ponemos unacuchilla G, o punto de apoyo para el cantilever, en algún punto situado entre A y B, se puede

determinar fácilmente la carga en dicho punto por el principio de la palanca, multiplicando lacarga en A = 400 toneladas por la distancia AB = 6 m dividiendo el producto por la distanciaBG = 5.70 m y se tendrá: G = 400 X6/5.70 = 420 toneladas.

El área que se necesita para el soporte de esta carga, a razón de 40 toneladas por m2, será420/40 = 10.5 m2. la carga en B, o sea, la parte de la misma que se requiere para el equilibriode la carga voladiza en A, será igual, por el principio de la palanca, al producto de la carga Apor el brazo de palanca AG, dividido por el brazo de palanca BG. La carga en cimiento B, esigual a la diferencia entre la carga primitiva y la contracarga, pero teniendo en cuenta que lacarga en B, es mejor prever para un incremento posible de la carga B.

Determinación del área de apoyo. Supongamos una dimensión del área de apoyo del doblede la distancia GP, es decir, 1.52 m; la otra dimensión tendrá que ser de:

10.5 m2/1.52 m = 6.90

Si esta dimensión resultase excesiva, se puede mover el punto G hacia la izquierda una ciertalongitud y la dimensión correspondiente de la superficie de apoyo se determina como antes.Cuando la longitud del área de apoyo para la cuchilla del cantilever está limitada, de modo quela distancia de la paralela al limite del solar es fija, se puede determinar el ancho del áreaexperimentalmente, o empleando la fórmula:

lpWL /2aL-a)(L b2

en la que :L = distancia entre los centros de las dos cargas;

W = carga más próximas al límite del solar;L = longitud del área de apoyo;



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p = carga unitaria sobre el área de apoyo;a = distancia entre el punto de aplicación de la carga que ha de ser compensada en elcantilever y la arista del área de apoyo más próxima al limite del solar.

Si se determina la posición del centro de gravedad de la carga A combinada con aquella partede la carga B equilibrada por el cantilever, se verá que coincide con el punto de apoyo G, loque demuestra que el empleo del cantilever suministra el medio de combinar dos cargas, de

modo que su punto de aplicación coincida con el centro de un área de apoyo excéntrica concada una de las dos cargas.

Emparrillado de la cuchilla o fulcro. En la práctica no se usa la cuchilla que hemos descritoen el esquema. El patín inferior del cantilever se hace descansar directamente en elemparrillado de distribución, como se ve en la disposición típica de la figura 108.

Sistema de carreras para dos cargas iguales. Cuando se desea una sola área de apoyopara dos o más cargas concentradas adyacentes, se emplea el procedimiento de carrera. Eneste caso de dos cargas concentradas, supongamos que A y B representan dos columnas (fig.109). Sea C1 la carga sobre A y W 2 la de B y L la distancia entre los puntos de aplicación delas dos cargas; G, el centro de gravedad de las cargas combinadas y p, la carga unitariaadmisible sobre el lecho de fundación. El área de apoyo necesaria será: (W1 + W 2)/p. Laforma de esta área puede ser cualquiera con la condición de que su centro de gravedad, la

disposición más económica resultará cuando cada carga esté tan próxima como sea posible alcentro de gravedad de su propia área de apoyo necesaria. Si esto fuese prácticamenteimposible, por ejemplo, cuando cada una de las columnas está próxima al límite del solar o aunos cimientos contiguos, será necesario distribuir las cargas de ambas columnas sobre elárea comprendida entre ellas. En el caso de dos columnas con cargas iguales, como en lafigura 109, la distancias a del eje de la columna A al lindero PP del solar, determina la máximaextensión disponible más allá de la columna citada. Las dimensiones de la superficie seobtiene haciendo la longitud I del cimiento igual a la distancia L entre las columnas, mas eldoble de a. Una vez conocida la longitud del área necesaria, el ancho b se determina pormedio de una sencilla división.

Sistema de carreras para dos cargas desiguales. El caso de dos columnas con cargasdesiguales, el área de apoyo será un trapecio, como en la figura 110, cuyo centro de gravedad



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coincidirá con el de las dos cargas. Si se conoce la suma de las dos cargas y el área de apoyoque les corresponda y fijamos la longitud total I del cimiento, de tal modo que éste no rebase ellímite del modo siguiente:

Supongamos que B representa la distancia de la base menor del trapecio al centro degravedad de las dos cargas y que A representa el área del trapecio. Entonces:

b2 = 2 A/I (3B/I-1)

b1 = 2 A/I (2-3B/I)

A = (b1 + b2) 1/2

b1 + b2 = 2A/I

Cantilever en un muro exterior. En el caso de un muro, se aplica el mismo principio, pero sedebe repartir el efecto de cantilever en toda la longitud del muro, lo que se puede conseguir pormedio de una carrera debajo del muro, descansando aquella, a su vez en el cantilever o por unentramado de cantilevers en abanico que irradie desde el centro de la carga interior. En lasconstrucciones estrechas, los cantilevers pueden ir de muro a muro.

Cantilever doble. Las consideraciones que gobiernan el proyecto de las áreas de apoyonecesaria son las mismas indicadas en el párrafo que procede.

19. Esfuerzos en los cimientos corridos

Forma y dimensiones de los cimientos corridos. El cimiento corrido de todos los muros ypilares debe ser de mayores dimensiones que la construcción que soporte para asegurarsecontra el riesgo de vuelco y disminuir la carga unitaria sobre el lecho de fundación. Si elcambio de las dimensiones tiene lugar de un modo brusco, como, por ejemplo, cuando, elcimiento recibe el nombre de cimiento extendido. Si la base del muro se ensancha por mediode hiladas escalonadas, de modo que su hilada inferior resulte tan ancha como el cimientocorrido, la construcción se llama de cimiento escalonado. Es evidente que no se pueden fijarlimites definidos entre dos clases. Cualquiera que sea la forma del cimiento, debe ser lo



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bastante resistente para distribuir las cargas, más o menos concentradas, que actúan en el,transformándolas en una presión o carga uniforme sobre el lecho de fundación.

Cargas unitarias en los cimientos corridos. Si la carga sobre la superficie superior de uncimiento corrido está repartida uniformemente, la intensidad de la carga, o en otras palabras, lacarga unitaria sobre el cimiento se calcula dividiendo la carga total por la superficie, en dichonivel, de la base del muro, pilar u otra construcción. La carga sobre el lecho de fundacióndeberá ser distribuida con uniformidad y de lecho, si el lecho de fundación es compresible y lacarga concéntrica con el área de apoyo, puede suponerse con seguridad uniforme, puestoserá igual a la carga total dividida por el area de apoyo. Si el area del cimiento corrido, y si estádistribuida uniformemente, la carga unitaria en cualquier nivel se obtiene dividiendo la cargatotal por la superficie de la sección del cimiento en el nivel citado.

Pero propio del cimiento. Es, generalmente, tan pequeño, comparado con las cargas quesoporta, que se puede despreciar sin comentar un error apreciable.

Transmisión de cargas por los cimientos. Si se desprecia el peso propio del cimiento,podemos considerar a éste como un vehículo para transmitir las cargas superiores al lecho defundación, o sea, como sujeto a dos cartas iguales: una las cargas superiores, más o menos

concentradas sobre el eje de los cimientos y actuando de arriba abajo, y otra la reaccióndebida a la carga del lecho de fundación, que se supone uniformemente repartida y actuandode abajo arriba. Como estas cargas o fuerzas son iguales y de sentidos contrarios, losesfuerzos desarrollados en el cimiento se deben a las diferencias en ladistribución de estas cargas y el cimiento corrido actúa solamente paraconvertir cargas concentradas en cargas distribuidas.

Clases de ruptura de los cimientos. Un cimiento puede romperse dediferentes maneras: 1) por esfuerzos cortante; 2) por aplastamiento; 3)por derrame y 4) por flexión.

1. ruptura del cimiento por esfuerzo cortante. En la figura 111, seve un muro cuyo peso se ha causado la ruptura por esfuerzocortante, por las líneas EG y FH.

La fuerza que produce el esfuerzo cortante es el peso del muro,menos la reacción del lecho de fundación que actúa bajo la parte



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inferior de la sección EFGH. Como la carga se supone uniformemente distribuida, aquellaequivale al producto del área, correspondiente al ancho CD menos GH, por la longitud delmuro, por la carta unitaria sobre el lecho de fundación. Para un metro de muro, la fuerza queproduce el esfuerzo cortante, será:

V = W (I - w)/I, en la que:W = carga del muro por metro de longitud, en Kg/m;

I = ancho del cimiento, en metros;w = ancho de la base del muro, en metros;W/I = p = carga unitaria sobre el lecho de fundación, en Kg por m2;V = p(I - w) en Kg/m.

La resisitencia, R, que se opone a la acción del esfuerzo cortante en las condiciones de lafigura 111, considerada para la longitud de muro, b, de un metro se determina por la formula:

R = 2 X d X b X v, en que:v = resistencia de seguridad del material al esfuerzo cortante en Kg por cm2;d = profundidad de los cimientos en cm;b = longitud considerada del muro = 100 cm.

Haciendo V = R, tendremos:

2dbv = p (I - w)y como (I - w)/2 es la zarpa del cimiento, c, se tiene:

cp = 100 dv.Según esto, la profundidad del cimiento no debe ser menor de

d = cp/100ven la que viene c viene expresado en metros.

Esfuerzo cortante en cimientos de pilares y columnas. En los cimientos de pilares ycolumnas, es donde , más fácilmente ocurre la ruptura por esfuerzo cortante. La fuerza quetiene a hacer el corte es la carga total sobre la columna o pilar, menos la reacción del lecho defundación sobre el área inmediatamente debajo de la base de la columna. La resistencia quese opone al corte se determina multiplicando el perímetro de la base de la columna por laprofundidad del cimiento y por el esfuerzo cortante unitario admisible. Cuando la base de la

columna tiene poca superficie, se debe tomar toda la carga como produciendo esfuerzocortante. Cuando el cimiento es de hormigón armado, se debe poner un número suficiente.Cuando el cimiento es de hormigón armado, se debe poner un número suficiente de estribospara evitar la ruptura por esfuerzo cortante. Si se emplean vigas de acero, la sección de lasvigas debe ser suficiente para evitar la ruptura por esfuerzo cortante o, en otro caso, serefuerzan sus almas con planchas.

2. uptura de los cimientos por compresión directa o aplastamiento. Esta ruptura poraplastamiento no es frecuente o, mejor dicho, no ocurre casi nunca.

Sin embargo, cuando l a carga concentradas de un pilar o columna se distribuye por mediode vigas o carreras de almas de poco espesor, estas almas pueden fallar por pandeo oflambeo. El alma de estas vigas se debe reforzar con nervios verticales o placas. Se debeaumentar el área de la base de la columna en los sitios en que la carga transmitida por

dicha base exceda la carga unitaria de seguridad en los materiales de los cimientos.También se puede intercalar un bloque de granito entre el cimiento de hormigón u obra defábrica y la base de la columna. En tal caso, por tanto, el bloque se debe considerar comoun cimiento corrido y calcular su resisitencia a la flexión por las formulas que se dan másadelante.

3. Rotura de los cimientos por derrame o fluencia. La rotura por derrame puede ocurrirbajo los muros o pilares, como se ve en la figura 112, especialmente cuando el lecho defundación es de arcilla u otro material flojo, que tiene, bajo la carga del cimiento, tendenciaa correrse en las direcciones indicadas por las flechas de la figura. Deberán tomarseprecauciones contra esta tendencia, haciendo el fondo del cimiento por capas continuas yde resistencia adecuada a la tracción. Las juntas verticales, tal como se hacen en loscimientos de fábrica, debilitan éstos y se deben evitar. La tendencia al derrame es mayoren los cimientos que tienen una amplitud superior a la anchura de la base del muro u otro

elemento que cargue sobre ellos. El autor ha visto un cimiento importante que ha fallado



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de este modo, siguiendo en general las grietas las juntas de la mampostería, como en lafigura 112.

4. Rotura de los cimientos por flexión. Un cimiento puede romperse por flexión lo mismoque una viga. Cuando el cimiento se flexa, en el caso de un muro, como la figura 113, laconcentración de la carga en las artistas inferiores del muro, como E y F, puede causar laruptura. Esta posibilidad debe tenerse en cuanta cuando se proyecten cimientos con cargaen el muro próxima a la carga unitaria admisible para el material de que se componga y,especialmente, si el ancho del cimiento es mucho mayor que su propio ancho. Si ocurrela rotura, ésta puede producirse debajo de la línea central del muro (fig. 114), o en puntosmuy próximos a la arista exterior del mismo (fig. 115). La figura 114 muestra la objeción deun cimiento corrido de mampostería o piedras que no alcancen el ancho total del cimiento.Las juntas de una tal construcción impiden al cimiento corrido por tracción y que obre, ensu conjunto, como una viga.

20. Procedimientos para calcular los esfuerzos de flexión en los

cimientos de los murosSupuestos de que se parte para determinar esfuerzos de flexiónen los cimientos. Se empelan, en general, dos procedimientos paracalcular esfuerzos de flexión en los cimientos corridos y los dos sebasan en el supuesto de que la reacción del lecho de fundación esuniforme, pero los dos métodos difieren en las hipótesis que sehacen respecto al modo de actuar de los cimientos y de la base dela supreestrutura. Ninguno de los dos supuestos o hipótesis pueden

ser considerados como completamente correctos.Primer procedimiento para calcular los esfuerzos de flexión enlos cimientos. Este procedimiento se basa en el supuesto de quela presión del muro sobre el cimiento es uniforme sobre su superficiey permanece uniforme en cualquier instante.

Si ABCD representa (fig, 116) un cimiento corrido que soporta unmuro colocado en su centro EFGH, u si:

W = carga del muro en kilogramos por metro lineal;

w = ancho del muro en metros;

y I = ancho del cimiento en metros, tendremos:

2

w I

= zarpa AE o FB, en metros yW/I = p = carga unitaria, en kilogramos por m2, sobre el lecho de fundación.



241




Teniendo en cuenta las fuerzas que obran a la derecha del eje del muro para una longitud de 1m. es evidente que la contracarga, o fuerza hacia arriba, en el semicimiento OD, será igual a½ W y que su punto de aplicación estará situado en el punto medio de OD, o a una distancia¼ ---i del eje OO y, del mismo modo, la carga debida a una mitad del muro será igual a 1/2W,y su punto de aplicación estará a una distancia de 1/4w del eje OO. Los momentosresultantes para dicha longitud del muro de 1 m, serán:

M1 = ½ W X ¼ I = WI/8M2 = ½ W X ¼ w = Ww/8

Y como en estos dos momentos actúan en sentidos opuestos, el momento resultante, quetiene a flexar el cimiento, será igual a la diferencia de los dos, o sea que el momento de flexiónen el eje OO, es:

Mo = M 1 – M 2 o M o = w I W

8

Y como:

W/I = p y

,,2

zarpaoresultadocw I

La formula (1) se puede escribir de cualquiera de los dos modos siguientes:

4/Mo Wc

El error que se comete en este método primero se debe al supuesto de que la presión en lasuperficie superior del cimiento se conserva siempreuniformemente distribuida, como si la base del muro obrase comoun fluido, en cuyo caso, la carga permanecería constante y laformula será correcta. Pero la base del muro no es fluida, sino unsólido que resiste a la deformación. Si como en la figura 113, elcimiento corrido ABCD se flexa y la base del muro se suponeincompresible, toda la carga del muro se referirá al cimiento por

las aristas E y F. Aunque una tal concentración es, ciertamente,imposible (ya que las aristas E y F se aplastarían o comprimirían,hasta que una considerable parte del área de la base del muroquedase en contacto con el cimiento), el resultado es que el pesodel muro se concentra cerca de las aristas exteriores de su base.La formula (1), da resultados demasiado grandes, pero, ya que suerror es sobre el lado de la mayor seguridad, se recomienda parala generalidad de los casos.

Segundo procedimiento para calcular esfuerzos de flexión en los cimientos. Se usantambién bastante y solo tiene en cuenta la porción de zarpa de los cimientos, en la formasiguiente:

Si ABCD (fig. 117) representa un cimiento corrido soportando un muro EFGH, situadocentralmente sobre él, y si empleamos la misma notación que para el procedimiento anterior y

suponemos que el cimiento actúa como una viga empotrada y las zarpas AE y FB comocantilevers, soportados rígidamente por el muro, y designamos la zarpa del cimiento a cadalado del muro por c, la reacción del lecho de fundación en esta porción c, por unidad delongitud del muro, será igual a pc. El punto de aplicación de esta fuerza estará a una distanciac/2 de E o de F, y su momento en E o F será:

M = cp X c/2 =pc2/2

Y como

:,2

escribirse puede M devaloel w I

c

2

8

w I p M

I w I p

)8

Mo



242




El error que se comete en este procedimiento se debe al supuesto de que la contracarga, P.Sobre la zarpa puede ser resistida por las aristas exteriores extremas de la base del muro. Si lacontracarga sobre una parte de la zarpa se concentra en la arista, ésta se tiene que comprimiro romper por aplastamiento; en los dos caos, el centro del soporte del cantilever retrocederíade la arista del muro y esto es contrario a lo que hemos supuesto al calcular el momento. Esteprocedimiento solamente tiene en cuenta la intensidad de la reacción o contracarga y la

longitud de la zarpa y se conoce por el nombre de método de la zarpa.Comparación de los resultados. Comparando los resultados de los dos procedimientos, se veraque la carga no puede obrar en las dos aristas E y F , como se supone en la formula (2), nigeneralmente puede estar uniformemente distribuida, según el supuesto de la (1), sino que laintensidad de la carga por unidad de superficie variara, siendo máxima cerca de la intensidadde la carga por unidad de superficie variara, siendo máxima cerca de las aristas y mínima en elcentro de la base del muro. Las posiciones exactas de los puntos de aplicación dependen decircunstancias variadas que no podemos explicar completamente en este capitulo.

Nueva formula para determinar los momentos d flexión en los cimientos. El autor haestablecido una formula que da valores para el momento de flexión M, intermedios entre losde las formula que (1) (2) y que corresponden, muy aproximadamente, al supuesto de queconsiderando las fuerzas a cada lado del eje del muro, el centro de aplicación de la semicargadel muro esta en el eje central de la mitad del mismo cuando la zarpa vale cero, y cuando éstaaumenta, se mueve hacia una posición que esta a dos tercios de la distancia desde el ejecentral del muro a su arista. Dicha formula se puede expresar así:

8

2/w I w I p M

o substituyendo el valor de p en función de W,

8

2/ I w I w I W M

Unidades de peso y presión.

En la práctica, W, peso debido al muro, se expresa en kilogramos por metro d e muro y lapresión admisible sobre el lecho de fundación viene, ordinariamente, en toneladas okilogramos por metro cuadrado.

El ancho necesario de los cimientos en metros se obtiene dividiendo el peso del muro, enkilogramos por medio lineal, por la carga unitaria admisible sobre el lecho de fundación enkilogramos por metro cuadrado.

Unidades de momento. El momento que tiende a producir la ruptura puede expresarse enmetros-kilogramo o centímetros. Si en la s formulas (1), (2) y (3) se expresa las dimensiones I,w y c en metros y p en kilogramo por metro lineal del muro. Como el momento resistente deflexión vendrá en metros-kilogramos por metro lineal de muro. Como el momento resistente seda, generalmente en centímetros-kilogramos, será mas conveniente expresar el momentoflexor máximo o momento de ruptura,* en centímetros-kilogramo. así, para la formula (1).

M (en cm-Kg por m de muro) = 100 M (en m.kg)

M (en cm.kg) = l wl p 8

100

Haciendo lo mismo en la formula (2)

M (en cm.kg) = 2

8

100wl p

O, empleando la forma más conveniente,

M = 50 pc2

* En la formula de flexión, el momento resistente se considera igual al momento flexor en cualquiera seccióntransversal de los cimientos y el momento flexor máximo suele llamarse momento de ruptura.

Y expresado c en centímetros en vez de en metros, tendremos

M (en cm-Kg por metro de muro) = 0.005 pc2

De una semana semejante la fórmula (3) se convierte en



243




M (en cm-Kg por metro de muro) )3()2

()(8

100 w I w I p

Hasta que las formulas (3) y (3)´ sean más generalmente aceptadas, el proyectista, para evitarcriticas y estar prefentemente seguro, usara la formula (1) y en su pagina que siguen, el autoremplea las formulas (1) o (1)´, en tanto no se advierta otra cosa.

EJEMPLO. El ejemplo siguiente servirá de aclaración a las formulas precedentes:

Un muro de 0.5 m transmite a los cimientos una carga de 70 000 Kg por metro lineal de muro.

L a carga unitaria admisible en el lecho de fundación es de 20 000 Kg por metro cuadrado.Hallar el ancho y el momento resistente de los cimientos.

70 000/20 000 = 3.5 m y entonces por la fórmula (1):

M = 1/8 X 20 000 (3.5 – 0.6) 3.5 = 25 375 m-Kg por m;

Y por la (2): M = 1/8 X 20 000 (3.5 – 0.6) 2 = 21 025 m-Kg por m;

Y por la (3): M = 1/8 X 20 000 (3.5 – 0.6) (3.5 – 0.3) = 23 200 m-Kg por m.

Si comparamos los resultados, veremos que el momento obtenido por la formula (3) es eltérmino medio entre los hallados por las (1) y (2).

Comparación grafica de los momentos flectores en los cimientos. El grafico de la figura118 es una comparación grafica de los momentos para relaciones variables de I a w,calculados por las formulas (1), (2) y (3), suponiendo que:

W = ancho del muro = 0.30 m;

p = carga unitaria sobre el lecho de fundación = 5 500 Kg por m2;

r = I/w (abcisa).

La carga del y sobre el muro por metro de longitud para cualquier valor de I es de 5 500 I.

Comparando las curvas de las formulas (1) y (2) se ve en los resultados difieren bastante y quelas variaciones son mayores en el caso de resaltos o zarpas pequeños. Cuando I es el menorque el doble de w, es decir, cuando la zarpa es menor que la mitad del ancho del muro, laformula (2) da momentos menores que la mitad de los momentos hallados por la fórmula (1).Se puede emplear la (2) para pequeñas zarpas. La (1) da resultados demasiado grades yespecialmente cuando las zarpas son pequeñas. La (3) da resultado comprendidos entre losde la (1) y la (2) y de acuerdo con una hipótesis razonable podría ser preferible, pero no estade acuerdo con la practica actual.

21. Momentos de flexión en los cimientos de columnas y pilares



244




Planteamiento general del problema. La figura 119 representa la planta de un pilar ocolumna que descansa sobre un cimiento que tiene zarpas o sobresale por los cuatro lados. Labase de la columna o pilar se representa por ABCD y el cimiento y su superficie de apoyo porEFGH. La parte de los cimientos comprendida en las áreas MNOP y QRST se puedeconsiderar que actúa de la misma manera que los cimientos con zarpas bajo un muro, pero lascontracargas o empujes hacia arriba de los cuatro cuadrados de las equinas EQMa, etc, sin

carga del muro, también producen momentos de flexión.

Diferentes teorías. Se conocen alguna teorías, más o menoscomplicadas y no satisfactorias, para poder determinar la magnitudde la contracarga en las cuatro áreas de las esquinas. El estudio delas dichas teorías estarían fuera de lugar en este capitulo. En uncimiento cuadrado, si la zarpa no es mayor que la mitad de laanchura de la base que se le superpone, las cuatro áreas de lasesquinazo incrementaran en mas del 25% el parea total del cimientoy entonces podemos suponer que el momento flexor es igual que sila base de la columna o pilar se extiéndase como un muro a travésde la totalidad de los cimientos, como cuando en la figura 120.

Para asegurar estas condiciones, cuando la zarpa del cimiento esmayor que w/2 y, todos los casos en que el cimiento no sea homogéneo, como cuando seemplea un emparrillado de acero, la carga de la columna se debe distribuir sobre el ancho delcimiento por medio de una viga o travesero o por una ampliación de la base de la columna. Enel caso de un cimiento de varias capas, debe extenderse cada una con una anchura igual a lade la inferior. En una construcción de este genero, es evidente que el momento flexor será elmismo que si la viga o travesero fuese un muro y, entonces se podrá aplicar la formula (1).

Momentos de flexión en cimientos de columnas. Para este caso, se puede emplear lafórmula (1), tomando la carga total, en lugar de la carga por metro, y entonces tendremos elmomento flexor total.

EJEMPLO. Una columna con carga de 96 toneladas hade apoyarse en una placa cuadrada de hormigón. Labase de fundición de la columna es cuadrada y tiene0.60 m de lado. La carga admisible sobre el lecho defundación es de 67 toneladas por m2. Hallar el momentoflexor máximo en la placa o losa.

El área de apoyo será igual a 96/97 = 1.43 m 2, ósea, uncuadrado de 1.2 x 1.2 m de lado aproximadamente. La

zarpa será de ½ (1.2 –0.3) = 0.30 m, o sea, la mitad del ancho de la base. Por la regla anterior,se puede calcular el momento flexor, como se la base de la columna se extendiese en unadirección, a través del cimiento. Aplicando la formula (1), pero poniendo en lugar de p la cargade la columna, tendremos el momento producido:

M = 1/8 x 96 000 (1.2 – 0.6) = 7 200 m-Kg 0 720 000 cm-Kg.

El cimiento tendrá profundidad bastante para resistir a este momento flexor. Si, en esteejemplo, la presión unitaria admisible en el lecho de fundación fuera de 22 toneladas en vez de67 por m2, el área de apoyo y el área en fondo del cimiento será de 96/22 = 4.36 m2. elcimiento puede ser un cuadrado cuyo lado mida 2.09 m. Según la regla que dimosanteriormente, como la zarpa es mayor que la mitad del ancho de la base, deberá ponerse untravesero que se extienda a través de todo el cimiento y su longitud será, por lo tanto, de 2.09m, pudiendo estar compuesto de dos o más vigas de acero. La base de la columna es de 0.45m de lado y el ancho del travesero de 0.60 m.

El momento de flexión del travesero se determina por la fórmula (1), tomando el ancho de labase de la columna 0.45 m para w y 2.09 m, la longitud del travesero, para l.

M = 1/8 x 96 000 (2.09 – 0.45) = 19 680 m-Kg o 1 968 000 cm-Kg

El momento de flexión en la losa se determina de la misma manera por medio de la fórmula(1), tomando el ancho del travesero, 0.60 m , para w y 2.09 m, longitud de la losa, para l.



245




M = 1/8 x 96 000 (2.09 - 0.60) = 17 880 m-Kg o 1 788 000 cm-Kg

Cimientos no cuadrados. En caso de que sea necesario emplear formas diferentes delcuadrado para las superficies de apoyo, los momentos que resultan para la losa y traveseroserán distintos de los que acabamos de calcular. Si en el ejemplo que sigue hay que hacer, poralguna razón, el área de apoyo de 1.8 x 2.40 m, lo que da un área de 4.32 m2, y si el traveseroes paralelo al lado menor, su momento será:

M = 1/8 x 96 000 (1.8 – 0.45) = 16 200 m-Kg o 1 620 000 cm-KgY el momento en la losa:

M = 1/8 x 96 000 (2.40 – 0.60) = 21 6000 m-Kg o 2 160 000 cm-Kg

El momento en el travesero es menor, y en la losa mayor que en el caso de 2.09 x 2.09 para elárea de apoyo. Si el travesero tiene una dirección paralela al lado mayor, su momento y el dela losa serán respectivamente:

M = 1/8 x 96 000 (2.4 – 0.45) = 23 400 m-Kg

M = 1/8 x 96 000 (1.8 – 0.6) = 14 400 m-Kg

En los cimientos con más de dos hiladas o capas, se debe calcular cada una separadamente,tomando para l la longitud de la que se calcula y para w el ancho de la inmediatamentesuperior.

Cimientos compuestos. En los cimientos compuestos en que se carga un solo cimiento conun muro y una columna o dos o más columnas, o donde se emplea cantilever para las cargas,estas se distribuyen generalmente por medio de carreras o cantilever. Los esfuerzos cortantesy momentos de flexión de dichas vigas o cantilevers se determina en cada caso por losprocedimientos usuales.

22. Proyecto de Cimiento

Materiales para los cimientos. Para que los cimientos tengan la resistencia necesaria, espreciso que el momento resistente de seguridad del cimiento sea igual, por lo menos, almomento de la ruptura ( que tienda a producirla), calculado con arreglo a lo dicho en lospárrafos procedentes. La obra de fábrica, ya sea de ladrillo o piedra, no es construcciónapropiada para los cimientos excepto para las construcciones muy ligeras, porque suresistencia a la tracción es pequeña. El hormigón corriente o armando y los emparrillados de

acero embebidos en hormigón son los materiales que se usan generalmente.Cimientos de losa o placa homogénea. Si el cimiento se construye de losa de materialhomogénea, como un bloque de granito u otra piedra conveniente de construcción o de unasimple capa de hormigón, el momento resistente será, según fórmula de flexión conocida parasección transversal rectangular: Mr = 1/8 bd

2 f , en la cual:

d = espesor del cimiento en centímetros;

b = ancho del cimiento en centímetros;

f = esfuerzo unitario de tracción admisible para el material en kilogramos por centímetrocuadrado.

Mr = momento resistente en centímetros - kilogramo

Suponiendo M, el momento de las fuerzas que tienden a producir la ruptura, igual a M r para

una longitud de muro igual a 1 m, tendremos b = 100 cm yd2 = 0.06 M/f (4)

Substituyendo en la fórmula (4) el valor de M en centímetros-kilogramos, de terminado pormedio de las fórmulas (1), (2) y (3), y el valor de f por le que se da en el párrafo siguiente, laprofundidad d se podrá determinar fácilmente.

Resistencia de Seguridad a la tracción para los materiales de los cimientos. Los valoresde f, esfuerzo unitario de tracción admisible, para el hormigón o piedra, deben comprender uncoeficiente de seguridad elevado, porque se sabe por experiencia que estos materialespresentan grandes diferencias en su resistencia a la tracción y en su módulo de ruptura oresistencia a la flexión. Los siguientes valores de f en kilogramos por centímetros cuadrado,incluye un coeficiente de seguridad de 8 a 10 y no deben sobrepasarse.

f en Kg por Cm2

Fábrica de ladrillo o mampostería con mortero de cal 0 a 0.70Fábrica de ladrillo o mampostería con mortero de cemento 0.7 a 2.8Hormigón 1 : 3 : 6 1 a 1.8





247




proyecta a base de varias capas y se supone que su espesor sea de 38 cm, sus longitudesserán las que siguen:

m0.7146060000)42x170)/(10060x(8w100

81

W

M I

m.1.173l5ym1.0584l4m,0.9438l3m,0.8292 l2

I5 tiene aproximadamente 1.20 m que es el ancho necesario en la base, y se puede adoptaresta medida incrementando el espesor de la hilada del fondo hasta 40 cm. El espesor total delcimiento será, según esto, de (4 x 38) + 40 = 192 cm, en lugar de 87 cm como hablamosdeterminado por la fórmula (1) para el cimiento colado en una sola operación.

Reglas empíricas para las zarpas y escalones en los cimientos. Se han dado varias reglasempíricas para obtener, para materiales diversos de construcción, lo conocido con el nombrede zarpas de seguridad para profundidades de cimientos dadas o para dar la relación deseguridad entre la zarpa y la profundidad del cimiento. Estas reglas prescinden del hecho deque la contracarga varía y, por lo tanto, no son aconsejables, aunque tales reglas empíricas secitan en los reglamentos de construcción de lagunas ciudades.

EJEMPLO. El resalto o zarpa de seguridad para escalones en obra de ladrillo se dafrecuentemente, en los reglamentos de construcción y en los libros de texto, de 7.5 cm para

una hilada doble de ladrillo o para un espesor aproximado de 12.5 cm y la relación que lecorresponde es de 0.6 si suponemos que el valor de f para fábrica de ladrillo es de 1.4 Kg porcm2 y no habrá seguridad cuando la carga unitaria sea mayor.

Relación de zarpa a la profundidad del cimiento. Para los cimientos de material homogéneoque tengan una zarpa pequeña y para los que se pueda usar la fórmula (2) como seguridad, sepuede calcular la relación de seguridad de la zarpa para una carga unitaria dada. De lafórmulas (2)‟ y (4) deducidas de la del momento resistente para vigas de material homogéneoy sección transversal rectangular, se deduce la formula siguiente:

f/p3313c/d

En la cual todas las dimensiones están expresadas en centímetros, f en kilogramos porcentímetros cuadrado y p en kilogramo por metro cuadrado. La magnitud c/d es la relación dela zarpa a la profundidad o altura de la viga o cimiento. Así, para un cierto valor dado de f, larelación variará en razón inversa de la raíz cuadrada de p.

El diagrama muestra las curvas características para diversos valores de f y p, desde las quese puede hallar la relación de zarpa a la profundidad del cimiento. Así, por ejemplo, si el

esfuerzo unitario admisible a la tracción, f, para un cimiento de hormigón es de 2 kg por cm2

yla carga p en el hecho de fundación es de 15 000 Kg por m 2, la zarpa admisible será igual a la



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profundidad del cimiento corrido multiplicado por 0.67,. si el hormigón tiene 30 cm de espesor,la zarpa admisible será de 20.1 cm. recíprocamente para una zarpa dada de 30 cm, cuando lacarga unitaria es de 15 000 Kg y f = 2 Kg, como anteriormente, la profundidad necesaria será ala zarpa multiplicada por 1.49

23. Emparrillados de acero en las fundaciones

Ventajas del empleo de emparrillados de vigas de acero. Cuando se quiere evitar una granexcavación, como la que se requiere para cimientos de hormigón o mampostería y en el casoen que la carga de un muro tenga que repartirse en una superficie de apoyo extensa, seemplean con frecuencia las vigas o carriles de acero, que tienen la ventaja de proporcionar elmomento resistente necesario con in mínimo de profundidad. Las vigas de acero con,generalmente, más baratas y preferibles a los rieles, aunque a veces se usan rieles desegunda mano, como recurso.

Preparación del lecho y colocación de vigas. El lecho de fundación se cubre primeramentecon una capa de hormigón cuyo espesor sea por lo menos de 15 cm, bien mezclado ycompacto, de tal modo que quede tan impecable como sea posible. Las vigas se colocan sobreesta capa con sus patines superiores alineados y los inferiores bien en lucidos para asegurarun apoyo bien plano. Inmediatamente como sea posible. Las vigas se colocan sobre esta capacon sus patines superiores alineados y los inferiores bien enlucidos para asegurar un apoyo

bien plano. Inmediatamente se hace la colada del hormigón entre las vigas y alrededor de ellaspara que tengan una protección permanente.

Requisitos que deben llenar los emparrillados de acero. Al determinar número ydimensiones de las vigas para cierto cimiento, se deben tener en cuenta las siguientesconsideraciones:

1. Las vigas resistir el momento flexor máximo, sin que en ellas se produzca una flecha mayorde la conveniente.

2. Las vigas deben resistir al esfuerzo cortante para evitar su aplastamiento o pandeo.

3. Los espacios entre vigas no deben ser muy grandes, para evitar el riesgo de que elhormigón intercalado no distribuya la carga convenientemente.

4. Los espacios entre vigas no deben ser tan pequeños que dificulten su relleno de hormigón.Los espacios entre los patines de la capa superior deben ser por lo menos de 5 cm y algomayores en las capas inferiores.

5. cuando el momento flexor sea el factor predominante, entre dos vigas de pesos iguales sedebe emplear la viga de mayor altura. Así, por ejemplo, si el módulo de la sección es 2392.5 cm2

, una viga estándar de 508 mm (20‟‟) y 121 Kg/m (81.4 lb/pie) con un módulo de lasección de 2 402.8 cm2, será apropiada, pero tendrá más rigidez y resistencia otra de 609.6mm (24‟‟) y 119 Kg/cm (79.9lb./pie) con un módulo de la sección de 2 850.2 cm2.

6. Cuando el factor esfuerzo cortante es el que ha de tenerse en cuenta para la elección entredos vigas de pesos iguales, se debe elegir la menor, que será la de más resistencia. Así, elvalor del esfuerzo cortante de una viga de 508 mm (20‟‟) y 121 Kg/m (81.4 lb./pie) es mayorque el de una de 609.6 mm (24‟‟) y 119 Kg/m (79.9 lb./pie) y es aproximadamenteequivalente al e una de 609.6 mm (24‟‟) y 134 Kg/m (90 lb./pie). Sin embargo, algunas veceses conveniente emplear la viga de mayor altura, si se tiene en cuenta que es más rígida que

la otra aunque aumente el costo.7. Recientemente, varias compañías siderúrgicas han fabricado vigas H con alas o patines

pesados y almas ligeras, con secciones apropiadas y económicas para vigas y columnas,pero que no deben emplearse en los emparrillados. Sus delgadas almas tienen escasaresistencia al pandeo, a menos que se las refuerce con placas suplementarias.

Separación de las vigas en los emparrillados. La tabla IX de las separaciones limites entrevigas de acero para cargas desde 10 a 60 toneladas por m 2, teniendo en cuenta la capacidadde seguridad del relleno de hormigón para actuar como una viga. Cuando en tramos tanpequeños se produzca en efecto de arco considerable, el hormigón servirá para repartir lacarga sobre tramos más amplios que los de la tabla, con la condición de emplear un númerosuficiente de tirantes de varillas de bastante sección transversal para resistir el empuje de losarcos.

Tabla IX. Separación límite para vigas de acero empleadas con relleno de hormigon Altura de las Separación de las vigas en metros para las siguientes presiones por metro cuadrado



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vigas

cm10 ton. 20 ton. Mét. 30 ton. Mét. 40 ton. Mét 50 ton. Mét. 60 ton. Mét.

15.218.820.322.925.430.538.147.750.861

0.380.450.510.580.630.730.911.111.211.44

0.280.330.380.430.450.550.680.810.881.06

0.250.280.330.350.400.450.550.680.730.88

0.230.250.280.30.0.350.400.500.580.650.78

0.200.230.250.280.330.380.450.530.580.71

0.170.200.230.250.300.350.430.500.550.65

Proyecto de un cimiento de muro de vigas de acero. Supongamos un muro de 60 cm concarga de 62 5000 Kg por metro lineal. Hallar el tamaño comercial y la separación de las vigasde acero para distribuir la carga sobre el lecho de fundación a razón de 17 6000 Kg por m 2. elancho del cimiento será de 62 500 / 17 600 = 3.55 m y el momento flexor por la formula (3)será de 21 000 m-Kg por metro lineal de muro = 2 110 000 cm-Kg por m. El valor del esfuerzocortante según la formula conocida es V = W(l – w), o sea 51 900 Kg. Como las vigas están aesfuerzo cortante doble, el esfuerzo sencillo por metro lineal de muro será de 25 950 Kg. Elmódulo de la sección necesario por metro lineal de muro se halla dividiendo el momento flexorpor el esfuerzo admisible en la fibra del acero, o sea, 2 110 000/1 130 (esfuerzo supuesto de la

fibra) = 1 867, y si, como primer tanteo suponemos que se coloca una viga cada 0.30 m, sumódulo de sección de vigas de acero, encontramos que una viga estánd ar de 304.8 mm (12‟‟)y 47.3 Kg/m (31.8 lb./pie) tiene un módulo de sección de 589.4 cm 3; para satisfacer lascondiciones que se requieren para la flexión, la separación de las vigas no debe de ser mayorde (589.4/560.1) X 0.30 = 0.315 m de eje a eje.

Para que las almas de las vigas no pandeen o se comben bajo el efecto de la compresión, elesfuerzo unitario por compresión no debe ser mayor que SB (resistencia admisible al pandeo),el cual para una viga de 304.8 mm (12‟‟) y 47.3 Kg/m (31.8 lb./pie) es de 9 18 Kg/cm2. El áreade la viga que se resiste a ka compresión es igual a la parte de su longitud en que se hallarepartida la carga del muro por el espesor del alma. Algunas autoridades consideran que lacarga está repartida en una longitud igual a la porción cargada de la viga, más el alma de laviga dividida por dos, pero en el ejemplo presente sólo hemos tomado la longitud de la porcióncargada. En este caso el área será 60 X 0.89 = 53.4 cm2. Si la equidistancia entre los ejes delas vigas es de 0.315 m, la compresión directa unitaria será: 62 500 X 0.315/53.4 = 369Kg/cm2, que queda bien dentro del esfuerzo admisible de 918 Kg/cm2. Para que el alma resistaal esfuerzo cortante, esté no debe ser mayor que el se deduce de la fórmula del esfuerzocortante admisible. El esfuerzo cortante unitario admisible se obtiene dividiendo el valor de Sb por el factor F, cuyos valores se encuentran en la tabla IXa. Por ejemplo, para una viga de304.8 mm (12‟‟) y 47.3 Kg/m (31.8 lb./pie), el valor será: 918/1.65 = 556 Kg/cm2. la capacidadde la viga al esfuerzo cortante se halla multiplicando este esfuerzo unitario por la altura de laviga y el espesor de su alma, o sea: 556 X 30.48 X 0.89 = 15 080 Kg, que es superior al que senecesita (igual a 25 950 X 0.315 = 8 174 Kg). Solamente hay que tener en cuenta una de lasdos condiciones anteriores relacionadas con la resistencia del alma, aplicando la reglasiguiente: si el esfuerzo cortante dividido por la altura de la viga, es mayor que la carga totaldividida por el producto de la distancia sobre la que se está repartida la carga por el factor F,hay que calcular el esfuerzo cortante y, es caso contrario, calcular la compresión directa.También se puede expresar esta regla del modo siguiente: según que (l-w)/l sea mayor omenor que 2 D/wF será necesario calcular el esfuerzo cortante o la compresión, siendo:

L = longitud de la viga;w = porción cargada de la viga;D = altura de vigaw‟ = longitud de viga sobre la que se supone que está repartida la carga (es frecuente

tomar este valor = w + ½ D);F = factor de la Ixa para la viga.

Todas las dimensiones tienen que expresarse en las mismas unidades. Si en lugar de emplearuna viga de 304.8 mm (12‟‟) elegimos una de 381 mm (15‟‟) y 63.8 Kg/m (42.9 lb./pie) con unmódulo de sección de 965.3 cm3, la equidistancia será: (965.3/560.1) 0.30 = 0.517 m. Por la

tabla IX se ve que la separación de las vigas está dentro del limite de seguridad del hormigón ypor tanto no hace falta reforzado con varillas.



250




Proyecto de cimientos para columnas. Los cimientos de vigas de acero y losas para columnashan sufrido algunas modificaciones en los últimos años. Primeramente se usaban dos o tresfilas de vigas de acero con una losa para construir la base de la columna. Actualmente setiende a emplear, para la columna, sólo una gruesa losa o una fila de vigas con una losa otambién una fila de vigas con una losa, que se hace rígida con planchas en los costados.

Al proyecto el emparrillado para las fuertes cargas que soportan las columnas de los edificios

modernos para las oficinas, el proyectista debe determinar, no solamente el límite económicode la carga que puede soportar una sola losa y en que momento sería más barato el empleode losa y vigas, sino que también debe tener en cuenta otros diversos factores. Cuanto másespesor o altura tenga el emparrillado, si se emplean planchas en los costados para el asientodel emparrillado. Si se emplean planchas en los costados para el dar rigidez a la de losa delemparrillado. ¿Será posible extenderlas por encima del nivel del acabado del piso bajo osubterráneo inferior y hacer así la excavación lo más pequeña posible? ¿Puede la laminadoralaminar los hierros planos de las dimensiones convenientes? Muchos ingenieros prefieren elhierro plano único independiente de la carga y emplazamiento de la columna, ya sea unacolumna interior emplazada en un pozo o sobre un pilar o una exterior descansando sobre unmuro en ataguía y toman como factor determinante el tamaño y espesor que puedan producirlas laminadoras. The Chase National Bank de Nueva York descansa sobre hierros planos; lasdimensiones de algunos de ellos son 80‟‟ X 10½ X 6‟8„‟ (203 mm X 27 mm X 203 cm) con una

carga de 1438000 Kg; en algunos casos, se colocaron dos hierros planos uno al lado del otro yse repartió la carga desde la columna por medio de planchas voladas o cantilevers. Porejemplo, en uno de los casos se emplearon 2 hierros planos de 58½ „‟ X 15‟‟ X 9‟3‟‟ (148 cm x38 cm x 351 cm), con una carga de 2 933 000 Kg y planchas voladas de 37/8 „‟ (9.8 cm) deespesor.

Tabla Ixa. Valores del factor F* para esfuerzos cortantes para varias vigasVigas Para vigas de peso estándar Para vigas pesadas

12 pulg. = 304.8 mm

15 pulg. = 381.0 mm

18 pulg. = 457.2 mm

20 pulg. = 508.0 mm

24 pulg. = 609.6 mm

1.65

1.71

1.76

1.77

1.91

1.52

1.50

1.58

1.62

167

* El factor F que según lo dicho, se debe emplear en relación con Sb, resistencia admisible al pandeo,para obtener el valor del esfuerzo cortante unitario de la seguridad basada en la deformación del alma,será muy útil para el cálculo de los esfuerzos cortantes en el caso de que no se puedan conseguir tablasde esfuerzos cortantes. Sin embargo, hay que advertir que los valores deducidos del empleo de F sonaproximados solamente, porque este factor varía algo según las vigas de dar su valor para cada unanecesitaría tanto espacio como las tablas completas de esfuerzos cortantes de seguridad. No damosvalores de F para las nuevas secciones de vigas ligeras, porque estas secciones no son apropiadas paraestos emparrillados. Hacemos notar que el peso estándar o normal que cada tamaño de viga, para el quese da F, es siempre el inmediatamente superior al peso mínimo dado en las tablas, excepto para las vigasde 20”, para las cuales, el peso mínimo de 65,4 lb (97.3 kg/m), es también peso estándar. La regla quehemos dado anteriormente para determinar cuándo la deformación del alma se basa en el esfuerzocortante o en la compresión directa, como factor determinante, evita uno de los cálculos necesarios parael proyecto de emparrillados.

Los edificios de la Barclay-Vescy Telephone y de la Irving Trust Company y muchos otros

tienen sus cimientos sobre una simple hilera de emparrillado de vigas con una losa, que sehace rígida con planchas laterales. Las cargas máximas sobre estos emparrillados son de 1282 000 Kg y 2 364 000 Kg, respectivamente. La constitución de estos emparrillados es de 9vigas I de 24‟‟, 115 lb. (609.6 mm y 171 Kg/m) de 2.59 m, 1 losa de 102 X 10 cm de 2.08 m,con las planchas laterales y 9 vigas I de 24‟‟, 120/lb. (609.6 mm y 179 Kg/m) de 2.54 m, 1 losade 254 X 13 cm de 1.04 con planchas laterales respectivamente. El autor considerainnecesario repetir aquí el procedimiento para proyectar emparrillados y hierros planos, ya quevarios libros de texto y manuales, como los que se publican American Institute of SteelConstrucción. Inc., y las principales que fabrican aceros, dan ejemplos para cada tipo.

24 Cimientos de hormigón armado

Ventajas e inconvenientes. El hormigón armado se ha empelado mucho en los cimientosdurante los últimos años. Los argumentos en su favor, son:

1. Economía en la construcción de los cimientos.

2. Excavación de menor volumen



251




3. Facilidad de construcción, si se compara con el emparrillado de vigas de acero, por que lacorrugada es corriente en el comercio, se puede cortar a la longitud necesaria a pie de obray se puede manejar sin necesidad de grúa.

Y sus inconvenientes:

1. Peligro de obreros poco hábiles, porque la resistencia de los cimientos depende de que lamezcla sea la apropiada y esté bien hecha, de que el colado se haga en buenas condiciones

y de la apropiada disposición del armado y de su total unión con el hormigón. El peligro deuna mano de obra defectuosa crece con las dificultades corrientes en los trabajos defundación, donde, a veces, hay agua y cieno que dificultan una labor cuidadosa y, por lotanto, la inspección tiene que ser muy minuciosa.

2. Riesgo de deterioro de la varilla por oxidación o electrólisis. Este riesgo crece con lapresencia de humedad y por la relativamente pequeña sección transversal de las varillas delarmado. En relación con esto, hay que tener presente que en las vigas de hormigón armado,tal como se calculan corrientemente, el hormigón, en el lado en que trabaja a tracción,soporta un esfuerzo que va más allá de su límite elástico, por lo que resultan finas grietasbajo la carga calculada.

Empleo del hormigón armado para las fundaciones. De lo que antecede se deduce que sedeben tomar todas las precauciones posibles para el empleo del hormigón armado en las

fundiciones, teniendo en cuenta lo difícil que resulta descubrir o reparar cualquier defecto. Elhormigón armado se emplea no solamente bajo la forma de losa; sino también en las carreras,traveseros y hasta para cantilevers.

Procedimientos en uso para calcular la resistencia del hormigón armado, en losas,vigas, etc. En otros capítulos se trata de estos procedimientos. Los esfuerzos que se producenen las construcciones en las construcciones de hormigón armado se determinan del mismomodo que se ha explicado para cimientos de otros materiales.

25. Cimientos de madera para construcciones temporales o provisionales

Cimientos de madera. La madera puede ser un material útil para dar la extensión necesaria alos cimientos de construcciones de altura moderada, cuando haya agua siempre presente.Cuando se haya nivelado perfectamente el fondo de la excavación, se cubre con tablones de 5cm (2‟‟) colocados en la dirección longitudinal del muro y sin dejar espacios entre ellos.

Perpendicularmente a estos tablones, se ponen grandes vigas transversales de dimensionesproporcionales a los esfuerzos transversales y con una equidistancia aproximada de 30 cmentre sus ejes. Superpuesto a estas vigas, se enclavija un entablado con tablones de 7.6 cm(3‟‟); este entablonado se pone del mismo ancho que los cimientos de obra de fábrica que soncolocados sobre él. En las figura 123 se puede ver una sección de estos cimientos. todas lasvigas y tablones deben colocarse a un nivel inferior al hidrostático y los espacios comprendidosentre las piezas transversales se rellenan con arena, piedra machacada u hormigón. Lasmejores maderas para estas fundaciones son el ocote, roble, pino amarillo y pino noruego.Muchas de las antiguas construcciones de Chicago tiene cimientos de madera.

Cálculo de dimensiones de las vigas transversales de las vigas de madera. Se emplea lafórmula siguiente:

XA2d

X5c2X p236

scentímetrodeAncho

En que p representa la resistencia dellecho de fundación en kilogramos pormetro cuadrado; c, el saliente o zarpa delos tablones transversales sobre lostablones de 7.6 cm, en metros; 5, laequidistancia entre los ejes de las vigas,en metros, y d, la altura de la viga encentímetros. A es el factor de laresistencia y los valores másrecomendables de este factor son: 88.9para el pino amarillo de hoja larga, 66.7

para el roble blanco y 61.1 para el pinoblanco corriente o abeto.



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EJEMPLO. Los muros de fachada de un edificio cargan la fundación con 30 000 Kg por metrolineal; el suelo no puede soportar sin asiento excesivo más de 10 000 Kg por metro cuadrado.Por razones económicas, se decide hacer los cimientos con arreglo a la figura 123, empleandovigas de pino amarillo de hoja larga. Hallar las dimensiones de las vigas transversales.

SOLUCION: Dividiendo la carga total por metro lineal por 10 000 Kg/cm 2, hallamos 3 m como

ancho de los cimientos. Adoptamos para la obra e fábrica de los cimientos, el granito ocualquiera otra roca dura, de 1.20 m de ancho, asentada sólidamente sobre tablones conmortero de cemento Portland. El saliente c de las vigas transversales será, entonces, de 0.9 m.Daremos a las vigas una equidistancia de 30 cm entre ejes, de modo que 5=0.3 y supondremosque la altura de las vigas es de 25 cm. Entonces, por la fórmula anterior:

cm10.388.9X252

0.3X0.92X00010X236 scentímetroenAncho

Podemos emplear maderos de 15 X 25 cm, con equidistancia de 30 cm entre ejes. Siempleásemos el abeto, tendríamos que poner 61.1 en vez de 88.9 y el resultado sería 15 cm.

Fundaciones para edificios temporales o provisionales. Cuando hay que construir edificiostemporales en un suelo compresible, se pueden construir, a veces, las fundaciones de madera

más económicas que de otro material cualquiera y entonces no hay que tener en cuenta laduración, porque la madera, cuando está sana, puede permanecer en cualquier lugar dos otres años, con tal de que tenga ventilación. El World‟s Fair de Chicago (1893), se fundó sobreplataformas de madera, de modo que la carga máxima sobre el suelo no fuese mayor de 12toneladas por metro cuadrado y solamente en algunos sitios con fango se fundó sobre pilotes.

26. Condiciones generales que afectan a las fundaciones y cimientos

Tipos de fundaciones. Los tipos principales empleados generalmente son:

1. Cimientos corridos:a) individualesb) combinados

2. Zampeados:a) corriente

b) perforación continua en dos direccionesc) rígidos por medio de armadurasd) rígidos por medio de muros

3. Pilotes de madera (simples, empalmados, revestidos, etc.)4. Pilotes de hormigón colados previamente de varios tipos y tamaños5. Pilotes de hormigón colados en la obra sin camisa:

a) cónicosb) cilíndricosc) con la base ensanchada

6. Pilotes de hormigón colados en el lugar de la obra con camisa:d) cónicose) cilíndricosf) con la base ensanchada

7. Pilotes de tubo de acero:a) de extremos abiertosb) de extremos cerrados

8. Pilotes compuestos, varias combinaciones9. Pilote de cajón de hinca10. Cajones abiertos:

a) tablestacas de madera avanzado progresivamente con la excavaciónb) tablestacas de acero colocadas antes que la excavaciónc) revestimiento vertical de madera contra los costados de la excavación (método

Chicago)d) revestimiento horizontal de madera (método Nueva York)

11. Cajones de aire comprimido, varios tipos12. Muros de ataguía que se emplean para hacer posible la excavación:

a) fila sencilla de tablestacas de maderab) fila sencilla de tablestacas de planchas de acero



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c) cajones con relleno de tierra o rocad) Doble fila de tablestacas

13. Muros empleados como ataguía y como construcción permanente:a) construidos rellenando una doble fila de tablestacasb) Construidos como cajones abiertos o neumáticos

14. Cimientos de flotación

Ocuparía demasiado espacio en este capítulo una descripción detallada de todos los tipos quese acaba de citar y, por lo tanto limitamos a lo fundamental para el proyecto y a unasconsideraciones generales.

Cada estructura tiene que llenar sus requisitos peculiares y cada emplazamiento tiene suscaracterísticas que, a veces, facilita, su proyecto y construcción económicos y otras requierenun gran cuidado y competencia para garantizar la seguridad durante la construcción que seempleen deben ser los mejores, teniendo en cuenta la estructura que se proyecta y el sitio desu emplazamiento.

Las condiciones actuales de los edificios que suelen tener hasta 100 pisos han traído comoconsecuencia el aumento de las dimensiones de los cimientos, la profundidad de lasexcavaciones, los empujes laterales en los muros de fachada y, en general, lascomplicaciones, dificultades y magnitud de los problemas comprendidos. A esto hay que

agregar, la rapidez con la que se quieren hacer las construcciones.Teniendo en cuenta que lo primero que se presenta en el programa de una construcción sonlas fundaciones y que el proyecto debe llenar todos los requisitos de la estructura y lasparticularidades del emplazamiento y que la seguridad y eficacia de todo el proyecto dependende una buenas fundaciones, unas veces por razones económicas y no pocas por su rápidaconstrucción, no esta fuera de lugar recomendar a los arquitectos y propietarios que consultencon ingenieros prácticos en esta especialidad, lo que se refiere a obras importantes o difíciles.El autor está convencido de que la seguridad, economía y rapidez que se consiguen con estasconsultas compensan, con creces, los gastos que ocasionan.

Consideraciones generales. Cuando los cimientos de una estructura descansan en arenahúmeda o arcilla, es muy importante prever cualquier movimiento del material del lecho defundación, siempre que esto sea posible. En ciertos casos, es conveniente unir todos loscimientos con un piso de hormigón, para evitar cualquier levantamiento entre los cimientos del

lecho de la fundación. En los casos en que haya asientos desiguales, no es conveniente ponercolumnas de gran altura unidas firmemente a los cimientos, porque los asientos desiguales deéstos desarrollan esfuerzos de flexión en las columnas y tales esfuerzos en las de gran alturapueden ser tan importantes que produzca probablemente su ruptura o distorsión. En talescasos, hay quien propone hacer las bases de las columnas con articulaciones de rótula, quepermita asientos desiguales en los cimientos, sin flexión ni distorsión en las columnas. Sinembargo, estas juntas no son generalmente empleadas, porque habría la necesidad deasegurar la estructura con amarres contra la presión horizontal del viento. Este dispositivopuede ser útil para las columnas largas interiores.

Profundidad mínima de los cimientos. Dicha profundidad está limitada por la del sótano, porlos requisitos del mismo, tales como cuando parte de los cimientos pueden sobresalir del niveldel piso del sótano, por la profundidad del propio cimiento y por el nivel hidrostático. Esta

profundidad mínima puede sobrepasarse con ventaja si, por un pequeño aumento de laprofundidad, se encuentran materiales capaces de resistir mayor carga unitaria para apoyar loscimientos, o si, como se han explicado en párrafos anteriores de este capítulo, se puedeconseguir más seguridad, construyendo los cimientos más profundos. Estas circunstanciasinfluyen en el proyecto de los cimientos y deben tenerse en cuenta en todos los casos. Algunasveces puede resultar más económico prescindir de los cimientos corridos y recurrir a los pilotesu obras de fábrica que lleguen hasta la roca o algún otro estrato de bastante solidez. Cuandohay cualquier duda sobre este punto, se deben comparar cuidadosamente las ventajas ycostos de los dos métodos. Sin embargo, en general, resultan más baratos los cimientoscorridos inmediatamente debajo del nivel de la excavación el sótano, que cualquiera otrafundación a profundidad.

Fundaciones a profundidad. Se emplean cuando el material al nivel del cual habrían deconstruirse los cimientos corridos, no es conveniente, o cuando, por una razón cualquiera, se

desea llevar las fundaciones de un edificio hasta algún estrato inferior más resistente. Sepuede recurrir entonces a uno de los tipos de fundaciones, anteriormente mencionados,distintos del cimiento corrido y del zampeado.



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27. Fundaciones con pilotes de madera

Empleo de pilotes de madera. Cuando hay que construir sobre un compresible, saturadoconstantemente de agua y muy profundo, el mejor procedimiento para conseguir una fundaciónsólida y duradera, para edificios de altura moderada, es hincando pilotes de madera. Muchosedificios de la ciudad de Boston, Mass, y algunos edificios para oficinas de las ciudades deNueva York y Chicago, están fundados sobre pilotes de madera, y éstos se usan mucho paraedificios de almacenes, elevadores para granos, etc., construidos en el litoral o a la orilla de loslagos. La duración de los pilotes de madera en terrenos saturados constantemente de agua esindiscutible, porque se han encontrado en perfecto estado después de una lapso de seis adiecisiete siglos.

Reglamentos municipales. En las leyes de Boston, se ordena que en los pilotes de maderase rematen sus cabezas con bloques nivelados de granito o con hormigón de cemento Portlandy que la distancia entre ellos no sea mayor de 0.9 m entre ejes. Las leyes de Chicagoprescriben que los pilotes de madera se hinquen hasta la roca o conglomerado duro y serematen con un emparrillado de madera, hormigón, acero o de una combinación de losmismos. La leyes de Nueva York especifican un diámetro mínimo de 12.7 cm y una distanciamáxima de 0.9 m entre ejes. El reglamento de México indica que se hinquen hasta encontrarapoyo en una capa resistente del subsuelo, lo que se acusa por el de la ciudad que se

encuentra a una profundidad de unos 30 m, si no se demuestra que se ha obtenido antes lacapacidad de carga indicada.

Cargas Máximas admisibles en los pilotes de madera. Las cargas admisibles en variasciudades de Estados Unidos, para los pilotes de madera, varían de 18 a 23 toneladas. Lamayoría de las ciudades citadas limitan también la carga admisible por la formula deWellington, que damos más adelante en el párrafo Resistencia de los pilotes. El Reglamentode México fija esta carga en 25 toneladas para los pilotes de madera con un diámetro medio de30 cm.

Clases de madera empleadas para pilotes. Los pilotes se hacen de troncos de árboles tanrectos como sea posible y de un diámetro mínimo de 13 cm en el extremo menor para edificiospoco pesados, o de 20 cm para edificios pesados. Las maderas que se usan generalmentepara pilotes son: tsuga de Canadá (hemlock), abeto, pino blanco, pino noruego, pino amarillode hoja larga y de hoja corta , pino tea, ciprés, abeto o pino Douglas y algunas veces roble,nogal americano, olmo, tilo americano y tu pelo o nisa.Parece que no hay mucha diferencia en cuanto a laduración de las maderas bajo el agua, pero siempre sonpreferibles las mas duras y resistentes, y especialmentecuando es necesario clavar los pilotes hasta la roca dura,que está debajo del terreno, y someterlos a grandescargas.

El reglamento de México dice que estos pilotes seformarán con postes de madera resinosa, no agrietada ydescarada de 8 a 10 m de longitud y que para utilizarmaderas no resinosas hay que conseguir la aprobaciónde la Dirección Genera de obras Públicas. Los diámetros

mínimos serán de 18 cm en la punta y 24 cm en lacabeza, debiendo quedar ésta a 2 m, cuando menos, pordebajo del nivel de las aguas freáticas.

Preparación de los pilotes de madera para su hinca. Los pilotes se preparan para la hinca cortando cerca deltronco todas las ramas y serrando a escuadra losextremos. Aunque los pilotes se clavan a menudo concorteza, es probable que sea mejor quitársela y esdudosa la ventaja o inconveniente de uno u otro procedimiento. Para hincar pilotes en terrenosblandos y cenagosos, la experiencia ha demostrado que tiene ventajas la punta cuadrada.Cuando penetración es menor de 15 cm a cada golpe de martinete, hay que proteger al pilotepara que no se astille, con un suncho de hierro de un diámetro 2.5 cm aproximadamente menorque la cabeza del pilote y de 6 a 8 cm de ancho por 1.6 cm de espesor, rebajando la cabeza

del pilote para poder meter el suncho. Cuando se hinca en terreno compacto, como arena,grava o arcilla compacta, la punta del pilote debe reforzarse con un azuche de hierro o acero.



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El dispositivo de A es muy apropiado para todos los terrenos, excepto para los muy duros; ypara estos, la punta cónica de fundición de unos 12.7 cm de diámetro bien fija por medio deuna espiga larga y un suncho cerca del extremo del pilote, es mejor que el azuche. Los pilotesque hay que hincar dentro del agua salada, o expuestos a ella, es conveniente impregnarloscompletamente con creosota, aceite de creosota (aceite muerto), o alquitrán de carbón que losproteja de la broma o taraza que los horadaría en tres o cuatro años.

Hinca de pilotes de madera con martinete o pilón de gravedad. Los pilotes se deben hincarpara un apoyo firme, que se determina por la penetración en los cuatro o cinco últimos golpesdel martillo. El método corriente que se emplea para hincar pilotes consiste en una sucesión degolpes o andanadas con un bloque de hierro o acero fundidos llamado mazo o pilón queresbala arriba y bajo entre guiaderas de una máquina llamada martinete o hinca pilotes. Lamáquina se emplaza sobre el pilote, de manera que el mazo caiga bien sobres su cabeza; lospilotes se hincan siempre con su extremo más delgado abajo. Generalmente la elevación delmazo se hace a vapor (si se hace a mano la máquina se llama machina) y el desenganchepara la caída es automático o a mano. El peso corriente de los mazos varía de 680 a 1 140 Kgy el recorrido varía entre 1.5 y 6 m. Los últimos golpes se dan con una sola caída pequeña. Algunas veces se usan mazos de 1 800 Kg y más.

Hinca de pilotes de madera con martinete o pilón de vapor doble efecto. El empleo delmartinete de vapor de doble efecto se ha extendido considerablemente en las grandesciudades, substituyendo a los martinetes corrientes, porque es capaz de hincar muchos máspilotes en una jornada con menos daños para los mismos. El martinete de vapor da unasucesión de golpes cortos y rápidos con una velocidad de 60 a 70 por minuto y parece como sisacudiese los pilotes hacia abajo; el corto intervalo que media entre dos golpes, no da tiempose asentar al suelo que los rodea. Cuando se hincan lo pilotes, hay que tener cuidado demantenerlos a plomo y si se ve que la penetración es pequeña, se debe deducir la caída delmazo a unos 1.5 m y dar los golpes en sucesión rápida. Cuando un piloto no penetra despuésde varios golpes, antes de haber alcanzado la profundidad media, se le debe cortar y clavarotro pilote junto a él. Cuando se ha clavado varios pilotes hasta una profundidad de 6 m o másy se ve que no penetran más de 1.3 cm con cinco golpes de un mazo de 545 Kg (1200 lb.),cayendo desde una altura de 4.60 m, no se debe continuar hincándolos, porque los golpessiguientes solamente conseguirán astillar y aplastar las cabezas y puntas de pilotes y hender yquebrantar el resto de los mismos.

Pilotes hasta una profundidad de 6 m o más y se ve que no penetran más de 1.3 cm con cincogolpes de un mazo de 545 Kg(1 200 Ib), cayendo desde una altura de 4.60 m, no se debecontinuar hincándolos, porque los golpes siguientes solamente conseguirán astillar y aplastarlas cabezas y puntas de pilotes y hender y quebrantar el resto de los mismos.

Espaciamiento de los pilotes de madera. El espaciamiento mínimo de los pilotes debe serde 60 cm entre ejes. Si se hincan dos pilotes largos con una distancia entre ellos menor de 60cm se corre el riesgo de que se fuercen el uno al otro hacia fuera de pilotes, la equidistanciamas conveniente es de 76 cm entre ejes, en sentido transversal al surco o zanja, y 92 cmlongitudinalmente, con tal de que el número de pilotes que resulte sea suficiente para soportarel peso del edificio; Si esta condición no se realizase, habría que disminuir la equidistancialongitudinal o agregar otra fila de pilotes, pero en ningún caso se debe hacer la distanciaentre ejes menor de 60 cm, a menos que se hinquen por inyección de agua. El número de

pilotes bajo las distintas partes del edificio debe ser proporcional al peso que tiene quesoportar, de tal modo que cada pilote reciba, muy aproximadamente, la misma carga.

El reglamento de México señala que, por regla general, los pilotes no deberán clavarse amenos de 1.20 m unos de otros, los que con la carga de 25 toneladas por pilote da unpromedio sobre la superficie del terreno una carga máxima de seguridad de 18 toneladas porm2.

Cabezas de pilotes de madera. La parte superior de los pilotes se debe cortar al nivel delagua o un poco por debajo, porque, de otro modo, empiezan a pudrirse muy pronto. Despuésse rematan o encabezan con grandes bloques de piedra, hormigón o emparrillados oencepados de madera o acero.

Encabezado de hormigón. Actualmente se usa mucho el hormigón armado para elencabezado de los pilotes. El procedimiento consiste en hacer una excavación de 15 a 30 cm

por debajo de la parte superior de los pilotes y de 30 cm alrededor del pilotaje y hacer elrelleno de hormigón en esta excavación, alrededor y por encima de los pilotes. Se corre unarmado en los dos sentidos, unos 7.5 cm por encima de la parte superior de los pilotes y se



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continua hormigonado hasta que se complete el espesor o altura de la cabeza. Generalmenteestas cabezas tienen unos 45 cm o más de espesor, lo que depende de número yequidistancia de los pilotes del grupo y de los esfuerzos cortantes y de flexión. Sobre estabase, se colocan los emparrillados para las columnas o muros. Este género de construcciónes, en opinión del autor, el que reúne más ventajas como encabezado de los pilotajes, porqueel hormigón armado hace que todos los pilotes de cada grupo formen un cuerpo compacto.

Encabezado con emparrillado de madera. La mayoría de las fundaciones sobre pilotes deChicago están encabezado con emparrillados de grandes maderos unidos con pernos a laparte superior de los pilotes y sirviendo de base a los cimientos de mampostería u hormigón.La sección transversal mínima de las vigas del emparrillado debe ser de 25X25 cm, conbastante resistencia para soportar la carga de eje a eje de los pilotes, con un esfuerzo bajo parlas fibras. Se colocan longitudinalmente sobre las cabezas de los pilotes, unidas a los mismospor medio de pernos forzados, que consisten en simples barras de hierro, de sección cuadradao redonda, metidas en taladros cuya sección es un 20% menor que la de los pernos. Se usan.Generalmente, barras cuadrados o redondas de 25 cm de sección y los agujeros se taladrancon barrenas de ¾” (19 mm) para los pernos redondos y de 7/8” ( 22 mm) para los cuadrados.Los pernos penetran en los pilotes por lo menos 30 cm. si se emplean cimientos de piedra uhormigón y se rellena de hormigón el espacio comprendido entre los pilotes y las vigas hasta elnivel superior de éstas, no es necesario poner más vigas; pero si los cimientos se construyen

de piedras pequeñas y no se emplean hormigón, será necesario un iso sólido con vigas demadera transversales de un espesor mínimo de 15 cm, para edificios pesados, por encima delas vigas longitudinales y unido con pernos forzados a las mismas. Cuando se empleaemparrillado de madera, hay que ponerlo por debajo del nivel más bajo del agua, porque, deotro modo, se pudre y es causa de asientos en el edificio. Esta demostrado que cualquieraclase de madera sanara se conserva indefinidamente cuando está sumergida en agua.

Ventaja del emparrillado de madera. La principal es que se coloca con facilidad y mantieneen su sitio los extremos superiores de los pilotes. Además, reparte por igual la presión sobrelos pilotes, porque la resistencia transversal de la viga ayudara a soportar la carga de un piloteque, por cualquier razón, tenga menor capacidad de sustentación que los otros. Se emplean,a veces, vigas de acero embebidas otra forma de construcción con menos gastos y resultadosigualmente buenos.*

Especificaciones para las funciones sobre polotes de madera. El contratista secompromete a suministrar e hincar los pilotes que se especifican en la hoja número...

Los pilotes serán de abeto (pino amarillo de hoja larga, tsuga del Canadá. Etcétera) sano,completamente recto de extremo a extremo (el Reglamento de México no los admite con flechamauro del 1% de su longitud), acondicionado convenientemente y cortado a escuadra con eleje en sus dos extremos.

Los pilotes tendrán, por lo menos, 15 cm de diámetro en su extremo menor y 25 cm en elmayor, luego de cortados, y longitud suficiente para llegar hasta terreno firma; longitud que sedeterminará por medio de pilotes – testigos hincados en distintos sitios de la fundación.

La hinca de los pilotes se hará verticalmente en las posiciones exactas señaladas en el plano,hasta que su movimiento sea menor de 13 cm con los últimos cinco golpes de un mazo de 900kg, cayendo desde 6 m. Todos los pilotes rajados o quebrados se sacarán, si es posible,

substituyéndolos por otros en perfectas condiciones.Dado el caso de que no se puedan sacar los pilotes citados, se hincará un pilote sano por cadapilote estropeado. Si los pilotes muestran tendencia a astillarse, se reforzará con zunchos dehierro forjado de 64 mm de ancho y 16 mm de espesor.

Cuando todos los pilotes se hayan hincado a la profundidad necesaria, se serrarán a escuadraal nivel señalado en los planos.

Potencia de sustentación de los pilotes. Desde el punto de vista de su empleo como soportesde edificios, los pilotes se pueden clasificar en dos clases: 1) los que hay que hincar hastaroca o conglomerado duro, como grava o arcilla firme, y 2) los que no es necesario hincarhasta conglomerado duro.

1. Cuando se clava un pilote de la primera clase en un suelo suficientemente firme paraasegurar el pilote en todos sus puntos, se le puede calcular para soportar una carga igual a

la resistencia de seguridad a la compresión en su sección mínima. Si el terreno que lerodea es plástico la resistencia del pilote será igual a su cargad de seguridad, calculadacomo si fuese una columna de una longitud igual a la del pilote, con su encabezado



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incluido. Los pilotes testigos clavados en el emplazamiento del edificio de la ChicagoPublic Library a través de 8.2 m dearcilla plástica y blanda, 7 , de arcillacompacta y resistente y 0.6 m enconglomerado, resistieron una carga de46 toneladas por cada pilote, durante

dos semanas, sin asiento aparente.Podríamos citar muchos ejemplos depilotes hincados hasta 6 m en arcilladura que sostuvieron cargas de 18 a 36toneladas y algunos ejemplos en quelas cargas soportadas llegaron a 73toneladas por pilote.

2. La resistencia de un pilote de estaclase depende de la fricción, cohesióny empuje, o presión hacia arriba, delterreno en que se hinca. La carga deseguridad para estos pilotes sedetermina, generalmente, por su

penetración media con los cuatro ocinco últimos golpes del mazo. Algunos ingenieros han formuladoreglas para determinar las cargas deseguridad de pilotees de esta clase,pero son tantas las condiciones quemodifican la penetración y ladeterminación de su magnitud exacta, ytan variables las condiciones de lahinca y del suelo, que se puede decirque es imposible formular una reglaque satisfaga todas las condicionesque intervienen en la hinca de estos

pilotes. Formula del Engineering News. Esta formula se debe a M.A. Wellington, y es laque exige el Reglamenteo de México.

Llamado:w = peso del mazo o pilón en toneladas;h = altura de caída del mazo, en metros;S = penetración, en centímetros, con el último golpe o penetración media en los últimos

cinco golpesCarga de seguridad, en toneladas = 17.7 wh (S + 1) para martinete simple,Carga de seguridad, en toneladas = 17.7 wh (S + 0.1) para martinete de vapor de doble

Efecto

El Reglamento de México indica que “para considerar que el hincado de un pilote ha sidosatisfactorio, se comprobará que el hundimiento del pilote bajo la última serie de golpes no fue

mayor que el que se obtiene de la fórmula del Engineering News, para estas condiciones dehincado y la capacidad de carga supuesta”. Este hundimiento o penetración puede hallarsedespejando S de dicha fórmula o, más fácilmente, para martinetes de caída libre, por la taba Xque se explica y se da más adelante, considerando la capacidad de carga igual a la carga deseguridad.

Cuando se calculan las cargas por esta fórmula se deben hincar los pilotes hasta que lapenetración no sea mayor que el límite supuesto, pero si esta condición es irrealizable, hayque hacer nuevos cálculos basados en la penetración media más pequeña que sea posible yemplear mayor número de pilotes. En las localidades en que el empleo de pilotes parafundaciones es corriente, la penetración mínima que puede obtenerse, dentro de los límitesprácticos de la longitud de los pilotes, se puede saber por la experiencia u observación oconsultando a alguien que tenga práctica en la hinca de pilotes. Cuando más longitud tenga lepilote, menor será, por regla general, el asiento final o penetración. En el caso de que no

pueda guiarse por la experiencia, será necesario clavar unos cuantos pilotes para determinarla longitud necesaria o el asiento mínimo de penetración para cierta longitud de pilote. A veces



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es necesario clavar unos pilotes más que otros, par conseguir que todos tengan igualresistencia. Cuando los pilotes tengan que soportar más del 50% de la carga se seguridadsupuesta, el asiento final debe medirse por un inspector, quitando previamente de la cabezadel pilote las astilla y esquirlas, antes de dar el último golpe de martillo.

Cargas de seguridad para pilotes. Hasta hace poco estaba muy generalizado el martinete decaída libre, esto no sucede actualmente. La tabla X, calculada por la fórmula anterior para

martinetes de caída libre, de las caras de seguridad para diversas penetraciones bajodiferentes caídas de un mazo de una tonelada. Para martillos de otros pesos, hay quemultiplicar la carga de seguridad de la tabla por el peso del mazo en toneladas. Así, para unmartillo que pese 500 kg, los valores de la tabla se multiplicarán por 0.5 y para uno de 750 kgpor 0.75.

No se acostumbra calcular tabas de penetración para martillos de vapor de doble efecto,porque los pesos de las piezas percusoras y las longitudes de las carreras están siendomodificados constantemente por los fabricantes; por lo tanto, se recomienda aplicar la fórmulasolamente después de haber determinado el tipo y las características del martinete que se va ausar. Cuando se emplea un martillo de doble efecto, movido a vapor o por aire comprimidopara aumentar el golpe, la carrera multiplicada por el peso del bloque o pilón golpeante más lasuperficie del pistón multiplicada por la presión media efectiva, del vapor o del aire comprimido,en el pistón durante el golpe, da el trabajo del pilón en metros tonelada por golpe y debesustituirse por wh en la fórmula.Ejemplo de cálculo para fundaciones sobre pilotes. Supongamos que hemos deducido, de laobservación de una construcción adyacente, que los pilotes hincados de 6 a 9 m tienen unasiento de 25 mm con un mazo de 545 kg cayendo de una altura de 6 m y que los golpessucesivos dan, aproximadamente, el mismo asiento.

En la tabla X encontramos que la carga se seguridad para una caída de 6 m y una penetraciónde 25 mm, es de 20 toneladas. Multiplicando por el peso del mazo en toneladas, 0.545 kg,tendremos 10.9 toneladas como carga de seguridad por pilote. Supongamos que la carga totalpor pie lineal, en los cimientos, es de 39 toneladas. Como vamos a poner, por lo menos, dosfilas de pilotes y cada dos pilotes soportarán 24 toneladas, vemos que la equidistancialongitudinal de los pilotes será de 268/39 = 0.559 m. Como resultan demasiado próximos,decidiremos emplear tres filas de pilotes con equidistancia transversal de 0.60 m y la

equidistancia longitudinal será entonces de 32.7/39=0.839 m. El ancho del encabezado seráaproximadamente de 1.50 m. Si la carga sobre los pilotes que han de soportar las columnasinteriores es, por ejemplo, de 96 toneladas, dividiendo éstas por 10.9, que es la carga deseguridad para un pilote, nos da nueve pilotes o tres filas de tres pilotes cada una conequidistancia de 0.75 m.

Tabla X. Cargas de seguridad en toneladas para pilotes

Para mazo de una tonelada

Penetracióndel pilote enmilímetros

Altura de caída del mazo en metros

0.90 1.20 1.50 1.80 2.40 3.00 3.60 4.20 4.80 5.40 6.00 7.50 9.00

6.2512.518.75

2531.2537.543.75

5062.575

87.5100125150

4.84.03.43.0

6.45.34.64.03.63.2

8.16.75.75.04.54.03.63.3

9.78.06.96.05.44.84.44.03.43.0

12.910.79.28.07.16.45.85.34.64.03.63.2

16.113.311.510.08.98.07.36.75.75.04.44.03.3

19.416.113.812.010.79.68.88.06.96.05.34.84.03.4

22.518.716.114.012.511.210.29.38.07.06.25.64.74.0

25.821.318.416.014.312.811.710.79.18.07.16.45.34.6

29.124.020.718.016.114.413.112.010.39.08.07.26.05.1

32.326.623.020.017.916.014.613.311.410.08.98.06.75.7

33.328.825.022.320.018.216.714.312.511.110.08.37.1

34.530.026.724.021.920.017.115.013.312.010.08.6

Algunos ejemplos reales de carga sobre pilotes de madera. Los ejemplos que sigen decargas reales sobre pilotes en edificios bien conocidos y de cargas que dichos pilotes hanaguantado poco tiempo sin asiento, serán muy útiles como referencia para proyectos de

fundaciones sobre pilotes.



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Boston. En la South Station, se cargaron tres pilotes con 54 toneladas, aproximadamente, delingote de hierro, o sea, unas 18 toneladas por pilote, sin asiento. La carga admisible era de 9toneladas por pilote.

Los pilotes de 30 cm de diámetro en la parte superior y 15 cm en la punta penetrando 9.45 men arcilla azul dura, carga de 27 toneladas, siendo, probablemente, su carga límite de 54toneladas. Otros pilotes hincados a 5.46 m, con una carga de 28 toneladas cada uno, no

tuvieron novedad. La penetración media en los últimos diez golpes de un mazo de 776 kg,cayendo desde una altura de 2.75 a 3.66 m, osciló entre 10 y 24 mm por golpe, en quincepilotes.

Los pilotes de 7.62 m de largo del edificio de la Chamber of Comerse, penetraron unos 76 mmcon el último golpe de un martillo de 900 kg, cayendo desde una altura de 4.58 m.

Cambridge. Los edificios del Massachussets Institute of Techonology, construido en 1915 – 16, están fundados sobre pilotes de abeto y roble con una carga de 9 y 13 toneladas,respectivamente. Las puntas de los pilotes penetraron hasta los estratos de arcilla dura y suequidistancia era tal, que cargaba la arcilla con 7.32 toneladas por metro cuadrado más lasobrecarga o carga viva. A pesar de la pequeña magnitud de la carga unitaria, los edificios sehas asentando durante mucho tiempo.

Chicago. En el edificio de la Public Library, los pilotes se calcurlaron para 27 toneladas cada

uno y se probaron a 46 toneladas sin asiento apreciable.En el edificio Schiller, la carga calculada fue de 50 toneladas por pilote; el asiento del edificiofue de 38 a 57 mm.

En la estación de pasajeros del ferrocarril de la Northern Pacific, en la calle Harrison, seproyectaron pilotes de 15 m de longitud para una carga de 23 toneladas en cada uno y seejecutó la obra sin asiento apreciable.

El edifico del Art Institute, parte del de Stock Exchange y muchas otras casas comerciales yedificios de las orillas del río están fundados sobre pilotes.

New York City . El edifico Ivins (Park Row) descansa sobre unos 3500 pilotes de abeto de 35.5cm, ordenados en grupos de cincuenta o sesenta para columnas aisladas y un númerocorrespondiente bajo los pilares que soportan dos o más columnas. Los pilotes se hincaronhasta un rechazo o penetración de 25 mm con un mazo de 900 kg y una caída desde 6 m. El

terreno era de arena densa y fina hasta una profundidad de 27 m. Algunos pilotes no sepudieron clavar a una profundidad mayor de 4.5 ó 6 m. La carga máxima media por pilote esde 8 toneladas.

El edificio de la sociedad American Trade, está construido sobre pilotes.

Brooklyn. Los pilotes para las fundaciones de los muelles del Government Graving se clavaronhasta una profundidad de 9.80 m por término medio en arena fina mezclada con mica muydividida y una pequeña cantidad de tierra vegetal; se supone que sostiene de 9 a 14 toneladascada pilote.

Nueva Orleáns. Los pilotes hincados de 7.50 a 12 m en un aluvión blando, soportan conseguridad de 13.5 a 18 toneladas con un coeficiente de seguridad de 6 a 8.

28. FUNDACIONES SOBRE PILOTES DE HORMIGÓN

Duración de los pilotes de madera y de hormigón. Los pilotes de hormigón, ordinario oarmado, tienen muchas ventajas sobre los de madera y, en general, se pueden emplear entodos los casos en que están indicados estos últimos. Comparados con los de madera, tienen,en primer lugar, la ventaja de su mejor conservación. Los pilotes de madera conservadossiempre bajo agua y protegidos de la acción de la broma u otros agentes destructores, puedenconsiderarse, prácticamente, de duración indefinida, pero no se pueden emplear por encimadel nivel del agua, en tanto que los pilotes de hormigón están exentos de destrucción porcualquier agente, tanto húmedos como secos, si se exceptúa la acción del hielo sobre elhormigón húmedo.

Resistencia de los pilotes de madera y de hormigón. Los pilotes de hormigón sin armar,fabricados con buen material, tienen aproximadamente la misma resistencia a la ruptura porcompresión por centímetro cuadrado que los pilotes de pino amarillo ordinario y, con unarmado apropiado, los pilotes tienen una resistencia a la compresión por centímetro cuadrado,

mucho mauro que los de madera. Además, estos últimos no tienen una sección transversaluniforme. Por ejemplo, un pilote delgado de madera de 12 m de longitud y 30 cm de diámetro



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en el extremo mayor, no tiene, probablemente, más de 15 cm en la punta. Para el esfuerzo decompresión, la carga en un pilote de las dimensiones citadas está limitada a la carga deseguridad en la punta del mismo, cuyo diámetro es de 15 cm, y un pilote cilíndrico de hormigónde 30 cm de diámetro en las mismas condiciones tiene una sección transversal de 181 cm 2 enla punta del pilote de madera. Además, si consideramos ambos pilotes como columnas largas,se debe tener presente que un pilote de madera puede no ser recto y que por tanto a estar

sujeto a esfuerzos y deformaciones producidos por cargas excéntricas, que se evitan en unpilote recto de hormigón.

Pilotes de hormigón armado. Generalmente, en la práctica, se emplea los pilotes dehormigón armado y, si un pilote se debe considerar como una columna de gran longitud, suarmado debe ser aumentado hacia el centro, para prever los esfuerzos debidos al manejo delpilote y a su modo de actuar como columna de gran longitud. Los pilotes de hormigón armadopueden construirse por completo fuera del terreno, o sea de la obra, y ser rectos o cónicos, conla sección transversal cuadrada, circular u otra cualquiera. El armado suele consistir en ciertonúmero de varillas verticales, dispuestas simétricamente alrededor del eje del pilote. Estasvarillas verticales se unen por medio de estribos o ataduras horizontales de alambre o conarmadura en espiral. La armadura se debe reforzar, como se ha dicho, en la sección central,para contrarrestar lo esfuerzos que ha de soportar el pilote como columna de gran longitud, encuyo caso, la armadura suplementaria debe ponerse cerca de la periferia de la sección

transversal.Tipos de armado para pilotes de hormigón. Hay muchos tipos de armado. Uno de ellosconsiste en un tejido de alambre que se coloca bien plano sobre una mesa y se recubre conuna capa delgada de hormigón; se comprime el conjunto y entonces se arrollan el tejido y elhormigón en forma cilíndrica, formando, cuando fragua, el pilote ya acabado. Los pilotes dehormigón se pueden forjar u hormigonar en el terreno por cualquiera de los variosprocedimientos que se conocen.

Procedimiento Raymond. En este procedimiento se hinca en el terreno un mandril de acerode forma cónica y, cuando ha penetrado la longitud que se desea, se aplasta y saca el mandril,que deja en el terreno una cavidad correspondiente a sus dimensiones; esta cavidad se rellenaentonces con hormigón, pudiendo ponerse previamente en ella la armadura de hierro. Esteprocedimiento, tal como se describe, es aplicable solamente a materiales que permanezcan sin

moverse cuando se extrae el mandril y se rellena el hueco con hormigón. En la mayoría de loscasos, se practica este procedimiento de acuerdo con la descripción que procede, excepto enque se coloca sobre el mandril una delgada camisa de acero antes de hincarle. Cuando sesaca el mandril, se deja la camisa en el hueco, haciendo de revestimiento y después se rellenael hueco con hormigón o con un armado de varillas y hormigón, como se ha descritoanteriormente. El procedimiento de Raymond se ha usado mucho y muy especialmente parapilotes de fricción o pilotes con camisa, en terrenos blandos y con relleno artificial. Se haempleado también un perfeccionamiento de la camisa descrita, combinándola con un refuerzoen espiral en el interior de dicha cubierta, que ayuda a evitar el aplastamiento de la misma.

Procedimiento Simples para hormigonar pilotes de cemento en el terreno. Esteprocedimiento es muy diferente del de Raymond, y consiste en lo siguiente: se hinca en elterreno un tubo de acero, generalmente de forma cilíndrica, de sección y longitud apropiadas, yprovisto de una punta perforadora desmontable, de fundición. Dicho tubo se clava hasta la

profundidad requerida y se rellena parcialmente de hormigón. Un émbolo de diámetro menorque el interior del tubo, se coloca entonces sobre el hormigón y el tubo se saca parcialmente,dejando la punta y parte del hormigón en el terreno. Esta operación se repite hasta que elpilote llegue a la altura que se desea. Con algunos materiales, en lugar de la punta anterior, seusa una punta que consiste en dos especies de mandíbulas, colocadas con visagras en elextremo inferior del tubo, dispuestas de tal modo que mientras se clavan forman una punta ycuando se extrae el tubo se abren quedando como una prolongación del tubo cilíndrico. Esdecir, que las mandíbulas se componen de placas de acero, curvadas con el mismo radio queel del tubo y dispuestas en visagra de tal modo que, cuando se abren quedan como unaprolongación de la superficie del mismo. Es evidente que las varillas del armado debencolocarse en la posición debida, antes de colar el hormigón en el tubo.

Precaución para los pilotes de hormigón construidos sobre el terreno. Hay que tenerespecial cuidado al proyectar y colocar el armado par pilotes de hormigón construidos sobre elterreno, de que al colar el hormigón no se mueva la armadura saliéndose de su posición



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correcta y de que todos los espacios vació que queden entre el armado y la camisa se relleneperfectamente.

Pilote de pedestal. Este procedimiento proporciona una sección transversal ensanchada enla base del pilote. El procedimiento se parece al de Raymond, y el aumento de diámetro seobtiene del modo siguiente: después de clavado el tubo, se saca el núcleo perforante y se llenael tubo, parcialmente, con hormigón. Entonces se apisona el hormigón dentro del tubo,

obligándole a salir fuera del mismo y a comprimir el material por debajo de él, de modo que elhormigón es forzado a penetrar en el terreno. Repitiendo esta operación, se consigue formaruna base en forma de cabeza de hongo por debajo del tubo, con un diámetro mayor que eldiámetro del mismo. Finalmente se saca el tubo y se continúan las operaciones de relleno yapisonado, hasta que el pilote alcance la altura requerida.

Pilotes compuestos. En las localidades en que la broma acorta la vida de los pilotessumergidos, se emplean pilotes de madera recubiertos de forros de hormigón, sostenidos en lasuperficie con metal desplegado o una red de alambre. Estos pilotes deben considerarsecomo de madera para todos los efectos.

Pilotes de madera con cabezas de hormigón. En algunas localidades en que el nivelhidrostático está muy por debajo del nivel inferior de la excavación, los pilotes de madera sehincan con un suplemento, que consiste en un tubo o camisa cilíndrica de acero. Cuando la

cabeza del pilote se ha clavado a un nivel conveniente por debajo del nivel hidrostático, sellena el suplemento con hormigón y se saca, dejando el pilar de hormigón sobre el pilote demadera. El pilote compuesto de este modo reúne la ventaja del pilote de madera, en cuanto aal de economía, y la duración del de hormigón por encima del nivel hidrostático. Sin embargo,hay que asegurar bien la unión entre el pilote de madera y el hormigón.

El reglamente de México exige que cuando se emplee esta case de pilotes compuestos, eltramo de concreto y hormigón debe quedar entre la cabeza del de madera y el nivel deldesplante de la construcción, y su diámetro mínimo será de 30 cm.

Procedimientos para hincar pilotes construidos. Son los mismos que se emplean parahincar pilotes de madera, pero poniendo en la cabeza del pilote un amortiguador de madera,cuerda u otro material para amortiguar el golpe del mazo. Los martinetes de vapor o airecomprimido de movimiento alternativo son de más eficacia que los de caída libre. En el casode materiales duros, se recomienda la inyección de agua, que en muchos casos es

indispensable.Hormigonado de los pilotes de hormigón. Los pilotes de hormigón se deben hormigonar enuna sola pieza, por medio de una operación continua, de modo que no queden superficiesdébiles entre el hormigón parcialmente fraguado y el fresco. Se pueden colar en moldes, bienen posición vertical o en horizontal. Los pilotes de sección cuadrada se hormigonan enposición horizontal, usando molde o encofrado solamente para las caras laterales y formandoel fondo con el pilote anteriormente hormigonado, protegido con papel. En los casos en que seintente hundir un pilote por inyección de agua, se hormigona aquél alrededor de un tubo dehierro que sirve después para la inyección. Sin embargo, en general, se evita esto con un tuboexterior desmontable que se emplea como inyector.

Otras ventajas de los pilotes de hormigón. En muchos casos en que los pilotes de hormigónresultan más costosos que los de madera, la economía que se consigue en la excavación y

cimientos compensa, con creces, el aumento del costo. Por ejemplo, si la excavación para elsótano de un edificio no necesita llegar a un nivel más bajo que el del agua, el empleo depilotes de madera traería aparejada la necesidad de llegar más debajo de dicho nivel, para quelos pilotes pudiesen cortarse por debajo del nivel hidrostático con el objeto de que sus cabezasestuviesen siempre mojadas. En cambio, los pilotes de hormigón pueden hincarse desde elnivel de la excavación para sótano y no requieren esta excavación suplementaria ni laconstrucción necesaria ente el nivel de dicha excavación y los pilotes cortados de madera. Además, como un pilote de hormigón pude tener una potencia sustentadora igual a la decuatro pilotes de madera, las dimensiones de los cimiento serán mucho menores para lospilotes de hormigón que para los de madera.

Comparación de los pilotes de hormigón y de madera para soportar pilares. Loscimientos de una columna, o pilar, cuadrada de 60 cm de lado que requieran, por ejemplo,para su apoyo 16 pilotes de madera con una equidistancia de 75 cm de eje a eje, serán

cuadrados, de 300 cm de lado, admitiendo ligeras desigualdades en el hincado, y los resaltos ozapatas excederán en 1.20 m al tamaño de la base. Este cimiento requerirá, generalmente, un



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emparrillado de acero o una base de hormigón armado h si se hace de hormigón ordinario,necesitará tener una profundidad considerable; en cambio, si empleamos, en vez de los demadera, cuatro pilotes de hormigón con una equidistancia de 90 cm entre ejes, el área de labase será un cuadrado un poco mayor que de 1.20 m de lado y el resalto será solamente de30 cm. Un cimiento conveniente sería un encabezado de hormigón armado de no más que 60cm de espesor. Las economías en el costo de la excavación, hormigón y acero en los cimiento

son todas a favor del empleo de pilotes de hormigón.Pilotes de hormigón para soportar muros. En el caso de un muro continuo, con cargas nomuy grandes por metro lineal, basta, en general, una sola fila de pilotes de hormigón parasoportar el muro,. En tal caso, la colocación de los pilotes no debe ser en línea recta, sino atresbolillo, uniendo sus cabezas por medio de los conocimientos, lo que contribuirá a laestabilidad del muro.

Procedimiento para el cálculo del armado para pilotes de hormigón. Es el mismo que seemplea para el cálculo de columna ordinarias de hormigón armado, con la única diferencia deque cuando el pilote no se apoya en la punta, sino que su sustentación depende de losmateriales, que le rodean, no es necesario considerarle como una columna de gran longitud.Los pilotes que descansan sobre su punta en algún material sólido, deben asimilarse a lascolumnas de gran longitud, bajo el supuesto de que el material que los rodea pueda fallar. Enel caso de pilotes de fricción, cuya sustentación depende de los materiales circundantes, nopuede hacerse dicho supuesto, porque el fallo de dichos materiales produce un asiento depilote. Hay que tener en cuenta que la estabilidad de cualquier estructura sobre pilotes defricción superficial depende de la continuidad de la capacidad sustentadora de los materialesque rodean al pilote. En muchos casos, algunos edificios, fundados sobre pilotes hincados enterreno blando, han hecho asiento a consecuencia de la consolidación y descenso del materialque les rodea, a pesar de que los pilotes eran capaces, cuando se clavaron, de resistir lascaras para las que estaban calculadas.

Cargas admisible en pilotes de hormigón. La leyes de la mayoría de las ciudades admiten unacarga sobre los pilotes de hormigón de 24 a 35 kg por cm2 sobre el hormigón, más 420 a 530kg cm2, sobre el armado vertical. Con esta limitación, parece posible proyectar un pilotecuadrado de hormigón, de poca altura, con 30 cm de lado, con una carga admisible de 100toneladas y es posible que si ensaya este pilote como una columna corta, desarrolla en la

máquina de prueba una resistencia que justifique su empleo, pero teniendo en cuenta que elmaterial que ha de soportar dicha columna es subterráneo e imposible de inspeccionar ypreviendo imperfecciones posibles en el formado del pilote, es evidente que no se debe cargarun pilote, en la práctica, en aquella proporción. Por tanto, es una buena práctica para lospilotes de hormigón adoptar una carga de 1/3 de la carga de ensayo aplicada, por lo menos al3% de los pilotes. Generalmente, se cargan los pilotes de hormigón armado hasta 35 kg porcm2 de la sección transversal.

Fundaciones sobre pilotes de tubo. En los últimos años, se ha construido muchos edificiossobre pilotes de tubo, rellenos de hormigón, apoyados en roca firma o conglomeradoconsistente. Este tipo se puede emplear con ventaja, cuando no se desea espacio para lossótanos por debajo del nivel del agua, cuando se quieren evitar obstáculos, tales como cantosrodados, entibaciones de madera, etc, entre la subrasante del sótano por debajo del nivel delagua, cuando se quieren evitar obstáculos, tales como cantos rodados, entibaciones de

maderas, etc, entre la subrasante del sótano y el estrato base, y donde está distancia no esexcesiva. El Reglamento de Nueva York dispone que la longitud de los pilotes del tubo no seamayor que su diámetro interior multiplicado por 40. Los tubos tienen, generalmente, de 25 a45 cm de diámetro interior, aunque se han llegado a usar tubos cilíndricos de un diámetro de132 cm y 9.5 a 13 mm de espesor. Los tubos se hincan por secciones con un martillo de vapory a medida que las secciones adicionales se precisa, se unen a la hincada por medio demanguitos interiores de acero o fundición y se vuelven a hincar. Cuando el pilote alcanza elnivel en que ha de apoyarse, se limpia el tubo por soplado o por extracción con barrena, contubos raspadores del tipo de cáscara de naranja u otro medio cualquiera. Luego se bombea eltubo y se hormigona. El Reglamento de Nueva York admite una carga en estos pilotes de 35kg por cm2 sobre el hormigón, cuando éste está en la proporción 1: 2: 4:, y de 530 kg por cm 2 en el acero. El área efectiva del acero se calcula multiplicando la circunferencia por el espesormenos 0.16, en centímetros. El autor cree que la carga dl pilote se debe reducir 5% por cada

empalme que exceda de uno en su longitud. La equidistancia debe ser como mínimo igual aldiámetro del tubo más 25 cm y no menor que el diámetro de un círculo tal que, dividiendo la





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Presión del terreno sobre los tablestacados. La carga sobre el tablestacado, debida a lapresión del terreno, se puede calcular con el mismo supuesto que los muros de contención,pero el espesor de las tablestacas, las dimensiones de los encintados y crucetas y suseparación, si se calculan sobre esta base, excederán, en general, a las dimensionesempleadas con seguridad y éxito en esta clase de obras. La razón probable de esto es que unbanco de tierra, afirmado y sostenido en parte por un tablestacado, no pierde en mucho tiempo

la cohesión entre sus partículas, natural en la mayoría de los bancos de tierra en su estadooriginal y sin remover. En dichas circunstancias, no se alcanza en la masa el verdaderoángulo de rozamiento. En estos casos, pueden servir de guía la práctica y la experiencia local.Bancos de tierra aparentemente semejantes actuarán, sin embargo, de modos muy distintos ypor eso no se puede dar una regla general. Es necesario tener en cuenta que la tierra de unbanco se debe proteger lo suficiente para evitar corrimientos a causa del agua y los efectosalternados de la helada y el deshielo, y que la obra permanente se debe hacer lo másrápidamente posible, para impedir los efectos destructores del tiempo, con riesgo para laestructura del banco.

Espesor de los tablones del tablestacado. Se calcula suponiendo que el banco de tierra esde material suelto con un determinado ángulo de talud y coeficiente de rozamiento, pero,prácticamente, en condiciones favorables, se pueden usar tablones de 5 cm para unaprofundidad de 5 m; de 7.6 cm, hasta 7 m; y de 10 cm, hasta 10 m; para profundidades hasta

12m y más, se utilizarán las maderas de 20 por 28 cm.Profundidad y número de híncas. La profundidad a que se pude clavar un tablón un tablónestá limitada por su capacidad para resistir los choques necesarios para hincarlo y, si elmaterial no es bueno, el tablón puede quebrarse antes de alcanzar la profundidad citada. Sino se llega a alcanzar la profundidad requerida con el primer tablón o primera hinca, hay queemplear una segunda, y a veces una tercera y una cuarta serie de tablones. Como losencintados o cepos de la primera línea de tablones tienen que permanecer en su sitio, lostablones. Como los encintados o cepos de la primera línea de tablones tienen que permaneceren su sitio, los tablones de la segunda serie o hinca se colocarán interiormente al encintado,reduciendo así el espacio de la excavación en el resalto necesario. Cuando se precisa más deuna hinca se debe empezar guardando una distancia suficiente para permitir a la segunda, osegunda y tercera hincas, su emplazamiento, sin disminuir el área necesaria en el fondo de laexcavación.

Corte y ajuste de las tablestacas. Las tablestacas se escuadran en sus borde, cuando nohaya agua o arena fina floja, pero en el caso de que existan estos materiales, los tablonesdeben ser machihembrados o con ranuras y falsa lengüeta. El machihembrado tiene, además,la ventaja de que las tablestacas se conservan en línea más fácilmente. Es frecuente que secorten los borden inferiores con una ligera inclinación y, de este modo, cuando se hinca cadatablón, se acuña contra el que le precede. El extremo superior se refuerza con una cabeza dehinca de hierro para protegerle cuando se le hinca, pero si este procedimiento no se usa, secortan los ángulos superiores para que el efecto de los golpes se concentre en su eje vertical,evitando así la tendencia del tablón a astillarse por efecto de golpes en los ángulos.

Medios que se emplean para hincar los tablestacados. Estos medios varían con la profundidady las dimensiones de los tablones. Para trabajos de poca importancia y profundidadesmoderadas, todavía se usa el procedimiento primitivo de clavar a mano con marro provisto de

mango de madera. Para obras de más importancia y, en todo caso, para largar hincas, seusan con preferencia los martillos mecánicos movidos por vapor o aire comprimido. Un martillomecánico pequeño tiene cierta semejanza (Fig. 127) con una sonda o perforadora de vapor, ylo pueden manejar dos o tres hombre, sin ninguna instalación especial. Los martillosmecánicos de tamaño mayor (Fig. 128 y 129) son prácticamente pequeños martinetesmecánicos; van provistos de una cabeza especial para ajustar a los tablones. Estos martillosse manejan con cabria o se llevan en un bastidor semejante al de los martinetes hincapilotes.Ordinariamente se emplean los martillos de caída libre, pero no tienen tantas ventajas comolos mecánicos de movimiento alternativo, porque los golpes del martillo de caídas libreestropean los tablones o tablestacas, mientras que los golpes frecuentes y ligeros del martillomecánico tienden a mantener las tablestacas y el material adyacente en movimiento y realizanel trabajo con menos daños para el tablestacado. En la tabla XI, pueden verse los pesos ydimensiones de algunos tipos de martillos para tablestacados.



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Recientemente ha empezado a emplearse el martillo submarino, que pude trabajar debajo delagua. La aspiración del martillo se lleva a la superficie por medio de una manguera. Estemartillo se mueve a vapor o con aire comprimido y pueden conseguirse con él importantesventajas y economías; reseñamos a continuación algunas de estas ventajas:

1. Se pueden usar pilotes más cortos

2. Se reduce la pérdida debida al exceso cortado

3. Se evita el empleo de suplementos

4. El hincado no se perturba por las crecidas y descensos del agua o mareas

5. Se simplifica el trabajo bajo el agua para cortar las cabezas al nivel conveniente

Modo de hincar las tablestacas. En la práctica se empieza por hacer una excavaciónsuperficial con la alineación apropiada para los costados exteriores del tablestacado. Losencintados de madera superiores se aseguran provisionalmente en su sitio y el extremo inferiorde las tablestacas se coloca entre estas maderas y el terreno. Si las tablestacas son largas, sedisponen guías superiores provisionales con abrazaderas atirantadas o apuntaladas para queconserven su posición vertical hasta que se hinquen bien en el terreno y se guíen por los

encintados o cepos permanentes. Entonces se hincan las tablestacas a medida que progresala excavación; cada tablestacas se profundiza cada vez unos cuantos centímetros. A medidaque se siguen clavando las tablestacas, se va aflojando, a pala o con una barra, el terreno bajosu borde inferior, debiendo conducirse la operación de manera que las tablestacas semantengan en su exacta alineación. Los encintados horizontales y sus puntales se vanponiendo en posición correcta, a medida que avanza la excavación. Si es necesario usarpuntales inclinados, se empieza por hacer una excavación en el centro, dejando el terreno contalud en los costados de la misma. Esto permite poner los puntales inclinados apoyados enestacas o zapatas antes de que haya ningún riesgo para el terreno. Después se coloca laprimera pieza del encintado, y la segunda y los encintados subsiguientes se ponen a medidaque avanza la excavación.

Tablestacas para excavaciones sumergidas. Estas excavaciones se pueden hacer por elprocedimiento de tablestacados, si no hay demasiada agua o si se puede drenar sin peligro dearrastrar una corriente de arena o arcilla por debajo del nivel de los tablestacados. En algunoscasos de condiciones favorables, pero en que se encuentre un estrato subyacente inferior



266




impermeable, es posible hincar las tablestacas antes de hacer la excavación, de modo que elfondo de tablestacado forme una junta estanca con el estrato impermeable, impidiendo el flujode agua y materiales.

Cuando la cantidad de agua que penetra en la excavación es considerable, se la conduce a uncolector o sumidero que se desagua con una bomba o sifón a vapor. En los emplazamientosen que el lecho de fundación está por debajo del nivel hidrostático y el material es arena, arcilla

u otro de los que se ablandan por la acción del agua, se le debe proteger poniendo el sumideroa considerable distancia de la superficie que se utilice para apoyo de los cimientos. Esto seconsigue haciendo la superficie que se ha de excavar y tablestacar bastante amplia para situarel sumidero fuera de la superficie de apoyo, o haciendo una excavación separada que seutilice como sumidero solamente. Se pude conseguir el mismo resultado por medio puntascoladeras clavadas hasta un nivel inferior al del cimiento, en el que un bombeo continuo puedabajar el nivel del agua por debajo del de los cimientos. Cuando se llegue al nivel de loscimientos, se debe tener cuidado de no remover ni ablandar el lecho de fundación con eltránsito innecesario de obreros por la superficie de la excavación.

El lecho de fundación debe conservarse, en lo posible, en su estado natural.

Drenaje con puntas coladeras. El procedimiento de drenar el agua con un tubo abierto cercadel extremo inferior y provisto de una rejilla para proteger la abertura, se usó en los primeros

días de la fundación del Medio Oeste, como medio para proporcionarse agua. Recientementese ha empezado a emplear este sistema para hacer descender el nivel del agua en el terreno yfacilitar la construcción se emplea un tubo provisto de una punta estrecha y perforada en unode sus extremos. La punta permite clavar el tubo en el terreno hasta la profundidad deseada.La sección perforada se protege, generalmente, con una rejilla de malla fina que actúa amanera de filtro, dejando pasar el agua y deteniendo los materiales finos. En la periferia de lasuperficie en que se desea hacer descender el nivel del agua, se clava una serie de tubos deesta clase y se conectan, todos ellos, con un tubo colector y una bomba. El éxito delprocedimiento depende de la estratificación y capacidad filtrante del suelo, circunstancias queson decisivas en cuanto al desnivel hidráulico que se pueda crear artificialmente. El efecto enel nivel hidrostático de estos tramos adicionales es, sin embargo, mucho menor que el delprimer tramo. Este sistema se empleó con éxito en la construcción de las dundaciones y pisossubterráneos para la construcción del edificio de la Western Union, en Nueva York,

consiguiendo descender 9 m el nivel del agua. Esto se debió en gran parte a lascaracterísticas de la arena, más bien fina, que se encontró, por lo que se consiguió mantenerlas aguas a un nivel constante.

Tabla XI. Peso y dimensiones de martillos hincapilotes

N ° d e

l t a m a

ñ o

P e s o m e

d i o

P e s o

d e

l a p

i e z a

Dimensiones totales Cilindro

P o

t e n c

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d e

l a

c a

l d e r a

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b a

l l o s

d e v a p o r

A i r e

c o m p r i m

i d o .

A i r e

p o r m

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t o

a

l a

p r e s

i ó n

a t m o s

f é r i c a

T a m a

ñ o

d e

l a t o b e r a

Eficiencia, tamaño delos pilotes que hincaráel martillo

A l t u r a

A n c

h u r a

P r o

f u n

d i d a

d

D i á m e

t r o

C a r r e r a

G o

l p e s p o r m

i n u

t o

kg kg mm mm mm mm mm m2

pulgsHINCAPILOTES UNION - Fabricados por la Union Iron Works, Hoboken, N. J.

00012345689

952661584060266520411168

68038610044

2495120269943130816395451811

39623073259122031950160712831080889749

914775711635597508438356203171

635597514419375318260210127108

35626724118415913310883

60.350.8

914610533406356305229178165102

90110130145170200240340450550

100+

50+35+25+20+12+10+8+

17 8.5 7.1 4.2 2.8 2.1 1.7 1.3

32

1 ½1 ¼1 ¼

11

¾¾½

7.62 cm¶5.08 y 7.62 cm¶



267




Hinca pilotes McKiernan –Terry - Fabricados por McKiernan – Terry Drill Co., New York,N. Y.

11-B-2

10-B-2

9-B-2

7

65

3

2

1

0

5981

4536

3066

2268

1315680

306

156

66

43

1644

1134

680

363

18191

31

22

9.5

2.5

3023

2794

2337

1854

16001448

1575

940

1194

610

762

711

610

686

610483

356

279

229

203

660

610

508

533

483356

330

254

279

305

314

254

216

318

248178

82.6

103

57

57

508

508

406

241

222178

146

133

95

102

120

115

140

225

275300

6

50

40

35

2520

15

10

10

5

17

14.1

11.3

9.9

7.85.7

2.5

2.4

2.1

1.3

3

2

1 ½

1 ½

1 ¼1 ¼

1

¾

¾

¾

53 cm¶

51 cm

43 cm

25 x 36 cm

15 x 30 cm10 x 30 cm

7.6 x 30 cm

7.6 x 20 cm

5 x 25 cm

5 x 25 cm

Máximo ||

Máximo

Máximo

Máximo

30 cm (12”) 30 cm (12”)

30 cm (12”)

23 cm (9”)

23 cm (9”)

23 cm (9”)

Hincapilotes de vapor Warrington – Vulcan Hincapilotes California (compound, doble efecto)Fabricados por Vulcan Iron Works, Chicago III

0*

1†

1*

2†

2*

3*

4*

E

F

G

7371

4536

4355

2994

28581678

635

1724

816

340

3402

2268

2268

1361

1361816

249

431

150

45.4

4572

4039

3962

3658

35052896

2134

2362

1803

1194

419

343

343

267

267203

102

267-194

176-135

119-95

1219

914

914

914

914762

610

406

305

203

50

60

60

70

7080

80

150

190

270

60

40

40

25

2518

8

25

15

7

41.1

27.6

27.6

16.4

16.410.8

1.8

13.0

4.7

1.8

2 ½

2

2

1 ½

1 ½1 ¼

1

2

1 ½

1

61 cm ¶

46 cm

46 cm

36 cm

36 cm25 cm

20 cm

30 cm o

20 cm o

Máximo ||

Máximo ||

Máximo ||

36 cm (14”)

36 cm (14”) 30 cm (12”)

20 cm (8”)

20 x 30 cm

15 x 25 cm

10 x 20 cm

56 cm**

46 cm

46 cm

36 cm

36 cm

36 cm

30 cm

30 cm

TABLA XII. Tablones de acero

N ° d e

l a s e c c

i ó n

T i p o

d e

l a s e c c

i ó n

T a m a

ñ o e n p u

l g a

d a s

G r u e s o

d e

l a

l m a

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l g a

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E s p e s o r

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l a

p a r e

d

e n p u

l g a

d a s

P e s o

e n

k i

l o g r a m o s

p o r

m

e t r o d e p

l a c a

P e s o

e n

k g

p o r

m

2 d e p a r e

d

A r e n a

d e

l a

s e c c

i ó n

e n c m

2

M ó d u

l o d e s e c c

i ó n

d e

l a p l a

c a e n c m

3

M

ó d u

l o

d e

s e

c c

i ó n

p o r m e

t r o

l i n

e a

l d e p a r e

d

Kg/m Kg/m2 Cm3/m

Tablestacas de acero Lackawanna - Fabricadas por Belem Steel Co

S.P. 8

S.P. 8a

S.P. 12

S.P. 12b

S.P. 15

A.P. 14

A.P. 15

A.P. 16

D.P. 165

D.P. 166

Recta

Recta

Recta

Recta

Recta

Arqueada

Arqueada

Arqueada

En arco prof.

En arco prof.

8 ½

8 ½

12 ¾

12 ¾

15

14

15

16

16

16

13/64

3/8

3/8

½

3/8

3/8

9/16

3/8

3/8

½

2 ½

2 ½

3 45/64

3 45/64

3 11/16

3 11/16

4 1/8

3 15/16

10

12

27.9

26.5

55.4

60.9

57.1

60.7

86.5

43.6

49.6

63.4

102

123

171

188

150

171

227

107

122

156

27.87

33.74

70.58

77.61

72.60

77.48

110.26

58.68

63.23

80.90

18.02

18.02

65.55

65.88

65.06

124.71

194.35

79.81

219.92

332.33

83.33

83.33

202.69

203.22

170.43

350.54

510.21

196.24

541.40

817.74

Tablestacas de acero Carnegie - Fabricadas por Carnegie Steel Co.

M. 106

M. 107

M. 108

M. 110

M. 111

M. 112

M. 113

M. 114

Arqueada

Recta

Recta

En arco prof.

Arqueada

Recta

Recta

En arco prof.

14

15

15

16

16

16

16

16

3/8

3/8

½

31/64

3/8

3/8

½

3/8

6 ¼

3 ¼

3 ¼

12

6 ¾

2 11/16

2 11/16

10

54.9

57.1

63.7

63.4

43.6

45.5

53.9

49.6

154

150

167

156

107

112

133

122

70.00

72.84

81.23

80.84

55.61

58.06

68.65

63.23

169.44

67.19

67.19

333.31

126.84

40.97

53.75

239.25

476.34

176.34

176.34

820.43

311.83

101.07

132.26

588.71



268




Tablestacas J. & L. - Fabricadas por Jones & Laughlin Steel Corp.

E.C 22.0

E.C. 23.75

C. 27

D.C. 25

Arqueada

Arqueada

En arco prof.

En arco prof.

17 ¾

16 ½

14 ½

16

3/8

3/8

3/8

3/8

4 ¾

6 5/64

8

11 3/16

48.4

48.4

48.4

49.6

107

116

132

122

61.68

61.68

61.68

62.23

84.89

107.01

134.21

226.14

188.17

255.38

363.98

556.45

Tablestacas de acero Larssen - Fabricadas por Vereinigte Stahlwerke A. G. Dortmunder Union, Dortmund, Alemania

S.W.

Ib

Ia

I

II

IIa

III

IIIa

IV

V

VI †

I

Ic

II

Recta

Arqueada

Arqueada

Arqueada

Arqueada

En arco prof.

En arco prof.

En arco prof.

En arco prof.

En arco prof.

En arco prof.

CajaCaja

Caja

mm **

280

355

400

400

400

400

400

400

400

420

420

460460

460

mm **

14

6.5

7

8

10.5

8

14.5

11

15.5

22

22

10.513.5

14.5

mm **

49

100

130

150

200

270

247

290

310

344

440

270276

369

43.3

27

33

39.0

49

45.16

62

57.2

75

100

123

113.8136.1

155.6

155

76

82

96

122

114

155

143

187

238

293

291339

382

55.23

35.16

42.32

49.87

62.32

58.58

79.61

74.00

96.00

128.45

157.10

145.16173.29

198.39

29.99

45.06

65.38

89.47

154.53

219.26

203.36

228.60

315.45

422.95

1200.51463.9

2210.3

107.53

250

380

500

849

970

1363

1400

2037

2962

4170

2607.5 *3177.4 *

4801.1 *

* Juntas con enlace † No disponible. ** Los números de estas tres columnas en milímetros, porque se trata de tablestacas

alemanas.

Tablestacas de acero. Se emplean mucho substituyendo a las de madera. Tienen la ventajade que pueden hincarse antes de hacer la excavación, reduciendo las posibilidades de un flujode material por debajo de lostablestacados. A esta ventaja hayque agregar su mayor resistenciaa igualdad de secciones, quepueden clavarse a mayoresprofundidades y que, en muchoscasos, pueden extraerse yemplearse de nuevo. Se fabrica,generalmente de modo quepueden unirse o entrelazarse entresí evitando, de este modo, elriesgo de que se desalineen ydejen huecos entre dos piezasadyacentes.

Los ingenieros han tenido encuenta todas estas ventajas para

emplear tablestacas de acero enlugar de las de madera.

Empleo de las tablestacas deacero. La idea fundamental de lastablestacas de acero no es nueva;en 1822 se emplearon enInglaterra tablestacas de fundicióny varias combinaciones deplanchas de acero se usarontambién en ataguías. El uso tablestacas de acero tuvo su origen en Estados Unidos, en 1899,cuando Luther P Frienstedt hizo una experiencia hincando barras ensambladas se secciónacanalada. Desde entonces, se empezó a generalizar el uso de estos perfiles, que permitieronhacer muchas excavaciones impracticables con tablestacas de madera.

Presión del terreno sobre las tablestacas de acero. La presión del terreno que actúa en lastablestacas de acero es la misma que en el caso de tablestacas de madera y los cepos y



269




puntales deben tener una resistencia equivalente a la que necesitan estas últimas. Ciertosperfiles de tablestacas de acero ofrecen una resistencia considerable a la flexión debida a lapresión lateral del terreno y, con tales perfiles, los encintados o cepos horizontales puedenestar más espaciados que en el caso de tablestacas de madera, o de acero que no tengandicha propiedad, pero la resistencia de los encintados y sus puntales debe ser suficiente paracontrarrestar la cara total sobre las tablestacas, independientemente de su espaciamiento,

porque en el caso de que fallen dichas piezas, fallaría todo el tablestacado.Varios perfiles de tablestacas de acero. Para elegir uno de los varios tipos deperfiles de tablestacas de acero que hayen el mercado, se debe tener en cuenta laclase de terreno, ya que, por ejemplo, elperfil más sencillo, recto y de fuerte almapenetra en terreno de grava y duro conmenos peligro de deformación que elarqueado o el de arco profundo de almamás ligera. Los fabricantes de estematerial publican catálogos con datoscompletos, así como los pesos y

dimensiones de sus perfiles, y basta conpedir estos catálogos para tener lainformación necesaria, pero, sin embargo,damos en páginas que siguen algunosdatos acerca de los perfiles principales.

Procedimiento Chicago o de tablero deavance. Este procedimiento especial esde uso corriente en Chicago y,ocasionalmente, en otras localidades paraexcavaciones de gran profundidad enarcilla u otros materiales apropiados.Tiene la ventaja sobre el procedimientoordinario de que no se hinca elrevestimiento de la excavación. Estemétodo es a propósito para excavacionescirculares y no se suele emplear paratrincheras y excavaciones cuadradas. Eléxito del procedimiento depende porcompleto del carácter del terreno que seencuentre, ya que se hace primeramentela excavación y después se contienen suscostados. El procedimiento es elsiguiente, suponiendo que se trate de unaexcavación circular para la fundación de un pilar:

1. Se practica una excavación de dimensiones ligeramente superiores a las necesarias para

el pilar y se profundiza hasta 1.50 m, teniendo cuidado de que las paredes de laexcavación queden bien verticales y en forma cilíndrica.

2. Se colocan contra las paredes de la excavación una piezas de 1.50 m de largo, llamadascostillas, ligeramente biseladas en sus borde, de modo que cada pieza se puedaconsiderar como una duela con juntas radiales correspondientes a las dimensiones de lasección circular de la excavación. Dichas piezas se mantienen en su sitio por medio dedos o más anillos de acero, generalmente despiezados en cuadrantes para que se puedanmanejar y empalmar con pernos,. Las planchas cimentadas se calzan firmemente contralas paredes de la excavación por medio de cuñas de madera metidas entre las planchas ylos anillos.

3. Tan pronto como se complete la primera serie de planchas, se profundiza la excavaciónotros 1.50 m, repitiendo las operaciones que acabamos de describir.



270




Profundidad y carácter de las excavaciones en el procedimiento de tableros. Por este procedimiento queacabamos de describir, se puede continuar la excavaciónindefinidamente y, con alguna frecuencia, se ha llegado hasta30 m. En el caso de Cleveland Unión Passenger Terminal, sellevaron los pilares por este procedimiento hasta unaprofunidad de 74 m por debajo del nivel de la calle o 62.5 mpor debajo de la subrasante de la vía de la estación. Enmuchos caso, se acampana el fondo de la excavación,dándole un diámetro mayor que el de la

excavación propiamente dicha, para el pozo maestro del pilar,con el objeto de reducir la carga sobre el lecho de fundación auna carga unitaria menor que la carga unitaria de seguridad

sobre el pozo maestro del pilar. Este procedimiento no esapropiado para arena suelta o arcilla que no tenga solidezbastante para que se mantengan verticales las paredes de laexcavación durante el tiempo que media entre la ejecución dela excavación y la colocación de los tableros. En algunoscasos en que se han encontrado estratos de arena movediza,se han atravesado por medio de una camisa cilíndrica deacero, impulsada por gatos, hasta un lecho inferior de arcillaimpermeable; pero, en general, el éxito de este procedimientodepende de que exista un cuerpo continuo de materialimpermeable.

Procedimiento de encajonado abierto o del brocal depozo. Se emplea para pilares que tengan que alcanzar

profundidades considerables y tiene ventajas sobre elprocedimiento de tablestacas para ciertos materiales. Es una



271




variante del antiguo procedimiento de hundir en el terreno pozos de obra de fábrica y, en suforma moderna, consiste en una estructura que, provisionalmente, forma parte del mismo pilary provista en su base de una cámara abierta que permite a los obreros excavar bajo laestructura y permitir que ésta asiente y descienda a medida que la excavación progrese. Esevidente que se debe dejar una chimenea o paso central en la estructura para la circulación dehombres y materiales.

Detalles del procedimiento de cajón abierto. El procedimiento consiste en losiguiente:primeramente se construye sobre la superficie del pilar. El paramento exterior deeste brocal es generalmente vertical y está protegido por una plancha de acero que seextiende por debajo de la sección principal del brocal hasta formar en su parte inferior unsaliente agudo o cortante que sirva para penetrar en el terreno ligeramente en avance de laexcavación. Sobre esta pieza, se construye un muro de madera, hormigón u obra de fábricadentro del que habilitará la llamada cámara de trabajo, que proporciona espacio para el obreroque se emplee en la excavación. Por encima de esta cámara, pueden continuar los muroshasta una altura correspondiente a la del pilar, dejando una chimenea central que se rellenarácuando se haya alcanzado la profundidad requerida, o se puede construir una cubierta sobre lacámara de trabajo y rellenar la sección transversal total del pilar con hormigón u obra defábrica, excepto una pequeña chimenea central de dimensiones apropiadas para instalar unmontacargas o elevador de baldes que sirva par la circulación de los obreros que han de

hundir la obra. En general, la excavación se empieza antes de que la estructura del pilar hayaalcanzado su altura definitiva y, a partir de ese momento, la excavación y la construcción delpilar avanza simultáneamente, contribuyendo el peso creciente de la estructura a hacerdescender el pilar. Cuando la excavación llega a la roca o terreno firme, se detiene, y lacámara de trabajo y la chimenea central se rellenan de hormigón, quedando por último laestructura completa del pilar desde la roca hasta un nivel conveniente para colocar sobre él elemparrillado de acero o la construcción que vaya sobre el pilar.

Ventajas del procedimiento de cajón abierto. Este procedimiento es ventajoso, porque losobreros están siempre protegidos, las obstrucciones, tales como cantos rodados o troncos,pueden quitarse debajo del borde cortante y, si se encuentra roca, se puede preparar susuperficie para recibir el relleno de hormigón. Si se encuentra una cantidad de agua, no muygrande, sin arrastre de materiales, se puede eliminar, generalmente, por medio de bombas.

Procedimiento del pozo dragado. Es análogo al anterior y se emplea cuando se encuentragrandes cantidades de agua. La construcción de los pilares es semejante a la delprocedimiento de cajón abierto, pero la chimenea central y la cámara de trabajo tienen que

permitir el manejo de una draga decucharón de quijadas o draga a baldes y

se deja que el agua alcance en ellos su nivelnatural. Se puede aplicar esteprocedimiento ventajosamente, cuando seencuentra arena u otros materiales quecontienen gran cantidad de agua, porencima de nivel de la roca u otro lecho

firme de fundación. Cuando el dragado y elhundimiento de la estructura del pilar

alcanzan la profundidad del estrato duroinmediatamente inferior, es posible, algunas veces, bombear el agua. Si no es practicableesto, pueden los buzos preparar el fondo para recibir el relleno de hormigón que se puederealizar a través del agua, teniendo cuidado, por medio de alguna disposición especial, de queel hormigón no se degrade por pérdida de su proporción de cemento.

Procedimiento del excavado del pozo. Se usa, algunas veces, para hacer las excavacionesde los fosos bajo los muros, en casos de terrenos compactos. En este procedimiento, sesoportan las paredes de la excavación con talones horizontales. La práctica del procedimientoes la siguiente: se practica una excavación superficial de la profundidad de un tablón, quepuede hacerse por los procedimientos corrientes, y se fija una serie de cuatro tablones en lascuatro paredes de la excavación. Antes de proceder a la ejecución de la excavación general,se excava una trinchera directamente a lo largo y por debajo de uno de los tablones lateralesde la primera serie. Tan pronto como esta trinchera es bastante profunda para colocar los

tablones de la segunda serie, se corta verticalmente el costado de la trinchera que está debajodel tabón ya colocado, colocando un nuevo tablón en su sitio y la tierra que se haya sacado se



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apoya provisionalmente contra dicho tablón, Cuando se hayan colocado por esteprocedimiento los cuatro tablones de la segunda serie, se acuñan contra el banco los dostablones laterales, colocados en el sentido de las paredes de la excavación y se empleancomo puntales los otros dos. Estos últimos se sujetan con cuñas en su posición correcta y seclavan a los otros dos formado una armadura o bastidor resistente a la presión y soportandolas paredes de la excavación. Continuando con este procedimiento, se puede profundizar la

excavación indefinidamente, con tal de que no se encuentre una corriente de agua o de otrosmateriales que invadan la misma.

Procedimiento del cajón neumático. Cuando hay que llevar los pilares o muros de fundaciónhasta profundidades considerables, a través de materiales que contenga agua y,especialmente, cuando se tropiece con grandes bancos de arena movediza, se debe emplearel procedimiento del cajón neumático, que se basa en el principio de la campana de buzo, yconsiste en lo siguiente: el pilar se construye como en los procedimientos de cajón abierto ypozo dragado, pero la cámara de trabajo y la chimenea central tienen que ser herméticas yconectadas con un dispositivo llamado cierre de aire, que permite inyectar aire comprimido enla cámara de trabajo, con objeto de impedir la entrada en ella del agua, lo que se consiguesegún el principio, bien conocido, de la campana de buzo, manteniendo constantemente el airecomprimido a una presión que contrarreste la del agua al nivel del borde cortante de la cámarade trabajo. La presión del aire variará, naturalmente, con la profundidad del citado borde con

relación al nivel del agua. Una columna de agua de 1 cm2 de sección transversal, pesa 1 kgpor 10 m por cm2 sobre la presión normal. Si la columna de agua tiene 9 m de altura, pesará

kg x

9.010

91 y para equilibrar esta presión se necesitará una presión de aire de 0.9 kg por cm 2

por encima de la presión atmosférica.

Presión máxima del aire en el cajón neumático. La presión a que puede trabajar un hombre,durante un corto tiempo, es de 3.5 kg por cm2 por encima de la presión atmosférica, quecorresponde a una profundidad, bajo el agua, de unos 35 m. A tal profundidad, se trabaja en laobra por turnos de media hora. Se deben tener muchas precauciones en la descompresióndesde las altas presiones a la atmosférica, porque los efectos fisiológicos del aire comprimidopueden ser de carácter grave. La enfermedad del buzo puede producir fuertes dolores de lasarticulaciones, lesiones en el tímpano y sordera subsiguiente, por lo que el trabajo bajo altas

presiones es muy peligroso.La tabla XIII da los períodos de trabajo y descompresión fijados por las leyes del trabajo elEstado de Nueva York del 1 de agosto de 1929. El período de trabajo o turno es el tiempo quese está con presión y no se incluye el tiempo de entrada y salida de la cámara de trabajo. Lapresión máxima alcanzada en cualquier momento del turno es el factor que determina elnúmero de horas de trabajo. Se hacen exámenes médicos a intervalos regulares a los obrerosque trabajan bajo presión.

Al hundir el pilar de un puente en Vicksburg, Miss, se alcanzó la presión de 3.8 kg/cm2. Losobreros trabajaban dos turnos de 25 minutos y el período de descompresión fue de 14 minutospor kg/cm2, o sea, 1 minuto por libra de presión. No se registraron accidentes.

Cierre de aire empleado en el cajón neumático. Este dispositivo tiene por objeto conservar elaire en el cajón y al mismo tiempo permitir la entrada y salida de obreros y material. Consiste,

esencialmente, en una cámara hermética de metal, conectada con la cámara de trabajo, biendirectamente o por medio de un forro hermético o extensión de la chimenea central. Estacámara tiene dos puertas: una en el fondo, que se abre hacia abajo dentro de la chimenea, yotra en la parte superior, que también se abre hacia abajo y comunica directamente con el airelibre. Al operar con este dispositivo, una de las dos puertas tiene que permanecer cerrada,para evitar el escape libre del aire a través del cierre. Si la puerta del fondo está cerrada,quedará fuertemente comprimida contra su asiento por la contrapresión del aire comprimido dela chimenea, que está siempre en comunicación directa con la cámara de trabajo. Si en estascondiciones se abre la puerta superior, el interior del cierre del aire quedará en comunicacióndirecta con el aire libre y el aire contenido en el cierre quedará, evidentemente, a la presiónatmosférica. Los obreros y materiales pueden entrar, entonces, en la cámara de aire. Parapasar a la chimenea y cámara de trabajo, es necesario, primeramente, cerrar la puerta superiory abrir la llamada válvula de equilibrio, para admitir aire comprimido en el espacio comprendido

entre las dos puertas, has que la presión sea igual a la de la chimenea y cámara de trabajo.La presión en la cara superior de la puerta inferior será entonces igual a la presión en la carainferior de la misma puerta y ésta se podrá abrir; la puerta superior queda firmemente cerrada



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por la presión del aire comprimido contenido en el cierre de aire. Al abrir la puerta inferior,pueden pasar los obreros y materiales a la chimenea y cámara de trabajo. Para salir, sepractican las misma operaciones en sentido inverso; los hombres y materiales entran al cierrede aire por la puerta inferior abierta, que se cierra y mantiene firmemente contra su asiento; seinvierte la válvula de equilibrio de modo que proporcione una conexión entre el aire de lacámara y el exterior; el aire comprimido se escapa a través de la válvula de equilibrio y la

presión en el cierre de aire desciende hasta igualarse con la presión atmosférica y entonces lapuerta suprior tendrá la presión atmosférica por sus dos caras y podrá abrirse, dandocomunicación con el aire libre.

Tabla XIII. Períodos de trabajo y descompresión fijados por las Leyes del Trabajo delEstado de Nueva York

Turnos y descansos para cada período de 24 horasPresión de aire en

kg/cm2Períodos de trabajo

por díaMínimo de intervalosde descanso al aire

libre, horas

Salario por día oct.1929, en dólares

0 – 1.31.3 – 1.81.8 – 2.32.3 – 2.72.7 - 33 – 3.43.4 – 3.5

2 turnos de 4 hr.2 íd. de 3 hr2 íd. de 2 hr2 íd. de 1 ½ hr2 íd. de 1 hr2 íd. de ¾ hr2 íd. de ½ hr

½123456

12.0012.5013.0013.5014.0014.5015.00

Períodos de descompresión

Presión de aire enkg/cm2

Número mínimo deminutos

0 – 0.70.7 – 11 – 0.41.4 – 1.81.8 – 2.1

2.1 – 2.52.5 – 2.82.8 –3.5

125

1012

152025

Cálculo de los cajones neumáticos. La primera consideración será que la estructura final tengaun pilar suficiente para soportar la carga que se lesuperponga. Para llenar este requisito, la seccióntransversal del pilar en toda su longitud, del fondo alremate, debe ser capaz de soportar con seguridad lacarga máxima. Como, generalmente, los pilares son dehormigón, la sección transversal se determinará para lacarga admisible en dicho material. La sección transversales, de ordinario, cuadrada o redonda para pilares, y paralos muros, el cajón ha de tener por lo menos 1.80m de

ancho, porque se hace difícil hundir cajones de menoranchura. Si el cajón se ha de llevar hasta roca firme, elapoyo sobre ella no necesita ser mayor que la seccióntransversal del pilar de hormigón, pero si la excavación nollega a roca firme, se recomienda a acampanar la basedel pilar para reducir la carga sobre el lecho de fundacióna una carga unitaria menor que la admisible en elhormigón. La operación de acampanar resulta difícil conalgunos materiales; en los compactos se consigue,generalmente, sin serias dificultades.

Pilares hundidos por el procedimiento del cajónneumático. Se construyen de varias combinaciones demateriales. Los muros laterales y techo de la cámara de

trabajo se construyeron primeramente, con frecuencia, demadera. Actualmente se hacen en muchos casos de acero, pero, en los proyectos más



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modernos, dicha cámara se construye de hormigón armado, siendo la única pieza de aceroque se emplea en la estructura un ángulo, o placa y ángulo, que constituyen el borde cortante.El exterior del cajón se hace de preferencia vertical. El pilar superpuesto es, generalmente, elmismo tamaño que al cámara de trabajo; por lo menos así sucede en los pilares hundidos paraedificios.

Cajón típic o de hormi gón arm ado. Este tipo de cajón está representado en la figura 136, en

que AB es el hierro en ángulo y placa que forman el borde cortante y C es la cámara de trabajoformada por los muros DE y DE y la cubierta EE. Los muros laterales de hormigón estánarmados con varilla de acero unidas al borde cortante y extendiéndose hacia arriba en elcuerpo del pilar. La cubierta y cuerpo del pilar están armados para resistir a los esfuerzosoriginados por la construcción y el hundimiento. Al levantar la cámara de trabajo, se disponeel encofrado interior para soportar el hormigón con que se hace el techo. Este encofrado seretira después. Los encofrados exteriores pueden constituir una parte permanente de laestructura, en cuyo caso se llaman ataguías, o bien se retiran cuando el hormigón hayafraguado lo suficiente. En el centro del pilar, se deja una abertura que sirve como chimenea oconexión de la cámara de trabajo con el cierre de aire. Las paredes de esta abertura, o de suparte superior solamente, se revisten con una camisa hermética de acero. El extremo superiorde esta comisa en su construcción puede terminarse antes de empezar la excavación. Sinembargo, comúnmente la construcción se detiene tan pronto como se haya construido lacámara de trabajo y de 1.50 a 3 m del pilar superpuesto; entonces se hace, sin emplear el airecomprimido, la excavación necesaria para llenar el borde cortante por debajo del nivel delagua. Esto se llama zanjar el cajón y se hace para que éste tenga algún ligero apoyo lateraldel terreno, antes de que la construcción levante lo suficiente para hacerla demasiado pesada.Cuando se haya terminado el pilar o la primera sección del mismo, se reanuda la excavación ytoda la estructura va hundiéndose, a medida que avanza aquélla, teniendo cuidado de retirarcualquier obstrucción que se encuentre por debajo del borde cortante. Durante el avance delhundimiento, se inyecta aire comprimido en la cámara de trabajo por medio del tubo nodriza Gy el material procedente de la excavación se eleva por la chimenea F, que va provista de unaescala para uso del personal.

Detalles del hundimiento del cajón y del relleno. Al hundir el cajón y el pilar superpuesto, hayque tener cuidado de mantenerlo en posición vertical. Esto se consigue en los cajones anchos

por medio de la misma excavación. En el caso de que uno de los lados del cajón quede alto,la excavación se avanzará algo por ese lado con relación a la parte baja y los materiales quequeden por debajo del borde cortante de la alta se retirarán, al mismo tiempo que se lesacumula por debajo de dicho borde en le lado opuesto. Sin embargo, este procedimiento espoco eficaz para cajones estrechos. En tal caso, la parte del cajón que quede encima delterreno se mantiene en posición por medio de guías u otros dispositivos, pero sucede, confrecuencia, que el cajón queda al final considerablemente desviado de su posición correcta yfuera de la vertical. En general, el tamaño del cajón debe ser mayor que el mínimo necesariopara estar a cubierto de errores en su emplazamiento final. Cuando el cajón ha alcanzado laprofundidad debida, se prepara el lecho de fundación para recibir el relleno de hormigón y serellena con él la cámara de trabajo, teniendo cuidado de llenar totalmente todos los espaciosvacíos y del contacto perfecto con la cubierta. Por último, se desmontan el cierre de aire y elforro de acero de la chimenea y ésta se rellena con hormigón hasta el nivel conveniente para

recibir el emparrillado u otra construcción que forme la base de la columna y que hay deapoyarse sobre el cajón.

Altura de los pilares – cajones. La altura de los pilares no puede fijarse exactamente hasta quese sepa la profundidad que el cajón tiene que hundirse para llegar al lecho de fundación. Si laroca se encuentra a una profundidad mayor que la calculada, habrá que suplementar la partesuperior del pilar después de que el cajón haya alcanzado su posición definitiva, pero si, por elcontrario, se encuentra la roca antes de lo previsto, será necesario rebajar el pilar. Si laelevación definitiva del pilar tiene que estar por debajo del nivel de la excavación general, escorriente levantar la superficie exterior del pilar hasta la altura necesaria por medio de uncompartimiento provisional llamado ataguía, cuya altura corresponde a la profundidad de lasuperficie definitiva por debajo del nivel de la excavación general. En el interior de la ataguía,se pueden poner emparrillados de acero.





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Muros en ataguías en el Federal Reserve Bank de Nueva York. La figura 138 representa unasección transversal del muro en ataguías del Federal Reserve Bank de Nueva York. En lamayoría de los casos se encontró la roca a un nivel muy próximo al previsto. En la mayoría delos casos se encontró la roca a un nivel muy próximo al previsto. En este caso particular, elcajón se montó sobre una bolsada de roca; es decir, que se encontró la roca a un lado y otrodel cajón, muy cerca del nivel supuesto, pero a partir de estos puntos, la roca buzaba con

mucha pendiente hacia el centro. Fue necesario, entonces, para alcanzar roca dura, apuntalaro apear los bordes cortantes por etapas, como se ve en la figura. A la terminación de esteapuntalamiento, que resultó peligroso por causa de la presión elevada del aire, la delgadez delos muros de apuntalado y la falta de rigidez lateral, la cámara de trabajo hundida se cerro yhormigonó bajo aire. La chimenea se hormigonó después, completando así el cajón.

Construcción de un muro en ataguía por el procedimiento de trinchera abierta. En ciertascircunstancias, se pueden construir las ataguías hasta la roca por debajo del nivel del agua,por el procedimiento de trinchera abierta, aunque esto depende de las características delmaterial que se sobrepone a la roca. Se hinca una doble fila de tablestacas de acero,formando de este modo muros para una trinchera. La trinchera se divide con enlaces de vigasT en compartimientos rectangulares. La excavación, calafateado y arriostramiento de lastablestacas se hacen por compartimientos alternados, hasta llegar a la roca y, entonces, o biense rellena toda la trinchera con hormigón y con el acero necesario, o para un muro más

delgado, se coloca un encofrado para la cara interior del muro y el espacio comprendido entreél y el tablestacado exterior se rellena con hormigón. El éxito de este procedimiento dependede muchos factores, pero, en primer lugar, de poder hincar el tablestacado sin romper lasuniones entre tablestacas en ningún punto para hincar el tablestacado sin romper las unionesentre tablestacas en ningún punto para obtener un cierre estanco. Hay en este procedimientomuchos contratiempos como, por ejemplo, la presencia inesperada de cantos rodados, queimpiden la hinca del tablestacado o cualquier fallo en el cierre estanco o el arriostrado deltablestacado. En general, se puede convertir la caja de trinchera en una cámara neumática,colocando un revestimiento con chimeneas y cierres de aire. Los detalles, procedimientos ypeligros de esto son demasiado numerosos para discutirlos en este capitulo. El procedimientode la trinchera abierta se ha extendido bastante y se ha practicado con mucho éxito. Se haempleado reciente en sitios en que hace 10, 15 ó 25 años, se hubiesen creído necesarios loscajones neumáticos.

Arriostramiento transversal y entibado provisionales y permanentes. Los muros permanentesen ataguía no está proyectados, generalmente, para actuar por su peso o como cantileverspara resistir al vuelco. Por lo tanto, es necesario sostener provisionalmente estos muros conpuntales de madera o acero, colocados a medida que se va haciendo la excavación ymantener estos apoyos hasta que estén terminados los pisos estructurales permanentes deledificio, los cuales pueden entonces sostener los muros.



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Si la excavación en el interior de la ataguía es relativamente superficial, se pueden emplearpuntales inclinados o madera en diagonal apoyada sobre macizos de anclaje en el nivel inferiordel terreno.

Cuando la excavación en el interior de la ataguía tiene que ser de profundidad considerable, nose pueden emplear las riostras puntales. Los puntales, colocados con un ángulo conveniente,serían de tal longitud que su eficacia quedaría muy reducida y la dificultad para mantenerlos en

su sitio sería muy grande, convirtiéndose en un estorbo para la instalación de la obrapermanente. Para vencer esta dificultad, se emplean riostras transversales, esto es, codalescontinuos horizontales de un lado a otro de la ataguía, como en la figura 139. Estos codalespueden ser de madera, de perfiles de acero o de una combinación de ambos materiales. Loscodales se proyectan cojo columnas horizontales de resistencia suficiente para sostener losmuros y deben disponerse de modo que no estorben a otras construcciones. Una vezcolocados, se deben vigilar y fijar firmemente por medio de cuñas, de modo que no permitanningún movimiento en los muros.

Procedimiento de excavación por congelación. Este procedimiento algunas veces parahacer excavaciones. En este país, su empleo se ha limitado a uno de dos pozos de mina, peroen Alemania se ha empleado para excavar fundaciones de edificios. Se empieza por hincar enel terreno tubos de acero, cerrados por el fondo y conectados por su extremo superior conotros tubos más pequeños, por los que se hace circular salmuera a una temperatura muy baja.El efecto de refrigeración congela el agua del terreno convirtiendo la arena movediza en unamasa helada parecida a la piedra arenisca. Cuando la congelación progresa lo bastante paraformar un muro sólido o ataguía rodeando a la excavación, se puede excavar el materialcomprendido dentro del muro helado. El procedimiento tiene la ventaja de que, teóricamente,se puede aplicar a excavaciones de cualquier profundidad. Con este procedimiento, hay quetener en cuenta muchas precauciones. En todo caso, por el momento, solamente debemosconsiderarlo como un procedimiento posible.

Sistema compressol. Se llena de arena un tubo abierto u otro dispositivo análogo, formandopilotes que se puedan hacer penetrar en un material compresible. Se obliga entonces a laarena a salir del tubo y penetrar en los materiales que le rodean por medio de un gato, con elobjeto de comprimirlos y hacerlos más rígidos. Este procedimiento se ha empleado en Franciacon el nombre de Compressol, para aluviones, cieno y otros terrenos del mismo género, en

forma de pilares de arena, grava u hormigón pobre metidos en un pozo abierto en el terrenocon golpes repetidos de un martillo pesado de acero, cuya masa de metal es aguazada enforma análoga a la de los plomos de las plomadas. En ciertas condiciones favorables, es unprocedimiento lógico, pero parece que no se emplea en Estados Unidos.

En México se emplea para corregir y reforzar cimentaciones el procedimiento de inyección, queconsiste en inyectar a presión en el terreno y por debajo de los cimiento una mezcla terciadade cemento y arena por medio de una aguja inyectora, alrededor de la cual se forman asóbulbos resistentes esféricos.

Cimentación por flotación. El Reglamento de México, además de las cimentaciones porsuperficie y por pilotes, considera la cimentación por flotación obra estanca que se construye amanera de barco bajo el nivel de las aguas freáticas y sostiene por el principio de Arquímedesel edificio. El rascacielos de la lotería Nacional está cimentado por este procedimiento. Lasubestructura debe construirse de modo que resista las presiones en todos sentido y, según el

citado Reglamento, el peso del edificio que carga sobre ella debe ser como máximo igual al dela tierra desalojada por la misma, más el de la construcción a demoler, si la hubiere.

Para impedir un par de volteo que comprometa la estabilidad de la construcción, dichoReglamento indica las siguientes medidas: a) se procurará que el centro de gravedad deledificio quede abajo del lugar que ocupaba el centro de la masa de materiales extraídos; b) enlos casos en que esto no se realice, deberá satisfacerse la condición de que el centro degravedad de todo el edificio quede sobre la vertical que pase por el lugar que ocupaba elcentro de gravedad de la masa de materiales extraídos; c) en toda obra comprendida en loscasos del inciso b, deberá proveerse un sistema que permita renivelar o reaplomar el edificio,cuando éste pierda su verticalidad; d) deben tomarse todas las precauciones necesarias parareducir al mínimo los movimientos del terreno y APRA no variar el contenido de agua delterreno circundante.

Es un tipo de cimentación costoso, y su mayor peligro consiste en que pueda hacerse en suzona algún drenaje artificial que haga descender el nivel de las aguas con resultados fatalespara él.



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30. PROTECCIÓN DE LA ESTRUCTURAS COLINDANTES

Consideraciones generales. En las prescripciones de las leyes y reglamentos, se haceresponsable a las personas que practiquen una excavación de los daños que de ello puedanresultar en las propiedades colindantes. Las leyes incorporadas a los reglamentos de

edificación de diversas ciudades pueden modificar o limitar.................. perjuicio posible paralas

propiedades adyacentes. En los sitios en que no haya estructuras colindantes, será casisiempre suficiente dar talud a las paredes de la excavación, para evitar el deslizamiento de losmateriales hacia el interior de ésta excavación, para evitar el deslizamiento de los materialeshacia el interior de ésta o entibar y arriostrar, al menos, dichas paredes; pero cuando haya quepracticar una excavación a lo largo de una estructura existente hasta un nivel inferior a loscimiento de dicha estructura, será necesario emplear procedimientos especiales parprotegerla. Tales obras se conocen por los nombres de apuntalados, sotomuros o apeados yprotección de estructuras colindantes, y pueden comprender el transferir el peso de parte o de

todo el edificio a soportes provisionales, la tirada de los cimientos anteriores y la construcciónde nuevos cimientos a niveles más bajos.

Apuntalado. Cuando la excavación para el nuevo edificio no es mucho más profunda que loscimientos colindantes y cuando el material es regularmente sólido, suele bastar con transferiruna parte de la carga del muro a cimientos provisionales. Esto se puede conseguir por mediode fuertes postes inclinados, llamados puntales, dispuestos de modo que actúen comocolumnas inclinadas. Cada puntal consiste en un poste cuyo extremo inferior descansa en unaplataforma, compuesta, por lo general, de vigas y tablones, formando cimientos continuosprovisionales. Esta plataforma se debe colocar a una profundidad tal que las operacionessubsiguientes no la socaven. El extremo superior del puntal se apoya en un hueco o nicho,practicado en el muro que soporta. El poste, propiamente dicho, puede ser una viga desección transversal cuadrada de unos 30 x 30 cm y de longitud conveniente. Se debe preverla colocación de cuñas o gatos entre la plataforma y el extremo inferior del poste, de modo quecuando se maniobre, su acción elevadora pueda transferir parte del peso del muro desde suscimientos a la plataforma que actúa como fundación provisional. Durante esta operación,todos los elementos de la estructura provisional trabajar por compresión y la trasmiten al apoyoy el material sobre que descansa la plataforma se comprime y se hace tan compacto como esposible.

Clases de puntales. Si el puntal ha de actuar principalmente por levantamiento, se coloca casivertical, y recibe el nombre de puntal levantado. Si ha de actuar preferentemente, combinadoel efecto anterior con un empuje horizontal, se le da un gran ángulo de inclinación con lavertical, y se conoce por el nombre de puntal de empuje o tornapunta. Al colocar estospuntales, se debe cuidar que tenga su nicho de apoyo próximo al nivel de uno de los pisos deledificio, porque de otro modo, la componente horizontal del empuje de los puntales puedepandear el muro.

Número y dimensiones de los puntales. Si se trata de un muro de poco peso, es mejoremplear muchos puntales pequeños que pocos puntales grandes. Cuando el muro es de



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altura considerable, hay que emplear dos o más puntales de distintas longitudes, colocados enel mismo plano vertical y descansando sobre la misma plataforma.

Cuñas o calzos y gatos de tornillo. Para transferir la carga del cimiento propio de un muro ala plataforma provisional, se emplean cuñas o calzos de madera o de acero, gatos de tornillo ogatos hidráulicos o una combinación de cuñas y gatos. Las cuñas de madera se hacen demadera dura y, generalmente, se emplean en parejas colocadas simultáneamente. Las cuñasproducen una acción elevadora potente, pero cuando se espera un gran asiento de lafundación provisional, es mejor usar gatos de tornillo que contrarrestan un asientoconsiderable.



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Tipos y materiales de gatos de tornillo. Generalmente se fabrican de hierro fundido y conrosca sin desbastar de gran paso, para aumentar su empuje. Se fabrican también gatos demejor clase de acero roscados a máquina con un paso pequeño. Estos gatos se puedenadquirir con capacidad elevadora hasta de 100 toneladas. Las figuras 140 y 141 representandos formas tipo.

Cuando se emplea un solo gato en combinación con un poste o puntal, se hace un taladro en

el extremo de la viga que se va a emplear como puntal y se coloca en él la parte roscada delgato. Dicho extremo se escuadra para acomodar la tuerca. Esta disposición se llama bomba ypuede verse en la figura 142. Cuando se desea una acción elevadora mayor que la que puedeproducir un solo gato, se emplea una pareja y los dos gatos se conectan por medio de una vigacorta llamada cabezal. La figura 143 representa este último dispositivo, que tiene la ventaja deque cuando se operan los gatos, se pueden colocar calces y cuñas entre la plataforma y elcabezal, de modo que el poste que descansa en éste tenga un apoyo sólido y directo sobre laplataforma. Por este procedimiento, se puede transferir la carga del muro a la plataforma pormedio de los gatos y retirar éstos cuando se hayan colocado los calces y cuñas.

Gatos hidráulicos. Cuando haya que elevar cargas muy pesadas, se deben emplear gatoshidráulicos, pero tienen el inconveniente de que pueden aflojarse bajo la carga. Sin embargo,aunque la carga que actúe sobre el gato no debe ser soportada permanentemente, se sueleemplear para vencer la carga provisional durante el período de colocar los bloques y cuñasentre la cabeza transversal y el cimiento provisional. De este modo, se puede colocar yatender un gran número de puntales con una pareja de gatos hidráulicos.

Ejemplo de apuntalado. La figura 144 representa el procedimiento empleado para apuntalar elornamental muro frontal de un edificio pesado, aprovechando las numerosas y profundasranuras que se ven en la sección. Con el objeto de evitar los nichos para las cabezas de lospuntales, se colocan nueve bloques de madera dura, a, a, etc., en las ranuras de la obra defábrica. Otros nueve bloque análogos se colocan en ranuras de la viga vertical VV y se sujetancon pernos tales como en b, b, etc, dejando espacios entre los bloques a y los b para colocarcuñas w,w, etc. Se enclavan y sujetan con pernos a VV tres cabezales, T1, T2, T3, quetransmiten el empuje hacia arriba de los tres puntales S 1, S2 y S 3 a dicha viga VV. Cada puntaltiene una gato de tornillo de 60 toneladas en su base y se ajusta a éste con una bomba o piezade extensión que se puede quitar y poner.

Agujas o flechas. Se emplean cuando una parte o todo el peso del muro ha de sersoportado, como, por ejemplo, cuando hay que quitar el primitivo cimiento y apear o hacer unsotomuro, o rebajarlo hasta un nuevo cimiento más profundo.

Ejemplo de apeo con agujas. La figura 145 representa un caso típico de apeo, o recalzado,cuyas operaciones se hacen en el orden siguiente:



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1. La excavación general se lleva hasta unos cuantos centímetros del fondo del cimiento BBdel muro W.

2. El pozo DDDD, conveniente entibado y tablestacado, se profundiza hasta el nivelaproximado de la excavación proyectada, teniendo la precaución de colocarle a unadistancia conveniente del muro construido, para evitar daños a este último. Se el materialdel terreno es bueno, puede estar seguro si el pozo está a una distancia de varios

decímetros del cimiento del muro, pero en material suelto no debe estar más cerca delmuro que una distancia igual a su profundidad. No se puede dar una regla bien definida y,en cada caso, se tendrá cuidado de evitar cualquier movimiento de los materiales pordebajo de los cimientos colindantes.

3. Plataformas. Se coloca una plataforma FF en el fondo del pozo. Esta plataforma se arma,generalmente, con vigas gruesas, descansando sobre una base de tablones resistentes, ysirve de apoyo para el extremo inferior de la aguja. Simultáneamente con la excavacióndel pozo citado, se hace otro en la parte interior del muro, para dar apoyo al extremointerior de la aguja, pero como esto lleva consigo la 3strucción del piso de sótanos y a taldistancia del muro que no estorbe la excavación del nuevo cimiento; también se puedeemplazar la plataforma en el piso del sótanos y poner una línea de tablestacas LL. Bienarriostradas y emplazadas, de tal modo que se pueda hacer la excavación para el nuevocimiento. Con esto suele bastar para evitar un asiento de consideración de la plataformaprovisional para el extremo interior de la aguja.

4. Inserción de las agujas. Como ya disponemos de soporte para cada extremo de la aguja,solamente resta practicar un hueco a través del muro, tal como en A, insertar la aguja GG,poner el poste y el calce MN bajo el extremo exterior de la aguja y los calces y gatos detronillo. La aguja GG puede formarse con una o más vigas de madera o de acero I. Encualquier caso, hay que calcular la carga que actúe sobre la aguja, y su resistencia debeser tal que soporte dicha carga con seguridad. Una vez que el peso del muro W se hareferido a las agujas y a la plataforma provisional par soportar la carga, la parte del muroque está por debajo de las agujas y la totalidad de los cimientos se pueden sacar yproceder entonces a hacer la excavación del nuevo cimiento.

Agujas para un muro de ladrillo. En la figura 146, se puede ver el alzado de un muro deladrillo soportado por agujas. Si éstas soportan el peso total del muro, es evidente que al nivelde sus caras superiores se transferirá el peso total a través de las partes del muro que estáninmediatamente encima de ellas y que el material que está arriba formará unas especies deménsulas en ambas direcciones, como se indica en la figura 146 por la línea gruesa en zigzag



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AAAAA. El resto del muro que cae por debajo de esta línea estará soportado solamente porcohesión con la parte del mismo que está encima de ella. Un hombre práctico puede localizardicha línea por medio del sonido de golpes de martillo en le muro. Todo el muro que cae pordebajo de esta línea queda colgado y expuesto a caer si se suprime el apoyo del cimiento. Laspartes colgadas del muro se puede quitar o suspender con barras y cadenas de las agujas. Sino se suspende esta parte del muro, se producirá una grieta por la línea AAAAA.

Transferencia de la carga al nuevo sotomuro. Una vez construidos los nuevos cimientos yapeado el nuevo muro en condiciones de recibir el antiguo, hay que preparar lo necesario parainvertir la operación, es decir, para transferir la carga al nuevo sotomuro y al cimiento. Estaoperación se practica, generalmente, por medio de cierto número de losas o bloque de granito

enlucidos en la superficie de apoyo, colocados por parejas entre las agujas y calzados concuñas de acero.

Cuando se hayan colocado estos bloques, se rellena el espacio comprendido entre la base delantiguo muro y la cara superior del bloque de acuñado con fábrica de ladrillo, procurando hacercompacto el mortero de la última junta, acuñándolo con ripios de trozos de pizarra introducidospenetre los ladrillos. Esta fábrica se debe hacer con mortero de cemento Pórtland, para que elfraguado sea lo más rápido posible. Cuando este fraguado se considera suficiente seintroducen las cuñas lo que sea necesario, para que, por lo menos, una parte del peso delmuro quede referida a los nuevos cimientos. Como consecuencia de lo que antecede, sueleproducirse un asiento en el nuevo cimiento y la carga vuelve a actuar sobre las agujas, paracontrarrestar esto hay que introducir continuamente las cuñas hasta llegar al asiento definitivo,lo que ha de notarse por un levantamiento del muro que descarga parcialmente los esfuerzosen las agujas y por el hecho de que las cuñas permanecen bien ajustadas.



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Operación de desmontar las agujas, etc. Cuando todo el peso del muro se ha transferido alcimiento y se muestra que éste es capaz de soportar dicho peso sin nuevo asiento, toda laobra provisional, incluyendo las agujas, se puede desmontar, rellenando con ladrillos loshuecos para éstas y realizando en los sótanos del edificio colindante las reparacionesnecesarias.

Procedimiento de llamado número cuatro. En ciertos casos no se puede emplear el

procedimiento anterior con agujas que sobresalen por los dos paramentos del muro, como porejemplo cuando la utilización del edifico colindante es de tal naturaleza que no permite colocaruna viga – aguja que penetre en el espacio ocupado de los sótanos. En tales casos, se empleael procedimiento número cuatro 8fig. 147). La aguja AB obra como cantilever. Una parte delpeso del muro lo soporta el tornapuntas C y otra parte, aproximadamente igual, carga sobre laaguja en B. La viga – aguja AB queda realmente en equilibrio sobre el calce dd.

Agujas de resorte. La figura 148 representa un procedimiento que se emplea con frecuencia,y se conoce con la denominación de procedimiento de la aguja resorte. La aguja penetra en elmuro que ha de ser soportado y también en un muro colindante. Se coloca una plataformaprovisional tan cerca del muro W, que ha de soportar, como sea posible. El empuje del gatoque tiende a levantar la aguja actúa sobre ambos muros, pero como está emplazado máscerca del muro que ha de levantarse, una gran proporción de su acción se ejerce sobre él.

Tubos o cilindros de apeo. Se aplican con frecuencia como soportes de un muro y tienenmuchas ventajas, porque no solamente proporcionan soporte para el cimiento durante lasoperaciones que afectan a la estabilidad del muro, sino que también constituyen un apoyopermanente. La operación es como sigue: se practica en el muro de cimiento que ha de sersoportado un agujero o nicho de tal modo que el centro de dicho tubo caiga debajo del centrodel muro y con una altura suficiente para poner un tramo de tubo y los medios auxiliares quese empleen para introducirle, lo que puede hacerse: 1) con gatos hidráulicos o de tornillocolocados entre el extremo superior del tubo y el muro (los procedimientos patentadosBreuchaud y Pretest son perfeccionamientos de este procedimiento general); 2) con martillomecánico de vapor o por aire comprimido; 3) en algunos casos, cuando el material es arenafina o arcilla, se puede emplear el procedimiento de inyección combinado con gatos o martillosmecánicos.

En cualquier caso, se introduce en el terreno el primer tramo de tubo y se van agregando otros

tramos, hasta que el extremo inferior del tubo tropiece con roca u otro material de bastanteestabilidad para constituir un buen soporte. El material que entra en el tubo se saca con unchorro de agua o por otro medio cualquiera, y el espacio vacío se rellena con hormigón.Cuando éste ha fraguado lo suficiente, se remata con una placa de acero de 19 ó 25 mm,sobre la cual se disponen vigas cortas de acero en I para distribuir las cargas en una parteconsiderable de la base del muro que se ha de soportar. Estas vigas I hacen el mismo papelque los calces – cuñas empleados en los procedimientos ordinarios descritos anteriormente. Algunas veces, se ponen cuñas de acero entre el remate y la base de la viga de acero, perogeneralmente basta con revestir completamente el espacio comprendido entre la base delmuro y las vigas de acero, después de haber llenado con fábrica de ladrillo el nicho.

Cilindros para el apeo de los muros muy pesados. La descripción que antecedecomprende el empleo de tubos cuyas dimensiones varía desde 6 a 20” de diámetro (152 a 508mm), según las cargas que han de soportar. Para muros muy pesados, se emplean cilindros

de acero o de fundición, en substitución de los tubos de acero. Estos cilindros se disponen entramos unidos con juntas estancas. Se emplean generalmente cuando se encuentra agua o esnecesario bajar el apeo hasta la roca a grandes profundidades. En estos casos, se hundenestos cilindros por el procedimiento del cajón neumático, aunque se ha dado casos en que elprocedimiento de cajón abierto se ha empleado con éxito. Cilindros de éstos se han hundidohasta una profundidad de 21 m por debajo del nivel hidrostático; se han empleado de undiámetro de 1327 mm, y se han proyectado cilindros sencillos para soportar hasta 862toneladas.





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TEMA: CIMENTACIONESREFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA



conveniente, porque los grandes sillares son más difíciles de asentar que los pequeños.Deben colocarse sobre una tongada espesa de mortero y maniobrarlos con una barra, hastaque queden perfectamente asentados en su sitio.

Cimientos de mampostería con zarpas unilaterales. Como hemosdicho, los cimientos de mampostería solamente pueden usarse paraedificios de poco peso. En tales casos y cuando las cargas por metro

cuadrado sobre el lecho de fundación sean mucho menores que lascargas admisibles sobre el terreno, la altura de cada hilada de piedra, oescalón, debe ser igual a vez y media su resalto exterior a la hiladasuperior, pero cuando el lecho de fundación sea de mala calidad o lascargas tengan alguna importancia, se debe emplear el hormigón para loscimientos y calcular la altura y la zarpa o resalto de los escalones por lasfórmulas de flexión. Si las zarpas del cimiento son demasiado grandespara la resistencia de la piedra, o el hormigón, el cimiento se romperá,como en la figura 150.

Cimientos de hormigón. El hormigón es el material más apropiado para la construcción decimientos de edificios de gran peso, exceptuando los extraordinariamente pesados, y sobretodo para los construidos sobre terreno arcilloso. Si el hormigón se hace y se empleaconvenientemente, llega a igualar la resistencia de la mayoría de las piedras y, como estánexentos de juntas, actúa bajo los muros como una viga continua con resistencia bastante parasalvar el vano de cualquier parte débil del lecho de fundación. Si se vierte en capas otongadas de poco espesor y bien apisonado, queda formando un asiento firme y no hayposibilidad de movimientos de asentamiento, salvo el debido a la compresión del terreno.

Preparación de las trincheras. En los cimientos, no se debe emplear más que el hormigónhecho con cemento Pórtland, con un espesor mínimo de 20 cm, hasta para edificios de pocopeso,. Y si tuvieran más de dos pisos, el espesor deberá ser de 30 cm. En los terrenos firme,como los de arcilla dura, se deben excavar y perfilar las trincheras con el ancho exacto de loscimientos, de modo que el hormigón las llene totalmente. Cuando el lecho de fundación es degrava suelta o arena, es necesario, en general, hacer encofrados para contener al hormigón yconstruir las paredes de los cimientos. Estos encofrados se pueden mantener en su lugar pormedio de travesaños o montantes y se dejan hasta que fragüe el hormigón, lo que requiere

generalmente de dos a tres días, y después de este período se pueden retirar empujandohacia arriba y se rellena el hueco con los escombros. Las proporciones y modo de hacer lasmezclas para el hormigón se describen en la última parte de este capítulo.

Colada del hormigón. El hormigón se debe emplear tan pronto como se termine de hacer lamezcla y se debe colar en tongada desde un espesor máximo de 15 cm, sobre todo la primera.En las obras de poca importancia en que se hagan los trabaos a mano, se lleva el hormigón encaretillas y se vacía en las trincheras desde una altura que no debe exceder de 1.20 m porencima del fondo de ellas, porque la caída desde una altura mayor, favorece la separación delas partículas pesadas de las más ligeras. Una vez que se haya vertido el hormigón en lastrincheras, se nivela y comprime con pisón de madera de unos 10 kilos, hasta que el agua delhormigón salga a la superficie. Hay que evitar que el hormigón se seque con demasiadarapidez y si transcurren 24 horas entre distintas coladas, se debe rociar con agua la superficiey enlucirla con una lechada de cimiento puro, antes de colar la tongada siguiente.

Cimientos de ladrillo. Si el terreno es seco y los muros del sótano son de ladrillo, los cimientos

pueden hacerse también de ladrillo, aunque actualmente se emplea más el hormigón, inclusoen este caso. Los ladrillos que se empleen deben ser los más duros y sanos disponibles



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asentados sobre mortero de cimiento Pórtland, bien fluido y que penetre por todas las juntasde modo que no queden vacíos en las mismas. Los cimientos deben reposar con una doblehilada sobre el lecho de fundación. La obra exterior debe ser colocada por completo a tizón yninguna hilada debe resaltar más de una cuarta parte de la longitud de un ladrillo sobre lainmediatamente superior (Fig. 151).

2. Muros de sótano y muros de basamento o subsueloDefiniciones. Estos términos se aplican generalmente a los muros que están debajo de lasuperficie del terreno o de las vías del primer piso. Soportan la superestructura y llegan hastalos muros de fundación propiamente dichos (véase Capítulo II). Los muros cuyo objetoprincipal sea contener un banco de tierra, tales como los muros que limitan la superficie, sellaman muros de contención (véase Capítulo IV).

Materiales para muros de sótano y de basamento o piso bajo subterráneo. Estos muros seconstruyen de ladrillo, mampostería u hormigón. El ladrillo no es conveniente más que enterrenos muy secos o para un muro divisorio con un sótano de cada lado. El hormigón decemento Pórtland es un buen material para muros de fundación y cada día se usa más paraeste objeto. El hormigón se debe colar en encofrados de madera, que no se retiran hasta queel cemento haya fraguado, o bien se emplean en bloques de forma apropiada para formar unmuro sólido. Si se usa hormigón colado, el encofrado se debe retirar tan pronto como aquél

haya fraguado y, si el tiempo es seco, hay que rociar los muros con agua dos o tres veces aldía, para evitar un secado demasiado rápido. La buena piedra de estratos dura y,especialmente, si sale de la cantera con los lechos de cantera planos, constituye no sólo unmuro resistente, sino que, si la construcción es buena, aguanta mejor los efectos de lahumedad y la presión del terreno que un muro de ladrillo. Entre un buen muro de piedra y unde hormigón de cemento Pórtland, la elección es probablemente difícil, como no seaconsiderándolos desde el punto de vista económico, ya que el costo relativo de la mamposteríay el cemento varía mucho, según las localidades. Un muro construido con piedras blandas ode formas muy irregulares y sin superficies planas, es muy inferior a otro de hormigón y hasta auno de buen ladrillo duro, y solamente se debe emplear para edificios de viviendas o de pocopeso. Los muros de piedra deben tener un espesor mínimo de 45 cm, estar bien construidos,aparejados a tizón o tres cuartos de tizón y todos los espacios entre las piedras debenrellenarse con buen mortero y ripiado. El mortero debe ser de cemento y arena algo gruesa.

Los muros exteriores de sótano y de basamentos se deben revestir con un revoco liso de 1 a 2cm de espesor, hecho con mortero de cemento a 1:2 ó 1:15. En terrenos de arcilla, convienedar a los muros talud exterior, haciéndolos 15 ó 30 cm más gruesos en la base que en lacoronación.

Tabla I. Espesor de muros de sótano y basamentos

Altura del edificioViviendas, hoteles, etc Almacenes

Ladrillo cm Piedra cm Ladrillo cm Piedra cm

Dos pisos (panta baja y primero)

Tres pisos

Cuatro pisos

Cinco pisos

Seis pisos

30 a 40

40

51

61

71

51

51

61

71

81

40

51

61

61

71

51

61

71

71

81

Espesores de los muros de sótano y de basamentos. Este espesor depende generalmente delde los muros de la supraestructura y de la profundidad del propio muro. Casi todos losreglamentos de construcción prescriben que el espesor de los muros del sótano y debasamento, para una profundidad de 3.50 m por debajo de la rasante del terreno, debe ser 10cm más ancho que el de los muros superiores, si se trata de ladrillo; 20 cm más ancho, si setrata de piedra, y por cada 3 m más de profundidad o fracción se debe aumentar el espesor en10 cm. La laye controla el espesor de los muros en todas las grandes ciudades. La tabla I

pude servir de guía para los edificios en que no se fija así el espesor de los muros.



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3. Muros de la supraestructura

Muros de ladrillo y piedra. Se sabe muy poco acerca de la estabilidad de los muros deedificios, aparte las enseñanzas de la experiencia. Los únicos esfuerzos en una secciónhorizontal, que se pueden calcular con alguna exactitud, son el peso de los muros y las cargasque producen los pisos y la cubierta. La mayoría de los muros muestran tendencia apandearse, por cuya causa hay que darles más espesor que el que sería necesario paracontrarrestar solamente los esfuerzos directos de compresión. También se debe tener encuenta la resistencia al fuego. La resistencia de un muro depende también de la calidad de losmateriales que se empleen y del procedimiento empleado en su construcción. Un muro conuna hilada a tizón cada 30 cm de su elevación, y con las juntas bien llenas de mortero rico, estan resistente como otro no tan bien construido y de 10 cm más espesor. Los muros trabadoscon mortero de cal, y un muro de ladrillos que hayan sido bien humedecidos en el momento desu colocación, son mucho más resistente que uno que se construya con ladrillos secos.

Espesor de los muros exteriores. Las leyes y reglamentos de caso todas las grandesciudades prescriben el espesor mínimo de los muros y, como estos requisitos se fijangeneralmente con amplitud, los arquitectos se ajustan a ellos en sus proyectos de construcciónen ladrillo. La tabla II da los espesores de muros de ladrillo para edificios comerciales en lasprincipales ciudades de Estados Unidos y puede ser de utilidad porque los valores

representan, por regla general, el criterio de profesionales autorizados. Los muros para casasde viviendas pueden ser, según las leyes, de un espesor 10 cm menor que los de los edificiospara almacenes, pero sin embargo, en algunas ciudades se hace poca o ninguna distinciónentre unos y otros edificios.

Al confeccionar la tabla II, se ha supuesto que la parte superior del suelo del segundo piso(contando como primero a la planta baja) está a 19 pies (5.80 m) sobre las aceras o banquetasy que los otros pisos son de una altura de 13 pies y 4 pulgadas (4 m), incluyendo el espesordel suelo, porque los reglamentos de Nueva York, Boston y de algunas otras ciudades dan laaltura de los muros en pies, en vez de darla en pisos. Cuando la altura de los pisos exceda alas medidas citadas, se deberá, en algunos casos, aumentar el espesor de los muros. Lasordenanzas de Chicago (1,928) especifican que: “donde se empleen muros de 12” (30 cm), laaltura de pisos no podrá exceder de 18´(5.49 m); donde se empleen de 16” (40.6 cm), la alturade pisos no excederá de 24´(7.31 m), y donde los muros sean de 20” (50.8cm), la altura de

pisos no podrá exceder de 30´(9.14 cm)”. Regla general para el espesor de muros. Aunque en al tabla II se encuentran másdiferencias de la que debería haber, se puede dar una regla general para edificios comercialesde cuatro pisos de altura, que es la siguiente:

Para ladrillos iguales a los que se emplean en Boston y Chicago, el espesor será de 41 cmpara el muro correspondiente a los tres pisos más altos, 51 cm para los tres inmediatamentemás bajos, 61 cm para los tres que les siguen y 71 cm para los tres inmediatos. Paramateriales de peor calidad, se da un espesor de 41 cm solamente para los dos últimos pisos,51 cm para los tres inmediatos, y así sucesivamente. En edificios que no tengan más de cincopisos de altura, el espesor del piso más alto puede ser de 20.5 cm.

Para determinar el espesor de los muros, se deben tener en cuenta los principios siguientes:

1. Que los muros de los edificios comerciales y de almacenes deben ser más sólidos que los

que se destinan a viviendas u oficinas.2. Que los pisos de techos altos y de luces mayores de 7.50 m requieren muros de mayor

espesor.

3. Que la longitud de un muro contribuye a debilitarlo y que, por lo tanto, se debe aumentar elespesor en 10 cm por cada 7.50 m que exceda aquélla de 30 ó 38 m. Los espesores de latabla, para Nueva York, se deben aumentar, para edificios que tengan un ancho mayor de105´(32 m). Las tablas para las ciudades del Oeste, se han calculado para los edificios dealmacenes de 125´(35 m) de anchura, que es la que suelen tener los solares en dicharegión.

4. Los muros que tengan más de 33% de huecos deben tener más espesor.



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5. Las medianerías o muros divisorios o de separación de edificios podrán tener 10 cmmenos de espesor que los muros exteriores o de fachada, siempre que su longitud no seamayor de 18 m, pero no podrá tener un espesor menor de 20 cm.

6. Los muros de carga deberán ser soportados en no menos que su espesor multiplicado por18, según la dirección vertical, y por 20, según la horizontal. Se consideran como soporteslos muros transversales y los pisos.

Muros de fachada con sillares. “Al estimar el grueso de los muros, los sillares no debenconsiderarse, a menos que estos muros tengan un mínimo de 40 cm de grueso y el sillar 20 cmde grueso, o a menos que las hiladas se aparejen con alternaciones de, por lo menos, 10 y 20cm para permitir su trabazón con el muro posterior. Los sillares deben ser sujetos a éste poranclajes metálicos o se apropiadamente trabados con él” *

Muros de piedra. Deben tener, por lo menos, 10 cm de espesor que los de ladrillo.

Muros huecos. Estos muros de ladrillo o piedra son, indiscutiblemente, muy útiles paraviviendas y se pueden usar en otra clase de edificios que no tengan más de cuatro o cincopisos de altura. Su ventaja principal es que aíslan el interior de las inclemencias del tiempo.Su uso no se ha generalizado, sin duda porque son más costosos y ocupan más espacio quelos muros macizos. En lugar de estos muros huecos, se suelen emplear para la construcciónlos bloques huecos de barro cocido (terracota) o de hormigón.

Los reglamentos de Boston prescriben que los muros abovedados, excluyendo los mediacítara, tengan la misma cantidad de material que los muros macizos y que la obra en el interiordel espacio de aire de los muros de más de dos pisos de altura debe ser por lo menos de unespesor de 20 cm, y que las partes en cada lado deben ser bien enlazadas con tirantesseparados no más que 60 cm en cada dirección.

Muros de bloques de hormigón. Se emplean con frecuencia bloques moldeados dehormigón de cemento Pórtland para la construcción de muros exteriores y de separación deedificios; son relativamente delgados y aguantan cargas ligeras. Se han concedido diferentespatentes sobre la forma de los bloques y las máquinas o procedimientos para fabricarlos ymuchos edificios han sido levantados con muros construidos con estos bloques. La mayoríade ellos se moldean para formar muros huecos. Las construcciones de bloques de esta clasetienen una ventaja sobre los muros colados y fraguados sobre el terreno y es que los bloquesestán perfectamente fraguados y secos cuando se colocan en obra y no hay que tener ningunaprecaución en cuanto a dilataciones y contracciones posibles. Este género de construcción seadapta mejor que el hormigón macizo a los muros ligeros y de poco espesor. Se economiza elcosto del encofrado y se evita la tendencia a la ruptura y a que las superficies queden con unacabado defectuoso. Los bloques de hormigón pueden sustituir a cualquier clase de piedra ofábrica de ladrillo. Las leyes y reglamentos prescriben que el espesor de este género demuros de bloque huecos de hormigón no debe ser menor que el que exige para muros deladrillo. Esta clase de muros no debe emplearse en muros de separación ni para murosexteriores en edificios de más de cuatro pisos.

Muros de bloques huecos de tierra cocida. Los muros de carga exteriores de bloques detierra cocida están permitidos ahora por la mayoría de los reglamentos de construcción, perose limita su empleo a cuatro pisos o 12 m de altura. Los muros deben tener un espesor de 20a 30 cm, que depende de su altura y cargas se colocan con mortero de cemento y cada bloque

ocupa todo el grueso de muro. La ley de construcción de Nueva York de 1926 especifica quelos muros de bloques huecos, en residencias fuera de sitios con peligro de incendio, debentener un espesor de 20 cm para los 6 m superiores, 25 cm para los 3 m inmediatamenteinferiores, y 30 cm para los 3 m siguientes.

Las losetas tiene que ser densas y bien cocidas, para que sean completamente impermeables,y si fueran de una calidad semiporosa se revestirán en su cara exterior con ladrillo, piedra o unestuco de cemento de 2 cm de espesor. Los reglamentos de construcción no permitengeneralmente muros de separación huecos de losetas o bloques de arcilla.

El empleo de bloques huecos de hormigón y de terracota se ha generalizado bastante en losúltimos años, especialmente para residencias, garajes, pequeñas industrias y edificios paraalmacenes de venta al por menor. Se han patentado muchas formas especiales, que hansalido al mercado con diversas ventajas en cuanto a resistencia, aislamiento, trabazón ofacilidades de ajuste y aparejo. La colocación de los bloques con los espacios huecos oceldillas horizontales se llama construcción horizontal porque ésta presenta mejor base para elmortero de las juntas horizontales y mayor facilidad de aparejo. Se fabrican losetas especiales





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Peso. Las especificaciones de la American Society for Testing Materials fija un peso de 94libras (42.6 kg), neto, para un saco de cemento natural y cuatro sacos con dicho peso neto,para cada barril.

Resistencia. Un mortero de cemento natural debe tener, para cumplir con lasespecificaciones de la American Society for Testing Materials, una resistencia mínima a latracción para el de cemento puro de 10.5 kg por cm2 después de una semana de puesto en

obra y 17.5 kg por cm2

al cabo de 28 días. Mezclado con tres partes de arena tipo Ottawa. 3.5kg, al cabo de una semana, y 8.5 kg, a los 28 días. La resistencia del mortero de cementonatural de 1:2 es aproximadamente igual a la del cemento Pórtland de 1:4.

Proporciones de cemento natural y arena para morteros y hormigón. Se debe mezclaruna parte, en volumen, de cemento con tres de arena para mortero para piedra sin labrar yfábrica ordinaria de ladrillo.

Cal hidráulica. Es un producto semejante al cemento natural y se fabrica del mismo modo,pero la roca que se emplea contiene caliza bastante para que aquélla admita el apagado comola cal viva. Cuando se pulveriza este producto, fragua y se endurece lo mismo que uncemento hidráulico. En Europa, y especialmente en Francia y Bélgica se fabrican grandescantidades de esta cal, pero en los Estados Unidos sólo lo fabrican en muy pocas regiones.Se debe esto a que, aunque se encuentra ampliamente la roca de composición conveniente,

las impurezas no están distribuidas uniformemente, sino que se encuentran en capas o vetasque impiden que el material se calcine por igual; la parte de la roca adyacente a la veta deimpurezas se sobrecalcina o quema, fundiéndose como escoria, mientras que las porcionesmás puras producen únicamente cal viva, y por tanto, la masa resultante se apagaparcialmente y el producto pulverizado no es un cemento de garantía.

Cemento Grappier. Es un subproducto de la calcinación de la cal hidráulica.

Cemento La Farge. Es un cemento Grappier que no mancha. Alcanza aproximadamente lamisma resistencia que el cemento Pórtland.

5. Cementos y morteros artificiales

Cementos artificiales. Estos cementos se usan en Estados Unidos y forman parte de estaclase el cemento Pórtland y la puzolana o cemento de escorias.

Cemento Pórtland. El principal cemento artificial en Estados Unidos es el cemento Pórtland,que se fabrica con dos primeras materias pulverizadas muy finamente para asegurar unamezcla perfecta antes de la calcinación, de donde deriva su nombre de cemento artificial.Estas primeras materias deben ser proporcionadas de modo que en el cemento acabado lasproporciones de sílice, alúmina, óxido de hierro y cal deben estar en cierta relación, con unlímite de tolerancia muy pequeño. En la región de Lehigh Valley, en Pensilvania, donde estáninstaladas algunas fábricas principales de cemento Pórtland de los Estados Unidos, lasprimeras materias con caliza y roca para cemento. Esta roca es una caliza impura con arcilla.Para que la proporción de caliza sea la conveniente, es necesario, de ordinario, agregar caliza.En otras regiones, las materias primas empleadas son caliza y arcilla; esquistos arcillosos yarcilla; margas y arcilla, y también escorias de alto horno y caliza. Este último cemento no sedebe confundir con el ordinario de escoria o puzolana, porque la escoria se usa solamentecomo primer materia para proporcionar al producto sílice, alúmina, óxido de hierro y cal y, conla excepción de que se usa la escoria para proporcionar los elementos citados, el proceso defabricación y las propiedades son substancialmente las mismas que el proceso de fabricación ylas propiedades son substancialmente las mismas que las de otros cementos Pórtland. Lasmaterias primas mezcladas en una fábrica de cemento Pórtland. Las materias primasmezcladas en una fábrica de cemento Pórtland se analizan en la mayoría de los molinos variasveces cada hora, para que la composición del cemento tenga las proporciones debidas. Lasprimeras materias se pulverizan tan finamente como el producto terminado, se calcinan enhornos rotativos, empleando, en la mayoría de los casos, carbón pulverizado comocombustible. El producto llamado clínica, sale semivitrificado de los hornos rotativos, y cuandose enfría, se le agrega sulfato cálcico en forma de yeso, para regular el secado, y por último sepulveriza y ensaca o envasa para llevarlo al mercado. La fabricación y propiedades delcemento Pórtland han sido objeto de un estudio detenido por la American Society for TestingMaterials y por la American Society of Civil Engineers, y el resultado d este estudio estácondensado en las especificaciones estándares tipo de la primera de dichas sociedades, queextractamos en los párrafos siguientes. Estas especificaciones son una buena guía paraceptar o rechazar las entregas de cemento y las han adoptado los principales ingenieros y



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arquitectos. No estipulan ellas la composición química de los cemento y solamente limitan elcontenido de magnesia (MgO) y anhídrido sulfúrico (SO3). La razón de lo que antecede es quecon materias primas diversas se hace necesario, algunas veces, variar la proporciones de loscomponentes para proporcionar las propiedades físicas debidas al producto. Hay cementosmuy diferentes que satisfacen los requisitos de estas especificaciones tipo, aunque difierenconsiderablemente en cuanto a su composición. La composición química de un buen cemento

Pórtland es, aproximadamente, la que sigue: cal, 62; sílice. 23; alúmina, 8; impurezas, talescomo óxido de hierro, magnesia y ácido sulfúrico, 7.

Especificaciones tipo para cemento Pórtland.* Damos un extracto de los requisitos másimportantes que debe llenar el cemento Pórtland:

1. Definición. El cemento Pórtland es un producto obtenido pulverizando finalmente la clínicaproducida por la calcinación hasta la fusión incipiente de una mezcla íntima y debidamenteproporcionada de materiales calcáreos y arcillosos y con la sola adición, después decalcinados, de agua y yeso calcinado o no.

2. Límites de composición química. No debe pasarse de los siguientes límites:

Pérdida por ignición 4.00 %

Residuo insoluble 0.85 %

Anhídrido sulfúrico (SO3) 2.00%

Magnesia (MgO) 5.00%

3. Finura. El residuo que deje un tamiz tipo N° 200 (200 mallas por pulgada, o sea, 80 porcentímetro) no debe exceder del 22% en peso.

4. Solidez. Una briqueta de cemento puro debe conservarse firme y dura, sin mostrarsíntomas de distorsión, rotura, contracción o desintegración, cuando se la somete a laprueba de vapor para ensayar su solidez.

5. Tiempo de fraguado. El cemento no debe empezar a dar señales de fraguado antes de los45 minutos, si se emplea la aguja Vicat. o de 60 minutos con la aguja Gilmore. El fraguadofinal deberá alcanzarse dentro de las 10 horas.

6. Resistencia a la tracción. La resistencia media a la tracción, en kilogramos por centímetrocuadrado, de al menos tres briquetas de mortero tipo compuestas de una parte de

cemento y tres partes de arena tipo, en peso, será igual o mayor que la siguiente:Edad del testigo Días Almacenaje de las briquetas Resistencia a la tracción Kg

por centímetro cuadrado

7

28

1 día en aire húmedo, 6 días en agua

1 día en aire húmedo, 27 días en agua

19

25

7. La resistencia media a la tracción del mortero tipo a los 28 días debe ser más elevada quea los 7 días.

8. Ensacado o envase y marcas. El cemento se suministrará en sacos o barriles con elnombre y marca del fabricante en sitio bien visible, a menos que se embarque a granel, encuyo caso, estos informes se acompañarán a los documentos de embarque que vayan conla expedición. Un saco americano de cemento contendrá 42.6 Kg netos y un barril 170 Kgnetos. En los países de sistema métrico se emplean sacos de 50 Kg.

9. Almacenaje. El cemento se almacenará de forma que permita el fácil acceso, para poderinspeccionar e identificar cada cargamento, en edificios resguardados de los agentesatmosféricos para preservar a dicho material de la humedad.

10. Inspección. Se deben dar al comprador todas las facilidades para la inspección y toma demuestras en la fábrica o en la obra, según las especificaciones del comprador, al que sedeben conceder 12 días, a partir de la toma de muestras, para el ensayo de los 7 días, y33 días para el de 28. El cemento se ensayará por los procedimientos que se prescribenmás adelante. No se hará el ensayo de los 28 días, si el comprador renuncia a ello.

11. Devolución. Se devolverá el cemento si no cumple con alguno de los requisitos de estasespecificaciones.-

Puzolana o cemento de escorias. Estos cementos se emplean poco, y en ningún caso paraobras de importancia. Su fabricación y propiedades son, en resumen, las siguientes: la escoriabásica de los altos hornos se granula dejándola correr en las siguientes: la escoria básica delos altos hornos se granula dejándola correr en estado pastosos dentro de agua, lo que tiene el



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doble objeto de que se subdivida en partículas muy finas y de que su enfriamiento rápidomejore sus propiedades hidráulicas. Estas partículas se secan y muelen con cal hidratada(apagada o muerta mecánicamente con el agua precisa para que quede en polvo y no enpasta), en la proporción de 15 a 25% de cal hidratada y 75 a 85% de escoria granulada. Estecemento, conocido por la denominación de cemento de escoria, es de fraguado yendurecimiento lentos y no desarrolla tanta resistencia como el cemento Pórtland; se

caracteriza por su color lila claro, su gran finura y su escasa densidad. No se consideraapropiado más que para fundaciones bajo tierra en que no esté expuesto a la acción del aire odel agua corriente.

Cementos que no manchan. Un cemento corriente, natural o Pórtland, mancha las piedrascalizas, algunos mármoles porosos, granitos y otras piedras de colores claros. El mejormaterial exento de esta cualidad perjudicial es la cal o, mejo dicho, la cal que no tenga unexceso de óxido de hierro. Se producen cementos blandos Pórtland, o cementos que nomanchan, y los de buena fabricación que esté exento o relativamente exento de óxido de hierodan buenos resultados. Entre los de esta clase que se emplean mucho en obras de fábricaque deben entregarse limpias, se cuenta el La Farge, que ya hemos mencionado. Se fabricaen Teil, Francia, es de color claro y contiene una pequeña proporción de hierro y salessolubles. En el mercado de Estados Unidos hay otros cementos de este género, cuyaresistencia a la compresión es igual a la del cemento Pórtland tipo. Para asentar sillares,

evitando que el fraguado sea rápido para dar tiempo a que el sillar se asiente bien sobre sulecho, se suele mezclar 1 parte, en volumen, de pasta de cal con 4 partes de cemento.

Cementos rápidos. Estos cementos se llaman también cementos a la alúmina, por la granproporción que contienen de alúmina procedente de la bauxita, mineral de aluminio; seproducen hace varios años en Europa y se ha introducido recientemente su empleo enEstados Unidos. Su ventaja esencial, comparados con un cemento Pórtland ordinario,consiste en que después de un fraguado de 24 horas alcanzan una resistencia a la compresiónigual a la de los cementos corrientes a los 28 días. Sin embargo, como no empiezan a fraguarantes que los cementos ordinarios para la mezcla, transporte y colada que para los normales.Esta clase de cementos se ha empleado en muchas estructuras y carreteras de hormigón conresultaos satisfactorios. El endurecimiento rápido produce una elevación considerable detemperatura, por lo que se presta a las construcciones en tiempo frío.

Almacenaje de los cementos. El cemento se debe proteger, en la obra, de la humedad, quele perjudica considerablemente. Las pilas deben ser de doce sacos de altura, como máximo,para evitar que el cemento se apelmace en los sacos del fondo. Se debe emplear lo antesposible a partir de su entrega, porque se estropea cuando está almacenado mucho tiempo.

Costo del cemento Pórtland. Aunque el costo del cemento se cotiza, generalmente, enbarriles, también se suministra en sacos de papel o yute o a granel. En las actualescircunstancias, los precios son muy variables y de nada serviría dar aquí un precio que variaríaseguramente al poco tiempo.

Proporción de agua para amasar los morteros de cemento. El buen cemento Pórtlandnecesita relativamente poco agua para hacer un buen mortero. El cemento puro requiere un20 ó 22%, en peso de agua para una consistencia normal, necesitando más agua el cementorápido que el de fraguado lento. Si se necesita más agua, eso indica la presencia de unexceso de cal libre. La mezcla de arena y cemento en la proporción de 3 a 1, no necesita más

de un 9 a 12.5%, en peso, de agua. Los cementos naturales y cementos de escoria requierenmás agua que los cementos Pórtland. El exceso de agua ahoga el cemento, retarda elfraguado y debilita el mortero, pero también puede debilitarse y hasta inutilizarse un cementopor no poner agua en cantidad suficiente.

Mortero de cemento Pórtland. Para un mortero de primera no se deben poner más de 3partes de arena par 1 de cemento, en volumen. Se puede reemplazar un 10 o un 15% decemento, en volumen, por igual cantidad de cal apagada, para poder trabajar mejor el mortero.La resistencia del mortero parece que aumenta con la adición de un máximo de 15% de calhidratada. Un mortero de 4 partes de arena y 1 de cemento es más apropiado y resistentepara mampostería que un mortero de cal. Para la parte superior de pisos y pavimentos, laproporción debe ser de 1 ó 1.5 partes de arena para 1 de cemento. El mortero de cementoPórtland 1:3 tiene, al cabo de un año, la misma resistencia que un mortero de cemento natural

1:1. El mortero hecho con arena fina necesita mayor cantidad de cemento para conseguirdeterminada resistencia que el hecho con arena gruesa.



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Efectos del frío y las heladas en los morteros de cemento. La temperatura influyeconsiderablemente en la velocidad de fraguado y endurecimiento de los morteros de cementoy la seguridad y la resistencia de una obra nueva depende, en gran parte, de la temperaturaambiente. Se deben proteger de las heladas los morteros de cementos naturales, para evitarperjuicios graves. Aunque las heladas retardan grandemente el endurecimiento de losmorteros y hormigones de cemento Pórtland, no les perjudica. La capas delgadas de mortero,

como revocos (o aplanados) y enlucidos pasados con la llana, o las superficies que serecubren de humedad no debe hacerse en tiempo de heladas, porque se agrietan. Por reglageneral, no se debe trabajar con mortero u hormigón durante las heladas, a no ser que se leproteja o caliente convenientemente, porque aumentan las dificultades de hacer la mezcla y desu empleo. Sin embargo, se han ejecutado con éxito obras de hormigón y mortero de cementoPórtland a temperaturas más bajas que la del hielo.

Cantidad de mortero necesaria para obra de fábrica y revocos *. Un barril de cementoPórtland y 3 de arena, debidamente mezclados, componen 3.33 barriles o, si los barriles sonde Estados Unidos, 12 pies cúbicos (340 dm

3) de buen mortero resistente. En los países del

sistema métrico se pueden emplear como equivalentes del barril americano, los de 100 dm3,netos, que en idéntica proporción darán 333 dm

3 de mortero. Esta cantidad será suficiente

para colocar 1 m3 de piedra ordinaria o 750 ladrillos americanos (20.3 x 9.5 x 5.7 cm) con

juntas de 6 a 10 mm de grueso, o para cubrir 12 m2 de superficie con un espesor de 2.5 cm o

30 m2 con un espesor de 1 cm.Un barril de cemento natural y 2 barriles de cal, mezclados con ½ barril de agua, compondrán230 dm

3 de mortero, suficiente para 522 ladrillos ordinarios, con juntas de 6 a 10 mm, o para

0.75 m3 de mampostería ordinaria.

Un barril de cemento Pórtland y 1.5 barriles de arena cubren 13 a 14 metros cuadrados depiso, con un espesor de 1 cm o 6.5 a 7 metros cuadrados con un espesor de 2 cm.

Mezcla de mortero. El mortero se puede a mano o con mezcladores mecánicos, siendopreferible este último procedimiento cuando se trata de grandes cantidades. Cuando la mezclase hace a mano, la operación se ejecuta sobre plataformas estancas, para evitar pérdidas decemento. La plataforma debe estar bien limpia. Se mezcla en seco la arena y el cemento porpequeñas partidas en las proporciones debidas, y se agrega agua, removiendo la masa hastaque esté homogénea y deje limpio el azadón con que se hace la mezcla. El mortero no debe

mojarse cuando haya empezado a fraguar.Fuerza de cohesión o de adherencia del cemento Pórtland, azufre y plomo a los pernosde anclaje. En un estrato de caliza firme, se hicieron catorce taladros, siete de un diámetro de1 3/8 de pulgada (35 mm) y siete de 1 5/8 (41 mm) y todos ellos de 3.5 pies (1.07 m) deprofundidad. Se prepararon siete pernos con tornillo y tuerca en un extremo y de ¾” (19 mm) ysiete de 1” (25 mm). En el otro extremo todos los pernos eran rugosos en una longitud de 3.5pies (1.07 m).

Se anclaron cuatro con azufre, cuatro con plomo y seis con cemento puro, de modo que lamitad aproximada de cada tipo de tornillo se fijaron con cada uno de los tres materiales. Asíquedaron hasta que trascurrieron dos semanas; entonces se tiró de los pernos con unapalanca especial y se comprobaron los resultados siguientes:

Azufre. Tres pernos de los cuatro salieron alcanzando su resistencia total, de 7300 y 14100

kg. Un perno de 1” falló, saliendo con 5400 kilogramos. Plomo. Tres pernos de cuatrodesarrollaron su resistencia total, lo mismo que en el caso anterior. Uno de una pulgada, fallócon 5900 kilogramos. Cemento. Cinco de los seis se rompieron sin salir. Uno de 1” empezó aceder en el cemento al llegar a 11800 kilogramos, pero resistió la carga durante algunossegundos, antes de romperse.

Aunque este experimento demostró la superioridad de cemento en cuanto a resistencia yfacilidad de aplicación, no dio la resistencia por centímetro cuadrado. Para determinar estefactor, se prepararon cuatro muestras de caliza de 18” de longitud, 10 de ancho y 12 espesor(45.7 x 25.4 x 30.5 cm) cada una; en dos de ellas, se hicieron perforaciones de 1 ¾ (44.5 mm)y de 2 ¾ (69.9 mm) en las otras dos. En todos los orificios se cementaron pernos de 1” (2.54cm) en los orificios de menor diámetro y de 2” 85.08 cm) en los otros,; la mitad de los pernoseran lisos y la otra mitad roscados en la parte embutida en el cemento. Se dejaron transcurrir13 días antes de terminar el experimento. Después se montaron en una máquina de ensayos

tipo y se tiró de los pernos. El peno liso de 1” empezó a moverse a los 9100 kilogramos y elroscado a los 9500. El liso de 2” empezó a ceder a los 15400 kilogramos y el roscado a los



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14500. La fuerza se aplicó muy lentamente en todos los casos. Entonces, se hizo marchar labomba a mayor velocidad y los bloques con pernos de 2” se partieron a 30400 kilogramos conel perno liso y a 27700, con el perno roscado.

De lo que antecede, se deduce que el cemento es más conveniente, resistente y fácil deaplicación que el plomo o el azufre y que su resistencia es de 28 a 35 kilogramos porcentímetro cuadrado de superficie expuesta. También es un hecho comprobado que lejos de

corroer el hierro, lo conserva. Sin embargo, el cemento tarda más en alcanzar su resistenciaque el plomo o que el azufre. El material que se empleó en el experimento fue un cementoPórtland inglés.

6. Hormigón

Propiedades y empleos del hormigón.* Probablemente, no hay material que se adaptemejor a las fundaciones, pisos y pavimentos de los sótanos, etc., que el hormigón (o concreto)y, para ciertas clases de edificaciones, se aplica con ventaja a muros, pisos y apoyosinteriores. Existen hoy, en todo el mundo, miles de edificaciones, cuyas estructuras estántotalmente construidas de hormigón armado, y el empleo del hormigón de cemento Pórtland,en una gran variedad de usos, se ha extendido rápidamente a causa de su bajo costo y a quese han ido conociendo sus ventajas y propiedades. Se puede considerar el hormigón comouna piedra artificial, hecha con cemento, agua y lo que se llama un agregado, que suele ser

arena y pequeñas y grandes partículas, o cribado y grava o piedra machacada. Cuando sehace con buen cemento Pórtland, en proporciones convenientes, llega a ser tan duro yresistente que cuando se le rompe, la línea de fractura suele pasar a través de partículas depiedra, lo que demuestra que la adhesión del cemento a la piedra es mayor que la fuerza decohesión de esta última.

Agregados.*** Se debe tener especial cuidado en la elección de agregados para mortero yhormigón y hacer ensayos cuidadosos para determinar sus cualidades y la calidad necesariapara conseguir su compacidad máxima. Un coeficiente conveniente de la compacidad es larelación entre la suma de volúmenes de los materiales que entran en un volumen de hormigóny este volumen total.

1. Agregados finos. Suelen ser de arena, piedra triturada o grava cribada, clasificados desdefinos hasta gruesos y que pase, en estado seco, por una criba de 6.4 mm (1/4”) de

diámetro en los orificios; es preferible que el material sea silíceo y debe estar limpio, sinpolvo, cieno, partículas blandas, tierra vegetal, material orgánica ni otras materiasperjudiciales, y que no pase más del 30% por un tamiz de 50 mallas por pulgada lineal.Entre estos límites para el agregado fino, podría clasificarse bien desde el fino hasta elgrueso. Los agregados finos se deben ensayar siempre. En las grandes obras, se puedeensayar la calidad de las arenas por tamaños, con tamiz; por cieno, por decantación y pormateria orgánica, con el ensayo calorimétrico. Los agregados finos tienen que ser de talcalidad que el mortero compuesto de una parte de cemento Pórtland y tres partes en pesode agregado fino, preparado en briquetas, tenga una resistencia a la tracción o compresiónigual por lo menos a la del mortero de 1:3 de la misma consistencia, hecho con el mismocemento y arena tipo Ottawa. Esta arena es la arena natural de Ottawa, I11., pasada poruna criba de 20 mallas y retenida en una de 30 por pulgada lineal. Esta arena la prepara yproporciona la Ottawa Silica Company de Ottawa I11., bajo la dirección del Special

Committee on Uniform Tests of Cement de la American Society of Civil Engineers. Si elagregado no fuese de buena calidad, se debe aumentar en el mortero la proporción decemento para conseguir la resistencia debida. Si la resistencia desarrollada por elagregado en el mortero 1:3 fuera menor del 70% de la del mortero con arena Ottawa, sedebe rechazar el material. Con el objeto de evitar el desprendimiento de cualquierrevestimiento sobre los granos (lo cual puede afectar a su resistencia) las arenas de losbancos no deben secarse antes de utilizarlas para hacer le mortero, sino que debencontener la humedad natural. La proporción de humedad se puede determinar pordesecación y peso de una muestra. Los morteros con arenas naturales y artificialesnecesitan del 10 al 40% más de agua que los hechos con arena Ottawa tipo, para queproduzca la misma consistencia.

2. Agregados gruesos. Estos agregados se componen de piedra triturada o grava, retenidaen una criba con orificios de 6.4 mm de diámetro y clasificada desde las partículas más

pequeñas hasta las mayores; deben ser limpios, duros, insolubles, resistentes a la acción



296




del tiempo y sin materias perjudiciales. Los agregados que contienen polvo y partículasalargadas, planas o blandas no deben emplearse en obras importantes.

Cualquier clase de piedra es a propósito para agregados gruesos, siempre que tenga talresistencia que la del hormigón no quede limitada por la de la piedra. Mayor resistencia queeste mínimo proporciona poca ventaja. Las piedras que más se emplean son el granito, lapiedra volcánica y la caliza. Los esquistos, pizarras y areniscas de resistencia deficiente se

deben ensayar antes de emplearlos. La grava tal como sale del pedregal o cantera es,generalmente, un buen agregado, pero la proporción de las partículas pequeñas a las grandespuede variar y por ello debe tamizarse y volverse a mezclar en las proporciones necesarias. Eltamaño máximo de los agregados gruesos lo determina el carácter de la construcción. Parahormigón armado y pequeños volúmenes de hormigón sin armar, el agregado tiene que ser lobastante fino para producir con el mortero un hormigón homogéneo y de consistencia viscosaque pase fácilmente entre la armadura y la envuelva bien, llenando por todas partes losencofrados. Para hormigón ordinario en grandes masas, hay que emplear agregado grueso demayor tamaño, aunque teniendo presente que el riesgo de separación entre mortero yagregado aumenta con el tamaño de este último.

La aplicación que se haya de dar al hormigón determina el tamaño máximo del agregadogrueso. Si se emplea la construcción de hormigón en masa, como en los grandes muros, eltamaño máximo a 2.5 cm, o menos, para obras de hormigón armado y muros de poco grueso.Los tamaños máximos de agregado grueso para hormigón ordinario o en masa que han dadomejores resultados en la práctica son: para fundaciones, 64 cm; para estribos y pilares, 5.1cm; para el cuerpo de los arcos, 3.2 cm; y para albardillas, muros delgados, etc., 25 cm.

Tamaño de los agregados. La junta del American Concrete Institute, en su reglamentación de1928, recomienda que el tamaño de los agregados no deba ser mayor que un quinto de lasdimensiones más estrechas de los encofrados para la pieza en que se ha de emplear elhormigón, ni mayor de tres cuartos del espacio mínimo comprendido entre las varillas de laarmadura. La mayoría de los reglamentos de construcción limitan el tamaño del agregadogrueso para el hormigón armado a 3.2 cm, y a 5 cm para el hormigón en masa sin armadura.

Algunos reglamentos permiten piedras mucho mayores para el hormigón de rió, peroespecifican que debe haber por lo menos 15 cm de mortero entre cada dos piedras o entre unapiedra y el encofrado. El hormigón de ripios se permite solamente para hormigón en masa sin

armadura y no se debe usar para los resaltos de los cimientos.Cenizas o caronilla. El hormigón de cenizas o carbonilla se usa bastante en algunas regionespara pisos reforzados y losetas de cubiertas, en luces pequeñas y para obras incombustibles.No es adecuado para muros, columnas, vigas u otras estructuras. Las cenizas tienen que serduras, bien quemadas, vítreas y limpias en lo posible de sulfuros, cenizas finas, carbón decoque sin quemar y materias extrañas. El azufre en cualquier forma corroe y destruye el metalde las armaduras. Las cenizas de antracita son preferibles a las de carbones grasos, porqueestas últimas suelen contener estos sulfuros perjudiciales.

Mixturas. A veces, se agregan al hormigón ciertas substancias, con el objeto de acelerar sufraguado, facilitar su trabajo, aumentar su impermeabilidad, endurecer su superficie o hacerleadquirir otras propiedades. Algunas de estas substancias están patentadas y se desconoce sucomposición. Debe prescindirse de tales patentes y emplear solamente compuestos químicosnormales, de los cuales se conozca su efecto sobre el hormigón por la experiencia o por

ensayos. El cloruro cálcico, la cal hidratada y el caolín son los productos químicos de uso másfrecuente. El cloruro cálcico acelera el fraguado del hormigón y endurece su superficie, y la calhidratada y el caolín hacen que el hormigón se trabaje con más facilidad, reduciendo algo lascondiciones requeridas para el agua de la mezcla. No se deben usar proporciones mayoresdel 3% de cloruro cálcico comercial, 8% de cal hidratada u 8% de caolín, entendiéndose queestas proporciones son con relación al peso del cemento. Si estos productos se usan enmayores proporciones, pueden reducir la resistencia del cemento. Han salido al mercadoalgunos compuestos integralmente impermeables y han dado buen resultado losrevestimientos con mortero de cemento impermeable, cuando se han aplicado como unprocedimiento para impermeabilizar superficies; sin embargo, son de poca eficacia para evitarel paso del agua a través de grietas, juntas o bolsas en grandes masas de hormigón. Engeneral, es mejor solución para las construcciones de hormigón armado aumentar laproporción de cemento y no depender de productos químicos para incrementar su dureza ofacilidad de trabajo, y prestar gran atención a las proporciones, mezcla y colado u hormigonadodel hormigón, no confiando en la adición de compuestos para hacerlo impermeable. *



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Agua para la mezcla de hormigón. El agua para la mezcla del hormigón debe estar exenta deaceites, ácidos, álcalis, materia orgánica y sal.

Preparación y colada de hormigón Proporciones. ** Los materiales que se emplean en elhormigón se deben seleccionar cuidadosamente, ser de calidad uniforme y proporcionada paraobtener una mezcla económica que se trabaje fácilmente y se acerque lo más posible a unadensidad máxima.

Unidad de medida. La unidad de medida debe ser el metro cúbico, 30 sacos de cemento de50 kg, neto, se consideran equivalentes a 1 m3. La medida de los agregados finos y gruesosdebe ser en volumen del material a granel, es decir, suelto. El agua se mide en litros.

Proporciones de cemento, arena y agregado. Se han recomendado muchos procedimientospara determinar las proporciones de los componentes del hormigón y este punto sigue siendoobjeto de estudio. El más usado es el que recibe el nombre de proporciones arbitrarias, en elcual , el cemento, arena y agregados gruesos entran cada uno en determinadas proporcionesde volumen, sin hacer referencia a las características de los agregados ni a la cantidad deagua empleada para la mezcla o ya contenida en dichos agregados. Así, una proporción envolumen de 1:2:4,o una parte de cemento, dos de arena y cuatro de agregado grueso, seconsidera que puede producir un hormigón de una resistencia a la rotura por compresión de140 kg/cm2 en 28 días. Si bien es verdad que se han conseguido hormigones de condiciones

satisfactorias con dichas proporciones, la resistencia apropiada se ha obtenido en la mayoríade los casos por un factor amplio de seguridad y no por una determinación científica. Lafacilidad para trabajar el hormigón y la fluidez necesaria se consiguen agregando agua, segúnel criterio del encargado de la obra o del constructor, sin considerar su influencia sobre laresistencia del hormigón. Aunque es evidente que el procedimiento no es ni exacto nieconómico, es aún de uso muy extendido, a causa de su sencillez.

Proporciones de cemento y agua. Es bien sabido que el cemento y el agua son los doselementos de acción química activa en el hormigón. Por la combinación de ambos elementos,se forma una pasta que recubre y rodea las partículas inertes de los agregados, y que despuésde endurecida aglomera la masa total. Según esto, la resistencia de la mezcla dependedirectamente de la de la pasta, y si hubiese en ella un exceso de agua, la pasta sería fluida yacuosa, con perjuicio para su resistencia. La cantidad real de agua necesaria para hidratarcompletamente el cemento es muy pequeña, comparada con la que se necesita para la

consistencia plástica conveniente para poder trabajar la mezcla con cierta facilidad. Estasconsideraciones han inspirado la reciente teoría de la relación entre el cemento y el agua,adoptada, después de numerosos ensayos, por el Concrete Institute y por los reglamentosrevisados de construcción de varias ciudades. Esta teoría se funda en el principio de que, paradeterminados materiales y condiciones, la resistencia del hormigón depende únicamente de lacantidad de agua de la mezcla en proporción a la de cemento, con tal que la masa tenga unaplasticidad conveniente para trabajarla. El procedimiento de proporciones arbitrarias considerael hormigón como una masa de agregados, cuyos intersticios se rellenan con un morterocompuesto de arena y cemento y en que los intersticios se rellenan con un mortero compuestode arena y cemento y en que los intersticios de la arena se rellenan, a su vez, con cemento.La teoría de la relación entre el cemento y el agua, en cambio, se basa en que el hormigón esuna masa de pasta de cemento y agua, en proporciones determinadas y que los agregadosestán embebidos en la pasta. Si se mezcla con la pasta una pequeña cantidad de agregados,

el hormigón será fluido; si se sigue adicionando agregados, el hormigón se irá haciendo máspastoso cada vez y llegará un momento en que con más agregados adquirirá consistencia. Laresistencia del hormigón permanece constantemente para una determinada relación entre elagua y el cemento, con independencia de la cantidad de agregado, como se ha demostradopor muchas series de ensayos. La cantidad de agregado varía con la consistencia, o mayor omenor facilidad para trabajarlo que se quiera dar al hormigón. Para grandes masas y pocoarmado, el hormigón debe ser más seco y consistente que cuando se trata de muros delgadoso vigas con un sistema complejo de armadura, siendo la relación entre el agua y el cemento ypor lo tanto la resistencia, la misma en ambos casos.

La cantidad de agregado que se debe mezclar a la pasta de cemento, con una relacióndeterminada de agua y cemento, depende también de los gruesos de la arena y agregado y dela relación entre dichos elementos. Teniendo en cuenta que el cemento es más caro que losagregados, el hormigón más económico es aquel que contenga la mayor proporción deagregado con relación a la pasta de cemento, compatible con la plasticidad necesaria para quese pueda trabajar fácilmente. Para conseguir esto, tanto la arena como el agregado grueso



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deben ser bien clasificados de finos y gruesos, estudiando cuidadosamente la proporción entreambos componentes. El exceso de arena resuelta caro y es causa de contracciones y si elagregado grueso está en grandes proporciones, el cemento que resulta es tosco, concavidades y difícil de trabajar. Se ha deducido de numerosos ensayos que una proporciónconveniente de arena es la de un tercio a un medio, con relación al volumen total delagregado. En buena economía, se debe emplear tan poca arena como dé una mezcla

manipulable y el agregado debe ser todo lo grueso que lo permitan el carácter de la obra y losespacios entre el armado. Conocidas todas estas circunstancias, se pueden hacer diversasmezclas de ensayo de hormigón con una determinada relación de agua y cemento y condiferentes proporciones de agregados apropiados, grueso y fino, que se puedan adquirireconómicamente, variando las mezclas hasta obtener buena consistencia para su trabajo y laseparación mínima del agregado, durante y después de la colada, dentro de un costorazonable. Los ensayos resultan más útiles empezando con la proporción máxima deagregado grueso y agregando arena hasta que la mezcla dé la consistencia homogéneaconveniente para su trabajo. Si la mezcla resultase demasiado seca, no se debe agregaragua, sino reducir la proporción de agregado. Al fijar la relación entre agua y cemento, sedebe tener en cuenta la cantidad de agua libre que se mantiene sobre el agregado o la queabsorbe éste antes de hacer la mezcla, porque dicha cantidad de agua es, a veces,considerable. The Pórtland Cement Association, publica las siguientes tablas de agua libre y

absorbida contendidas por agregados de calidad media.Tabla III. Absorción de agua por losagregados

Tabla IV. Agua libre que llevan losagregados

Material Por ciento,en peso

Material Litros pormetro cúbico

Arena de calidad mediaGuijo y piedra machacadaRoca basáltica y granito

Arenisca porosa

1.001.000.507.00

Arena muy mojada Arena algo mojada Arena húmedaGrava y roca machacadahúmedas

100 a 1346733

33

La cantidad de agua absorbida o libre que lleven los agregados, hay que deducirla de lacantidad que se haya fijado, de acuerdo con la relación elegida entre agua y cemento.

Las siguientes cifras y tablas se basan en un

gran número de ensayos y experimentosrelativos al procedimiento de la relación entrecemento y agua para sus proporciones en elhormigón.

Efecto de la proporción de agua sobre laresistencia del hormigón. La figura 152* es ungráfico de la relación entre la proporción de aguay la resistencia del hormigón a la compresión alos 28 días, para mezclas y consistencias muyvariadas, y acusa una disminución muypronuncia en la resistencia del hormigón amedida que crece la proporción de agua. Lacurva A se refiere a mezclas hechas en el

laboratorio, y la B, con 35 Kg/cm2

menosaproximadamente, se refiere a las resistenciaspresumibles en la obra.

El American Concrete Institute publicó en 1925una tabla de relaciones entre agua y cementopara la resistencia a la rotura del hormigón ehizo las recomendaciones que siguen en suStandard Building Regulations (tabla V).

“El agua y humedad contenidas en losagregados hay que incluirla en la determinaciónde la r elación entre agua y cemento”.

“Todos los proyectos y planos sometidos a

aprobación llevará la indicación de la resistenciadel hormigón que ha de emplearse y la relaciónentre agua y cemento necesaria para conseguir



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dicha resistencia, de acuerdo con la tabla siguiente.

Se indicará bien claramente que en dicha cantidad de agua se incluye la que contienen losagregados”.

Proporciones y consistencia del hormigón. Las proporciones y agregados al cemento, para elhormigón de cualquier relación entre agua y cemento, serán tales que lo que resulte se puedatrabajar fácilmente en todos los rincones y ángulos del encofrado y alrededor del armado sin

removido excesivo y sin permitir que se acumule agua en al superficie. Los agregadoscombinados deben tener composición y tamaños tales que cuando se pasen por el tamiz tipoN° 4 el peso retenido en él no sea menor que la mitad ni mayor que los dos tercios del total; laproporción de agregados gruesos no debe ser tan elevada que produzca desigualdades en elcolado ni una estructura tosca. Al desencofrar, deben quedar lisos y sin defectos todos losparamentos y esquinas de las piezas.

Tabla V. Proporciones de agua en el cemento

Resistencia de rotura previstaen el proyecto, kilogramos por

centímetro cuadrado

Relación entre agua ycemento. Litros de aguapor saco de cemento de

50 kg

100

125150175200

37.3

34.231.32925

Resistencia a la compresión. Las leyes y reglamentos de la mayoría de las ciudadesnorteamericanas limitan el esfuerzo admisible de trabajo a la compresión para el hormigón a35 kg por centímetro cuadrado para la compresión directa, y a 46 kg para la compresióndebida a la flexión. Resulta, por tanto, despilfarrador de cemento y agregados intentar hacerun hormigón con una resistencia a la rotura de más de 150 kg por centímetro cuadrado, la cualda un coeficiente de seguridad que llena todos los requisitos.

El reglamento de México dice: El concreto (hormigón) usual deberá tener una cantidad nomenor de una parte de cemento Pórtland por siete partes de agregados, medidos cada uno por

separado, y no ser mezclado con más de 31 1 de agua por saco de 50 kg de cemento. Lafatiga máxima de ruptura a los 28 días, que puede suponerse en los cálculos a este concreto,es de 125 kg/cm

2. Se puede admitir una fatiga mayor con aprobación de la Dirección General

de Obras Públicas previas pruebas que se hagan con intervención del Laboratorio de la mismaDirección.

Mezcla del hormigón. El procedimiento más conveniente para hacer la mezcla, aunque setrate de obras de poca importancia, es el de la mezcladora u hormigonera mecánica, queconsiste en un tambor rotativo de paletas en su interior para agitar y mezclar entre sí elcemento, el agua y los agregados. El tambor se mueve con energía mecánica y gira con unavelocidad periférica de 60 m por minuto, aproximadamente; una velocidad mayor produciríauna mezcla defectuosa. Si hubiese que hacer la mezcla a mano, lo mejor sería empezar porhacer la mezcla de cemento seco y arena en una caja o artesa estanca de metal o madera,

moviendo la masa con pala o azadón hasta que tome un color uniforme. Entonces seadicionan el agregado grueso y el agua y se sigue moviendo la masa, hasta que quedahomogénea y de color uniforme. Las mezcladoras mecánicas se fabrican de varios tamaños ypueden ser del tipo continuo o intermitente. La mezcladora intermitente, en la que se mezcla ydescarga en cada operación cierta cantidad de mezcla, se considera más eficaz que lamezcladora continua, en la que se cargan los materiales y se descarga el hormigón acabadode una manera continua. Un minuto suele bastar para terminar cada operación en la primera,pero este período se considera como un mínimo absoluto, puesto que la resistencia,impermeabilidad y dureza se aumentan mezclando durante dos minutos o más. Se debenmedir cuidadosamente el cemento. Agua y agregados antes de hacer la mezcla.Generalmente, se miden estos elementos por volumen; 30 sacos de cemento de 50 kg netosse consideran como un metro cúbico y un metro cúbico de agua se admite que pesa 1.00 kg.Se debe procurar mantener las mismas proporciones de ingredientes en las mezclas sucesivas

con la misma proporción de agua, de modo que no sufran variaciones la resistencia y manejodel hormigón.



300




Transporte del hormigón. El hormigón se debe transportar desde el mezclador a su destino lomás rápidamente posible, procurando una separación mínima entre sus componentes. Enobras poco importantes, se transporta el hormigón en carretillas, pero en construcciones dealguna envergadura, se emplean torres y elevadores que levantan el hormigón en cangiloneshasta el nivel apropiado para su distribución. Desde este nivel, se leva el hormigón a los

encofrados por medio de artesas de hierro, canales o carretillas de acero de dos ruedas. Si seemplean canales, éstos se suspenden, con la pendiente adecuada, de cables que van desde latorre del elevador a una o más torres secundarias, o pueden hacerse oscilar en la direccióndeseada por medio de pescantes soportados por la torre. Si se emplean carretillas de acero,pueden ser llenadas en la hormigonera y elevadas por el elevador o cargadas de loscangilones en la parte superior de éste. En ambos casos se ruedan a mano las carretillassobre rodadas desde el elevador al encofrado. La torre del elevador se instala, generalmente,en las proximidades de la hormigonera. El número y disposición de los mezcladores, torres,etc., depende de las condiciones de cada obra. El transporte con carretillas se considera máseconómico para obras de un volumen menor de 1500 m3, y los canales, llamados tambiéntransportadores por gravedad, para edificaciones de más importancia.

Procedimientos de colada para el hormigón. Los encofrados se deben limpiar perfectamentede astillas y virutas y a veces se mojan o aceitan un momento antes de llenarlos. El hormigónno se debe verter desde una altura tal que produzca la separación o segregación de suscomponentes. En las grandes superficies horizontales, tales como las placas de piso, elhormigón se coloca en tongadas horizontales del mismo espesor en toda la superficie. Lasvigas se cuelan por capas horizontales y las columnas se llenan en una sola operación hasta laparte inferior de las vigas o en los encajes de las placas. La armadura debe quedarcompletamente embebida en el hormigón y los encofrados hay que llenarlos en todos susrincones, vértices y aristas, de modo que no queden bolsas de aire ni irregularidades. A veces,es necesario agitar o apisonar durante la colada. Toda lechada* se debe quitar. La obra dela jornada se debe parar en puntos predeterminados, de tal modo que las juntas de laconstrucción queden formando planos horizontales o verticales definidos en posicionesfavorables. Dichas juntas deben ser horizontales y niveladas para los muros; en las vigas,verticales y situadas en los ejes de ellas y de las losas en que el esfuerzo cortante es mínimo.

Antes de volver a empezar de nuevo el trabajo, hay que formar rugosidades limpiar de lechadatodas las superficies, remojarlas con agua y revestirlas con cemento puro.

“Mezcla y colada del hormigón durante las heladas. Nunca se debe mezclar ni colar elhormigón a la temperatura del hielo, a menos que se tomen precauciones especiales paraevitar el empleo de materiales que estén cubiertos con cristales de hielo o escarcha y paraimpedir que se hiele el hormigón después de la colada y antes de su endurecimiento.Teniendo en cuenta que el agregado grueso forma la mayor parte del hormigón, es muyimportante calentar este material hasta una temperatura muy superior al punto de congelacióndel agua”.

El Joint Committee on Concrete informa que las reacciones químicas que se producen en elfraguado del hormigón se retardan o detienen en tiempo frío y que la temperatura del mismo sedebe mantener a 10 °C. Como mínimo, durante no menos de 72 horas después de la colada.En invierno, es necesario calentar el agua y agregados antes de hacer la mezcla y mantener la

temperatura conveniente en el hormigón después de su colado. El mejor procedimientoconsiste en emplear corrientes de vapor de agua, conducidas a través de tubos a los tanques obarriles de agua y a las pilas de agregados. También se pueden hacer hogueras con leña, porlas que se hacen pasar los tubos de conducción de agua, y los agregados pueden apilarsesobre tubos de saneamiento o planchas de metal, colocados a su vez sobre hogueras. Paraproteger el hormigón recién colocado, se emplean cortinas de dril colgadas de las vigasexteriores y rodeando completamente las partes del edificio recientemente coladas; lacalefacción se consigue con salamandras distribuidas por los pisos y próximas a la columnasexteriores. Al hormigón fresco que no esté protegido por bancos de tierra u obras deencofrado, hay que protegerlo con lonas, papel alquitranado o paja al final de cada jornada.

“Mampostería de hormigón. Cuando el hormigón ha de ser colado en trabajos en masa, sepueden mejorar el valor de éstos y ejecutarlos más económicamente, empleando piedraslimpias completamente embebidas en el hormigón y colocadas tan juntas como sea posible,cuando aun estén recubiertas por él”.



301




“Colada del hormigón bajo agua. En esta operación es esencial mantener tranquila el agua enel sitio de colada. Un buen procedimiento consiste en el empleo de tolvas, **convenientemente construidas y manejadas. El agregado grueso tiene que ser menor que elque se emplea ordinariamente y nunca mayor de 2.5 cm de diámetro. La grava facilita lamezcla y contribuye al flujo de cemento a través de las tolvas. La boca de la tolva debe quedarenterrada ene le hormigón, de modo que siempre quede cerrada completamente e impida que

entre en ella el agua que la rodea y de modo que se descargue el cemento sin que entre encontacto con el agua. La tolva debe quedar suspendida de tal modo que pueda bajarserápidamente en caso de necesidad, para desatorarla o evitar un flujo o derrame de materialesdemasiado rápido; el flujo o salida lateral no debe ser superior a 4.5 m. La corriente demateriales debe ser continua, para poder conseguir una masa monolítica y evitar la formaciónde lechada en el interior. En las grandes estructuras, hay que dividir la masa de hormigón envarios compartimentos y llenar uno cada vez. De esta manera se puede llegar a tan buenosresultados bajo el agua como el aire libre.”

Tratamiento para el curado del hormigón. En el proceso de endurecimiento de la masa,algunas de las reacciones químicas se verifican con mucha lentitud. Dichas reaccionesnecesitan agua y si ésta se evapora en los primeros días del fraguado, resultará un hormigóncon menos resistencia que si hubiese tenido la cantidad de agua necesaria, y, por lo tanto, esindispensable mantener el hormigón con la humedad adecuada hasta, por lo menos, diez días

después de la colada. Los pisos se deben cubrir con arpillera, arena o tierra, para evitar laevaporación, y las vigas, columnas y muros hay que rociarlos con agua desde el momento enque se retiren los encofrados. Este tratamiento es indispensable, muy especialmente, en laconstrucción de edificios, cuando sus partes sean relativamente delgadas y estén expuestas acorrientes de aire por todos lados y las superficies de muros y pisos sean extensas y de pocoespesor. En las construcciones pesadas de características voluminosas, como presas, pilaresy embalses, la humedad se evapora con mucha mayor lentitud.

Contracción del hormigón y cambios de temperatura. La contracción debida alendurecimiento y cambios de temperatura produce grietas cuyas dimensiones dependen de lasde la masa. Los esfuerzos que de ello resultan tienen mucha importancia en lasconstrucciones monolíticas y deben tenerse muy en cuenta por el proyectista, aunque no sepueden contrarrestar por completo, pero sí disminuirse sus efectos. Las grandes grietascausadas por un endurecimiento rápido o grandes diferencia de temperatura se pueden dividir,dentro de ciertos límites, en pequeñas grietas, colocando armaduras en el hormigón; en lasgrandes longitudes continuas de hormigón es mejor disponer juntas de contracción, si haypoco o ningún perjuicio por ello. El refuerzo de armadura ayuda y permite que el espacio entre

juntas de contracción sea mayor que cuando no hay armado. Las masas pequeñas o cuerposde poco espesor de hormigón no se deben unir a masas mayores o de mayor espesor sontomar disposiciones para la contracción en tales puntos. Son muy convenientes curvas deenlace semejante a las que se usan para la fundición de metales, pero de mayoresdimensiones, para ir reduciendo gradualmente desde el cuerpo más grueso hasta el másdelgado. Las grietas por contracciones pueden igualmente producirse en los puntos en que se

juntan cemento nuevo con cemento fraguado y, por lo tanto, al colar el hormigón, debenhacerse juntas de construcción siguiendo líneas horizontales y verticales y, a ser posible, enlos puntos en que estarían si la construcción fuese de sillería. Las losas de cubierta, muros deantepechos y muros exteriores deben armarse especialmente contra los cambios detemperatura.

Efecto del calor en el hormigón incombustible. Actualmente se han limitado los ensayos alfuego del hormigón y del hormigón armado porque la experiencia y los ensayos que se hicieronal principio demuestran que el hormigón es incombustible, a causa de que es mal conductordel calor y, por tanto, puede emplearse como seguridad contra incendios. La deshidratacióndel hormigón empieza, probablemente, a unos 260°C y se termina alrededor de 480°C, pero laexperiencia enseña que la volatilización del agua absorbe calor de la masa que la rodea, loque, junto con la resistencia de las celdillas de aire, tiende a aumentar la resistencia al calordel hormigón y el proceso de deshidratación se hace mucho más lento. El hormigón querealmente es afectado por el fuego se mantiene en posición y protege al que recubre. Variosensayos demuestran que una temperatura de 870 °C en los paramentos del hormigón sereduce a 260 °C a 5 cm de la superficie, dentro de las 2 a 4 horas. El agregado de caliza

resiste las temperaturas excesivas mejor que el granito, las rocas volcánicas, la arenisca o elcuarzo. El espesor de la capa protectora necesaria depende de la duración probable de unincendio que pueda producirse en las estructura, y su cálculo ha de basarse en el coeficiente



302




de conductibilidad del calor. El problema de la conductibilidad del hormigón requiere unestudio e investigación previos, antes de concretar un coeficiente definido para las diversasclases de hormigón. Sin embargo, en condiciones ordinarias, se recomienda que el metal delas vigas maestras o carrera y columnas se proteja con un espesor mínimo de 5 cm dehormigón; el de las vigas corrientes, con 3.8 cm; y el de las losas o placas de piso, con 2.5 cm.Se recomienda también que en las columnas monolíticas de hormigón, se considere éste como

cubierta protectora hasta una profundidad de 3.8 cm y no se incluya en la sección eficaz. Lasaristas de columnas, carreras y vigas se deben biselar o redondear, porque el fuego afectamás las esquinas vivas que las redondeadas.

Hormigón impermeable. “Se recomienda muchos procedimientos para hacer el hormigónimpermeable al agua en condiciones normales y también en ciertas condiciones de presión aque tiene que estar sometido en presas, embalses y conducciones de varias clases. Sinembargo, la experiencia enseña que si el hormigón tiene las proporcione debidas para obtenerla densidad máxima posible con una baja relación entre agua y cemento y está bien curado, laobra que resulta es impermeable con presiones moderadas. Un hormigón de consistenciatosca es más o menos permeable y se usan compuestos de varias clases que se mezclan conel hormigón o se aplican a su superficie para hacerlo impermeable. Muchos de estoscompuestos son eficaces solamente durante cierto tiempo y pierden con él su propiedad deimpermeabilizar el hormigón. En el caso de pasos subterráneos, muros de contención de granlongitud y depósitos, siempre que el hormigón sea por sí mismo impermeable, se puedenreducir las grietas por medio de un armado horizontal y vertical debidamente proporcionado ysituado, porque las pequeñas grietas que pueden producirse se rellenan bien pronto por símisma s con limo. Los preparados de alquitrán de hulla suelen aplicarse en forma de mastiqueo como recubrimiento de fieltros y paños, se usan para la impermeabilización y resisten a laacción de líquidos y gases. Para muros de contención y otros análogos, en contacto directocon la tierra, la aplicación de una o dos capas de brea de alquitrán de hulla caliente a la totalsuperficie seca del hormigón, constituye un procedimiento para evitar la penetración de lahumedad del suelo.”

Acabado de la superficie del hormigón. “La construcción de hormigón tiene sus

características propias y no se debe emplear para hacer una imitación de otros materiales deconstrucción. Uno de los problemas que se presentan en la construcción de hormigón es el

aspecto que se ha de dar a las superficies de sus paramentos. Se debe determinar deantemano y antes del colado del hormigón, cómo han de acabarse dichas superficies, y debeconducirse el trabajo de modo que sea posible el acabado que se proyecta. En muchasformad de construcción, se puede dejar la superficie en su estado natural, pero muchas veces,las huellas de las maderas t las planchas sobre las superficie resultan desagradables a la vista,pro lo que se hace necesario algún tratamiento especial. Este tratamiento suele consistir enfrotar la superficie mientras está fresca, o en rasparla con carborundum o herramientasdespués de su endurecimiento; esta operación hace desaparecer la película de mortero y dejavisibles los agregados; suele practicarse para hacer desaparecer las huellas de los encofrados,romper la monotonía de la superficie y darle una apariencia más agradable. El revoco sueleser mala solución, aunque esté bien hecho, porque la acción del hielo o de los cambio detemperatura le agrieta y descascarilla”.

Cantidades de materiales necesarias por metro cúbico de mortero de cemento. Un barril tipo de cemento pesa 160 kg y tiene una capacidad aproximada de 100 dm 3. Se havisto, por la experiencia, que 1750 kg de cemento producen un metro cúbico de masa deconsistencia normal para el trabajo. Un terncio de metro cúbico o 581 kg de masa y 1 m

3 de

arena ordinaria de construcción dan un metro cúbico de buen mortero de cemento 1:3. Segúnesto, 3.65 barriles de cemento serán suficientes para hacer un metro cúbico de mortero 1:3.Se ha visto que si se mezcla cemento con arena, en la proporción de 1:3, el volumen de lamezcla no aumenta con relación al de la arena.

Si se substituye 10% de cemento, en volumen por cal hidratada, como suele hacerse confrecuencia, para hacer que le mortero sea más fácil de trabajar, las cantidades necesarias paraun metro cúbico de mortero 1:3 serán las que siguen, a base de sacos de cal, que pesen 25kg.



303




Cemento%

Cal%

Proporciónde arena

CalCemento

Kilogramos

ArenaMetroscúbicos

Kilogramos Sacos

90 10 1:3 24 0.95 523 1.00La cantidad de mortero necesaria para fábrica corriente de ladrillos varía con el espesor del

muro y el ancho de las juntas con mortero. Las cantidades de la pequeña tolerancia prodesperdicio:Tabla VI. Mortero necesario para colocar 1000 ladrillos

Ancho del mortero en las juntas en centímetros

0.3 0.6 1 1.25 1.6 2

Cantidades de mortero,decímetros cúbicos

127 255 382 509 637 764

Cantidades de material necesarias por metro cúbico de hormigón. Aunque elprocedimiento de la relación de agua a cemento se va generalizando, en vez del procedimientode la relación de agua a cemento se va generalizando, en vez del procedimiento empírico, esteúltimo aun se emplea bastante en muchos reglamentos de construcción y oficinas de

arquitectos y, por lo tanto, daremos detalles de los dos.

1. Cantidades empíricas. Las proporciones usuales específicas, que dependen de laaplicación que se ha de dar al hormigón, son: 1:1.5:3; 1:2:4; 1:2.5:5; y 1:3:6, en las que laprimera cifra se refiere a la parte, en volumen, de cemento, la segunda representa la arena oagregados finos y la última es la proporción de piedra machacada o agregados gruesos.

La cantidad de decímetros cúbicos de cemento para un metro cúbico de hormigón sedetermina por la fórmula:

g scCemento

1334

en que: c = número de partes de cemento; s = número de partes de agregado fino; g = númerode partes de agregado grueso, y 1334 = número determinado por la experiencia. Determinada,

de este modo, la cantidad de cemento, se pueden calcular fácilmente la cantidad deagregados, fina y gruesa, con arreglo a sus proporciones en volumen. Las relaciones de lamezcla antes mencionadas darán los siguientes volúmenes de cemento y agregados para unmetro cúbico de hormigón:

333

333

333

333

726;363;24235.11

1334

3:5.1:1

785;393;15755.21

1334

5:5.2:1

798;399;133631

1334

6:3:1

764;382;191421

1334

4:2:1

dm gravadmarenadmCemento

Mezcla


Mezcla


Mezcla

dm gruesoagregadoo gravadm finoagregadooarenadmCemento

Mezcla

Estos cálculos están hechos en las condiciones de un laboratorio y son exactos. Sin embargo,en la práctica, hay ciertas pérdidas de material por mermas y otras causas y los constructorestienen en cuenta cierto margen de tolerancia, cuando calculan los ingredientes necesarios parahacer un metro cúbico de hormigón de las proporciones determinadas. Con este objeto, sesuele poner en todas las mezclas una proporción de un metro cúbico de agregado grueso ymedio metro cúbico de agregado fino, variado solamente la proporción de cemento en lasdistintas relaciones. Mr. Allen, de Aberthaw Construction °C de Boston, establece que:

“Cuando se estiman las cantidades, no se llenarán las condiciones de seguridad, si se



304




disminuyen las siguientes proporciones de cemento para mezclas de las siguientesrelaciones”.

1:1.5:3 267 dm3 de cemento por metro cúbico

1:2:4 221 dm3 de cemento por metro cúbico

1:2.5:5 187 dm3 de cemento por metro cúbico

1:3:6 160 dm3

de cemento por metro cúbico

2. Relación de agua a cemento. En este procedimiento, la cantidad de cada material queentra en la mezcla, incluyendo el agua, se determina paro ensayos experimentales demuestras, o se toma de las tabls publicadas por Joint Committee on StandardSpecifications for Concrete an reinforced Concret. El volumen del hormigón, mientras estáen estado plástico, es igual a la suma de los volúmenes absolutos del cemento, losagregados y el agua. Los volúmenes se calculas del modo siguiente, teniendo en cuentalos pesos y densidades de los materiales.

densidad

pesoabsolutoVolumen

Supongamos que la mezcla ha de consistir en un saco de cemento de 50 kg, 66 decímetroscúbicos de agregado fino y 123 decímetros cúbicos de agregado grueso, mezclado todo ellocon 25 litros de agua por saco de cemento. Se pueden tomar para os pesos, además del sacode cemento que pesa 50 kg y equivale a un volumen de 33 dm 3, que el agregado fino pesa 1.8kg por decímetro cúbico, el agregado grueso, 1.6 kg por decímetro cúbico, y el agua, 1 kg pordecímetro cúbico. La densidad del cemento es 3.1 y la de los agregados corrientes 2.65.

El volumen de cemento se calcula del modo siguiente:

3

3

3

3

3

160

251

251

7465.2

1236.1

4565.2

668.1

161.3

150

dmhormigóndel total Volumen

dm x

aguadeVolumen

dm x

grueso Agregado

dm x fino Agregado

dm x

Cemento

Para un metro cúbico de hormigón, se necesitarían:

olitrosdm x

Agua

dm x

grueso Agregado

dm x fino Agregado

kg dm sa x

Cemento

3

3

3

3

156160

100025

769160

1000123

412160100066

313206cos25.6160

10001

Costos de hormigón. Los costos del hormigón están sujetos a grandes variaciones, según lasregiones, pues dependen de factores tan variables como el costo del cemento, los agregados yla mano de obra. Al costo del cemento, arena y piedra machacada, entregados en el lugar dela construcción, hay que añadir los costos de descarga y almacenaje de los materiales y de lafuerza motriz y el agua. Deben deducirse créditos del costo del cemento por la devolución desacos vacíos y por descuentos por pago al contado. Los costos de mano de obra dependen

del tamaño de la construcción y los métodos de mezcla y colado del hormigón. Se empleanahora hormigoneras mecánicas, excepto en labores muy pequeñas, y el tamaño de la



305




hormigonera mecánicas, excepto en labores muy pequeña, y el tamaño de las hormigoneradepende de la cantidad de hormigón a colocar y la velocidad de esta operación. El hormigónpuede transportarse en carretillas de mano hasta los encofrados o puede ser elevado hastauna torre y correr por conductos y canales hasta los mismos. El costo de una instalación conelevadores, torres y canales es elevado, pero reduce el costo de la mano de obra del coladodel hormigón.

Como ejemplo del costo en dólares de un metro cúbico de hormigón de 1:2:4, sobre el lugardel trabajo, se dan los siguientes cálculos:

Cemento, 0.190 m3 a $ 27.90 $ 5.30

Arena, 0.380 m3 a $ 1.05

Piedra, 0.760 m3 a $ 3.92 2.98

Mano de obra, fuerza motriz y agua 3.00

Maquinaria 2.00

$ 14.33

La mano de obra corriente a 75 cts, hora variará de $ 2.00 a $ 4.00 por metro cúbico

Si el trabajo se realiza en tiempo de helada, deberá añadirse al costo total por metro cúbico, elcosto de calentar el agua y los agregados y el de protección del hormigón fresco.

El peso del hormigón varía desde 1760 a 2480 kg por m 3 , según el material empleado. Elhormigón de las proporciones corrientes pesa de 2240 a 2400 kg por m

3. El de roca volcánica,

de 2370 a 2480 kg pro m3; el de caliza o grava, de 2270; el de carbonilla, de 1280 a 1840. Los

promedios corrientemente usados son 2400 para hormigón de piedra y 1730 para el decarbonilla.

En el cálculo de los agregados se emplean generalmente 1760 kg por metro cúbico para laarena, y 1600 kg por metro cúbico para la piedra machacada.

Algunos ejemplos de hormigón de cemento Pórtland. De lo que antecede, se deduce quelas proporciones de la mezcla para fundaciones del hormigón armado y del hormigón en masavarían desde 1:1.5:3 hasta 1:3:6. A continuación, damos algunos ejemplos.

Fundaciones de United States Naval Observatory, Georgetown, DC.: 1 parte de cemento, 2.5de arna, 3 de grava y 5 de piedra machacada (191 kg de cemento entran en 1 m3 de

hormigón).

Fundaciones de la catedral de St. John the Divine, Nueva York: 1 parte de cemento Pórtland,2 partes de arena, 3 partes de grava cuarzosa en trozos de 3.9 a 5 centímetros de diámetro(348 kg de cemento entran en 1 m

3 de hormigón).

Edificio de la Maniatan Life Insurance, Nueva York, colado con cajones: 1 parte de cemento Alsen Pórtland, 2 partes de arena, 4 partes de piedra machacada.

Edificio Johnston (15 pisos), Nueva York, colado con cajones: 1 parte de cemento Pórtland, 3partes de arena, 7 partes de piedra, rematado en la parte superior con fábrica de ladrillo, con 1parte de cemento y 3 partes de grava.

El profesor Baker dice que las fundaciones del monumento a Washington se hicieron con 1parte de cemento Pórtland, 2 partes de arena, 3 partes de grava y 4 partes de piedramachacada, y que esta mezcla resistió, a los 6 meses de puesta en obra, 140 kg porcentímetro cuadrado, o sea, 1400 toneladas por metro cuadrado.



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TEMA: CONCRETOREFER: CONST. DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS – CAPECO


ENCOFRADOS FIERRER ANOVIEMBRE 2001

CONCRETO

CEMENTO

1) TIPOS

a) Cemento Pórtland ASTM* Tipo I. Es el cemento de uso general.b) Cemento Pórtland Puzolanico ASTM* Tipo Ip. Son cementos que se logran de la mezcla de

cemento Pórtland tipo I puzolanas.

La fragua y el ritmo de obtención de la resistencia de los cementos puzolanicos depende de laactividad de las puzolanas y de la proporción de cemento tipo I en la mezcla.

Por lo general los cementos puzolanicos hidratan más lentamente que el Pórtland Tipo I y porlo tanto requiere un periodo de curado mas prolongado; sin embargo su resistencia final esaproximadamente la misma que la del cemento Pórtland Tipo I.

c) Cemento Pórtland ASTM* Tipo II. Es un cemento que se usa cuando se requiere concretosresistentes al ataque moderado de sulfatos del terreno y/o agua. Este cemento genera pococalor en el proceso de hidratación del cemento y es aplicable también en construcciones deconcreto masivo.

d) Cemento Pórtland ASTM* Tipo V. Es un cemento que se usa en estructuras de concretosometidas al ataque intenso de sulfato.

2) ALMACENAMIENTO

El cemento almacenado debe mantenerse seco.

Deberá tenerse cuidado con el agua del suelo, es preferible construir un tabladillo de manerade separar las bolsas del suelo.

Deberá también evitarse que la humedad del ambiente, tales como la brisa marina y garúaimpregnen las bolsas. Para evitarlo las bolsas deberán almacenarse juntas dejando la menorcantidad de vacíos entre ellas y cubriéndolas con plásticos o bolsas vacías.

En climas lluviosos el cemento deberá almacenarse en recintos cerrados libres de humedad.

* Se refieren al America Society for Testing and Materials. La norma correspondiente alcemento es la C-150AGREGADO GRUESO (PIEDRA)

1. El agregado grueso será grava ó piedra, ya sea en su estado natural triturado o partida, degrano compacto y de calidad dura.

Debe ser limpio y estar libre de polvo, materia orgánica, greda u otras sustanciasperjudiciales y no contendrán piedra desintegrada mica o calibre. Estará bien graduadodesde la malla ¼”hasta el tamaño máximo especificado para el concreto.

2. La gradación conformara con los límites de granulometría de la norma ASTM CBB queaparecen en la tabla siguiente.

Tamaño NominalPORCENTAJES QUE PASAN LAS SIGUIENTES MALLAS

2” 1 ½” 1” ¾ ½ 3/8 Nº 4 Nº 8

2” 35 –100 - 35 – 70 - 10-30 - 0-5 -1 ½” 100 95 – 100 - 35 - 70 - 10 - 30 0-5 -1” - 100 95 -100 - 20-25 - 0-10 0 - 5¾ - - 100 90 –100 - 20 - 55 0-15 0 - 5½” - - - 100 90-100 40 - 70 10-30 0 - 53/8” - - - - - 85 - 100 0 - 10

3. El almacenaje de cada tamaño de agregado grueso se efectuara por separado y de talmanera de evitar segregación o contaminación con otros materiales o con otros tamañosde agregados.

Las rumas de agregado serán formadas en base a capas horizontales no mas de un metro deespesor, debiendo completarse íntegramente una capa antes de comenzar la siguiente.

AGREGADO FINO (ARENA)

1. El agregado fino será arena natural, limpia que tenga granos sin revestir, resistente fuertes yduros, libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamoso,esquistos, álcalis ácidos, materia orgánica, greda u otras sustancias dañinas.



2




2. La arena de playa no debe ser usada sin tratamiento en la preparación del concreto. Ellacontiene cantidades grandes de sal y debe ser lavada con agua fresca. El agua usada enel lavado debe drenarse de la arena. En la preparación de concreto masivo si es posible eluso de arena de mar sin lavar. Cuando se usa arena de playa o de desembocadura de ríosdeberá usarse agua dulce en la preparación del concreto.

3. ALMACENAMIENTO. En el almacenaje del grano fino se efectuará de tal manera de evitarsu segregación y contaminación con otros materiales o con otros tamaños de agregados.

Las rumas de agregados deben formase en base a capas horizontales de no mas de un metrode espesor, debiendo completarse íntegramente una capa antes de comenzar la siguiente.

AGUA

1. el agua para la preparación del concreto será fresca, limpia y bebible.



3




2. Las impurezas en el agua pueden interferir con la fragua inicial del cemento, afectar laresistencia del concreto, provocar manchas en su superficie y también, originar lacorrosión de la armadura.

3. Se puede usar agua no bebible solo cuando mediante pruebas previas a su uso, seestablezca que los cubos de mortero hechos con ella, dan resistencia iguales o mayores al90% de la resisitencia de cubos similares elaborados con agua potable.

4. Cuando el agua contenga sólidos en suspensión se almacenara antes de usarla, demanera que los sólidos se sedimenten.

5. Cuando no haya otro recurso, se podrá usar agua de mar, excepto en concretopretrenzado, teniéndose en cuenta lo siguiente:

a. El agua de mar disminuye la resistencia final del concreto en aproximadamente 15%.

b. El agua de mar tiende a producir humedad permanente y eflorecencia en la superficiedel concreto terminado.

c. El agua de mar incrementa el peligro de corrosión del refuerzo cuando el concreto estaexpuesto a climas húmedos.

Cuando el concreto esta permanente bajo agua dulce o salada, no existe riesgo decorrosión.

6. Las aguas naturales ligeramente ácidas son inofensivas; pero las aguas que contienenácidos orgánicos pueden afectar de manera adversa el endurecimiento del concreto.

7. No debe usarse agua de acequia u otros que contengan materia orgánica.

TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO

El tamaño máximo del agregado grueso (piedra) no será mayor de:

a. 1/5 de la dimensión mas angosta entre costados del encofrado, o

b. 1/3 del espesor de losas.

c. ¾ de la distancia libre entre barras o paquetes de barras o cables pretensores.

1. El valore f ć corresponde a la resistencia a la rotura por compresión a los 28 días de uncilindro estandar de 6” de diámetro y 12” altura, elaborado y curado en condicionesoptimas y cargado a un determinado ritmo en la maquina de prueba.

2. En los planos y/o especificaciones se indica el valor de la resistencia del concreto f ć. Estevalor se establece a partir de la base que no mas de una de cada 10 pruebas de un valordebajo del especificado.

3. El valor f ć cuando se evalúa estadísticamente, mide el potencial de concreto utilizado.

4. El concreto real de la estructura tiene una relación razonable con f ć siempre cuando sutransporte, colocación y compactación se efectúe adecuadamente. Cuando estos procesoson óptimos se logra usar el potencial total del concreto.

5. Al determinar el valor promedio de f ćR a obtenerse en una obra determinada debeaumentarse el valor f ć de los planos. De los contrario, por simple ley de probabilidades, lamitad de los resultados darán menos f ć y la otra mitad mas de f ć.

6. El incremento necesario sobre f ć dependerá de la calidad de construcción. Esta a su vezdepende de: a. mano de obra, b. Equipo, c. Materiales y d. Control de la mezcla.

7. Los factores K para el incremento de f ć, de modo tal que f ćR = K f ć se pueden establecerconservadoramente de la tabla siguiente.

CONDICIONES K

- Materiales de calidad muy controlada, dosificación por pesado, supervisión especializadaconstante.

- Materiales de calidad controlada, dosificación por volumen, supervisión especializadaesporádica.

- Materiales de calidad controlada, dosificación por volumen, sin supervisión especializado.

- Materiales variables, dosificación por volumen sin supervisión especializada.

1.15

1.25

1.35

1.50

8. Para concreto pre-mezclado se recomienda el valor 1.25, el que se puede reducirgradualmente al irse constatando esta posibilidad mediante los ensayos de testigos.



4




9. A manera de referencia, como punto de partida, se puede emplear la siguiente relación deproporciones agua/cemento (a/c). Ellas incluyen un coeficiente de seguridad constante deaproximadamente 75 kg/cm2 y deberán afinando en el proceso constructivo.

f ć (kg/cm2) A/c

175210

245

280

0.670.58

0.51

0.44

DISEÑOS DE MEZCLAS

1. El método que se presenta es un método simplificado y conservador que no tiene encuenta todas las variables que intervienen en el diseño de mezclas para concreto.

2. DATOS. Se requiere la siguiente información:

- f ć. Resistencia del concreto a los 28en testigos cilíndricos de acuerdo al ASTM.Indicada en los planos.

- Slump. Medida de la trabajibilidad del concreto.

Para compactación son vibrador usar 2” a 3”. Para compactación manual usar 3” a 5”.

- Tamaño máximo del agregado grueso.

- Porcentaje de la arena que se pasa malla 20 (ASTM)

3. PROCEDIMIENTO

a. Con el valor de f ć obtener la relación agua/cemento indicada en el acápiteDOSIFICACIÓN DEL CONCRETO resultado (1)

b. Con el slump y el tamaño de máximo de agregado determinar el contenido de agualibre del cuadro siguiente resultado (2)

c. Obtener el contenido de cemento en kg/M3 resultado Resultado = Resultado

d. Obtener el contenido de agregados en Kg/M3

2400 – Resultado

- Resultado

= Resultado

e. Obtener el tipo de arena del cuadro siguiente.

f Determinar la proporción de agregado fino usando el tamaño máximo del agregadogrueso y el tipo de arena, usando el cuadro siguiente.Resultado

slump

Tamañomáximode agregado

1/2" –2" 2" - 3" 3" - 5"

1/2" 190 215 240

3/4" 175 200 215

1 1/2" 160 180 195

% que pasamalla 20

Tipo de arena

20 – 45

46 – 65

66 – 90

más de 90

I

II

II

IV



5




9. Determinar la cantidad de arena en kg/M3

i. En resumen las proporciones serán:Material En kg/M3 En otras unidades

Cemento

Agua Arena

piedra

Resultado

Resultado ② Resultado ⑥

Resultado ⑦

Dividir por 42.5 para bolsas/M3

Iguales en litrosDividir por 1600 para M3/M3

Dividir por 1700 para M3/M3

EJEMPLO

Datos : f’c = 210 kg/cm2

Slump (consolidación por vibrador) = 3” Tamaño máximo de agregado grueso = ¾” Porcentaje arena que pasa malla 20 = 50

Resultado① 58.0/ cemento Agua

Resultado② 200 libreaguacontenido

Resultado③

3/345

58.0

200

M kg cementodecontenido

Resultado④ 3/18553452002400 M kg cementodecontenido

Tipo de arena II

Resultado⑤ %40 finoagregadode proporcion

Resultado⑥ kg xarena 7421855100

40

Resultado⑦ kg piedra 11137421855

RESUMEN:

Cemento 33/8/345 M bolsas M kg

Agua litroslitros 200200

Arena 346.0742 M kg

Piedras 365.01113 M kg

RESISTENCIA QUIMICA

Tipo de

arena

Tamañomáximode agregado

I II III IV

1/2" 60 50 40 353/4" 50 40 36 25

1 1/2" 45 35 26 23

74100

5Re REsultado xREsultado

sultado



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1. GENERALIDADES. El concreto es un material sumamente resistente al ataque químico, sinembargo, ciertas sustancias lo atacan gradualmente u otras corroen las armaduras cuando elconcreto no esta bien compactado o esta fisurado. A continuación se clasifican efectos en unaescala creciente de ataque y se listan diferentes sustancias en la calificación correspondiente.

2. CALIFICACIÓN DEL EFECTO.

I. Ninguno

II. En concreto poroso o fisurado la sustancia ataca al acero.

La corrosión del acero bota el concreto de recubrimiento.

III. Desintegración lenta.

IV. Desintegración rápida.

3. PROTECCIONES

A. En los casos II, III y Iv debe cubrirse el concreto con pinturas, membranas o enchapesresistentes químicamente.

Los que deben fijarse al concreto de manera impermeable y estable.

B. En el caso de concreto en presencia de sulfatos debe usarse cementos especiales. Paracontenidos de sulfatos (medios en partes por millón, ppm) de:

150 – 999 → usar cemento Pórtland tipo II 1000 – 1999 → usar cemento Pórtland tipo V

2000 ó más → usar cemento Pórtland tipo V y recubrimiento, según (A)

USTANCIA EFECTO ACIDOS Acético Aguas Ácidas ph < 6.5Carbónico ppm > 0.9Clorhídrico 10% ó másLáctico 5% ó másNítrico 3% ó másSulfúrico 10% ó más

Sulfúrico 10% < y conpresencia de humedadSulfuroso

IIIIIIIIVIIIIVIV

IIIIV

SALES Y LCALISBicarbonatoCarbonatosClorurosCloruros en ciclossecos y mojadosoxalatosSulfato (ver protecciones B)

III

IIII

DERIVADOS DEL PETROLEO Aceites lubricantes Aceites pesadosGasolina

Kerosene

III

I

SUSTANCIA EFECTO ACEITES VEGETALES En General IIIGRASAS ANIMALES En el General III AGUA DE MAR Y Suelos (Versulfatos)OTROS AzúcarCarbónCervezaCokeDesagüe (ver ácidos sulfúrico)Escapes de motoresFrutasGas de cloroGranosLeche (ver ácido láctico)LodoMielOrinaSoluciones de ZincSoda CáusticaTabacoUreaVaporVinagreVino

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

TRANSPORTE

1. El concreto puede ser transportado satisfactoriamente por varios métodos: carretillas,chutes, buggy, elevadores, baldes, fajas y bombas, la descripción de que método empleardepende sobre todo de la cantidad de concreto por transportar, de la distancia y dirección(vertical u horizontal) del transporte y de consideraciones económicas.

2. las exigencias básicas un buen método de transporte son:

a. No debe ocurrir segregación, es decir separación de los componentes del concreto. Lasegregación ocurre cuando se permite que parte del concreto se mueva más rápidoque el concreto adyacente.

Por ejemplo: el traqueteo de las carretillas con ruedas metálicas tiende a producir que

el agregado más grande se hunda mientras que la lechada asciende a la superficie;Cuando se suelta el concreto desde una altura mayor de 1 m. el efecto es semejante.



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b. No debe ocurrir perdida de materiales, especialmente de la pasta de cemento. Elequipo debe ser estanco y su diseño debe ser tal que asegure la transferencia delconcreto sin derrames.

c. La capacidad de transporte debe estar coordinada con la cantidad de concreto acolocar, debiendo ser suficiente para impedir la ocurrencia de juntas frías. Debe tenerseen cuenta que el concreto debe depositarse en capas horizontales de no las de 60 cms.De espesor, cada capa colocarse cuando la inferior esta aun plástica permitiendo lapenetración del vibrador.

3. El bombeo es un método muy eficiente y seguro para transportar concreto. Debe tenerse encuenta lo siguiente:

a. No se puede bombear concreto con menos de 3” de slump: segregara y la tubería seobstruirá.

b. No se puede bombear concretos con menos de 7 sacos de cemento por m3. el cementoes el lubricante y por debajo de esas cantidades es suficiente: el concreto atascara la

tubería.c. Antes de iniciar el bombeo concreto debe lubricarse la tubería, bombeando una mezclamuy rica en cemento o, alternativamente, una lechada de cemento y arena con untapón que impida el flujo descontrolado.

d. El bloqueo de la tubería puede ocurrir por: bolsón de aire, concreto muy seco o muyfluido, concreto mal mezclado, falta de arena en el concreto, concreto dejadodemasiado tiempo en la tubería y escape de lechada por las uniones.

COLOCACION

ATENCIÓN

EL CONCRETO SEGREGARA Y SUS COMPONENTES SE SEPARANSI NO ES ADECUADAMENTE COLOCADO EN LOS ENCOFRADOS

1. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN LA PARTE ALTA DE UNAFORMA ANGOSTAa. CORRECTO. Descarga el concreto en una tolva que alimenta a

su vez un chute flexible. De esta manera se evita lasegregación, el encofrado y el acero que el concreto los cubra.

b. INCORRECTO. Si se permite que el concreto del chute o delbuggy choque contra el concreto el encofrado o rebote contra elencofrado y la armadura, ocurrirá segregación del concreto ycangrejeras en la parte inferior.

2. CONSISTENCIA DEL CONCRETO EN FORMAS PROFUNDAS Y ANGOSTAS

a. CORRECTO: Utilizar un concreto cada vez mas seco (usando unslump variable) conforme sube el llenado de concreto en elencofrado.

b. INCORRECTO: Si se usa un slump constante ocurre exceso deagua en la parte superior de la llenada, con perdida de resistenciay durabilidad en las partes altas.

3. COLOCACIÓN DEL CONCRETO A TRAVES DE ABERTURAS

a. CORECTO: Colocar el concreto en un bolsón exterior alencofrado, ubicado junto a cada abertura, de tal manera que elconcreto fluya al interior de la misma sin segregación.

b. INCORRECTO: Si se permite que el chorro de concreto ingreselos encofrados en un ángulo distinto de la vertical. Esteprocedimiento termina, inevitablemente, en segregación.



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4. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN COLUMNAS Y MUROS MEDIANTE BOMBA.

5. COLOCACIÓN EN LOSAS

a. CORRECTO: Colocar el concreto contra la cara del concretollenado.

b. INCORRECTO: Colocar el concreto alejándose del concretoya llenado.

6. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN PENDIENTES FUERTES

a. CORRECTO: Colocar una retención en el exterior del chute para evitar lasegregación y asegurar que el concreto permanece en la pendiente.

b. INCORRECTO: Si se descarga el concreto del extremo libre del chute en lapendiente, ocurre segregación y el agregado grueso va al fondo de la pendiente.

Adicionalmente la velocidad de descarga tiende a mover el concreto hacia la parteinferior.

7. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN PENDIENTES SUAVES

a. CORRECTO: Colocar el concreto en la parte inferior de la pendiente de modo tal quese aumenta la presión por el peso del concreto añadido. La vibración proporciona lacompactación.

b. INCORRECTO: si se comienza a colocar el concreto en la parte alta de la pendiente,la vibración transporta el concreto hacia la parte inferior.

8. VIBRACION

a. CORRECTO: Los vibradores deben penetrar verticalmente unos 10 cms en lallenada previa. La ubicación de los vibradores debe ser a distancias regulares,sistemáticas, para obtener la compactación correcta.

b. INCORRECTO: Si se penetra al azar, en diferentes ángulos y espaciamientos sinalcanzar la llenada previa, se impide la obtención del monolitísmo del concreto.



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9. BOLSONES DE AGRAGADOS GRUESOS

a. CORRECTO: Cuando ocurre un bolsón de piedras, trasladarlas a una mas arenosa ycompactar con vibración o con pisadas fuertes.

b. INCORRECTO: Si se trata de resolver el problema añadiendo mortero al bolsón deagregado grueso.

COMPACTACION

CONSISTENCIA

1. El concreto tal como se coloca en el molde tiene una cantidad importante de aire atrapado. Sise le permite endurecer en esta condición el concreto resultante seria desuniforme, débil,poroso y de mala apariencia: la mezcla debe ser dosificada si ha de tener las propiedadesnormalmente deseadas y si ha de realizar el potencial del concreto.

2. Se llama compactación al proceso de retirar el aire atrapado por el concreto fresco colocadoen el molde o encofrado. Se puede emplear varios métodos y técnicas, dependientes de : (a)la Trabajabilidad de la mezcla, (b) las condiciones de colocación y (c) el agrado de aleaciónrequerido.

3. La Trabajabilidad es la propiedad de la mezcla de concreto que determina la facilidad conque se manipulado, compactado y terminado. Incluye características totales como laconsistencia, la cohesividad y la fluidez.

4. Si bien la Trabajabilidad depende del tamaño, gradación y forma del agregado y de laproporción cemento- agregado, el control primario de la misma se realiza variando laconsistencia a través de modificaciones del contenido de agua.

5. El método del cono de Abrahms – o mas comúnmente prue ba de “slump” se utiliza paraindicar la consistencia de las mezclas.

Descripción deconsistencia

Slump (en pulgadas) Metodo de compactacion

TiesaTiesa-plastica

Plastica

fluida

0 – 1” 1 – 2

3 – 4

5 - 7

Compacatcion por vibración ypresion

Vibración normal

chuceado

6. La consistencia de la mezcla debe ser compatible con el quipo de compactación que seutilice. Si falta Trabajabilidad el concreto no se compactara adecuadamente. Si hay excesode Trabajabilidad se estará empleando una mezcla mas costosa de lo necesario y,probablemente de inferior calidad. Mas aun, el exceso de Trabajabilidad va acompañado deinestabilidad de la mezcla produciendo tendencia a la segregación.

METODOS

1. MANUALES. Cierto grado de compactación se obtiene por la simple acción de la gravedad al

depositar el concreto en los encofrados. Esto es particularmente cierto para mezclar deconsistencia fluida, que requieren energía de compactación muy pequeña, tal como elchuceado manual sin embargo la calidad del concreto obtenido de esta manera es relativa.

Sin embargo la calidad del concreto obtenido de esta manera es relativamente pobre,debido a la alta relación agua/cemento necesaria.

2. MECÁNICOS. El método de compactación mecánico mas usual es la vibración. La vibraciónse adopta especialmente a mezclas de consistencia tiesa – plástica, debiendo en cada casosuministra la cantidad de energía necesaria.

VIBRACION

1. En términos simples la vibración consistente en cometer al concreto fresco a impulsosvibratorios rápidos, los que “licuefactan” el mortero reduciendo drásticamente la fricción

interna. En esta condición el concreto se asienta, como un líquido, por acción de lagravedad. Al descontinuarse la vibración, la fricción interna se restablece.



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2. El proceso de compactación por vibración consta de dos etapas que muchas veces ocurrensimultáneamente.

a. Subsustencia, en que el concreto pierde su forma inicial, se ubica en los encofrados,rodea la armadura y se eliminan los grandes bolsones de aire y quedan burbujas hastade 2.5 cms. de diámetro.

b. De – aireación, en que se retira gran parte de las burbujas de aire, obteniéndose una

mezcla densa, resistente y de buen acabado. Este proceso debe prolongarse hasta quevisualmente se constante que no hay burbujas grandes. No es posible la remoción totaldel aire.

3. El movimiento de un vibrador sigue las leyes del movimiento armónico simple, caracterizadospor que las partículas siguen ondas sinusoidales.

4. Cuando el vibrador es introducido en el concreto, la cabeza vibradora, bajo carga, tiene unaamplitud menor que la amplitud libre. El concreto es sometido a impulsos vibratorios queproducen ondas que emanan perpendicularmente a la cabeza. Estas ondas de presiones

son las responsables de la compactación.5. La energía de compactación y su area efectiva de acción dependen del peso de la excéntrica

(w), de la amplitud (a) y de la aceleración (A).

6. La siguiente es una clasificación aproximadamente de vibradores y su campo de aplicación.

USO CARACTERÍSTICAS DEL VIBRADOR CONDICIONES DEVIBRACION

Consistenciadel concreto

Tamaño desecciones

notas

D i á m e

t r o d e

l a c a

b e z a

( c m

)

F r e c u e n c

i a

( c i c l o s p o r

s e g u n

d o

)

F u e r z a

c e n

t r i f u g a

( k g

)

A c e

l e r a c

i ó n

( e n g

s )

A m p

l i t u d

l i b r e

( e n c m

)

R a

d i o d e

a c c

i o n

( e n

c m

)

R i t m o

d e

c o

l o c a c

i ó n

e l c o n c r e

t o

( m 3 / h )

Plástica

Plástica

Tiesa – plástica

Tiesa - plástica

Menos de15 cm-

-

concretomasivo

12

2

3

2 – 43 – 6

5 – 9

8 - 15

170 - 250140 - 400

320 - 900

680 - 1800

45-180140-400

320-900

680-1800

40 –20040 – 200

40 – 200

40 - 200

0.04-0.080.05-0.10

0.06-0.13

0.08-0.15

8-1513-25

18-35

30-50

0.8-423-8

4.6-15

11-31

NOTAS:

1. Complemento para vibradores más grandes

2. Construcción en general.

3. Construcción pesada.



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COLOCACIÓN ESPECIAL

EN CLIMAS CALUROSO

1. La construcción ideal para concreto es un día cubierto, sin viento, húmedo y con unatemperatura entre 8 y 20” c.

2. El concreto a 16” C fragua en 2 ½ horas y esta totalmente duro en 6 horas.

A 35” C estos periodos se reducen a menos de la mitad. Consecuentemente, la posibilidad de juntas frías y la dificultad de acabado aumentan con temperaturas crecientes. Adicionalmente la velocidad de evaporación aumenta en climas calurosos con los peligrosconsecuentes de faltas de hidratación del cemento y fisuración del concreto.

3. El objetivo central al colocar concreto en climas calurosos caluroso debe ser colocarconcreto que este frío y mantenerlo frió, con este propósito son recomendables lassiguientes medidas:

a. Mantener los agregados cubiertos protegidos del sol directo, regalándoloscontinuamente.

b. Obtener el agua mas fría posible y, en caso de agua de reservorio, mantenerloscubiertos y protegidos del sol.

c. Regar abundante el encofrado previo a la colocación del concreto.

d. El transporte colocación y compactación del concreto debe efectuarse con la mayorrapidez. El equipo necesario para este fin debe estar previsto y preparado deantemano.

e. E concreto recién colocado debe cubrirse con lonas u otras telas pesadas.

f. El curado deberá iniciarse a la brevedad y de preferencia será efectuado mediante laprovisión de agua.

g. En caso de climas extremos será necesario enfriar los agregados y/o el agua para

preparar el concreto.EN CLIMAS FRIOS

1. Se tomaran precauciones especiales cuando el concreto se coloque en días cuyatemperatura sea menor de 5ºC.

2. si el concreto se hiela antes de alcanzar aproximadamente 35kg/cm2 deberá ser retirado.

3. el objetivo central de colocar concreto en climas fríos deberá ser conseguir que alcance laresistencia de 35 kg/cm2 sin sufrir heladas, con este propósito son recomendables lassiguientes medidas.

a. No deberá prepararse concreto con agregados cuya temperatura sea inferior a O’ C óque contengan nieve o hielo.

b. No deberá colocarse concreto a temperaturas menores de 0º C cuando la temperaturaeste subiendo o menores de 8 7 C cuando la temperatura este bajando.

c. Deberá retirarse la nieve o el hielo de los encofrados.

d. El transporte, colocación y compactación del concreto debe efectuarse con la mayorrapidez. El equipo necesario para este fin debe estar previsto y preparado deantemano.

e. El concreto recién colocado debe protegerse con mantos o cubiertas gruesas deplatico colocados a unos 10 cms de la superficie del concreto, para crear una colchónaislante de aire que impida la perdida del calor de hidratación.

f. Excepto en climas muy secos, no se requiere curado cuando la temperatura semantiene por debajo de 10º C. En caso de requerirse curado se preferirá el curado

con membranas.



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g. En caso de climas muy fríos será necesario calentar los agregados y/o agua parapreparar el concreto.

CURADO

ATENCIÓN:

SI NO SE CURA EL CONCRETO ESTE NO ALCANZARA SU RESISTENCIA POTENCIAL, ADEMÁS PODRA RISURARSE Y TENDRA DURABILIDAD REDUCIDA.

1. El concreto endurece y adquiere resistencia debido a la reacción química entre el cementoy el agua (hidratación del cemento).

2. la hidratación del cimiento es un proceso que toma un tiempo largo, medible en años; esinicialmente rápida y se vuelve cada vez mas lenta conforme avanza el proceso.

3. el proceso de curado consiste en proveer al concreto del agua necesaria, por el debidotiempo a temperaturas por encima de 5º C. Por debajo de esta temperatura la hidratacióndel cemento es prácticamente nula.

4. además de la obtención de la resisitencia, el curado del concreto es necesario por lossiguientes motivos.

a. se posterga la contracción de fragua. Si se permite que la superficie del concreto seseque antes de la fragua final al concreto se contrae produciéndose rajaduras.

b. Se reduce la deformación diferida. Cuando el concreto es sometido a cargas ocurrendeformaciones instantáneas y gradualmente, con el tiempo, deformaciones diferidas.Esta últimas, casi siempre mayores que las instantáneas, son ocasionadas por la faltade cristalización de algunos de los productos de la hidratación. El curado, al asegurarla hidratación total, reduce su magnitud.

c. Se mejora la durabilidad.

d. Se reduce la eflorescencia esta presencia de sales solubles en la cara del concreto,como consecuencia de su cristalización en la superficie por el paso y evaporación delagua. el curado impide el paso y la evaporación del agua.

e. Se mejora la resistencia a la abrasión.f. Se mejora la impermeabilidad.

5. No existen un momento exacto para iniciar el curado. Sin embargo en términos generales, elproceso debe iniciarse tan pronto como sea posible sin causar maltratos a la superficie delconcreto. Esto ocurrirá entre 1 y 3 horas, después de la colocación, en climas calurosos ysecos; entre 2 ½ y 5 horas en climas templados y, entre 4 ½ y 7 horas, en climas muy fríos.

6. El tiempo de curado debe se el máximo posible. Como mínimo, debe ser 7 días para todaconstrucción de concreto estructural.

7. los métodos de curado son los siguientes:

a. Provisión de agua. Se logra regando el concreto o manteniendo cubiertos con lonas

permanentemente húmedas o formando arrocera. El concreto no debe secarse, por loque es preferible evitar los procedimientos que requieren de atención y servicioconstante.

Este método es aplicable a la parte superior de elementos horizontales, como losas ypavimentos. No es aplicable a columnas o fondos y costados de vigas.

b. Retención de agua. Se logra aplicando membranas impermeables, inicialmenteliquidas, a la superficie del concreto. Este sistema se aplica en elementos verticalesy en la parte lateral e infiero de elementos horizontales.

8. La resistencia del concreto continúa aumentando si hay humedad para hidratar el cemento.



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TEMA: CONCRETOREFER: EL MAESTRO DE OBRA – J. PACHECO Z. – SENCICO



TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

8.1. PROPIEDADES DEL CONCRETO

8.1.1 Generalidades. La calidad del concreto es referida, usual y principalmente, a su resistencia a

la compresión, la misma que es indicada en los planos y especificaciones técnicas de cadaproyecto en particular, exigiéndose su verificación durante la construcción.

Otras cualidades, tales como durabilidad, reducida permeabilidad, moderada contracción alsecarse, también son exigibles. Al respecto, es aceptada la directa relación entre laspropiedades que caracterizan al concreto y su resistencia a la compresión; por lo tanto, sepuede afirmar que los factores que aumentan la resistencia a la compresión mejorada otraspropiedades deseables en el concreto puesto en servicio.

8.1.2 Resistencia a la Compresión. La resistencia a la compresión de una determinada clase de

concreto es designada con el símbolo f ʼ c y corresponde a la resistencia que debe alcanzar el

concreto a los 28 días a partir del momento de su elaboración.

La comprobación de la resistencia a la compresión se realiza mediante ensayos de probeta deconcreto moldeadas en obra, de acuerdo a procedimientos normalizados.

Los valores usuales de resistencia a la comprobación que se suele especificar en losproyectos están comprendidos entre 140 kg/cm

2 y 280 kg/cm

2 y aun mayores, exigidos en

obras especiales.

La resistencia del concreto depende de diversos factores, entre ellos:

- Calidad y características de los materiales constituyentes de las mezclas: cemento,agregado y agua.

- Proporcionamiento, es decir cantidades relativas entre los materiales de mezcla y, demodo especial y decisivo, de la relación agua-cemento.

- Batido o amasado de la mezcla.

- Procedimientos de transporte de mezcla, desde el punto de descarga de la mezcla hastasu colocación en los encofrados.

- Compactación de la mezcla en los encofrados.

- Curado y protección del concreto luego de ser colocado, especialmente al inicio de suendurecimiento.

Ha sido ya señalado que la resistencia suele juzgarse mediante ensayos de probetas; sinembargo, es preciso advertir que la resistencia final del concreto, como producto terminado ypuesto en servicio, depende también de los procedimientos de transporte de la mezcla y demanera substancial, de los métodos de curado y protección al inicio de su endurecimiento.

8.1.3 Trabajabilidad y consistencia del concreto fresco. La Trabajabilidad es la propiedad de las

mezclas que se refiere a la facilidad con que pueden ser transportadas y compactadas en losencofrados sin pérdida de homogeneidad.*

La Trabajabilidad depende en gran parte dela consistencia de la mezcla; también de lasdimensiones y forma de los encofrados y, asimismo, del espaciamiento de las barras derefuerzo. En efecto, una mezcla rígida o “seca” constituida por agregados gruesos, que estrabajable en encofrados amplios – zapatas, por ejemplo -, no podría colocarse y compactarseapropiadamente en encofrados de pequeño espesor que corresponda a elementos recargadosde acero de refuerzo.

La consistencia se refiere a la fluidez de las mezclas. Abarca diversos grados de fluidez: desdemezclas secas o rígidas, hasta las muy fluidas o sueltas.

La consistencia depende, principalmente, de la cantidad de agua aportada en el mezclado;también, de la cantidad de cemento incorporado en la mezcla; igualmente, de la forma ytamaño de los agregados.

* Homogeneidad significa que los componentes del concreto se encuentran distribuidos uniformemente y en la misma

proporción en cualquier porción de la masa del concreto.

La consistencia es elegida teniendo en cuenta el elemento o componente de concreto a

constituirse y el método de compactación a emplearse en la colocación.



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Es recomendable, especialmente cuando se trata de losas, columnas y muros, trabajar conmezclas de consistencia plástica. Las mezclas plásticas son cohesivas, no se desmenuzan yfluyen sin segregación.

En una mezcla plástica, hay suficiente cantidad de pasta de cemento de consistencia tal, quelos agregados virtualmente flotan en la pasta. Esto permite la incorporación homogénea de losagregados y elimina el potencial riesgo de segregación y de formación de “cangrejas”.

La consistencia de una mezcla puede ser apreciada a simple vista; no obstante, esta maneraempírica no es indicativa de la regularidad o uniformidad de la consistencia.

Para evaluar y controlar de modo más apropiado la consistencia de las mezclas se emplea elmétodo del asentamiento o “slump”, que consiste en llenar un molde de forma troncocónica, de30 cm de altura, 20 cm de diámetro en la base mayor y 10 cm de diámetro en la base menor.

La operación de llenado se realiza por capas, la primera de 7 cm de altura, la segunda de 16cm y la tercera en exceso, para luego enrasarla con el borde superior. Cada capa escompactada con una varilla de fierro liso, de 16 mm de diámetro y 60 cm de largo y terminadaen punta semiesférica, aplicando 25 golpes, distribuidos uniformemente. La barra debepenetrar en la capa inmediata inferior.

Una vez lleno y enrasado el molde, se levanta lenta y cuidadosamente. Luego se mide elasentamiento de la mezcla al ser desmoldada, tal como indica la fig. 8.1.

Un asentamiento pequeño indica una consistencia rígida o seca, mientras que uno granderevela una consistencia fluida.

Consistencia Asentamiento Observaciones(cm)

Seca o rígida 0 a 3 Difícil de trabajarMedianamente plástica 0 a 3 Apropiada para

zapatas, encofradosamplios, pavimentos.

Plástica 8 a 12 Recomendable paraColumnas, muros yLosas.

Fluida o suelta 12 a 15 compactación porchuceado.

8.2. MATERIALES

8.2.1 El Cemento. De acuerdo a sus propiedades y usos, los tipos de cemento Pórtland

empleados en concreto son los siguientes:

- Tipo 1. Normal. De uso destinado a obras de concreto en general, excepto que seespecifique otro tipo de cemento.

- Tipo 2. Empleado en concreto expuesto a la acción moderada de sulfatos y/o donde serequiera bajo calor, generado en el proceso de hidratación del cemento.



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- Tipo 3. Especificado cuando se requiera alta resistencia inicial del concreto.

- Tipo 4. La cualidad esencial es su bajo calor de hidratación.

Es indicado principalmente en construcciones de concreto voluminosas – presas, porejemplo – para tensiones perjudiciales debido a cambios de volumen en la masa deconcreto.

- Tipo 5.

Especificado para concreto expuesto a la acción de los sulfatos.

Cemento Pórtland Puzolánico tipo 1P. Es el cemento Pórtland que contiene un porcentaje eadicionado de puzolana entre 15% y 45%

Cemento Pórtland Puzolánico modificado tipo 1PM. Es el cemento que presenta unporcentaje adicionado de puzolana menor de 15%

Generalmente el cemento es comercializado en bolsas, El Volumen de una bolsa de cementoes de u pie cúbico y pesa 42.5 Kg.

El cemento en bolsas se almacenará en obra en lugares de preferencia techados, frescos ylibres de humedad, sin contacto con el suelo.

Se almacenará en pilas de hasta 10 bolsas y se cubrirá con material plástico u otros mediosde protección. Desde luego, no deben aceptarse bolsas de cemento, cuya envoltura estédeteriorada o perforada.

En obras grandes, el cemento es comercializado a granel y depositado en silos metálicoscerrados para garantizar sus propiedades e impedir cambios en su composición ycaracterísticas físico químicas.

8.2.2 Los agregados. Los agregados empleados en la elaboración de concretos son la arena y la

piedra, provenientes de la desintegración natural o mecánica de las rocas.

La arena es definida como el material, cuyo diámetro o tamaño de los granos es igual o menorque 3/16” (4.76 mm), abertura que corresponde a la malla normalizada Nº 4.Consiguientemente, agregado grueso- la piedra –es el retenido en esta malla.

El agregado grueso es identificado por su tamaño (diámetro nominal). Los tamaños son lossiguientes: 3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ½”, 2.

Generalmente en columnas de edificaciones se emplea piedra hasta de ¾; en vigas y losas,de ½ y en zapatas, hasta de 2.

En todo caso, el tamaño máximo nominal del agregado grueso no deberá ser mayor de:

- Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrado.

- Un tercio del peralte de la losa.

- Tres cuartos del espacio libre mínimo entre barras de refuerzo o paquetes de barras.

Combinando diversos tamaños se obtienen concretos de mayor densidad o compacidad, lacual se traduce favorablemente en la calidad del concreto.

Los cantos rodados, provenientes de lechos de ríos, proporcionan resistencias a lacompresión similares a las obtenidas con piedra triturada; sin embargo, cuando la resistencia ala flexión es requisito esencial, como es el caso de pavimentos, su empleo debe ser restringidoporque, debido a las superficies lisas que presentan los granos, la adherencia entre agregadoy pasta de cemento es menor que cuando se trata de piedra chancada.

Los métodos de almacenamiento y manejo de los agregados deberán emitir el control delproporcionamiento en obra, de acuerdo a la dosificación propuesta en cada proyecto enparticular.

8.2.3 El agua. El agua para el mezclado debe ser limpia y no estar contaminada con aceites,

ácidos, álcalis, sales, materia orgánica u otras substancias que puedan ser dañinas al concreto,al acero o elementos embebidos. Desde luego, el agua potable puede emplearse sin ningúnreparo.

8.3. DOSIFICACION DE LAS MEZCLAS

8.3.1. Dosificación. Las dosificaciones de las mezclas, es decir las cantidades e ingredientes que lasconforman, son propuestas teniendo en cuenta principalmente la resistencia del concreto,prevista en cada proyecto en particular; y, también, la apropiada consistencia, a efecto de quela mezcla pueda ser colocada y compactada en los encofrados, sin segregación decomponentes ni pérdida de homogeneidad.



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8.3.2. Relación agua / cemento. El factor más importante que determina prácticamente laresistencia del concreto, es la relación agua / cemento, es decir, la cantidad de agua aportadaen el mezclado comparada con la cantidad de cemento incorporada en la mezcla.

No es pues, solamente la cantidad de cemento la que determina la resistencia. Mientras menorsea la relación agua / cemento, mayor es la resistencia que cabe esperarse.

La relación agua-cemento se expresa, por lo general, en litros de agua por saco de cemento.

8.3.3. Especificación de la dosificación. Las dosificaciones suelen ser precisadas en peso o envolumen, Ejemplo:

En peso En volumen

Cemento 42.5 kg. Cemento 1 Arena 106 kg Arena 2.5Piedra 160 kg Piedra 4

Agua 26 lt agua 26

Cabe señalar que es posible, conociendo los pesos específicos de los materiales, convertirdosificaciones expresadas en peso a dosificaciones en volumen.

8.4. MEDICIÓN DE LOS MATERIALES DE LAS MEZCLAS8.4.1. Medición de los materiales. Sin duda, la medición por peso es la que ofrece mayor exactitud

y Confiabilidad; sin embargo, especialmente en obras pequeñas o de tamaño medio, es usualla medición por volumen o una combinación entre ambos procedimientos. Lo esencial es que

la medición se realice cuidadosamente.

8.4.2. Medición del Cemento. Ha sido ya señalado que las bolsas de cemento tienen un volumen deun pie cúbico y 42.5 Kg. de peso; Esta circunstancia facilita la medición, tanto por peso comoen volumen.

8.4.3. Medición de los agregados. La medición por peso puede realizase mediante balanzasde plataforma (romana). En obras que demandan grandes volúmenes de concreto y estrictogrado de control se emplea plantas dosificadas.

Naturalmente, cuando se usa balanzas debe agregarse el peso de las carretillas. Parafacilitarte el control de las pesadas y agilizar el procedimiento, es conveniente incorporar tara ala carretilla que transporta el agregado de menor peso; de esta manera, la aguja de la balanzamarcará el mismo peso, independientemente del agregado transportado.

Para dosificarse en volumen se utiliza generalmente carretillas. Las cargas se controlanmediante marcas apropiadas hechas en el interior de las carretillas.

Para establecer las marcas es útil definir el volumen mediante un cajón de madera de un piecuico; por ejemplo, si la dosificación es 1:2.5:4 (cemento, arena, piedra) se deposita en lacarretilla el volumen de 2.5 pies cúbicos de arena, luego de enrasar el agregado, en el interiorde la carretilla se marca con pintura la altura que alcaza el material; la carretilla debe identificarpara evitar errores. Igualmente, se procede con el agregado grueso (piedra), tambiénidentificado las carretillas.

Si bien es cierto que el esponjamiento de la arena por humedecimiento, puede restar precisión

en la medición, el procedimiento descrito proporciona un mejor grado de control que elusulmente empleado en obras pequeñas, mediante el cual la medición se realiza por simpleapreciación de la carga de las carretillas.

8.4.1 Medición del agua. Ha sido ya señalado que la resistencia del concreto dependeprincipalmente

de la relación agua / cemento. Si la cantidad de cemento es debidamente controlada-por pesopor volumen-, la medición del agua aportada para el mezclado constituye el factor esencialpara lograr uniformidad de la resistencia. En efecto, una cantidad de agua mayor que laespecificada en la dosificación dará como resultado menores resistencias que las previstas.

Ciertamente, lograr la exacta cantidad de agua implica diversos factores, presentes en lapráctica de obrar; uno de ellos es la condición de humedecimiento de los agregados.

En los métodos usuales de dosificación de mezclas se considera que los agregados están

saturados, pero superficialmente secos.



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En esta condición los agregados no absorben ni ceden agua durante el mezclado. En lapráctica, sin embargo, es probable que ello ocurra.

Los agregados parcialmente secos absorberán parte del agua añadida, en tanto que losextremadamente húmedos aportarán el agua libre que contienen: en ambos casos, semodificará la consistencia prevista en el diseño de la mezcla.

Además, en el segundo caso la resistencia del concreto será menor que la prefija, dado que la

relación agua / cemento aumenta; por lo tanto, será preciso reajustar la cantidad de agua demezclado.

De lo expuesto, se deduce la necesidad de evitar regar excesivamente los agregados antes delmezclado, practica incorrecta y que atenta contra la regularidad de la resistencia del concreto.

En obras que demandan considerable volumen de concreto y estrictos controles, se disponegeneralmente de equipo apropiado y se aplican adecuados método cuidadosamente, estemétodo ofrece relativa uniformidad de los resultados.

El procedimiento consiste en marcar, en el interior de una lata. De capacidad apropiada. Laaltura hasta donde debe llegar el agua. Así, por ejemplo, si la dosificación indica una relaciónagua / cemento de 26 litros por saco de cemento, vertemos en la lata 13 litros (esto en razóndel limitado tamaño de las latas concreteras), luego marcaremos el nivel que alcanza el agua;esta marca nos servirá para controlar el volumen de agua.

Obviamente, por tanda que incluya un saco de cemento, el operador verterá en el tambor de lamezcladora dos latas con agua.

Para evitar confusiones, las latas, calibradas de acuerdo a lo expuesto, serán marcadas conpintura, indicando la clase del concreto.

Por su puesto, la eficacia del procedimiento descrito dependerá de la responsabilidad deloperador de la mezcladora.

Si en obra se realizan ensayos de asentamiento, variaciones notorias de la consistencia seránindicativas de modificación de la cantidad de agua prevista en la dosificación.

8.5. MEZCLADO

8.5.1. Objetivo del mezclado. La finalidad del mezclado es lograr que las superficies de losagregados sean totalmente cubiertas por la pasta de cemento; asegurar que la mezcla sea

homogénea en cualquier porción de su masa.

8.5.2. Tipos de mezclado. Las mezcladoras son de diversos tipos y tamaños. Con referencia al ejede rotación, las mezcladoras son de dos tipos: las de eje horizontal y las de eje inclinado.

Los sistemas de carga y descarga también diferencian a las mezcladoras y tienen sustancialimportancia, tanto en el rendimiento como en el control de la medición. Las mezcladoras de ejehorizontal y provisto de tolvas de carga ofrecen mayores ventajas relativas; en efecto, enefecto, en este tipo de mezcladoras la carga se efectúa con carretillas y, además, mientras serealiza el batido es posible cargar la tolva para la tanda siguiente.

Los tamaños o capacidades de las mezcladoras son de 3 ½,6,11,16 pies cúbicos y aunmayores. La capacidad de las mezcladoras se refiere al volumen de descarga y la eleccióndepende del volumen de concreto requerido por jornada de trabajo.

No hay que cargar las mezcladoras más allá de su capacidad, ni operarlas a velocidadesmayores que las estipuladas por los fabricantes.

Los rendimientos aproximados de las mezcladoras convencionales son:

Capacidad

(pies cúbicos)

Volumen portanda(m3)

Rendimiento por jornada de 8 horas

(m3)

61116

0.150.300.45

254060

8.5.3. Tiempo mínimo de batido. El tiempo de batido depende del tamaño y eficiencia de

las mezcladoras. Para mezcladoras convencionales, de 6 a 16 cúbicos, el tiempo mínimo es deun minuto y medio.



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El tiempo mínimo se cuenta a partir del inicio del batido y cuando todos los materiales seencuentren en el tambor de la mezcladora.

No es conveniente una duración exagerada de batido porque puede ocasionar el descenso delos agregados, en especial en mezcladoras de eje inclinado; igualmente, puede ser causa depérdida de agua para evaporación y, en consecuencia, de modificación de la consistencia dela mezcla.

8.5.4. Consecuencia de carga de la mezcladora. Respecto a la secuencia de carga cabe distinguirentre mezcladoras de eje horizontal con tolva de carga y las de eje inclinado sin tolva de carga.

En las mezcladoras de eje horizontal, la carga de los materiales (cemento, arena y piedra) seefectúa en tolva. En este caso, primero se deposita en ella parte de la piedra y la arena, luegoel cemento y, finalmente, la parte restante de la piedra. Cargada la tolva se procede aintroducir en el tambor parte del agua, a continuación se carga el tambor y se añade la parterestante del agua.

En las mezcladoras de eje inclinado es recomendable introducir en primer término una parte dela piedra y del agua haciendo girar el tambor. Luego se deposita el cemento, el resto del aguay la arena y, finalmente, el resto de la piedra.

8.6. MANIPULACION Y TRASNPORTE

8.6.1. Equipo para transportar concreto. En obra, el concreto es transportado empleando diversosequipos y métodos. La selección del equipo y procedimientos de transporte depende delvolumen del concreto por transportar, de las características de la obra, de las condicionesambientales previstas, entre otras. En la práctica es usual emplear una combinación de dos omás medios de transporte.

8.6.2. Consideraciones técnicas. El concreto deberá ser transportado, desde la mezcladora hastasu colocación, tan rápido como sea posible y adoptando medidas para mantener la uniformidadu homogeneidad de la masa de la mezcla, es decir, evitar la posibilidad de segregación oseparación de sus componentes, especialmente cuando las mezclas son sueltas.

Cuando el concreto es transportado en carretillas debe procurarse que las superficies detransito sean sensiblemente planas y libres de marcadas ondulaciones a efecto de evitar laseparación de los materiales del concreto durante el acarreo.

Respecto al transvase del concreto a tolvas o baldes y aun a las mismas carretillas esconveniente que el material caiga verticalmente y en el centro de la tolva o baldes.

8.7. COLOCACIÓN DEL CONCRETO

8.7.1. Consideraciones generales. Los objetivos deseables, referidos a la colocación del concreto,

son: que la mezcla fluya uniformemente en el interior de los encofrados sin pérdida dehomogeneidad, ocupe totalmente los espacios de los encofrados y, desde luego, rodeeíntegramente las barras de refuerzo a efecto de asegurar la adherencia entre las mismas y elconcreto.

La compactación de la mezcla puede hacerse por chuzeo o empleando vibradores. El chuzeoes aceptable si se trata de mezclas sueltas. En mezclas secas y pláticas el procedimiento másapropiado es el vibrado.

8.7.2. Recomendaciones sobre la colocación del concreto. a) El acero de refuerzo ha de estar limpio. Quítese del acero todo revestimiento o salpicadurasde mortero endurecido.

b) El concreto deberá colocarse lo más cerca de su posición definitiva. Evitar concertarlo enun determinado lugar obligando a posterior acarreo o corrimiento dentro del encofrado; estapractica deviene en segregación porque el mortero tiende a fluir más allá del materialgrueso.

c) Por lo general, ha de vaciarse en capas horizontales de espesor uniforme que no exceda de30 a 45 cm, cada capa debe compactarse adecuadamente antes de proceder al vaciado dela siguiente capa. Asimismo, cada capa deberá colocarse cuando la precedente aún seencuentre en estado plástico a fin de permitir la penetración del vibrador y así lograr unamasa monolítica en toda su altura.

d) En superficie de encofrados inclinados (rampas, escaleras, etc.) el vaciado debe iniciarse enla parte baja de la superficie, prosiguiéndose con el llenado hacia la parte superior.



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e) En columnas y muros altos, la caída libre del concreto puede ocasionar segregaciones delos agregados. Acumulándose los de mayor tamaño en la parte baja. En estos casos esrecomendable el vaciado mediante chutes metálicos o mangas de lona, o a través de“ventanas”, habilitadas para este propósito en los encofrados.

8.7.3. El vibrado del concreto. La vibración del concreto es un procedimiento particularmenterecomendable para la compactar mezclas secas o plásticas. Consisten en someter el concreto

fresco a impulsos vibratorios, permitiendo que, al momento de su colocación en losencofrados, fluya con facilidad.

Ello es explicable porque la vibración reduce sustancialmente el rozamiento interno entre losáridos del concreto, comportándose entonces (la mezcla) como si fuera un liquido conpartículas (los agregados) en suspensión.

El tipo de vibrador comúnmente empleado en edificaciones es el de inmersión, es decir, que laaguja o “cabezote” del vibrador se introduce en la masa del concreto durante la colocación.

Los vibradores son accionados por motores a gasolina, o eléctricos.

Las características técnicas determinantes en la elección del tipo de vibrador son la potenciadel motor u la frecuencia, es decir el número de impulsos vibratorios que emite la aguja ocabezote.

Además, debe tenerse en cuenta la longitud del cable, el tamaño y la forma de la agujavibratoria.

La frecuencia se expresa en número de vibraciones por minuto, que emite la aguja o cabezote.Los valores de la frecuencia fluctúan entre 3,000 y 12,000 vibraciones por minuto, y aunmayores.

La frecuencia influye decisivamente en la eficiencia de los vibradores. Las bajas frecuenciasponen en movimientos los agregados gruesos, las latas frecuencias actúan en el mortero; porlo tanto los vibradores de baja frecuencia requieren mayor potencia. Por el contrario, cuandoson seleccionados vibradores de alta frecuencia se consigue efectos similares con motores demenor potencia.

En conclusión, preferentemente es recomendable emplear vibradores de alta frecuencia.

La vibración no sólo confiere a las mezclas mayor fluidez, tal como ha sido ya señalado.También contribuye en la compacidad; no obstante, cuando se trata de mezclas deconsistencia suelta o húmedad lo probable es que los agregados gruesos desciendan al fondo,mientras que la pasta y la arena fluyendo hacia arriba, dando lugar a la pérdida dehomogeneidad en la masa del concreto y la formación de “cangrejas”.

Respecto al procedimiento de operación de los vibradores deben tenerse en cuenta lassiguientes recomendaciones.

a) El equipo debe ser operado por personal responsable y suficientemente capacitado en sumanejo.

b) La aguja o cabezote debe insertarse verticalmente en la masa del concreto, evitandomovimientos bruscos, tanto en la inserción como en la extracción; además, no debeutilizarse para desplazar lateralmente el concreto.

c) El vibrador debe penetrar hasta el fondo de la capa de vaciado y por lo menos 15 cm dentro

de la capa precedente.d) Las inserciones estarán distanciadas entre 40 a 60 cm.

e) El tiempo de vibrado en cada inserción será el necesario para lograr una compactacióncompleta. Por lo general, el tiempo de vibrado en cada inserción es de 5 a15 segundos.

f) No doblar el ángulo de importancia es necesario tener a la mano un vibrador de reemplazo,en caso de avería del vibrador en uso.

g) En techos aligerados el vibrador del concreto de las viguetas suele ocasionar eldesplazamiento de los ladrillos huecos. En este caso, la compactación por método manual(chuzeo) es una alternativa aceptable, siempre y cuando se realice cuidadosamente.

8.8. CURADO DEL CONCRETO

8.8.1. Generalidades. Colocado el concreto, es indispensable mantenerlo en condiciones

apropiadas de humedad y temperatura que permitan obtener la resistencia prevista. Alconjunto de acciones y precauciones que contribuyen en el propósito indicado se le designa“curado del concreto”.



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La perdida de húmedad del concreto está vinculada con las condiciones ambientalespresentes en cada obra en particular, principalmente los primeros días después de lacolocación.

El excesivo calor, la seguridad del aire, y los fuertes vientos contribuyen en la evaporación delagua incluida en la masa del concreto.

Además de la disminución de la resistencia por efecto de perdida de la humedad, existepotencial riesgo de agrietamiento debido a reatracción. Una superficie desmenuzable oagrietada es indicativa de curado inicial inadecuado.

El curado debe iniciarse tan pronto como sea posible sin ocasionar daños a la superficie delconcreto. El lapso mínimo de curado recomendable es de siete días, debiendo mantenerse elconcreto lo más saturado posible.

8.8.2. Procedimientos de curado. Existen diversos métodos para mantener el concreto húmedo,

siendo el más usual el riesgo continúo de las superficies procurando que éstas no sequenentre distintas aplicaciones de agua; Los ciclos alternados de humidificación y secado originancuarteaduras y agrietamiento del concreto.

Las superficies verticales (columnas y placas) deben cubrirse con mantas de yute o lonas dealgodón, permanentemente humedecidas.

En pavimentos y en losas de techos, el método de anegar o inundar las superficies esempleado a menudo. Para retener el agua en las superficies es usual formar pequeños diquesde tierra (“arroceras”) en el contorno de las losas y pavimentos. Exceder arena en lassuperficies contribuye en mantener húmedas.

Otros procedimientos también son empleados, tales como la aplicación de películas omembranas impermeables, las mismas que retienen el agua impidiendo la desecación. Lasmembranas o compuestos deben aplicarse lo más temprano posible para evitar la prematurapérdida de humedad; si ello no es factible, deberá mantenerse húmedo el concreto hasta laaplicación de las membranas. Es pertinente indicar que la aplicación de este método de curadorequiere especificaciones precisas de los proveedores de estos productos y, desde luego, laaprobación del ingeniero residente o supervisor.

8.9.CONTROL DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO

8.9.1. Verificación de la resistencia. La resistencia del concreto (f c) exigida en planosy especificaciones se refiere a la resistencia que de debe alcanzar el concreto a los 28 días apartir de su elaboración.

La verificación de la resistencia se realiza mediante ensayos a compresión de probetasmoldeadas en obra. Los ensayos se realizan a los 28 días de elaboradas las probetas, aunqueen la práctica de obra se suele efectuar ensayos antes de este lapso; por ejemplo, a los 7 díaso cuando lo estime conveniente el ingeniero supervisor de la obra.

Por cada muestra de concreto se moldeará mínimo dos probetas.

El valor representativo dele ensayo de una muestra de concreto es el promedio de losresultados de los ensayos de las dos probetas.

En algunas especificaciones técnicas se exige que sea el promedio de los ensayos de tres

probetas, lo cual, sin duda, confiere mayor representatividad al resultado.

La resistencia a los 7 días aproximadamente 70 a 75% de la resistencia a los 28 días; portanto, es indicativa de la resistencia final.

Además, los resultados de ensayos a los 7 días u otras edades brindan información útil paradeterminar los plazos de desencofrado.

8.9.2. Equipo y herramientas para la elaboración de probetas. Los moldes utilizados para laelaboración de las probetas son generalmente utilizados para la elaboración de acero, tienen laforma de un cilindro recto de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura (fig. 8.2). Han de ser

suficientemente resistentes para soportar las condiciones del trabajo de moldeado.

Para la compactación y moldeado se requiere de una barra de acero liso y sección circular de5/8” (16 mm) de diámetro y 60 cm de longitud; uno de los extremos terminara en forma de

semiesfera.



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8.9.3. Las muestras de concreto. Una muestra es una porción del concreto cuya resistencia se tratade comprobar mediante el ensayo de probeta elaboradas con concreto proveniente de dichamuestra. El volumen de la muestra será menor de un pie cúbico (30 litros aprox.).

En general, la muestras deberán ser representativas del concreto cuya resistencia se trata deverificar. No deben adoptarse criterios o métodos selectivos que desvirtúen el propósito delmuestreo.

Cuando se trate de concreto batido en mezcladora las muestras serán obtenidas a la mitad dellapso de la revoltura. En el caso de concreto premezclado deberá descartarse como muestraslas descargas correspondientes al inicio t términos de las mismas.

Las muestras de concreto serán protegidas de la acción del sol y del viento durante el lapsocomprometido entre la toma de las muestras y el moldeado de las probetas, periodo que nodebe sobrepasarse de 15 minutos.

8.9.4. Moldeado y curado de probetas. Para moldearse las probetas deberá seleccionarse un sitioapropiado, con superficie horizontal y plana, libre de vibración, y de preferencia bajo techo.

Antes del inicio del moldeado, es necesario verificar los dispositivos de cierre de los moldes;

igualmente, comprobar que las juntas entre los moldes y las placas de asiento estén selladas,para evitar escape de la pasta de cemento a través de ellas.

También es preciso constatar la perfecta verticalidad de los moldes, respecto a las placas deasiento de los mismos. De igual manera, limpiar la superficie interior de los moldes, cuidandoque no existan residuos de mezcla u otros elementos extraños.

Finalmente, para desmoldar con facilidad es conveniente aplicar una ligera capa de aceitemineral a las superficies interiores de los moldes.

Si es preciso, el concreto de la muestra puede ser remezclado con lampa antes de proceder almoldeado.

El concreto es colocado en el molde en tres capas, cada una de un tercio de la altura delmolde. Cada capa es compactada mediante la aplicación enérgica de 25 golpes de la barradescrita en el acápite 8.9.2; en las últimas dos capas la barra debe penetrar 2 a 3 cm en la

capa precedente.

La última deberá colmar el molde, procediéndose luego enrasarla con el borde superior delmolde, sin agregar material.

Durante la compactación de cada capa es conveniente golpear ligeramente las paredes delmolde a fin de evitar vacíos que eventualmente pudieran producirse.

El enrase se efectúa con una regla rígida de acero, apoyándola en el borde del molde. Lasuperficie terminada será plana, horizontal y uniforme.

Los moldes serán identificados mediante tarjetas en las que se anotará el número de laprobeta, fecha del vaciado, lugar de colocación y otros datos que se considere relevantes.

Las probetas serán de los moldes a las 24 horas de moldeadas.

Para identificar las probetas se marca en ellas los datos de la correspondiente tarjeta del

molde. Las marcas se hacen empleando lápiz indeleble o pintura aplicada con el pincel,cuidando de no estropear las superficies de las probetas.



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Inmediatamente después de desmoldadas, las probetas deben ser sometidas a curadocolocándolas en recipientes con agua potable.

El agua debe cubrir completamente todas las caras de las probetas sin estar expuestas acorriente o goteo.

Las probetas serán remitidas al laboratorio entre las 48 y 72 horas previas al ensayo. El envióserá hecho en cajas de madera. Las probetas estarán rodeadas de arena húmeda, en espesor

no menor de 5 cm.

En la guía de remisión deberá indicarse la fecha o edad en que deben realizarse los ensayos.

8.9.5. Informes y registro de resultados. Los resultados de los ensayos son proporcionados por loslaboratorios en informes que indican, a demás del nombre del solicitante y la procedencia delas probetas, la clave de identificación de las mismas, la fecha del ensayo, y la edad de lasprobetas, es decir los días transcurridos a partir de su elaboración.

En la obra deberá llevarse cuidadoso y ordenado registro de los ensayos, en el que seanotarán los siguientes datos: identificación de la probeta, fecha del vaciado, fecha del ensayo,edad de la probeta, resultado del ensayo, ubicación de la zona o elemento de la estructura quecorresponde a la muestra, numero del certificado del laboratorio y toda otra información que se

juzgue conveniente anotar.

El registro ordenado de ensayos posibilitará la evaluación de los resultados y el control decalidad del concreto.



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TEMA: CONCRETOREFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU



LA NATURALEZA DEL CONCRETO Y MATERIALES

1. LA NATURALEZA DEL CONCETO

1.1 Definiciones preliminares

1.1.1 Material cementanteUn material cementante es aquel que posee propiedades adhesivas y cohesivas las cualeshacen posible su ligazón con fragmentos minerales a fin de obtener una masa continua ycompacta.

Los principales materiales cementantes son:

- La arcilla - Los cementos

- El yeso - Los asfaltos y alquitranes

- La cal - Los monómeros polimerizados

1.1.2 Aglomerados hidráulicos

Se define como aglomeración hidráulica a aquellos materiales que endurecen cuando sonmezclados con el agua, pero resisten a la acción de la misma manteniendo su forma original.

Dentro de esta clasificación se encuentra los cementos hidráulicos.

1.1.3 Propiedad hidráulica

Es la propiedad de un material de reacción químicamente, fraguar y endurecer en presenciadel agua, formando compuestos prácticamente estables.

1.1.4 Cemento

Es un material pulverizado que, cuando es combinado con el agua, forma una pasta capaz deendurecer tanto bajo el agua como el aire.

1.1.5 Clinker de cemento Pórtland

Es un producto artificial obteniendo por calcinación a temperatura elevada de mezclas,adecuadamente dosificada y molidas, de materias primas naturales calizas y arcillosas.

1.1.6 Cemento Pórtland

Producto obtenido por la pulverización del clinker Pórtland con la adición eventual de sulfato decalcio. Se admite la adición de otros productos que no excedan del 1% en peso total siempreque la Norma correspondiente establezca que su inclusión no afecte las propiedades delcemento resultante. Todos los productos adicionados deberán ser pulverizados conjuntamentecon el clinker.

1.1.7 Puzolana

Nombre genético con que se designa a los materiales silíceos o silíco - aluminoso los cualesen el mismo poseen muy pequeño o ningún valor cementante, pero cuando están finalmentepulverizados reaccionan químicamente, en presencia del agua, con el hidróxido de calcio,producido durante la hidratación del cemento para formar compuestos que poseen propiedadescementantes y actúan como aglomerantes hidráulicos.

1.1.8 Propiedad puzolánica

Es la propiedad de un material pulverizado de fijar hidróxido de calcio a la temperaturaambiente, formando en presencia del agua compuestos que poseen propiedades hidráulicas.

1.1.9 Cemento Pórtland puzolánico

Es el cemento Pórtland resultante de la molienda conjunta de clinker, sulfato de calcio ypuzolana. Si el porcentaje de puzolana adicionando es menor del 15% se obtiene el cementopuzolánico Tipo 1PM, y si el porcentaje adicionando varia entre 15% y 45% se obtiene elcemento Pórtland puzolánico Tipo 1P.

1.2 Definición del Concreto

El concreto endurecido es un material artificial compuesto, el cual consiste en un medio ligante,denominado pasta, dentro del que se encuentra embebidas partículas de un medio denominadoagregado.



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La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera lafase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todoel conjunto.

El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no estánunidas o en contacto unas con otras, sino se encuentran separadas por espesores diferentesde pasta endurecida.

Las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las característicasfísicas y químicas de sus componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se analiza lanaturaleza del concreto.

1.3 Importancia del Concreto

Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso. Sin embargo, si bien sucalidad final depende en forma muy importante tanto de un profundo conocimiento del materialcomo de la cal9idad profesional del ingeniero, del concreto en general es desconocido enmuchos de sus siete grandes aspectos: naturaleza, materiales, propiedades, selección de lasproporciones, proceso de puesta en obra, control de calidad e inspección y mantenimiento delos elementos estructurales.

Las posibilidades de empleo del concreto en la construcción son cada día mayores, pudendo enla actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos. La única limitación a susmúltiples aplicaciones puede ser el desconocimiento por parte del ingeniero de todos losaspectos ya indicados; así como de l a importancia relativa de los mismos de acuerdo al usoque se pretenda dar al material.

1.4 Requisitos de las MezclasLas mezclas de concreto deberán cumplir con los siguientes requisitos básicos:

a. La mezcla endurecida deberá tener la Trabajabilidad, consistencia y cohesividad quepermitan su adecuada colocación en los encofrados.

Esta mezcla deberá estar libre de segregación y tener una exudación mínima.

b. La mezcla endurecida deberá tener las propiedades especificadas en función con la calidaddeseada.

c. El costo de la unidad cúbica de concreto endurecido deberá ser el mínimo compatible de lacalidad deseada.

1.5 Composición del ConcretoEl concreto endurecido se compone de:

a. Pasta

b. agregado

1.6 La Pasta

1.6.1 Elementos fundamentales

Aquella parte del concreto endurecido conocida como la pasta comprende a cuatro elementosfundamentales:

a. El gel, nombre en el que se le denomina al producto resultante de la reacción química ehidratación del cemento.

b. Los poros incluidos en ella.

c. El cemento hidratado, si lo hay.

d. Los cristales de hidróxido de calcio, o cal libre, que puedan haberse formado durante lahidratación del cemento.

1.6.2 Las Funciones de la Pasta

La pasta tiene cuatro grandes funciones en el concreto:

a. Contribuir a dar las propiedades requeridas al producto endurecido.

b. Separar las partículas del agregado.

c. Llenar los vacíos entre las partículas de agregado y adherirse fuertemente a ellas.

d. Proporcionar lubricación a la masa cuando ésta aun no ha endurecido.





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1.7.4 Comportamiento

a. El gel desempeña el papel más importante en el comportamiento del concreto,especialmente en su resistencia aun no están claramente comprendidas, pero se aceptaque él interviene dos clases de adherencia cohesivas: Atracción física y adherenciaquímica.

b. La atracción física es del tipo Van der Waal entre superficies de sólidos separados

únicamente por microscópicos poros gel. Esta adherencia es debida a la gran energíadisponible en la superficie de las partículas de gel. Es una característica distintiva de éste elque sus fuerzas internas son pequeñas en comparación con sus fuerzas superficiales.

c. La coherencia química es igualmente una causa importante de cohesión. Dado que el geltiene capacidad de esponjamiento limitada, debido a que sus partículas no pueden serdispersadas por adición de agua, es evidente que ellas están unidad por fuerzas químicas,siendo la ligación de los tipos iónico y covalente.

d. Sé bien las fuerzas químicas son más importantes que las de Van der Waal, la adherenciaquímica actúa únicamente sobre la pequeña fracción que corresponde a la zona decontacto de las partículas de gel. En cambio, la adherencia física actúa sobre un áreamayor, dado que la superficie específica del gel del cemento es de cerca de dos millonesde centímetros de cuadrados por gramo. Así, aunque la pasta es un gel del tipo de

expansión limitada, la adherencia entre las fibras es lo bastante fuerte para resistirexpansiones tixotrópicas ilimitadas.

e. Por lo expuesto, aunque en la actualidad se sigue investigando sobre la importancia de lainfluencia relativa de las adherencias química y física no existe dudas sobre la importanciade contribución de ambas a la resistencia final de la pasta endurecida.

1.8 Hidratación y Curado del Concreto

1.8.1 Hidratación

Se define como hidratación al proceso de reacción química del cemento en presencia del agua.La hidratación requiere de presencia de humedad, condiciones de curado favorables, y tiempo.

1.8.2 Curado

Se define como tiempo de curado al periodo durante el cual el concreto es manteniendo en

condiciones de humedad y temperatura tales como para lograr la hidratación del cemento en lamagnitud que se desea para alcanzar la resistencia seleccionada.

1.9 Prosperidad de la Pasta

1.9.1 Concepto

Existen en la pasta cantidades variables de espacios vacíos, denominados poros los cuales nocontienen materia sólida aunque, bajo determinadas circunstancias, algunos de ellos podríanestar parcialmente o totalmente llenos de agua.

1.9.2 Clasificación

Los poros presentes en la pasta se clasifican en cuatro categorías definidas por el origen,tamaño promedio o ubicación. No existe una líneal clara de demarcación que separe un rangode otro. Los poros de estas cuatro categorías son:

- Poros por aire atrapado

- Poro por aire incorporado.

- Poros capilares.

- Poros gel.

a. Poros por aire atrapado

Durante el proceso de mezclado una pequeña cantidad de aire, del oren del 1% es aportadapor los materiales y queda atrapada en la masa del concreto, no siendo eliminada por losprocesos de mezclado, colocación o compactación. Los espacios que este aire forma en lamasa de concreto se conocen como poros por aire atrapado. Son parte inevitable de todapasta.

Los poros por aire atrapado varían en tamaño desde aquellos que no son perceptibles a simplevista hasta aquellos de un centímetro o más de diámetro. Su perfil suele ser irregular y nonecesariamente están interconectados.



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En la misma categoría general d poros por aire atrapado, aunque estrictamente no lo son,algunos especialistas incluyen las fisuras u oquedades que en algunas oportunidades seobservan debajo del agregado grueso.

Ellas han sido formadas por el agua que se almacene debajo de este y posteriormente se hasecado.

b. Poros por aire incorporado

Fundamentalmente por razones de incremento en la durabilidad del concreto, por incrementoen la protección de la pasta contra los procesos de congelación del agua en el interior de lamisma, se puede incorporar intencionalmente, mediante el empleo de aditivos químicos,minúsculas burbujas de aire las cuales se conocen como poros de aire incorporado.

La s burbujas de aire incorporado son generalmente de perfil esférico con diámetros variablesque corresponden a un valor promedio de 0.08 a 0.10 mm. Su volumen en la misma unidadcúbica del concreto puede ocupar hasta más del 5% de la misma, pudiendo en contarse en unconcreto con 5% de aire incorporado valores del orden de 330 mil burbujas de aire porcentímetro cúbico de pasta.

La razón principal del empleo de las burbujas de aire incorporado es que este sistema de porosestrechamente espaciado permite un incremento significativo de la durabilidad del concreto alcrear un gran numero de cámaras en las que se puede congelar el agua presente en los poros

capilares, evitando que la tensión generada por la expansión debido a la conversión de agua ahielo contribuya a agrietar el concreto.

Ventajas adicióneles incluyen en que los poros de aire incorporado tienden a incrementar laTrabajabilidad, plasticidad y fluidez de las mezclas; disminuyen la consistencia permitiendo lareducción de agua sin perdida de la consistencia original, reduce la segregación del agregado ydisminuyen la exudación de las mezclas.

El principal inconveniente de la presencia de burbujas de aire en la mezcla de concreto es queéstas, al incrementar la porosidad, tienden a disminuir las resistencias mecánicas en un 5% porcada 1% de aire incorporado.

Esta disminución es más significativa en las mezclas ricas y tiende a disminuir conforme lamezcla es más pobre, ello principalmente debido a que al mejorar las propiedades al estadofresco permiten una reducción en el contenido de agua con la consiguiente reducción en la

reducción de la relación agua-cemento.c. Poros capilares

Se define como poros capilares a los espacios originalmente ocupados por el agua en elconcreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han sido ocupados porel gel.

El gel sólo puede desarrollarse en los espacios originalmente llenos de agua. Por tanto, si larelación agua-cemento es alta o el curado es pobre, la cantidad de espacios ocupables por elgel será alta y sólo una parte de ellos será ocupada por el gel durante el proceso dehidratación, quedando los espacios residuales en la condición de poros capilares.

Los poros capilares no pueden ser apreciados a simple vista, varían en perfil y forman unsistema, en muchos casos interconectado, distribuid al azar a través de la pasta.

En la pasta en proceso de formación los espacios llenos de agua son continuos. Conformeprogresa la hidratación los capilares son separados por el gel al comenzar a ocupar éste losespacios originalmente llenos de agua. Pudiéndose llegar a un sistema parcialmentediscontinuo, el cual definitivamente se presenta en la relación agua- cemento bajas. En lapráctica nunca se llega a un sistema totalmente discontinuo aún en relaciones agua-cementotan bajas como 0.45.

La importancia de los poros capilares radica en que conforme aumenta su número:

- Disminuyen las resistencias mecánicas de la pasta endurecida.

- Aumentan la porosidad, permeabilidad y capacidad de absorción de la pasta.

- Aumenta la vulnerabilidad de la pasta al ataque por acción de las bajas temperaturas sobre elconcreto.

Este último punto es de gran importancia dado que los poros capilares son los principales

responsables de la vulnerabilidad de la pasta al ataque debido a que están en capacidad decontener agua que puede congelarse. Esta agua al pasar al estado sólido debido a las bajastemperatura incrementa su volumen en un 9%, originando esfuerzos de tensión que el concreto



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no está en capacidad de soportar, aumentando con ello las posibilidades de deterioro delmismo.

d. Poros gel

Durante el proceso de formación del gel quedan atrapados dentro de éste, totalmente aisladosunos de otros, así como del exterior, un conjunto de vacíos a los cuales se les conoce con elnombre de poros gel.

Estos poros se presentan en el gel independiente de la relación agua-cemento y el grado dehidratación de la pasta, ocupando apropiadamente el 28% de la misma.

Los poros gel tienen un diámetro muy pequeño, del orden de aproximadamente 0.0000018 mm.Equivalente al de las moléculas de agua. Debido a su muy pequeño diámetro el agua nocongela en ellos. Estos poros no están interconectados.

La imposibilidad que tiene el agua para congelar en los poros gel es debida,fundamentalmente, a que no hay espacio suficiente para que se pueda producir lanuclearización del hielo. Las partículas que conforman el gel son cuatro o cinco veces mayoresque los poros gel.

1.9.3 Importancia de la porosidad

a. En el caso de los poros gel, el agua presente en ellos esta tan firmemente unida que no se

evapora bajo condiciones de secado que eliminaría casi toda el agua de los poros mayores.Esta agua puede ser considerada para efectos prácticos como agua químicamentecombinada.

b. En el caso de los poros por aire atrapado, estos tienen tan baja propensión a retener elagua que pueden virtualmente considerarse vacíos.

c. Los poros de aire incorporados, cuyo rango de diámetros esta entre el de poros capilares yel de los poros gel, no retienen agua ni están interconectados, pudiéndoseles considerarcomo virtualmente vacíos.

d. El contenido de agua de los poros capilares se incrementa o disminuye porhumedecimiento o secado del concreto, siendo el agua más fácilmente removible porsecado conforme el capilar aumenta de diámetro.

e. La porosidad característica de gel, nominalmente no inferior al 28%, es el limite inferior de

la porosidad total que puede ser alcanzad por la pasta en aquellos casos en que, gracias auna combinación de una relación agua-cemento inicial muy baja y un curado muyprolongado, la porosidad capilar podría ser reducida a un mínimo. En la practica, laporosidad de la pasta es siempre mayor del 28%, variando en un buen concreto entre 30%a 40%, con lo que la permeabilidad de tales pastas generalmente será varias veces la delgel en si mismo.

f. Adicionalmente debe tenerse en consideración que en el proceso de secado del concretoendurecido, los poros mayores que contienen agua tendrán a vaciarse mas rápidamenteque los menores.

En cambio, en el proceso de humedecimiento de un concreto seca, la alta capilaridad de losporos muy pequeños produce una gran fuerza de impulso para el movimiento del agua, elmismo que trata de ser impedido por la baja permeabilidad del sistema adyacente compuestode poros muy pequeños, dando como resultado que los poros menores tienden a llenarse muylentamente.

Los macroporos tienen muy pequeña capilaridad y, por tanto, dan origen a una pequeña fuerzade impulso para el movimiento del agua. Adicionalmente, como suelen estar rodeados de unsistema poroso de permeabilidad restringida, ello se une a lo anterior para reducir la velocidadde movimiento del agua en los macroporos, excepto aquellos que se encuentran muy cerca dela superficie.

Finalmente, es importante indicar que los macroporos de un elemento de concreto, incluyendolos poros por aire incorporado, permanecen sin llenar aún en concretos sumergidos en agua.Los poros de tamaño intermedio tienden a llenarse más fácilmente que los poros de diámetromuy grande o muy pequeño.

1.10 El Agregado

1.10.1 Concepto



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a. Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas, de origen natural o artificial,cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la NORMA INTINTEC400.011.

b. Los agregados son la fase discontinua del concreto. Ellos son materiales que estánembebidos en la pasta y ocupan entre el 62% y el 78% de la unidad cúbica de concreto.

c. Un adecuado conocimiento de la naturaleza física y química del concreto así como del

comportamiento de éste, implica necesariamente el de los materiales que conforman lacorteza terrestre, estudiados a la luz de la geología y, específicamente, de la petrología.

1.10.2 Clasificación

a. El agregado empleado en la preparación del concreto se clasifica en agregado fino,agregado grueso y hormigón, conocido éste último como agregado integral.

b. Se define como agregado fino aquel, proveniente de la desintegración natural o artificial delas rocas, que pasan el Tamiz de 3/8” y queda retenido en el Tamiz No 200.

El mas usual de los agregados finos es la arena, definida como el resultante de ladesintegración natural de las rocas.

c. Se define como agregado grueso a aquel queda retenido en el Tamiz No 4 es proveniente dela desintegración natural o artificial de las rocas. El agregado grueso suele calificarse en

grava y piedra triturada o chancada. La grava es el agregado grueso proveniente de ladisgregación y abrasión natural de los materiales pétreos. Se le encuentra generalmente encanteras y lechos de ríos depositado en forma natural.

La piedra chancada, o piedra triturada, es el agregado grueso obtenido por trituraciónartificial de rocas y gravas.

d. Se define como hormigón, o agregado integral, al material conformado por una mezcla,dosificada en proporciones arbitrarias, de hormigón y arena.

Este material se da en forma natural en la corteza terrestre y se le emplea tal como se leextrae de la cantera.

1.10.3 Funciones del agregado en el concreto

Las tres principales funciones del agregado en el concreto son:

a. Proporcionar un relleno adecuado a la pasta, reduciendo el contenido de ésta por unidad de

volumen y por lo tanto, reduciendo el costo de la unidad cúbica de concreto.

b. Proporcionar una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas, dedesgaste, o de interperismo, que quedan actuar sobre el concreto.

c. Reducir los cambios de volumen resultante de los procesos de fraguado y endurecimiento;de humedecimiento y secado; o de calentamiento la pasta.

1.10.4 Interrelación agregado –concreto

Las propiedades del concreto resultante del empleo de un agregado determinado dependen de:

a. La composición mineral de las partículas de agregado, la cual influye fundamentalmentesobre la resistencia, durabilidad y elasticidad del concreto.

b. Las características superficiales de las partículas, las cuales influyen especialmente sobre laTrabajabilidad, fluidez y consistencia del concreto; así como sobre la adherencia entre la

pasta y el agregado.c. La granulometría de los agregados fino y grueso, definida por si misma, así como por la

superficie especifica, modulo de fineza y tamaño máximo del agregado grueso. Estaspropiedades influyen fundamentalmente sobre las propiedades del concreto al estado noendurecido, sobre su densidad; así como en el costo de la unidad cúbica de concreto.

d. El volumen de agregado por unidad de volumen de concreto, el cual influye especialmenteen los cambios de volumen debido a los procesos de humedecimiento y secado; a losprocesos de calentamiento y enfriamiento; así como en el costo de la unidad cúbica deconcreto.

e. La porosidad y la absorción del agregado, las cuales influyen sobre la relación agua-cementoefectiva, así como sobre las propiedades del concreto al estado no endurecido.

1.10.5 Importancia de la porosidad del agregado

a. Las cuatro clases de poro que pueden estar presentes en las pastas corresponden aespacios que están en el concreto fuera de los límites de los agregados. Sin embargo.



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Normalmente este es poroso y permeable, pudiendo variar el total de poros, de acuerdo a losdiferentes tipos de roscas, entre el 0.3% y el 20%

b. Algunas rocas presentan macroporos. Los cuales se definen como poros lo suficientementegrande como para que los efectos de la capilaridad en ellos sean muy pequeños odespreciables.

Los macroporos presentan en la superficie de la roca, o el concreto, o en el cuerpo de la roca

pero conectados a la superficie por otros macroporos, pueden ser llenados fácilmente porinmersión de la roca en el agua.

Sin embargo si tales macroporos están dentro del cuerpo de la roca y se encuentranseparados de la superficie por una fina estructura porosa que no es fácilmente permeable,no deberán llenarse rápidamente por un proceso ordenado tal como una prolongadainmersión de agua.

c. La dimensión promedio de los poros en las diversas rocas comprende de un amplio rango detamaño. Usualmente las rocas que presentan una alta porosidad y poros relativamentegrandes, tienen una lata permeabilidad al agua.

Sin embargo, esta regla presenta excepciones encontrándose rocas, por ejemplo alhorsteno, las cuales tiene una porosidad moderada a alta pero baja permeabilidad, lo queindicar poros de tamaño promedio pequeño.

En este tipo de rocas el tamaño promedio de los poros podría estar en el rango del diámetrode los poros capilares presente en la pasta.

d. La porosidad de los agregados naturales generalmente empleados en la preparación deconcretos de peso normal, se encuentra usualmente por debajo del 10% y casi siempre pordebajo del 3%, en contraste con el 30% o más de la porosidad total de las pastas. Sepodrían esperar, a partir de estos valores, que la permeabilidad de los agregadosusualmente empleados deberla ser mucho menor que la de la pasta.

Sin embargo, al nivel de laboratorio se ha podido comprobar que ello no siempre es así,habiéndose encontrado que muchas rocas empleadas como agregado en el concretopueden tener valores de permeabilidad en el orden de, o más altos que, aquellos que seencuentran en pastas preparadas con relaciones agua-cemento en los rangos de 0.4 a 0.7.

La explicación de esta aparente anomalía se encuentra en el hecho de que los capilares o

espacios porosos en el agregado a través de los cuales el agregado puede fluir, son enpromedio considerablemente mayores que los existentes en la pasta aún cuando aquellos sepresentan en mucho menor proporción.

e. Los pequeños vacíos presentes en el agregado, en forma similar a los poros capilares de lapasta, pueden bajo determinadas circunstancias ser parcial o totalmente que usualmente seda en climas fríos.

1.11 Capacidad de Retención del Agua en los Poros

1.11.1 La capacidad con que las diversas clases de poros, presentes en la pasta y/o el agregado,pueden retener agua está inversamente relacionada a su tamaño. En relación con estopodemos hacer las distinciones siguientes:

a. Al agua presente en los poros gel esta firmemente adherida, de manera tal que ella no puede

evaporarse bajo condiciones de secado que harían eliminarse casi toda el agua presente enlos poros mayores. Para los propósitos de un estudio sobre la naturaleza del concreto, elagua de los propósitos de un estudio sobre la naturaleza del concreto, el agua de los porosgel deberá considerarse como agua químicamente combinada, aun que desde el punto devista de la físico-química podrían establecerse con razón, algunas diferencias.

b. Los grandes poros tienen muy pequeña propensión a retener agua, por lo que encircunstancias totalmente inusuales ellos están llenos.

c. En los poros de aire incorporado, los cuales normalmente no son apreciables visualmente,puede afirmarse lo mismo que en caso de los grandes poros.

d. Ocupando un rango de tamaño intermedios entre aquellos que son visibles por el ojo y losporos gel, los poros capilares tienen una afinidad intermedia con el agua. Pudiendo sucontenido incrementarse o disminuir con el humedecimiento o secado del concreto, y siendo

el agua presente en los capilares mayores más fácilmente removible por secado que aquellapresente en los diámetros mayor.



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e. Los poros presentes en el agregado son generalmente mayores que los poros capilarespresentes en la pasta, con las exenciones previamente ya indicadas, y por ello tienen unamenor habilidad para tomar y retener agua. Sin embargo, los pequeños poros presentes enalgunos agregados se comportan, en relación con el agua, en forma muy similar a los poroscapilares presentes en la pasta.

1.11.2 Una consecuencia de las propiedades de los diversos tamaños de poros presentes en el

concreto, es que puede considerarse que existe una competencia entre ellos en relación con elagua disponible.

En efecto, en el proceso de secado del agua contenida en el concreto, los grandes poros quecontienen agua tenderán a secarse más fácilmente en tanto que los más pequeños lo haráncon mayor dificultad.

Por otra parte, en el humedecimiento de concretos secos, la entrada de agua en los porosestará determinada por dos tipos de acciones diferente:

a. La alta capilaridad de los poros muy pequeños producirá un nivel de fuerzas muy alto para elagua en movimiento, pero tal movimiento será impedido por la baja permeabilidad delsistema de poros muy pequeño circundante con el resultado que estos últimos tendrán allenarse muy lentamente.

b. La pequeña capilaridad de los grandes poros, o macroporos, y por ello crean pequeñas

fuerzas de impulso para el movimiento del agua.

Adicionalmente estos poros están generalmente rodeados de un sistema de poros depermeabilidad restringida.

Estas dos circunstancias se combinan para reducir la velocidad de movimiento del agua enlos macroporos, excepto aquellos que están muy cerca de la superficie, como ya se indicó.

1.11.3 Adicionalmente a las dos consideraciones anteriores, es importante indicar que los grandesporos presentes en la masa de concreto, incluyendo los poros de aire incorporado,permanecen sin llenar aún concretos sumergidos en agua. Los poros de tamaño intermediotienden a llenarle más fácilmente que los poros muy grandes o muy finos.

1.12 Naturaleza Química de Pasta

1.12.1 El proceso químico mediante el cual los silicatos y aluminatos cálcicos, así como el sulfato de

calcio, que componen el cemento reaccionan con el agua, y parcialmente unos con otros, paraformar la pasta se denominan genéricamente proceso de hidratación.

Este proceso es extremadamente complejo, pudiendo continuar por meses p años. En esteestudio sólo se contemplara algunos aspectos del mismo.

1.12.2 Los productos sólidos presentes en el gel son todos de naturaleza básica, pudiendo ser todosellos atacados y descompuestos ácidos, aunque la velocidad de ataque puede sersignificativamente baja para ácidos débiles o diluidos.

Igualmente, los productos de la hidratación pueden ser atacados por el bióxido de carbono elcual en presencia del agua, forma ácido carbónico cuyo ataque puede ser severo o leve deacuerdo a las circunstancias en que actúa.

1.12.3 En general, los productos de la hidratación del cemento son estables frente a las aguasordinarias y muchas soluciones. De no ser así el concreto no hubiese llegado a ser el

importante material de construcción que es. Igualmente, con algunas excepciones, sonestables frente a la acción de bases y soluciones.

1.12.4 El aluminato tricalcico, un compuesto indeseable pero inevitable de la pasta es fácilmenteatacado por soluciones de sulfato, en presencia del hidróxido de calcio y la humedad, paraformar sulfato aluminato de calcio. Los agentes más enérgicos son las soluciones de sulfatosde sodio y magnesio.

1.12.5 El proceso de hidratación, teniendo lugar mediante y por medio del agua, da por resultado laliberación de hidróxido de calcio el cual rápidamente forma una solución saturada de éstasustancia en el agua contenida en los poros capilares y en los poros gel. Esta soluciónpermanece en los poros capilares aun después de considerable secado del concretoendurecido y tiene una basicidad no menor a un pH de 12, siendo más alta debido a lapresencia de hidroxilo alcalino, tales como hidróxidos de sodio o potasio, o ambos, formados a

partir de los pequeños porcentajes de álcalis presentes en el cemento. Estos valores altos depH son de vital importancia en la prevención de la corrosión del acero de refuerzo.



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1.13 Naturaleza Química del Agregado

Aunque para depósitos prácticos el agregado normalmente es considerado químicamenteinocuo, ello no siempre es cierto. Habiéndose encontrado que:

a. Algunos agregados, naturales o artificiales, pueden entrar en reacción química con losconstituyentes del cemento, especialmente con los álcalis, dando origen a múltiples

problemas originados por la reacción y expansión álcali-agregado.b. Aunque la mayoría de los agregados ricos en sílice son en sí mismos resistentes a los

ataques ligeramente ácidos; Los agregados calcáreos, especialmente la calcita y la dolomita,pueden ser atacados por los ácidos.

c. Aunque las motivaciones no están aun suficientemente claras, se ha encontrado que losagregados carbonatos pueden, en algunas ocasiones, tener aplicación útil como agregadosde sacrificio en concretos expuestos a ataques por ácidos débiles a medios, a fin de reducirel ataque de la pasta en si misma y así prolongar la vida del concreto en el cual talesagregados son empleados.

1.14 Propiedades del concreto

1.14.1 Concepto

a. Para cada caso particular de empleo se requieren en el concreto determina propiedades. Espor ello que el conocimiento de todas y cada una de ellas, es importancia para el ingeniero elcual debe decidir, para cada caso particular de empleo del concreto, la mayor o menorimportancia de cada una de ellas.

b. Al analizar las propiedades del concreto, el ingeniero debe recordar las limitaciones de lasmismas en función de las múltiples variables que pueden actuar sobre el concretomodificándolo.

En este análisis es importante que el ingeniero recuerde que el concreto, como cualquiermaterial, puede experimentar adicionalmente modificaciones el tiempo y que puedenclaudicar por fallas atribuibles a problemas de durabilidad, aun cuando su resistencia hayasido adecuada.

c. En el análisis de las propiedades del concreto es importante recordar que ellas estáníntimamente asociadas con las características y proporciones relativas de los materiales

integrantes; para que la calidad, cantidad y densidad de la pasta es determinante en laspropiedades del concreto; y que la relación agua-cemento lo es sobre las características dela pasta.

1.14.2 Propiedades fundamentales

a. Las propiedades más importantes del concreto no endurecido incluyen la tabajabilidad,consistencia, fluidez, cohesividad, contenido de aire, segregación, exudación, peso unitario,así como tiempo de fraguado.

b. Las proporciones más importantes del concreto al estado endurecido incluyen lasresistencias mecánicas, durabilidad, propiedades elásticas, cambios de volumen,impermeabilidad, resistencia al desgaste y cavilación, propiedades térmicas y acústicas, aapariencia.

1.15 Importancia de la Selección de los Materiales1.15.1 En la selección del cemento debe considerarse, para los Pórtland normales, la composiciónquímica y el tipo de cemento empleado, así como la influencia que estas característicaspueden tener sobre las propiedades del concreto.

Si se trata de cementos combinados, debe tenerse en consideración las características de lapuzolana, ceniza o escoria empleada. Igualmente la fineza y el tiempo de fraguado del cementoy la influencia de estas sobre las propiedades del concreto.

1.15.2 De acuerdo a las propiedades que se desea alcanzar, se deberá tener en consideración para elagregado su perfil, textura superficial, granulometría, tamaño máximo, modulo de fineza,superficie especifica, dureza, resistencia, composición minerológica, limpieza y presencia demateria orgánica o materias extrañas.

1.15.3 El agua deberá ser potable. En caso de no serlo se deberá tener en consideración la influencia

de las sales sobre las propiedades del concreto.



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1.15.4 El empleo de aditivos modifica significativamente las propiedades del concreto. Su uso debe sercuidadosamente estudiado a fin de alcanzar las propiedades deseadas sin modificar otras.

1.16 Importancia de la Dosificación de las Mezclas

1.16.1 Concepto

a. En la dosificación de las mezclas de concreto deberá tenerse cuidado de que haya la

cantidad de pasta necesaria no sólo para recubrirse el agregado y facilitar su movilidad, sinotambién ocupar los vacíos existentes entre partículas.

Igualmente, la Trabajabilidad y consistencia del concreto deberán se las adecuadas para quela mezcla ocupe totalmente los encofrados y recura el acero de refuerzo y elementosembebidos.

b. En el concreto endurecido las proporciones seleccionadas deberán permitir obtener laspropiedades deseadas al menor costo.

1.16.2 Contenido de agua

El agua que se coloca en las mezclas es, por razones de Trabajabilidad, siempre mayor queaquella que se requiere por hidratación del cemento; siendo ésta última conocida como agua deconsistencia normal y estando su valor en el orden del 28% en peso del cemento.

Por la razón expuesta, las pastas que tienen alta relación agua-cemento contienen más agua

no interviene el proceso de hidratación, o agua libre que aquellas que tienen baja relaciónagua-cemento. Desde que el agua libre ocupa espacios que después se transforman en poroscapilares, la pasta de las mezclas de alta relación agua-cemento es más porosa que la de lasmezclas ricas o de las mezclas con baja relación agua-cemento.

1.17 Importancia de la Preparación

1.17.1 Concepto

a. La preparación del concreto es, fundamentalmente, un proceso de fabricación de un nuevoproducto. Es por ello que los procesos derivados de la obtención de materiales adecuados;de selección de las proporciones más conveniente de los mismos; de fabricación y puestaen obra de la mezcla; de control de su calidad; y de economía de producción son en ciertaforma, similares a aquellos que puedan presentarse en cualquier otro problema defabricación.

b. Adicionalmente debe tenerse en consideración que, debido a que el proceso de fabricar yobtener un concreto de calidad determinada no termina hasta la estructura es puesta enservicio, cada obra representa problemas particulares, especialmente aquellos referidos ala selección de las proporciones, proceso de colocación y curado del concreto.

c. Durante el proceso constructivo el profesional responsable de la obra deberá siemprerecordar que, independientemente de la calidad de la mezcla a nivel de los cálculos deoficina e inclusive de las mezclas de prueba en el laboratorio, las cualidades asumidas parala estructura no podrá ser obtenidas a menos que ellas sean alcanzadas en cada unidadcúbica del concreto en la obra.

1.18 Importancia del Control

La preparación de un buen concreto exige de un adecuado control. Ello implica con diferente

grado de control de acuerdo a las características e importancia de la obra:a. Una cuidadosa supervisión en la selección de los materiales y la selección de las

proporciones de la unidad cúbica de concreto.

b. Una cuidadosa supervisión de los procesos de puesta en obra y acabado del concreto.

c. La realización de ensayos en todas las etapas del proceso de selección de los materiales,dosificación de la mezcla, y colocación del concreto, a fin de garantizar la calidad de losmateriales y del producto final.

1.19 Importancia de la Preparación Técnica

1.19.1 En la preparación del concreto el problema fundamental es obtener un producto satisfactorio aun costo razonable. El alcanzar ambas condiciones exige que la fase técnica del proceso defabricación del concreto esté bajo la responsabilidad de un profesional que esté plenamentefamiliarizado con los diversos aspectos del concreto como material y de su tecnología.

1.19.2 Conocimientos adecuados en el campo de la tecnología del concreto; un adecuado criterio;buena preparación del concreto e inspección de su calidad son todos ellos factores necesarios



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para lograr un balance adecuado entre todos los aspectos que intervienen en la preparación delconcreto. Personal calificado y mano de obra especializada es indispensable si se desea que elproducto final, la estructura, sea de la calidad requerida.

1.19.3 Es imposible preparar un concreto de buena calidad, el cual cumpla con todos los requisitosexigidos por el proyectista, si no se posee una adecuada preparación en la tecnología delconcreto.

Un concreto “malo”, es un producto de inferior calidad, es preparado con cemento agua yagregados. Son exactamente estos mismos materiales los ingredientes de un buen concreto.La diferencia únicamente radica en el cómo hacerlo, en la adecuada preparación profesional delingeniero y personal a sus órdenes, así como en la atención que haya sido dada a todos losaspectos de la preparación de un buen concreto.

1.20 Factores en la Variación de Calidad

Algunos de los principales factores que pueden intervenir en la variación de la calidad delconcreto se pueden agrupar en los siguientes rubros:

a. Variables de los materiales, cuya responsabilidad es atribuible al constructor.

b. Variables en el proceso de producción, cuya responsabilidad es atribuible al constructor.

c. Variable en el control de la calidad del concreto, cuya responsabilidad es atribuible a la

inspección o al laboratorio encargado del control.d. Variables debidas a la preparación técnica del personal profesional y técnico que intervienen

en los diversos aspectos de la obra.

1.21 Ventajas y Limitaciones del Concreto

1.21.1 Ventajas

Las principales ventajas del concreto como material de construcción son:

a. Su versatilidad, la cual permite obtener las formas que se desee.

b. La posibilidad de fabricarlo en obra, como unidades vaciados en sitio o fuera de materialeslocales prefabricadas.

c. El empleo de materiales locales, especialmente agregados y agua.

d. Su bajo costo por unidad cúbica si se lo compara con el de otros materiales.

1.21.2 LimitacionesEntre sus principales desventajas del concreto se encuentran:

a. Su baja resistencia a los esfuerzos de tensión, lo que obliga al empleo de acero de refuerzo.

b. Su permeabilidad, debida a la presencia de poros capilares en la pasta.

c. Sus cambios de volumen y longitud debidos a procesos de humedecimiento y secado. Elconcreto se contrae al secarse y se expande al humedecerse, con la consiguiente posibilidadde agrietamiento.

d. Sus cambios de longitud debidos a que el concreto se expande con el calor y tiende acontraerse al enfriarse, con la consiguiente posibilidad de agrietamiento.

2. MATERIALES

2.1 Cemento2.1.1 El cemento empleado en la preparación del concreto deberá cumplir con algunos requisitos delas siguientes de las siguientes Normas ITINTEC para cementos Pórtland.

a. Cemento Pórtland Tipo I, II y V, que corresponden a la Norma ITINTEC 334.044

b. Cemento Pórtland Puzolánicos Tipo IP u Tipo IPM, que corresponden a la Norma INTITEC334.044

2.1.2 El cemento empleado en obra deberá ser del mismo tipo y marca que el utilizado para laselección de las proporciones de la mezclas de concreto.

Se requerirá cemento del mismo tipo y marca en aquellos casos en que en la determinación dela resistencia promedio se ha empleado concretos preparados con cemento de una mismamarca. Si la desviación estándar se ha calculado basándose en resultados de ensayos deconcreto preparados con cementos del mismo tipo pero de diferentes marcas, el criterio a ser

aplicado en obra ya no será tan exigente.



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2.1.3 No se aceptará en obras bolsas de cemento que se encuentren averiadas o cuyo contenidohubiese sido evidentemente alterado por la humedad.

2.1.4 Se considera que la bolsa de cemento tiene un pie cúbico de capacidad y un peso de 42,5 Kg.En aquellos casos en que no se conozca el valor real, se considera para el cemento un pesoespecifico de 3.15.

2.2 Canteras2.2.1 En aquellos casos en que fuere necesario, corresponde al Contratista la prospección quepermite la ubicación de canteras de agregados; Así como la exploración, muestreo ycertificación de la calidad de los depósitos disponibles.

2.2.2 La selección de las canteras deberá incluir estudios de origen geológico; clasificaciónpetrográfica y composición mineral del material; Propiedades y comportamiento del materialcomo agregado; Costo de operación, rendimiento en relación con la magnitud del proyecto, yposibilidades de abastecimiento del volumen necesario; y facilidad de acceso a la cantera ycercanía de ella a la obra.

2.2.3 Las canteras seleccionadas deberán ser apropiadas por la inscripción previa presentación porel contratista de los certificados de calidad expedidos por un laboratorio autorizado por ella.

2.2.4 La presentación y aprobación de los certificados de calidad, no exime al contratista de la

responsabilidad de emplear durante todo el proceso de colocación del concreto, materiales decalidad por lo menos igual a la aprobada.

2.3 Agregados – Generalidades

2.3.1 Los agregados empleados en la preparación del concreto normal deberán cumplir con losrequisitos de la Norma ITINTEC 400.037 y los de las especificaciones técnicas especiales delproyecto.

Si se emplea agregados livianos en la preparación de concreto estructural, estos deberáncumplir con los requisitos de la Norma ASTM 330.

2.3.2 Los agregados que no cumplan con alguno de los requisitos indicados, podrán ser utilizadossiempre que el Contratista demuestre a la Inspección, mediante resultado de pruebas deLaboratorio o certificaciones de experiencia en obre, que bajo condiciones similares a la que seespera pueden producir concreto de las propiedades requeridas. Los agregados seleccionados

deberán ser aprobados por la inspección.2.3.3 Los agregados que no cuenten con un registro de servicios demostrable, o aquellos

provenientes de canteras explotadas directamente por el Contratista, podrán ser aprobadas porla inspección siempre que cumplan con aquellos ensayos normalizados que ésta considereconvenientes. Este procedimiento no invalida los ensayos de control de lotes en obra.

El contratista y la inspección deben recordar que un comportamiento satisfactorio en el pasadono garantiza un buen comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza un buencomportamiento bajo otras condiciones de obra u otras ubicaciones; por lo que siempre esrecomendable emplear agregados que cumplan con los requisitos de las Normas o de lasespecificaciones de obra.

2.3.4 Los agregados finos y gruesos deberán ser manejados como materiales independientes.

2.3.5 Los agregados seleccionados deberán ser procesados, transportados, manipulados,

almacenados y dosificados, de manera tal de garantizar que:

a. La pérdida de finos será mínima;

b. Se mantendrá la uniformidad del agregado;

c. No se producirá contaminación con sustancias extrañas;

d. No se producirá rotura o segregación importante en ellos.

El agregado empleado en concretos que han de estar sometidos a humedecimiento; explosiónprolongada a atmósfera húmeda; o en contacto con suelos húmedos; no deberán tener encomposición minerológica elementos que sean potencialmente reactivos con los álcalis del cemento.

Se exceptúa el caso en que el cemento contiene menos del 0.6% de álcalis calculado comoequivalente de óxido de sodio (Na2O + 0.658 K2O), o cuando se adiciona a la mezcla materiales quehan demostrado ser capaces de controlar las expansiones inconvenientes debidas a la reacción

álcalis-agregado.



37




2.3.6 El ensayo de estabilidad de volumen, realizado de acuerdo a las recomendaciones de la NormaITINTEC 400.037 o la ASTM C 88, sólo se efectuará en agregados que van a ser empleados enconcretos sometidos a procesos de congelación y deshielo. El agregado sometido a cinco ciclosde ensayo de estabilidad de volumen deberá.

a. En el caso del agregado fino, presentar una pérdida no mayor de 15% si se emplea comoreactivo sulfato de magnesio, ni mayor del 10% se emplea como reactivo sulfato de sodio.

b. En el caso de agregado grueso, presenta una perdida no mayor del 18% si se emplea comoreactivo sulfato de magnesio, ni mayor del 15% si se emplea como reactivo sulfato de sodio.

2.3.7 Los agregados que no cumplen con lo indicado podrán ser utilizados si un concreto depropiedades comparables, preparado con agregado del mismo origen, ha demostrado uncomportamiento satisfactorio cuando estuvo sometido a condiciones del intemperismosimilares a las que se espera; o cuando se obtuvo resultados satisfactorios en concretossometidos a ensayos; o cuando se obtuvo resultados satisfactorios en concretos sometidos aensayos de congelación y deshielo realizados de acuerdo a las recomendaciones de la }Norma

ASTM C 666.

2.3.8 Los agregados fino y grueso no deberán contener sales solubles totales en porcentaje mayordel 0,04% si se trata de concreto armado; ni del 0,0155 si se trata de concreto presforzado.

El contenido de cloruro de calcio presente en el agregado como cloruro soluble en agua, se

determina de acuerdo a l o especificado en la Norma ASTM D 1411.

2.3.9 El agregado de procedencia marina deberá ser tratado por lavado con agua potable antes deser utilizado en la preparación del concreto.

Los agregados expuestos a la acción directa de los rayos solares determinaran, si ello esnecesario, enfriarse antes de ser utilización en la mezcladora.

Si el enfriamiento se efectúa por riego, se deberá considerar la cantidad de humedad añadida elagregado a fin de corregir el concreto de agua de la mezcla y mantener la relación agua-cemento seleccionada.

2.4 Agregado Fino

2.4.1 Se define como agregado fino aquel proveniente de la desintegración natural o artificial, quepasa el tamiz ITIMTEC 9.5 mm. (3/8”) y que cumple con los limites establecidos en la Norma

ITINTEC 400.037.2.4.2 El agregado fino puede consistir de arena natural o manufacturada, o una combinación de

ambas. Sus partículas serán limpias, de perfil perfectamente angular, duro, compacto yresistente.

El agregado fino deberá estar limpio de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículasescamosas o blandas, esquistos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales u otras sustanciasdañinas.

2.4.3 El agregado fino deberá estar graduado dentro de los limites indicados en la Norma

INTINTEC 400.037. Es recomendable tener en cuenta lo siguiente:

a. La granulometría seleccionada deberá ser preferentemente contínua, con valores retenidosen las mallas Nº 4 a Nº 100 de la serie Tayler.

b. El agregado no deberá retener mas de 45% en dos tamices consecutivos cualesquiera.

c. En general es recomendable que la granulometría se encuentre dentro de los siguienteslímites.

MALLA % que pasa

3/8”

No 4

No 8

No 16

No 30

No 50

No 100

100

95 - 100

80 - 100

50 - 85

25 - 60

10 - 10

2 - 10

El porcentaje indicado para las mallas Nº 50 y N 100 podrá ser reducido a 5% y 0%,respectivamente, si el agregado es empleado en concretos con aire incorporado cuyo contenido





39




c. Tres cuartos del espacio libre mínimo barras o alambres individuales de refuerzo, paquetesde barras, torones o ductos de preesfuerzo.

En elementos de espesor reducido, o ante la presencia de gran cantidad de armadura, se podrácon la autorización de la inspección reducir el tamaño máximo nominal del agregado grueso,siempre que se mantenga una adecuada Trabajabilidad, se cumpla con el asentamientorequerido y se obtenga la resistencia en compresión especifica.

Las limitaciones anteriores podrán igualmente ser obviadas si, a criterio de la inspección, laTrabajabilidad y los procedimientos de compactación utilizados en el concreto, permiten colocarel concreto sin formar vacíos o cangrejeras.

2.5.5 El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado grueso o deberá exceder de lossiguientes valores:

Arcilla 0.25%

Partículas deleznables 5.00%

Material mas fino que la malla Nº 200

Carbón y Lignito:a. Cuando el acabado superficial

es de importancia 0.50%

b. Otros concretos 1.00%

El agregado cuyos límites de partículas perjudiciales excedan a los indicados, podrá seraceptado siempre que un concreto, preparado con el agregado de la misma procedencia, hayadado un servicio satisfactorio cuando haya estado expuesto de manera similar al estudiado o,en un registro de servicios, siempre que el concreto preparado con el agregado tengacaracterísticas satisfactorias cuando es ensayado en el laboratorio.

2.5.6 El agregado grueso empleado en el concreto para pavimentos, o en estructuras sometidas aproceso de erosión, abrasión o capitación, no deberá tener una pérdida mayor del 50% en elensayo de abrasión realizado de acuerdo a las especificaciones INTINTEC 400.019 ó 400.020ó a las Normas ASTM C 131.

2.5.7 El lavado de las partículas del agregado grueso se deberá hacer con agua perfectamentepotable. De no ser así, el agua empleada deberá estar libre de sales, materia orgánica omateriales en suspensión.

2.6 Hormigón

2.6.1 El agregado denominado hormigón, es una mezcla natural, en proporciones arbitrarias, deagregado fino y grueso procedente de río o de cantera.

2.6.2 El lo que sea posible se seguirán para el hormigón las recomendaciones correspondientes parael agregado grueso y fino.

2.6.3 El hormigón deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones. partículasblandas o escamosas, sales, álcalis, materia orgánica u otras sustancias dañinas para elconcreto. Su granulometría deberá estar comprendida entre la malla de 2” como máximo y lamalla No 100 como mínimo.

2.6.4 El hormigón debe ser manejado, transportado y almacenado de manera tal que garantizar laausencia de contaminación con materiales que podrían reaccionar con el concreto.

2.6.5 El hormigón deberá emplearse únicamente en la elaboración de concretos con resistencias encompresión hasta de 100 kg/cm

2 a los días. Del contenido mínimo de cemento será de 225

kg/cm2.

2.7 Agua

2.7.1 El agua empelada en la preparación y curado del concreto deberá cumplir con los requisitos dela Norma INTINTEC 334.088 y ser de preferencia, potable.

2.7.2 Esta prohibido el empleo de aguas ácidas, calcaras, minerales ya sea carbonada o minerales;aguas provenientes de minas o relaves, aguas que contengan residuos industriales, agua con

contenido de sulfatos mayor del 1%, agua que contenga algas, materia orgánica, humus odescargas de desagües, aguas que contengan azucares o sus derivados. Igualmente aquellas



40




aguas que contengan porcentajes significativos de sales de sodio o de potasio disueltas, entodos aquellos casos en que la reacción álcali-agregado es posible.

2.7.3 Podrá utilizarse aguas naturales no potables, previa autorización de la inspección, únicamentesi:

a. Están limpias y libres de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis, sales, materia

orgánica u otras sustancias que puedan ser dañinas al concreto, acero de refuerzo oelemento embebidos.

Al seleccionar el agua deberá recordarse que aquellas con alta concertación de salesdeberán ser evitadas en la medida que no sólo pueden afectar el tiempo de fraguado, laresistencia del concreto y su estabilidad de volumen, sino que, adicionalmente, puedenoriginar eflorescencias o corrosión del acero de refuerzo.

b. La calidad del agua, determinada mediante el análisis del laboratorio, cumple con losvalores que a continuación se indican; debiendo ser aprobadas por la inspección lasexcepciones a los mismos.

Máximo

Cloruros 300 ppm.

Sulfatos 300 ppm.

Sales de Magnesio 150 ppm.

Sales solubles totales 1500 ppm.

pH. mayores de 7

Sólidos en suspensión 1500 ppm.

Materia orgánica 10 ppm.

c. La seleccione de las proporciones finales de la mezcla de concreto se basará en resultadosde ensayos de resistencia en compresión en los que se ha utilizado en la preparación delconcreto agua de la fuente elegida.

d. Los ensayos de mortero preparado con el agua seleccionada y ensayada siguiendo lasrecomendaciones de las Normas ASTM C 109 tienen, a los 7 y 28 días, resistencias en

compresión no menores del 90% de las muestras similares preparadas con agua potable.

2.7.4 Las sales u otras sustancias dañinas que pudieran estar presentes en los agregados y/omezclado a fin de evaluar el contenido total de sustancias inconvenientes que pudieran serdañinas al concreto, acero de refuerzo ó elementos embebidos.

2.7.5 Si en el concreto han de estar embebidos elementos de aluminio y/o fierro galvanizado, elcontenido de cloruro indicados en el acápite 2.7.3 (b) deberá disminuir a 50 ppm.

2.7.6 El contenido de ión cloruro presente en el agua y demás ingredientes no deberá exceder,expresado como porcentaje en peso del cemento de los siguientes valores:

Concretos presforzados 0.60%

Concreto armado con elementos

de aluminio o de fierro galvanizado embebidos 0.06%

Concreto armado expuesto a la acción de cloruros 0.10%

Concreto armado no protegido que

puede estar sometido a un ambiente

húmedo pero no expuesto a cloruros 0.15%

Concreto armado que deberá estar seco

o protegido de la humedad durante su

vida por medio de recubrimiento impermeable 0.80%

2.7.7 El agua de mar sólo podrá utilizarse en la preparación del concreto si se cuenta con laautorización escrita del ingeniero proyectista y la inspección.

Es recomendable que la mezcla tenga un contenido de cemento mínimo de 350 kg/m3, una

relación agua-cemento máxima de 0.5, consistencia plástica y un recubrimiento al acero derefuerzo no menor de 70 mm.

Queda prohibido el empleo de agua de mar como agua de mezclado en los siguientes casos:



41




Concreto presforzado.

Concreto cuya resistencia a la compresión a los 28 días seamayor de 175 kg/cm2.

Concretos en los que estén embebidos elementos de aluminio ode fierro galvanizado.

Concretos vaciados en climas cálidos.Concretos con acabado superficial de importancia; concretosexpuestos; concretos cara vista 2.9.2

2.8 Acero de Refuerzo

Las barras de acero de refuerzo corrugadas o lisas; las mallas de barras; el alambre corrugadoo liso; las mallas de alambre corrugado o liso; u los torones, alambres y barras para tendonesen concreto presforzado, deberán cumplir con lo especificado en la Norma Técnica deEdificaciones E.060 “Concreto Armado”.

2.9 Aditivos

2.9.1 Se define como aditivo a un material distinto del agua, del agregado o del cemento, el cual esutilizado como componente del concreto y que se añade a este antes o durante en mezclado a

fin de modificar una o alguna de sus propiedades.2.9.2 Los aditivos a ser empleados en la mezcla de concreto deberán cumplir con los requisitos de la

Norma INTINTEC 339.086. Su uso está limitado por lo indicado en las especificaciones técnicasespeciales del proyecto y por la autorización de la inspección.

2.9.3 El empleo de aditivos no autoriza a modificar el contenido de cemento de la mezcla, salvoautorización expresa y por escrito de la inspección bajo responsabilidad de la misma.

2.9.4 Los aditivos empelados en obra deberá ser de la misma composición de concreto.

2.9.5 El contratista deberá demostrar a la inspección que con los aditivos seleccionados se podanobtener en el concreto las propiedades requeridas; Así como que ellos son capaces demantener esencialmente la misma calidad, composición y comportamientos del concreto entoda la obra.

2.9.6 En la selección de la cantidad de aditivos por unidad cúbica de concreto se tendrá enconsideración las recomendaciones del fabricante, las propiedades que se desee obtener en elconcreto; Las características de os agregados; la resistencia a la compresión especificada; lascondiciones ambientales y de trabajo en obras; el procedimiento de colocación del concreto ylos resultados de los ensayos de laboratorio.

2.9.7 El contratista proporcionará a la inspección la dosificación recomendada dela aditivo a serempelado, así como los efectos perjudiciales al concreto que pudieran esperarse de posiblesvariaciones en la misma; en la composición química dela aditivo; en el contenido de clorurosexpresados como porcentaje en peso del ión cloruro; y en el contenido de aire incorporado dela mezcla.

2.9.8 Los aditivos incorporados de aire deberán cumplir con los requisitos de la Norma INTINTEC339.086 o la Norma ASTM C 260.

2.9.9 Los aditivos reductores de agua, retardadores, acelerantes, reductores de agua y acelerantes,reductores de agua y retardadores, deberán cumplir con los requisitos de las normas INTINTEC339.086 o INTINTEC 339.087 a los de la Norma ASTM C 419 o ASTM C 1017.

2.9.10 Las puzolanas y ceniza que se empleen como aditivos deberán cumplir con los requisitos de laNorma ASTM C 989.

2.9.11 Las escorias de alto horno finamente molidas, cuando se emplean como aditivo, deberáncumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 989.

Son empleadas en la misma forma que las cenizas y, en general, son empleadas con cementoPórtland y, muy raras veces, con cemento combinados dados que estos ya vienen puzolanas ocenizas. Sin embargo, la combinación con cementos que cumplen con la Norma ASTM C 595puede ser considerada en la colocación de concretos en grandes masas en los que se puedeaceptar una lenta ganancia de resistencia y en los que el desarrollo de un bajo calor de

hidratación es de especial importancia.



42




2.9.12 El cloruro de calcio, o los aditivos que contengan cloruros que no sean impurezas de loscomponentes del aditivo, no deberán empelarse en:

Concreto presforzado.

Concreto que tenga embebidos elementos de

aluminio o fierro galvanizado.Concretos colocado en encofrado de metalgalvanizado.

Concretos masivos.

Concretos colocados en climas cálidos.

2.9.13 En aquellos casos en los que el ingeniero-Proyectista autorice el empleo de calcio, o de aditivoscon contenidos de cloruros, deberá certificarse que el contenido total de ión cloruro en la unidadcúbica del concreto, expresado como porcentaje en peso del cemento, no excede los valoresindicados en el acápite 2.7.6.

2.9.14 Los aditivos cuya fecha de vencimiento se ha cumplido no serán utilizados.

BIBLIOGRAFÍA“Agregados para Concreto”, Norma INTINTEC, 1987.

1. Recomendaciones para el proceso de puesta en obra de estructuras de concreto, EnriqueRivva, 1988.

2. Specification for Structural Plain Concrete for Buildings, ACI-88.

3. Building Code Requirements for Structural Plain Concrete, ACI 318 1R-89.

4. concreto armado Norma Técnica de Edificaciones E. 060, ININVI – 1989

5. Building Code Requirements for Reinforced Concrete, ACI 318-89.

6. Especificaciones Técnicas Generales de las Obras de Concreto Simple y Armado, ININVI – 1990.



43

TEMA: CONCRETOREFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD –



PISO Y LOSAS

1. PRINCIPIOS GENERALESLos pisos o las losas se componen de tres partes distintas:

a) Las partes encargadas de la sustentación: viguetas de madera, vigas metálicas, y vigasprefabricadas de hormigón armado o pretensado así como los forjados de relleno; las losas dehormigón armado, macizas o con nervaduras, etc.

b) El revestimiento, que constituye la pavimentación acabada y que descansa sobre el armazón oestructura de sustentación: embaldosado, parquet de madera, losas de diversas clasesejecutadas in situ, revestimientos sintéticos, etc.

c) El cielo raso o techo realizado debajo del elemento de sustentación, enlucido con yeso, palcasprefabricadas de materiales de todas clases, etc.

La parte portante debe resistir las cargas transmitidas por su propio peso y las sobrecargasprevistas por los reglamentos en vigor. El peso propio comprende, además del peso del mismoelemento de sustentación, el peso del revestimiento y el techo o cielo raso. Las sobrecargasque hay que admitir en el cálculo de los pisos, están fijadas por los reglamentos según los

valores siguientes: Suiza FranciaPisos de vivienda, habitacionesparticulares...Locales de venta, tiendasEscaleras de casas de vivienda,salas de colegios, balcones...Despachos y oficinasparticulares (público sóloadmitido aisladamente)...Terrazas accesibles (o peso dela nieve)*...

200 kg/m2

400 kg/m2

300 kg/m2

200 kg/m2

200 kg/m2

175 kg/m2

400 kg/m2

200 kg/m2

200 kg/m2

Para los pisos de terrazas, en Suiza, se calcula la sobrecarga de nieve, según las normas

siguientes:Altura H en que está situada la construcción 800 m ;

2

5540

H

niere P

(Pero 90 kg/cm2 como mínimo); Altura H a que está situada la construcción 800 m

2

1004,1160

H

niere P

A esas cargas debe añadirse el peso de los tabiques y separaciones interiores de escaso espesor

(tabiques de panderete). Podemos atribuirles, en los pisos de viviendas y apartamentos, unasobrecarga suplementaria de 75 kg/m

2



44




Las aberturas denominadas tramoyas, abiertas en los pisos para el paso de chimeneas oconductos de humos, conductos de ventilación y escaleras, requieren la construcción deembrochalados que con frecuencia modifican las características del elemento portante.

El revestimiento, por su misma naturaleza, debe presentar un pavimento adaptado a lasexigencias de la construcción y ofrecer un aislamiento satisfactorio tanto térmico como acústico.El aislamiento térmico se consigue con materiales ligeros y porosos y mediante colchones de

aire; el aislamiento acústico se obtiene (contra los ruidos aéreos) por medio del aumento del pesode la masa y con el empleo de materiales elásticos convenientemente dispuestos (contra losruidos de trepidaciones y choques).

El cielo raso contribuye a mejorar el aislamiento sin menoscabo de la estética.

El estudio de los pisos debe, pues comprender el cálculo estático y la averiguación de la flechadel elemento portante, a la vez que el examen del aislamiento térmico y acústico que presenta.Todos estos factores, íntimamente ligados a consideraciones de carácter económico,contribuyen al confort y al equilibrio de las construcciones. La elección del sistema deconstrucción del piso depende, pues, en gran medida de las condiciones locales.

Observación: Cuando una pieza descansa sobre más de dos apoyos su cálculo resultahiperestático con lo cual se sale del marco de esta obra. Sin embargo, muchas veces es

posible referir el problema al de un conjunto de piezas que descansan cada una sobre dosapoyos.

2. PISOS DE MADERA Actualmente los pisos de madera portantes desde una a otra pared son utilizados rarísimasveces en la construcción de inmuebles de varios pisos. Se prefieren las losas que, hechas conhormigón armado o elementos metálicos, se prestan mejor a las exigencias estáticas deseadas.Sin embargo, la madera sigue siendo el material de elección en la construcción de pisos encasas de campo, pabellones, vivienda particulares, etc.



45




Las ventajas de la madera residen en la sencillez de su puesta en obra, en la facilidad de darleforma y en su escaso peso propio. Por otra parte la madera ofrece excelentes cualidadesnaturales de aislamiento térmico yacústico. Constituye un piso económico.En cambio su empleo ofrece escasaprotección contra la humedad que

causa su destrucción por putrefacción.El apoyo de las vigas, que requiere uncercenamiento o que trae consigo ladebilitación de la sección de la pared,constituye un notable inconvenientepara las construcciones de muchaplantas. La luz de los pisos de maderarara vez excede de 5 m.Los pisos de madera están constituidos por vigas portantes, de pino, que suelen distar de 30 a60 cm. Dicha separación rara vez excede de 60 cm con el fin de evitar la flecha del piso querecubre las vigas. Las figs. 471 a 473 reproducen algunos tipos de pisos de madera.

Las dimensiones de las vigas dependen de su luz, de su separación y de los pesos ysobrecargas aplicadas. La tabla 31 permite determinar la sección de las vigas por simplelectura, cuando se conocen a luz y la carga. La luz real de las vigas corresponde a 1,05 vecesel hueco entre apoyos.

El peso propio de un piso de madera es de100 a 150 kg/m

2. En este peso van

comprendidos el parquet, el forjado, laviguería y el cielo raso.Ejemplo: ¿Qué sección de vigas esnecesario escoger para realizar un piso quedescanse sobre paredes distantes 3,80mentre sí y con una sobrecarga admitida dde250 kg/m

2?

Luz real: 1,05. 3,80 = 4,00Peso propio admitido (o calculado) 100kg/m

2

Sobrecarga fijada + 250 kg/m2

Carga total del piso: 350 kg/m2



46




Para una separación de 50 cm entre ejes de las vigas, cada una de éstas recibe: 0,5 . 350 =175 kg/m.En la tabla 31, a una carga por metro lineal de 174 kgy una luz de 4,00 m corresponde una sección demadera de 8 x 18 cm.

Para recordar los cálculos, el momento resistente seobtiene mediante el cociente del momento flector porel valor de la solicitación admisible en la madera:

= 85 kg/cm2

6

.;

)/(

).()(

2

2

3 H brectánguloW

cmkg

kg cm M cmW

El cálculo del momento de inercia necesario para las vigas sobre dos apoyos, uniformementecargadas, se obtiene en función de la flecha admisible, por medio de la expresión siguiente:

)()./(

)().(.

384

5)(;

300 2

334

cm f cmkg E

cml kg Qcm J

l f



47




en la cual:

Q = carga total sobre la viga: p.l

E = módulo de elasticidad de la madera, que seadmite en 110 000 kg/cm

2

l = luz de la viga

2.,

12

.:3 H W osea H bvigaladeinerciademomento J

b = anchura de la viga

H = altura de la viga.

Por razones de economía interesa utilizar vigas altasde pequeña anchura. A fin de evitar el alabeo de lasmismas se colocan riostras de tabla que impiden lastorsiones (Véase fig. 469).

El revestimiento de los pisos de madera por mediode “parquet” no presenta ninguna dificultad. Elestablecimiento de un embaldosado, en cambio,exige, para lograr la impermeabilidad, el empleo de cartón asfáltico sobre la superficie de

madera antes de realizar la capa de mortero base de la colocación de las baldosas. Esta últimaprecaución corta los peligros ocasionados por la fuerte humedad que puede subsistir sobre lamadera después de la colocación del embaldosado. A fin de limitar el agrietamiento de la capaaglomerante, es conveniente prever en esta última un enrejado que haga las veces dearmadura.

Mediante clavos es posible la colocación de la mayoría de tipos de cielos rasos existentes bajolos pisos de madera.

Al proyectar un piso de madera, esnecesario tener en cuenta que la maderaes un material vivo, susceptible deretracción y de hinchazón bajo el influjode la humedad ambiente. A este efectono hay que apretar nunca la madera entrehierros o aprisionarla en la obra; alcontrario, hay que dejarle sitio para quepueda desarrollar sus movimientos dentrodel medio que la rodea.





49




Cuando la solicitación de utilización del acero es conocida y la altura del laminado ha sido yaelegida, es fácil conocer la flecha que para un módulo de elasticidad de 2 100 000 k/cm

2 se

expresa por las fórmulas siguientes:

a) Carga uniformemente repartida, viga apoyada a dos puntos

f = flecha, en cm

real = solicitación creada en el acero en t/cm2

l = luz de la pieza en m

h = altura del perfil en cm

b) Cara uniformementerepartida, viga en ménsula

h

l real f

2..38,2

Ejemplo: Determinar las características de las viguetas de un piso de 5,60 m de luz entreparedes, con una carga (peso propio comprendido) de 2400 kg/m

2 , la separación de las

viguetas es de 85 cm.

Luz real 5,60 . 1,05 5,88 m

Carga por m de vigueta 2400.0,85 = 2040 kg; por la lectura en Tabla 32 sehalla:

IPE 270; = 1,360 T/CM2

cm f 73,127

88,5.360,1.992,0

2

400

1

340

1

588

73,1

Los pisos ligeros,realizados conpalastro plegado,ofrecen interesantes posibilidades. Su empleo, de uso corriente en los EE.UU., no ese hallegado todavía a extender en nuestras regiones. Los perfiles utilizados conducen a los tipos depisos indicados en las figs. 486 y 487.

El revestimiento aplicado sobre los pisos de elementos metálicos depende en gran medida delmaterial que compone el forjado. Los aislamientos térmicos y acústicos de este revestimiento

determinan el “confort” de la construcción y las cualidades particulares de los materiales

h

l real f

2..992,0



50




utilizados influyen la longevidad del elemento. La ejecución de los cielos rasos debe contribuiren gran medida a la mejora de las condiciones aislantes.

A fin de reducir el peso de lavigueta, que aumentanrápidamente con la luz, esposible introducir uno o varios

apoyos intermedios. Dichosapoyos están constituidos eneste caso por vigas (jácenas).Estas se calculan de la mismamanera que las viguetas: sucarga unitaria corresponde a lareacción de apoyo de lasviguetas del piso.Generalmente la luz de la

jácena es superior a la de lasviguetas. Para su realización seemplean laminados IPN, IPE,DIN, HEA, - B, - M, etc. que

dejar de calcular la fecha deesos medios de apoyo (fig.491).

La realización deembrochalados implica confrecuencia uniones que exigenla intervención de especialistas: remaches, uso de pernos, soldaduras, etc.



51




4. PISOS O LOSAS DE HORMIGÓN ARMADOLos pisos o losas de hormigón armado hallan actualmente gran campo de aplicación en laconstrucción de inmuebles de varias plantas, así como en la de viviendas particulares. Estecomplejo de materiales permite, en efecto, realizaciones variadas y económicas en la mayorparte de los casos. Por otra parte, a causa de su condición monolítica ofrece las garantías deuna excelente trabazón entre los elementos portantes.

Numerosas investigaciones dirigidas a mejorar y facilitar la realización de estas construccioneshan suscitado distintas soluciones. Se distinguen tres tipos característicos de losas a base dehormigón armado:

a) Las losas realizadas enteramente en obra: el forjado (losa maciza), la losa nervada, la losa depiezas huecas, etc., que requieren la construcción de un encofrado;

b) Las losas semprefabricadas, en las cuales los elementos prefabricados constituyen en ciertomodo el encofrado y que traen de la sección comprimida del hormigón;





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Los forjados se calculan en gran número de casos como si sólo trabajasen en una soladirección. Ciertas condiciones especiales permiten su apoyo sobre tres o cuatro lados:relación entre las luces, naturaleza de los apoyos, según se trate de paredes o de jácenas ovigas maestras. El cálculo estático de un forjado es sencillo (véase el Cap. XVII: hormigónarmado). Las Tablas 33 y 34 permiten, por simple lectura, determinar el espesor que hay quedar y la sección de armadura que se necesita por metro lineal de losa en función de la luz y dela sobrecarga. No hay que olvidar la inclusión del peso del revestimiento en el valor de lasobrecarga accidental. El peso propio de la losa, en cambio, ya está incluido en los resultadospropuestos.



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Peso propio y armaduras de repartición de las losas macizas (según las normas suizas)

H h Peso kg/m2 espaciados

68

10

1214161820

468

1012141618

150200250

300350400450500

566

8 y 6 altern.8

8 y 10 altern.1010

e = 15 cme = 15 cme = 15 cm

e = 15 cme = 20 cme = 20 cme = 20 cme = 20 cm

Según las normas suizas, la armadura de distribución perpendicular al sentido de los elementosportantes debe representar cuando menos el 0,2% de la sección del hormigón, en el caso delosas uniformemente cargadas. En Francia las armaduras transversales de una sección unitariadeben ser por lo menos iguales a: 0,25 sección unitaria de la armadura principal.



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A fin de reducir los peligros de agrietamiento del hormigón, es preferible disponer armaduras depequeño diámetro pero con escasaseparación antes que barras degruesa sección más espaciadas, auncuando la sección total sea la misma.La separación máxima de las

armaduras principales de una losamaciza se fija, en Suiza, así:

410

ae en la cual a representar el

espesor de losa en cm.

b. La losa nervada o piso con forjadoy nervadura es una construcción más

ligera que requiere mayor altura, y seadopta cuando la luz excede a los 4metros.

Con un peso propio relativamentepequeño, este tipo de piso ofrece una

gran inercia que permite reducir notablemente la cantidad de armadura. Esta losa puederealizarse con la ayuda de encofrados de serie que descansan sobre listones de madera. Estaejecución permite ahorro en la madera de los encofrados, y puede recuperarse y usarse otravez el encofrado de la nervadura.

En cambio, la ejecución de encofrado resulta máscomplicada que el simple forjado, cuando hay queconfeccionar embrochalados y acodalamientosvarios. La colocación de las armaduras y la puestaen obra del hormigón exige también mayor trabajo.

Lascuali

dades de aislamiento térmico son mejores queen la losa maciza, gracias a su importante

cámara de aire. Sin embargo, en lo que serefiere al aislamiento acústico, puedenformularse las mismas reservas que para elforjado. Conviene, pues, estudiardetenidamente qué clase de revestimiento se ledará. La realización del cielo raso exige lacolocación de listones o carreras debajo de lasnervaduras. Luego puede ejecutarse el cieloraso con cualquier material tradicional.

Es prudente (para asociar todas las nervadurasal efecto de una carga concentrada así comopara limitar el alabeo) disponer una nervadura

perpendicular a las nervaduras principales: laarmadura de tal nervadura se componeexclusivamente de barras inferiores rectas.

4 cm. La anchura de la cara inferior de lanervadura depende por una parte deldiámetro de las armaduras que debenformar parte de ella, y por otra de laresistencia a los esfuerzos cortantes.Estos últimos requieren a veces coladasllenas (macizados) cerca de los apoyos.La armadura de las nervaduras (elementoportante) se calcula según prescriben lasnormas de resistencia a los momentos

flectores a los esfuerzos cortantes queobran junto a los apoyos. El forjado debe



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armarse (perpendicularmente al sentido de las nervaduras) con barras cuya separación no tieneque exceder de 20 cm. Paralelamente a las nervaduras, esa separación está fijada en unmáximo de 33 cm por las “Reglas B.A. 60”.

Con objeto de aumentar el aislamiento del elemento portante, el encofrado de las nervaduras, abase de plancha de acero o de madera, puede ser reemplazado con piezas huecas decerámica o aglomerados ligeros a base de cemento. Estos elementos prefabricados, de formas

variadas, constituyen el encofrado y pertenecen definitivamente al conjunto portante. Lascualidades de esas piezas huecas varían con los materiales utilizados y los sistemasrealizados. Entre éstos conviene mencionar los elementos “Durisol” que, a base de virutas yaserrín de madera, hechos incombustibles, ofrecen interesantes características en cuanto aaislamiento acústico y térmico.

Los elementos de cerámica, de formas diversas, presentan igualmente interesantes ventajaspara la realización de esta clase de losas.

4.2. PISOS FUNGIFORMES Y PISOS-LOSAS

Estos pisos son muy apropiados para las losas de grandes dimensiones que descansan sobreun reticulado de pies derechos. Estospies derechos, dispuestos según unatrama regular, deben sin embargo ser

distribuidos según las relaciones 0,5ly lx 21y (lo cual equivales a decirque la luz en un sentido no puederebasar el doble de la luz en otrosentido).

Estos pisos no llevan ni resaltados nivigas ni nervaduras ni jácenas, con locual puede conservarse en el centrode los tramos una altura libre máxima.Generalmente están constituidos porlosas macizas de hormigón conarmaduras cruzadas, sólidamente

ligadas a los píes derechos dehormigón armado por medio de uncapitel que asegura la rigidez de laconstrucción. A veces también se hacen mediante losas de artesones (cargando igualmente enambas direcciones sobre los apoyos)

En el caso de un piso o techo fungiforme, el capitel presenta el aspecto de un tronco depirámide o de un tronco de cono que sobresale de la cara inferior del techo.



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Los capitales en forma de seta de los pisos o techos fungiformes pueden ofrecer muchosaspectos:

a) Según los reglamentos alemanes;b) Capitales o curvatura continua;c) Según las reglas B.A. 60.

El piso-losa comprende un tipo de capitel incorporado a la losa que, en consecuencia, presentauna cara inferior perfectamente plana. En el pido-losa, se puede realizar el capitel a base dehormigón o de un bastidor de laminados metálicos. Este último método se emplea, a veces,paralelamente a una ejecución a base de pies derechos metálicos.Las ventajas principales de esta construcción son:



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El pequeño volumen de los pies derechos y la ausencia de resaltos o salientes en el techo.

Los pisos losas están diseñados a veces en los elementos de encofrado en forma de artesones.

4.3. LOSAS DE HORMIGÓN TRANSLÚCIDO

En losas, construidas con objeto de proporcionar luz cenital en el local que recubren,constituyen una forma de cubierta y pueden servir de piso o pavimento a una terraza. Lapendiente para la evacuación de las aguas no debe ser inferior al 1,5% (1,5 cm por metro)



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El hormigón translúcido, mal aislante térmico, da lugar a condensaciones. Con una ventilacióneficaz de la superficie subyacente de la losa, pueden reducirse el efecto de esascondensaciones; en caso necesario, no habrá más remedio que recoger el agua que allí seforma.

4.4. LOSAS SEMI-PREFABRICADASEstos sistemas que tienen la apariencia de pisos de madera o metálicos, utilizan ingeniosasrealizaciones de viguetas prefabricadas de hormigón armado u hormigón pretensado. A veces,se incorporan a esas viguetas elementos cerámicos destinados a reemplazar el encofrado delas losas.

Muchos de los tipos de pisos semi-prefabricados que existen actualmente en el mercadoofrecen interesantes propiedades de aislamiento térmico. En cualquier caso, resultaimprescindible el hormigonado en obra de la parte comprimida del elemento portante.



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Gran número de empresas emplean elhormigonado pretensado para laconfección de las viguetas. El conjuntoportante queda completado con losforjados aislantes de materiales ligeros.

Los diferentes fabricantes de estossistemas indican generalmente lascaracterísticas mecánicas y de utilizaciónnecesarias para su empleo racional. Laabundancia de tipos existentes no impide citarlos todos. A título de ejemplo, en las figs. 517 a520 se representan los sistemas Stahlton, Gamma, Omnia, Basco, Norma, etc.

4.5. LOSAS PREFABRICADAS

Estas losas prefabricadas, cuya finalidad es la de reducir las operaciones de construcciónnecesarias a pie de obra, llegan al lugar de la misma a punto para su montaje. Después de lapuesta en obra de esas viguetas ligeras de gran superficie, sólo queda por realizar unaoperación sencilla de rejuntado. La ventaja de este sistema reside no solamente en la rapidezde colocación y ejecución sino también en el escaso aporte de humedad. En cambio, este

sistema, como el precedente, es de difícil realización cuando el número de aberturas y tolvas esimportante.

Las características mecánicas de aislamiento acústico y térmico varían enormemente según elsistema empleado. Las casas que cuidan de la producción de esos elementos proporcionangeneralmente las piezas después de haber efectuado por sí misma los cálculos estáticosnecesarios (véase las figs. 521 a 523).

5. ENCADENADOS O LIGAZONES ANULARESCon el fin de asegurar la homogeneidad de una construcción o un edificio cualquiera, sedisponen, en las paredes de carga y de fachada, una especie de tirantes horizontalesdestinados a ligar los elementos entre sí. Estos tirantes se colocan en general al nivel de lospisos.

Si se trata de pisos de madera, la cohesión de los elementos portantes se obtiene por medio dela colocación de un hierro plano anclado en la obra de fábrica por sus extremos y que descansa



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sobre el apoyo de las vigas en el interior de la pared. Este tipo de atirantado o encadenadosuele hallarse en ocasión de las transformaciones de construcciones antiguas, por ejemplo.

Actualmente, se prefiere efectuar esta ligazón por medio de la colocación de una armadurapequeña empotrada en el hormigón que forma el enrase bajo el envigado. Esta disposición esla utilizada en el caso de pisos de madera y metálicos.

No suele calcularse la sección de un encadenado o cinturón de atirantado. Sus característicasse determinan por la práctica, en función de las dimensiones de la obra. En las construcciones

corrientes, son más que suficientes, en la mayoría de los casos, dos armaduras de 10 mm dediámetro.

El empleo de las losas de hormigón armado, de los tres tipos enunciados, implica la colocaciónde una pequeña armadura en el encadenado o atirantado. Esta armadura, situada debajo delas barras principales, da rigidez de apoyo a la losa, facilita la repartición de las reacciones deapoyo en la pared y cumple con la misión que se le exige de servir de ligazón. El diámetro seelige en relación con la armadura principal de la losa.

Según las reglas B.A. 60, al nivel de cadapiso, en todas las paredes de carga, laarmadura del encadenado debe tener porlo menos una sección de 3 cm

2 de acero

dulce.

El empleo de acero de alta resistenciatrae consigo la incorporación de una armadura cuya sección viene dada por una fórmulaempírica.

Observación: Las jácenas o vigas maestras, dispuestas perpendicularmente al sentido portantede las losas de hormigón armado, están calculadas en función de su luz y de la cargasoportada. Estos elementos, destinados a reducir la luz de las losas, suelen presentarsefrecuentemente en forma de vigas en T. Cuando la altura de una jácena es igual a la de lasnervaduras de la losa se la llama jácena enrasada o viga maestra enrasada.

Los pisos dispuestos sobre bóvedas se emplean muy raras veces en las construccionesactuales.

6. ENLOSADO DE CEMENTO, CHAPA, REVESTIMIENTO O SOLADO

Los enlosados de cemento se dividen generalmente en dos partes: la horma, o capa decimentación, que es una especie de relleno que sirve para la distribución de las cargas o para laigualación de la superficie, y el revestimiento o solado propiamente dicho, que puede ser unenlucido de mortero denominado “chapa” o una superficie de baldosas o losas (embaldosado oenlosado).

La cimentación u horma debe estar constituida por materiales cuya resistencia y densidadvengan determinadas por el destino que haya que darse al enlosado. Esta capa decimentación contiene o proporciona el aislamiento térmico o acústico indispensable.

En el caso de un enlosado de cemento construido sobre el suelo, la horma debe descansarsobre una capa de piedras o sobre un lecho resistente formado por un relleno de cascajos odesechos sin triar pero cuidadosamente apisonado y compactado. Esta capa está constituidapor un hormigón dosificado a razón de 200 kg de C.P. (o de C.A.) enérgicamente compactado,y su espesor, que depende de la carga que el enlosado deba soportar, puede ser de:



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8 cm para las losas de los garajes que admiten coches de turismo o una cargauniformemente repartida de 200 kg/m

2.

12 cm para las losas destinadas a soportar cargas uniformemente repartidas de 500 kg/m2

cual es el caso de talleres, almacenes, etc.

Dichos valores se aumentarán respectivamente hasta 10 y 15 cm para los enlosadossituados al exterior o expuestos a la intemperie. Para cargas superiores a las citadas, o

cuando el terreno es de resistencia mediocre, es una medida de prudencia aumentar ladosificación de cemento hasta 250 kg de C.P. por m

3 y disponer un enrejado cuya

sección debe ser como mínimo de 0,15% de la sección del hormigón en cada sentido.

El hormigón que constituye la horma de base debe amasarse tan seco como sea preciso parapoder ser apisonado enérgicamente.

Cuando se establece un enlosado sobre un terreno húmedo, es prudente disponer un drenajeen la capa de piedra subyacente.

La capa de cimentación en el caso de revestimientos situados en el interior de lasconstrucciones, por ejemplo sobre losas de hormigón, puede estar constituida por materialesligeros, con objeto de reducir su propio peso. Se utilizan a este efecto áridos ligeros: escoriasde hulla, fragmentos de piedra pómez, desperdicios de corcho, o bien se preparan hormigones

ligeros, hormigones de espuma, etc. a los materiales ligeros debe agregárseles arena, a fin deobtener una capa resistente a las deformaciones provocadas por la compresión. El empleo dehormigones ligeros debe proscribirse cuando las sobrecarga de pisos son elevadas.



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TEMA: CONCRETO

REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM



PROBETAS DE CONCRETO

DE LOS ENSAYOS DE COMPRENSIÓN

La manera tradicional y práctica de evaluar la resistencia y uniformidad del concreto en lasedificaciones, consiste en moldear probetas con el concreto empleado en obra, que luego sonllevadas a rotura en una prensa, bajo cargas de comprensión.

Los resultados de ensayo muestran la dispersión del concreto debido a la heterogeneidad de susconstituyentes y a las condiciones propias de los procesos de mezcla, transporte y colocación.

Además, a esta natural variación debe agregarse la posible segregación de la muestra y lasdiferencias producidas en las operaciones de moldeo, curado y ensayo.

Para Obtener una resistencia representativa, la Norma Intintec determina los procedimientos a seguiren cada etapa de la preparación de las probetas; y el Reglamento Nacional de Construcciones señalael tamaño y número de la muestra de ensayo.

Conviene efectuar correctamente el proceso de muestreo, preparación y curado de probetas paraevitar resultados erróneos de resistencia, que pueden llevar al cuestionamiento de la calidad delconcreto, la posible paralización de la obra y un dilatado proceso de evaluación. El costo de la buenapreparación de probetas es una mínima fracción del costo del concreto, pero su importancia es

decisiva.

Material en Obra

El material necesario para preparar las muestras de ensayo esta constituido por los siguienteselementos:

Moldes cilíndricos de 152,5 mm + 2,5 mm de diámetro por 305 mm + mm de altura. ( 6” x 12” ).

Base de molde, maquinada.

Barra compactadota de acero liso, de 16 mm ( 5/8” ) de diámetro y aprox. 60 cm de longitud. Labarra será terminada en forma de semiesfera.

Cuchara para el muestreo y plancha de albañilería.

Aceites derivados de petróleo, como grasa mineral blanda.

Lienzos absorbentes, por ejemplo, yute; o alternativamente. Película de polietileno de 0.05 mmde espesor y/o lamina de material plástico.

Los moldes deben ser de material impermeable, no absorbente y no reactivo con el cemento. Suconstrucción debe darles rigidez, impidiendo escape lechada de cemento por las juntas.

Los moldes normalizados se construyen de acero, eventualmente, se utilizan de material plásticoduro de hojalata y de cartón parafinado.

Las tolerancias admisibles en la geometría de los moldes con respecto a las generatrices son: rectitud0.20 mm; planitud 0.15 mm. El plano de las orillas del molde deberá formar ángulos de 90º con el ejecon tolerancia de + 1/8”.

MUESTREO

La muestras deben ser obtenidas al azar, por un método adecuado sin tener en cuenta la aparentecalidad del concreto.

Se deberá obtener una muestra por cada 120 metros cúbicos de concreto producido 6500 m2 de

superficie llenada y en todo caso no menos de una al día. El volumen de la muestra no será menorde 30 litros y tomada dentro del término de una hora inmediata a su preparación.

En el caso de que la muestra se obtenga al pie de la mezcladora si el volumen del concreto contenidoen el tambor es menor de 0.5 m

2 se tomara el material del centro de descarga.

En caso de ser mayor el volumen, se formara una muestra compuesta con material correspondienteal fin del primer tercio de descarga y al inicio del último tercio.

Cuando se trate de recipientes de transporte conteniendo mas de un cuarto de metro cúbico, lamuestra se formara mezclando porciones de diferentes partes de los recipientes.

La muestra de concreto se colocara en una vasija impermeable y no absorbente, de tamaño tal quesea posible el mezclado antes de llenar los moldes.

No deben transcurrir mas de 15 minutos entre las operaciones de muestreo y moldeo del pastón deconcreto.



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TEMA: CONCRETO




Se deben preparar dos probetas de ensayo de cada muestra para evaluar la resistencia a lacomprensión determinada edad; por el promedio. Sin embargo por una mayor precisión esrecomendable moldear tres probetas.

Generalmente la resistencia del concreto se evalúa a las edades de 7 y 28 días.

Cuando las mezclas utilizan agregados de tamaño máximo superior a 2”, estos deben ser retirados.Eventualmente se utilizan moldes de 8” x 16”.

OPERACIONES PREVIAS

Cuando se preparen varias probetas de la misma muestra, se moldearan simultáneamente.

El concreto usado en ensayos de asentamiento, aire incorporado u otros, no será empleado para laprueba de resistencia.

El moldeo de las probetas se efectúa sobre una superficie horizontal, libre de vibraciones y protegidadel transito.

Antes del llenado se verificara que los moldes y bases se encuentran limpios y aceitados.

La junta entre la base y el molde, se puede sellar con material trabajable a temperatura ambiente,como mezclas de parafina y cera, arcilla de moldear y grasa pesada.

De ser necesario se efectuará un premezclado a mano, utilizando la plancha de albañil, para tener unpastón con características de uniformidad.

DEL MOLDEO DE LAS PROBETAS

El llenado de la probeta se efectuará evitando la segregación y vertido el concreto con la cuchara, laque se moverá alrededor de la coronación del cilindro.

Luego del mezclado del concreto se llena de inmediato el molde hasta un tercio de su altura,compactando a continuación de manera enérgica con la barra mediante 25 golpes verticales,uniformemente repartidos en forma de espiral, comenzando por el borde y terminando por el centro.El proceso se repite en las dos barras siguientes, de manera que la barra penetre hasta la capaprecedente no. Mas de 1”. En la última se coloca material en exceso, para enrasar al tope con elborde superior del molde, sin agregar material.

Después de consolidar cada capa se procederá a golpear ligeramente las paredes del molde,utilizando la barra de compactado, para eliminar los vacíos que pudieran haber quedado.

Si en llenado de la ultima capa el material estuviera en exceso se retirara la conveniente con laplancha y luego se procederá a enrasar la superficie.

En las mezclas fluidas, para evitar la exudación al término de la consolidación, el material en excesose puede retirar luego de 15 minutos de terminar la operación.

La superficie del cilindro será terminada con la barra o regla de madera, de manera de lograr unasuperficie plana, suave y perpendicular a la generatriz del cilindro. Ras inclinado, con proyecciones odepresiones mayores de 3 mm. Exigen una capa de refrenado de mayor espesor, disminuyendo laresistencia de la probeta.

Luego de llenar los moldes se fijan en ellas tarjetas, debidamente protegidas, que los identifiquen conreferencias sobre el día de ejecución, el tipo de cemento y lugar de colocación.

En lo posible, las probetas no se moverán del sitio, si fuera necesario, se trasladaran a mano alugares vecinas inmediatamente después de consolidadas, colocándose en espacios seguros o

construcciones provisorias.Una ves llenos lo moldes, se protegerán con telas que deberán mantenerse permanentementehúmedas. Alternativamente, se podrán cubrir con placas de material plástico o películas depolietileno.

En todos los casos, durante las primeras 24 horas, los moldes estarán a una temperatura ambientede 16ºC a 27ºC, protegidos del viento y asolamiento. De ser necesario se utilizaran aparatos deventilación y/o calefacción.

DESMOLDEO

Las probetas se retiraran de los moldes entre las 18 y 24 primeras horas después de moldeadas. Seprocederá soltando los elementos de cierre y, luego de un momento, se retirara cuidadosamente laprobeta.

Se marcaran en la cara circular de la probeta las anotaciones de la tarjeta de identificación delmolde, utilizando lápiz de cara o un pincel con pintura negra. Las probetas deberán ser llevadas amano a la cámara de curado.



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TEMA: CONCRETO




CURADO

Después de desmoldar las probetas se colocan en la cámara de curado, en recipientes conteniendouna solución saturada de agua de cal, a temperatura de 23ºC + 2ºC. La saturación se puede obtenerincorporando tentativamente 2grm de cal hidratada por litro de agua. El agua utilizada será potable ylimpia, no se encontrara en movimiento y cubrirá por completo todas las caras de la probeta.

Eventualmente será permitido el curado de la probeta en ambientes de 95% a 100% de Humedadrelativa a temperaturas de 23ºC + 2ºC.

Los valores de la temperatura y humedad serán observados y registrados durante el periodo decurado, para evaluar el proceso. Se recomienda el empleo de termómetros de máxima y mínima.

Cuando no se cumplen los términos del curado húmedo, se reduce la resistencia. Una reducción desiete días podrá afectar en un 10% la resistencia, aun en climas suaves.

Las probeta destinadas a evaluar el tiempo requerido para desencofrar o poner en servicio unaestructura de concreto, deberán conservarse a pie de obra, en las mismas condiciones de proteccióny curado que la estructura

ENVIÓ DE LAS PROBETAS AL LABORATORIO

Cuando sea necesario enviar las probetas a un laboratorio fuera de la obra, deberán remitirse entrelas 48 a 72 horas a la rotura, embaladas en cajas de madera o material rígido, con separaciones

para cada probeta y protegidas con arena húmeda. En lo posible, el interior de la caja estarárevestido con plancha de Zinc.

En la guía de remisión se indicara, además de las anotaciones efectuadas cara de cada probeta, lasreferencias adicionales que facilitan su identificación.

Deberá solicitarse al laboratorio, que además de certificar su referencia establezca constancia delpeso y dimensiones de la probeta; de la fecha y hora de ensayo; así como el tipo de curado ymaterial refrendado.

Se cuidara que el laboratorio, luego de la recepción de las probetas, las coloque de inmediato en lascámaras de curado.



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TEMA: CONCRETOREFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM



CURADO DEL CONCRETO

El curadoPara obtener un buen concreto, es necesario que en su primera edad se encuentre en un entorno quereúna adecuadas condiciones de temperatura y humedad, que aseguren la hidratación del cemento.

Las acciones que contribuyen al logro de este ambiente reciben la denominación de “curado”. Básicamente, los procesos de curado procuran mantener el concreto lo mas saturado posible, demanera que el espacio de la pasta ocupado inicialmente por agua, se llene con los productos dehidratación del cemento. En efecto, el cemento para hidratarse requiere de capilares lleno de agua,parte de la cual se utiliza en la formación de los nuevos productos. Otra parte asegura la culminacióndel proceso.

Se ha comprobado experimentalmente que el desarrollo de la hidratación se cumple a máximavelocidad cuando el agua, produce en los capilares una presión de vapor superior a la quecorresponde al 0.8 de la presión de saturación.

Siendo el concreto un material moldeable en estado fresco, tiene características de material húmedo,variando el contenido de humedad con el equilibrio que guarda necesariamente con el entorno, porrelaciones termo-hidrométricas. Es decir, la evaporación del agua en el concreto, especialmente en

los primeros días de su colocación, será mayor en ambiente seco que húmedo; y menor conformedisminuya la temperatura.

Resulta equivocado, por lo tanto, pensar, como ocurría tiempo atrás, que no es peligrosa ladesecación del concreto cuando tiene agua en exceso.

Acciones previasDeterminadas acciones adoptadas con anterioridad el curado, contribuyen a su eficiencia. Esrecomendable aceitar los encofrados antes de la colocación del concreto y mantenerlos húmedosdurante el servicio.

En losas o pavimentos, en especial en climas secos o cuando se producen fuertes lluvias, esaconsejable suspender una cubierta sobre la superficie de concreto, evitándose de esta manera laevaporación o el “picado” del concreto.

Curado húmedo:Los métodos para el curado con agua tienen la ventaja de permitir el incremento de humedad interna. A continuación damos una breve síntesis de los más utilizados:

El procedimiento de inundación o inmersión, teóricamente el mas eficiente, solo se emplea endeterminadas estructuras aparentes para ello, por ejemplo: Pavimentos, losas y placas paraalcantarillas, donde es factible formar un estanque de agua mediante un pequeño dique de tierraimpermeable a lo largo del perímetro de la losa.

El empleo de atomizadores rociadores de agua es conveniente cuando es posible mantenerlos enservicio continuo o no hay limitación para el gasto de agua. En estructuras verticales se hanempleado con éxito mangueras agujereadas.

Cubrir el concreto con textiles húmedos, con alta capacidad para retener el agua, como tejidos dealgodón y yute.

Los materiales polvorulentos, como la arena y la tierra mojada, son utilizados en el curado deelementos horizontales, exigiendo el control de la desecación para su riego oportuno.

Materiales sellantes:

Un procedimiento de curado consiste en aplicar materiales sellantes sobre el concreto, a fin deimpedir su desecación. Este procedimiento tiene la limitación de no ser aportador de agua, comoocurre con los métodos humedificantes pero, en contrapartida, no requiere de atención permanente.Los procedimientos mas conocidos son, en breve síntesis, los siguientes:

Películas plásticas de 13 micrones de espesor en adelante. Se comercializan en hojastransparentes, blancas para climas cálidos y negras para climas fríos. La película plástica debeaplicarse lo más temprano posible sobre el concreto de manera que cubra todas las carasexpuestas.



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Existe discrepancia sobre el uso de película plástica en concretos coloreados y aparentes,debido a la posibilidad de formación de manchas, por la distribución dispareja del agua en elconcreto.

Se ha utilizado el procedimiento de aplicar películas plásticas sobre textiles absorbenteshumedecidos en la superficie del concreto.

En el mercado se encuentran películas plásticas, reforzadas con fibra de vidrioPara aumentar su durabilidad y un mayor numero de usos.

Otro producto sellante es el papel impermeable, constituidos por dos láminas de papel kraft,unidas con un adhesivo reforzado. Eventualmente, algunas láminas de papel tienen superficiesblancas para reducir la absorción de calor.

Las hojas de papel pueden reutilizarse, si mantienen su capacidad de retener la humedad, sinperjuicio de las rasgaduras o huecos, que pueden parcharse con los mismos materiales.

Se utilizan compuestos líquidos, del tipo de cera, resinas o caucho clorinado que se aplican condisolventes de alta volatilidad, convirtiéndose así, rápidamente, en membrana protectora.

En la aplicación de los compuestos líquidos deben respetarse las disposiciones de las normas. Además, es conveniente recordar lo siguiente:

El rendimiento de los compuestos varia entre 3.5 y 5.2 m2 por litro.

La aplicación puede realizarse con un dispositivo atomizador manual o con rociador mecánico,siendo mas indicado este ultimo para grandes superficies, por la distribución uniforme y mayorproductividad.

No es recomendable la aplicación de membrana sobre superficies que pueden recibir concretoadicional o pinturas que deban adherirse al soporte.

Los compuestos de membrana se aplican cuando el agua libre sobre la superficie delconcreto ha desaparecido, lo que generalmente ocurre cuando pierde el brillo superficial.

Sin embargo, en climas cálidos se aplica de inmediato el terminado, para evitar fisuras.

Los compuestos pigmentados, blancos o grises, deben aplicarse según la especificación de laobra.

Evaluación del curado:La evaluación de los procedimientos de curado se efectúa mediante la prueba de cilindros deensayos de compresión, curado en las mismas condiciones que la edificación, a pie de obra.

Se considera que el curado, en un tiempo dado, es satisfactorio cuando los especimenes de pruebaen condiciones de obra, dan a la edad determinada el 85% o mas de la resistencia obtenida conespecimenes similares curados en laboratorios. así mismo, si las resistencias de los cilindros curadosa pie de obra exceden en mas de 35kg / cm la resistencia especificada, también se consideracorrecto curado.

De no alcanzar los límites señalados anteriormente, se deberán proseguir con el curado y, en casonecesario, intensificarlo.

En previsión de esta eventualidad, es recomendable curar en las mismas condiciones de laedificación dos series de cilindros de prueba.

Otros métodos de curado:Métodos de curado enérgico, se emplean generalmente en la industria del concreto prefabricado, oen condiciones de concretado en tiempo frío. Generalmente se aplica calor húmedo después deelevar la temperatura se potencializan las reacciones químicas de la hidratación, incrementándose lasresistencias iniciales. Un método efectivo de curado es el empleo del vapor a presión atmosférica o elde vapor a alta presión.

Climas extremos:En los casos de concretado en clima cálido o excesivamente frió, es necesario adoptar precaucionesespéciales de curado, en armonía con el sistema constructivo y del colocación de concreto que se

hubiera adoptado; materia que escapa a los depósitos de este trabajo.



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Especificaciones a consultar

Recommended Practice for Curing Concrete (ACI 308-71).

AASHTO 71-60 Standard Spefications for White Polyethylene Sheeting (film) for CuringConcrete.

ASTM C 31-69. Standard Method of Making and Curing Concrete Test Specimens in tha Field(Reapproved 1980).

ASTM C 156-80. Standard Test Method for Water Retention by Concrete Curing Materials.

ASTM C 171-69. Standard Specification for Sheet Materials for Curing Concrete. (Reapproved

1980).

ASTM C 192-81. Standard Method of Making and Curing Concrete Test Specimens in thaLaboratory.

ASTM C 309-81. Standard Specifications for Liquid Membrane Forming Compounds for CuringConcrete.



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EL ENSAYO DE CONSISTENCIA DEL CONCRETO

Del principio del métodoEl denominado ensayo de asiento, llamado también de revenimiento o “Slump test”, se encuentraampliamente difundido y su empleo es aceptado para caracterizar el comportamiento del concreto

fresco.Esta prueba, desarrollada por Duft Abrams, fue adoptada en 1921 por el ASTM y revisada finalmenteen 1978.

El ensayo consiste en consolidar una muestra de concreto fresco en un molde tronco cocino,midiendo el asiento del pastón luego de desmoldeado (fig. Nº 1).

El comportamiento del concreto en la prueba indica su “consistencia” o sea, su capacidad paraadaptarse al encofrado o molde con facilidad, manteniéndola homogéneo con un mínimo de vacíos.



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La consistencia se modifica fundamentalmente por variaciones del contenido del agua de mezcla. Enlos concretos bien proporcionados, el contenido de agua necesario para producir un asentamientodeterminado depende de varios factores: se requiere más agua con agregados de forma angular ytextura rugosa, reduciéndose su contenido al incrementarse el tamaño máximo del agregado.

No debe confundirse el concepto de consistencia con el de Trabajabilidad, que en su aceptación masamplia expresa la propiedad del concreto para ser mezclado con facilidad, brindando un material

homogéneo, capaz de ser transportado, colocado en molde sin segregar con la mayor capacidad.En la actualidad no existe una prueba valida para caracterizar la Trabajabilidad, definida con rigorcomo la cantidad de trabajo interno útil requerido para realizar la completa consolidación del concreto.El ensayo de asiento indica uno de los factores de la Trabajabilidad, como en la consistencia.

Del moldeEl molde tiene forma de tronco de cono. Losdos círculos de las bases son paralelos entresi midiendo 20 cm y 10 cm los diámetrosrespectivos. Las bases forma ángulo rectocon el eje del cono. La altura del molde es de30 cm (]Fig. 2).

El molde se construye con plancha de acerogalvanizado, de espesor mínimo de 1.5 mm(Fig. 3). Se sueldan el molde esas y aletas depie, para facilitar la operación.

Para compactar el concreto se utiliza unabarra de diámetro liso, de 16 mm de diámetroy 60 mm de longitud y punta semiesférica.

MuestreoLas muestras deben ser obtenidas al azar,por un método adecuado, sin tener en cuentala aparente calidad del concreto.

Se deberá obtener una muestra por cada 120

metros cúbicos de concreto producido o 500m2 de superficie llenada y en todo caso no

menos de una al día. El volumen de lamuestra no será menor de 30 litros y tomada dentro del término de una hora inmediata a supreparación.

En el caso de que la muestra se obtenga al pie de la mezcladora, si el volumen del concretocontenido en el tambor es menor de 0.5 m

3, se tomará el material del centro de la descarga.

En caso de ser mayor volumen, se formará una muestra compuesta con material correspondiente alfin del primer tercio de descarga y del inicio del último tercio.

Cuando se trate de recipiente de transporte contenido más de un cuarto de metro cúbico, la muestrase formará mezclando porciones de diferentes partes de los recipientes.

No debería transcurrir más de 15 minutos entre las operaciones de muestreo y moldeo del pastón de

concreto.El procedimiento de EnsayoEl molde se coloca sobre una superficie plana y humedecida, manteniendo inmóvil, pisando lasaletas. Seguidamente se vierte una capa de concreto hasta un tercio del volumen. El concreto secoloca moviendo la pala en torno del borde superior del molde, para asegurar la homogeneidad. Seapisona con la varilla, aplicando 25 golpes, distribuidos uniformemente.

Enseguida se colocan otras dos capas con el mismo procedimiento a un tercio del volumen yconsolidando, de manera que la barra penetre en la capa inmediata inferior.

La primera capa de 67 mm de altura y la segunda a 155 mm.

La tercera capa se deberá llenar en exceso, para luego en vasar al término de la consolidación. En lecaso de faltar material se añadirá al concreto necesario, enrazando con la barra o cuchara de albañil.Lleno y enrasaco el molde, el molde se levanta lenta y cuidadosamente en dirección vertical. Seestima que desde el inicio de la operación hasta el término no deben transcurrir más de 2 minutos; delos cuales el proceso de desmolde no toma más de cinco segundos.



71




El asiento se mide con aproximación de 5 milímetros, de terminado la diferencia entre la altura delmolde y la altura media de la cara libre del cono deformado.

Se aconseja que al término del ensayo se golpea suavemente con la barra de apisonar una de lasgeneratrices del cono, produciendo la caída del pastón. Con experiencia, la observación delcomportamiento del concreto resulta de interés. Las mezclas bien dosificadas asientan lentamente sinperder su homogeneidad, revelando buena consistencia. Por el contrario, las mezclas defectuosas se

disgregan y caen por separado (Fig. Nº 4).

Observación del EnsayoEs conveniente observar el comportamiento del pastón que, durante el asentamiento, permite inferirla calidad del concreto. Se han establecido tres tipos de asiento característicos, como sigue: (Fig. Nº5).

El denominado “normal” o verdadero, propio de mezclas ricas y con un correcto dosaje de agua, eneste caso el concreto no sufre grandes deformaciones ni sus elementos se separan, debido al poderligante de la pasta que cubre los agregados.

En el llamado “de corte”, originado por el aumento de la cantidad de agua, la pasta pierde su poder deaglutinar y aumenta su calidad lubricante de los áridos, por el que los asientos son mayores y sereduce el coeficiente de rozamiento. Ocasionalmente es asentamiento no es grande pero el corte esapreciable.

Cuando el concreto es fluido y pobre en finos, es difícil que se mantenga unido y en lugar de asientosse produce rotura por derrumbamiento y algunas veces por corte.

Cuando los ensayos no tienen la forma del asentamiento verdadero, es decir que la fuerza dedeformación es supera al “limite plástico” del material, la prueba se considera sin valor.

Limitaciones de AplicaciónEl ensayo de Abrahams solo es aplicable en concreto plásticos, con asentamiento verdadero. No

tiene interés en las siguientes condiciones:

En el caso de concretos sin asentamiento; de muy alta resistencia.



72




Cuando el contenido de agua es menor de 160 lts por m3 de mezcla.

En concretos con contenido de cemento inferior a 250 Kg/m3.

Cuando existe un contenido apreciable de agregado grueso, de tamaño máximo que sobrepasalas 2.5”.

Aplicaciones

El Diseño de MezclasLos métodos de proporcionamientos del concreto permiten definir mezclas apropiadas paradeterminadas resistencias, que únicamente se obtienen en la practica cuando el concreto semantiene homogéneo y tiene aptitud de llenar los moldes con un mínimo de vació. El ensayo deasiento ha demostrado ser de utilidad para evaluar la aptitud de las mezclas en la consolidación endiferentes tipos de estructuras.

El ACI en sus recomendaciones para el diseño de mezclas establece valores para cada tipo de obra:

REVESTIMIENTO (cm)

MAX MIN

Muros y zapatas de cimentación en

Concreto armado 8 2Zapatas simples, cajones y muros 8 2

Vigas y muros de concreto armado 10 2

Columnas 10 2

Pavimentos y losas 8 2

Concreto masivo 5 2

Control de HomogeneidadEn el proceso de producción del concreto, la prueba de asentamiento es de gran utilidad en el controlde las variaciones en los materiales. En efecto, un cambio en el contenido de humedad de la arena ola variación del módulo de finura, son fácilmente advertidas en la prueba pues influyen en el valor del

asentamiento.

Factores ExternosLa Trabajabilidad el concreto se modifica con el transcurso del tiempo. El valor del asentamientomedido al pie de la mezcladora será mayor que el obtenido luego de 15 minutos, pues los agregadosabsorben agua que, de esta manera, no contribuye a la plasticidad. En efecto, en el tiempo que losmateriales permanecen en la mezcladora, los agregados no agotan su capacidad de absorción (Fig.Nº 6)

El resultado del asentamiento del concreto se modifica con la temperatura de la mezcla e,indirectamente, por la temperatura del ambiente. El incremento de la temperatura hace disminuir elasentamiento. Por ello, para mantener el asentamiento cuando el clima es más caluroso, habrá derequerirse de una aumento de la dosificación del agua (Fig. Nº 7).



73




ADITIVOS PARA EL CONCRETO

DEL EMPLEO DE ADITIVOS

Se denomina aditivo a las sustancias añadidas a los componentes de fundamentales de concreto con

el propósito de modificar alguna de sus propiedades.

Los aditivos son utilizados principalmente para mejorar una o varias de las siguientes característicasdel concreto:

Aumentar la trabajabilidad, sin modificar el contenido de agua.

Acelerar el desarrollo de la resistencia en la primera edad.

Modificar el tiempo de fragua inicial.

Modificar la velocidad de producción de calor de hidratación.

Reducir le exudación y sangrado.

Aumentar la durabilidad.

Disminuir la segregación

Reducir LA contracción

Mejorar la adherencia del concreto al acero.

Los aditivos que actúan sobre los componentes del cemento en el proceso de hidratación seclasifican como aditivos químicos. Los aditivos no reactivos, compuestos por partículas muy finascomo coloide, se tipifican como aditivos físicos.

ADITIVOS QUIMICOS

Los aditivos químicos son considerados en la norma de acuerdo a la siguiente clasificación:

Aditivo plastificante, reductor de agua; que mejora la consistencia del concreto y reduce la

cantidad de agua de mezclado requerida para producir concreto de consistencia determinada. Aditivo retardador, que alarga el tiempo de fraguado del concreto.

Aditivo acelerador, que acorta el fraguado y el desarrollo de la resistencia inicial de concreto.

Aditivo plastificante y retardador, que reduce la cantidad de agua mezclado requerida paraproducir un concreto de una consistencia dada y retarda el fraguado.

Aditivo plantificarte y acelerador, que reduce la cantidad de agua de mezclado requerida paraproducir un concreto de una consistencia dada y acelera su fraguado y el desarrollo de suresistencia inicial.

CONSIDERACIONES PREVIAS

Es conveniente evaluar, previamente al empleo de aditivos, la posibilidad de obtener el

comportamiento requerido del concreto por modificaciones en el proporcionamiento de la mezcla o laselección de materiales más apropiados. En todo caso, debe realizarse un estudio cuidadoso delcosto, para determinar la opción más ventajosa.

Los aditivos por lo general afectan varias propiedades del concreto, tanto en su estado fresco comoendurecido. Puede ocurrir que mientras una mejora favorablemente, otras cambien en forma adversa.Por ejemplo, es bien sabido que la durabilidad del concreto se incrementa con la incorporación delaire, pero su resistencia disminuye.

Los efectos de los aditivos sobre el concreto varían por las condiciones atmosféricas y factoresintrínsecos del concreto como son: el contenido del agua, el tipo de cemento, la duración delmezclado, etc. De esta manera, las recomendaciones del fabricante sobre la dosificación del aditivo,deben ser comprobadas en las condiciones propias de la obra.

El empleo de un aditivo significa una ventaja económica en el concreto es necesario: comparar elcosto de los ingredientes de mezcla del concreto con o sin aditivo; establecer la diferencia de costos



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de control de concreto, generalmente mayores en el caso de uso de aditivos y el costo de lacolocación, terminando y curado del concreto, en muchos casos favorecidos por los aditivos.

Finalmente debe tenerse en cuenta que ningún aditivo puede subsanar las deficiencias de unamezcla de concreto mal dosificada.

REQUISITOS DE COMERCIALIZACION

El proveedor deberá entregar el aditivo envasado en recipientes que aseguren su conservación,llevando impreso con caracteres legibles, la siguiente información:

La marca registrada, nombre y apellido o razón social del fabricante y del responsable de lacomercialización del producto (representante, fraccionador, vendedor, importador, etc).

El tipo de aditivo, según la clasificación establecida en las normas.

El contenido neto, en masa o volumen, en unidades del SI, refiriendo los volúmenes, paraaditivos líquidos, a la temperatura de 20º C.

Dosificación máxima o mínima a emplear, de acuerdo a la propiedad que se desea modificar.

La fecha de fabricación y la fecha de vencimiento.

Los aditivos no deberán almacenarse por un periodo mayor de 6 meses. En caso contrario, deberánefectuarse ensayos para evaluar su calidad antes de su uso.

El usuario, en el caso de emplear los aditivos en elementos de concreto pretensado, deberá requerirdel fabricante o su representante, constancia escrita del contenido de cloruros del aditivo expresadoen concentración de sal metálica, y si han sido añadidos o no cloruros en su elaboración.

DEL USO

La mayoría de los aditivos se comercializa en forma de soluciones acuosas; sin embargo, algunos sevenden en forma de polvos solubles en agua y eventualmente en pasta.

Los aditivos líquidos se prefieren por la ventaja de encontrarse ya diluidos y facilitar la dosificación.Los aditivos polvurulentos son susceptibles a la humedad y es necesario cuidar su conservación.

Cuando se precisa emplear 2 aditivos distintos, debe evitarse la mezcla previa de ambos,incorporándolos por intervalos separados a la mezcladora.

Las soluciones con el aditivo no deben entrar en contacto directo con el cemento, por lo querecomienda agregar el aditivo cuando los materiales y gran parte del agua se encuentren en procesode mezclado. Debe cuidarse que el aditivo se distribuya uniformemente en la mezcla. Para lograrlodebe añadirse un tiempo prudencial antes del término de la operación.

En ocasiones, se procede a realizar una disolución previa del aditivo en agua, para asegurar laexactitud de la dosificación, al incrementarse el volumen a medir.

El agua de solución debe ser considerada como una parte del contenido total, para no alterar larelación agua-cemento especificada.

Los resultados del uso de aditivos dependen de los sistemas de preparación y dosificación. Los

aditivos en polvo se dosifican por peso y los aditivos líquidos por peso y volumen. Existen en elmercado varios tipos de dosificadores, con diferente nivel de automatismo, pero en la mayoría de loscasos, es posible la inspección visual de la cantidad dosificada.

OTROS TIPOS DE ADITIVOS

Incorporadores de aire, que producen la formación de pequeñas burbujas, en reducida cantidady uniformemente repartidas en el concreto, mejorando la Trabajabilidad y durabilidad frente a laacción destructiva del congelamiento y deshielo; con eventual reducción de las resistenciasmecánicas.

Reguladores de formación para reducir al mínimo los efectos de la contracción del concreto.

Adhesivos, que mejoran la adherencia con la armadura de refuerzos.

Fungicidas, germicidas e insecticidas, que evitan la formación de bacterias y hongos en ciertasestructuras.



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TABLA 1. – REQUISITOS FISICOS

Reducciónde agua

retardador aceleradorReducción de

Agua yRetardador

Reducción de Aguay Acelerador

Contenido de Agua.Máximo, % de referencia:

Tiempo de Fraguado.Desviación permisible del valor dereferencia, en hors minutos:Inicial, por lo menos:no más de:

Final, por lo menos:no más de:

resistencia a la Compresión,mínimo % de referencia3 días:7 días:28 días:6 meses:1 año:

resistencia a la Flexión, mínimo, % dereferencia3 días:7 días:28 días:

Adherencia. % de referencia:28 días:

Cambio de longitud, acortamientomáximo (requisitos alternativos)

% de referencia:aumento sobre el valor de referencia:

Factor de Durabilidad Relativo. mínimo

95

1.0 antesni

1.30 después1.0 antes

ni1.30 después

110110110100100

100100100

100

1350,010

80

1.0 después3.30 después

3.30 después

9090909090

909090

90

1350.010

80

1.00antes3.30 antes

1.00 antes

1251001009090

11010090

100

1350.010

80

95

1.00 después3.30 después

3.30 después

110110110100100

100100100

100

1350.010

80

95

1.00 antes3.30 antes

1.0 antes

125110110100100

110100100

100

1351.010

80

Anticongelantes y antiheladizos, que mejoran la resistencia del concreto en climas fríos. Impermeabilizantes e inhibidores de corrosión.

También se consideran entre los aditivos los productos cuya acción química genera burbujas degas en el concreto fresco, disminuyendo apreciablemente la densidad una vez endurecido.

Asimismo, los pigmentos, materiales inertes finamiento divididos que dan coloración a lasuperficie del concreto.

ACEPTACION

El A.C.I. estable que los aditivos deben probarse para su aceptación, por uno o más de los siguientes

motivos:

a) Para determinar que cumplen con las especificaciones de compra.

b) Para evaluar los efectos del aditivo en las propiedades del concreto que se va a fabricar con

materiales de la obra y bajo las condiciones previstas de ambiente y procedimientos deconstrucción.

c) Para determinar la uniformidad entre diferentes lotes del producto.

d) Para proporcionar datos que muestren que cualquier lote es igual a los suministradospreviamente.

El concreto con el aditivo ensayado comparativamente con el de referencia, deberá cumplir con losrequisitos de la Tabla 1.



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MEZCLADO DEL CONCRETO

Principio de mezcladoEl mezclado del concreto tiene por finalidad cubrir la superficie de los agregados con la parte decemento, produciendo una masa homogénea.

El mezclado a maquina, en las denominadas mezcladoras, asegura concretos uniformes de maneraeconómica. Las mezcladoras están constituidas, fundamentalmente, por un recipiente es metálicodenominado tambor o cuba, provisto de paletas en su interior. La mezcla se efectúa, cuando cadauna de las partes del concreto es elevada, vuelta a vuelta, por las paletas durante la rotación deltambor, de manera que en un cierto punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferiorpara mezclarse con las otras porciones, hasta constituir una masa homogénea.

Tipos de mezcladorasLas mezcladoras se clasifican en función de la posición del eje de rotación de la cuba, siendo dostipos:

Mezcladoras de eje inclinado, de cuba basculante.

Mezcladoras de eje horizontal.

Las concreteras de eje inclinado o tambor basculante pueden adoptar diferentes inclinaciones del ejepara cada etapa del trabajo: sea llenado, amasado, o descarga.

Esta operación se facilita mediante un volante, que hace pivotar el tambor alrededor de un ejehorizontal mediante un sistema de piñones dentados.

El tambor, conocido también como “trompo”, realiza un movimiento de rotación alrededor de su eje,con una inclinación de 15 a 20 grados a aproximadamente. El vapor de este ángulo es unacaracterística importante de la mezcladora, pues define su capacidad y la calidad del concreto.

Las mezcladoras basculantes son adecuadas para pequeños volúmenes de concreto y en espacialpara mezclas plásticas o con agregado grueso de tamaño apreciable.

En todos los casos, la descarga de estas mezcladoras es buena pues se realiza de manera inmediatay sin segregación.

Las mezcladoras de eje horizontal se caracterizan por el tambor, de forma cilindro-cónica, que actúagirando alrededor de un eje horizontal con una o dos aspas o paletas que giran alrededor de un ejeno conciente con el eje del tambor. Disponen, en la mayoría de los casos, de dos aberturas, una paracargar el material y la otra para descargar el concreto.

Existen los casos, el movimiento relativo entre las paletas y el concreto no varia y todo el material semezcla siempre en el fondo del recipiente.

Las mezcladoras de eje horizontal se distinguen según la forma en que se realiza la descarga. Comoel eje de la mezcladora permanece fijo horizontalmente, la descarga se efectúa:

a. Invirtiendo el sentido de la rotación del tambor;

b. Insertando una canaleta en el tambor;

c. En los caso que el tambor está compuesto por dos secciones, que se unen borde a borde, seseparan estos para el efecto de descarga. Las mezcladoras de eje horizontal están provistas de

tolvas cargadoras.

Al operar este tipo de mezcladoras debe cuidarse que, luego de cargadas, no quede material en latolva: y al descargar, que no se produzca segregación o quede en el interior de la mezcladoraagregado grueso.

Las mezcladoras de eje horizontal son favorables para grandes volúmenes de concretado.

Capacidad de la mezcladoraLa tendencia moderna determina la capacidad de la s mezcladora según el volumen del concretohomogéneo y compactado que puede mezclar en una acción de amasada. Anteriormente seconsideraba, para definir la capacidad, el volumen de los materiales los materiales componentes delconcreto, que en estado suelto podían introducirse en el tambor para un mezclado eficiente.

Por ello que en algunos casos se designa la capacidad de la mezcladora por expresiones del tipo

10/7, 14/10, valores que expresan en pies cúbicos los dos conceptos mencionados.



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El volumen geométrico del tambor es dado en algunas ocasiones. En estos casos, en condicionesnormales de eficiencia, la relación entre el volumen de los materiales y el volumen geométrico esaproximadamente el siguiente:

Mezcladoras basculantes: 0.7

Mezcladoras de eje horizontal: 0.4

Procedimiento para cargar la mezcladoraNo existe una norma que defina el procedimiento par cargar la mezcladora. Generalmente se aceptaque se coloque inicialmente en el tambor una pequeña proporción del agua de mezcla,aproximadamente el 10%, añadiendo luego los materiales sólidos conjuntamente con el 80% delagua. El 10% restante se termina de introducir cuando todos los materiales se encuentran en lamezcladora.

En las mezcladoras basculantes se aconseja introducir el agregado grueso después de la arena y elcemento. En el procedimiento basculantes se aconseja introducir el agregado después de la arena yel cemento.

Duración del mezcladoEl tiempo para producir de manera continua una mezcla homogénea es una característica de cadatipo de mezcladora. Este valor, generalmente garantizado por el fabricante, puede sufrir variaciones

según la Trabajabilidad de la mezcla.La duración del mezclado se establece a partir del instante en que los componentes del concretoincluyendo el agua, se introducen en la cuba, hasta la descarga de la misma.

Los factores intrínsecos que modifican los requerimientos del amasado son:

El tipo y tamaño del agregado.

La cantidad de agua de mezcla.

El porcentaje de finos de la arena.

En la práctica, la duración del mezclado se puede expresar ya sea en un minuto o por el número devueltas que debe realizar el tambor para producir una mezcla homogénea.

En el cuadro siguiente se dan os tiempos mínimos de mezcla, según la capacidad de la mezcladora,recomendados por Bereau or Reclamation y el ASTM.

Tiempo mínimo de mezcladoCAPACIDAD DE MEZCLADORA TIEMPO (EN MINUTOS)

Yarda Cúbica m3 Bureau of Reclamation ASTM

1

2

3

4

0,75

1,5

2,3

3

____

1 ½

2

2 1/3

1

1 ¼

1 ½

2

Existe la tendencia a reducir el tiempo de mezclado para incrementar el rendimiento de lamezcladora. Para cada tipo de mezcladora existe una relación entre el viento de mezclado y launiformidad de la mezcla proyectada.

Tiempos de mezclado inferiores al minuto y medio, producen concretos de características variables.Sin embargo, a partir de los dos minutos, no se obtiene un mejoramiento de la mezcla. La resistenciaen menos afectada por el tiempo de mezclado, especialmente luego de los dos minutos. Es posibleencontrar modernas mezcladoras de gran tamaño que producen concretos de buena calidad contiempo de 1 a 1 ½ minutos.

Las mezcladoras denominadas de alta velocidad son aquellas en las que el tiempo de mezcladopuede ser inclusive inferior a 1 minuto.

AmasadorasPara mezcla de concreto secas, especialmente en prefabricación, se utilizan amasadoras de ejevertical, denominadas “de mezcla forzada”, pues el mezclado no se realiza por acción de la gravedad,sino por los movimientos relativos entre la cámara de amasado y las paletas. La operación requiereun apreciable suministro de energía para romper las fuerzas de enlace del concreto.

Estas amasadoras, que recuerdan a las utilizadas en la industria del pan, permiten una altaproductividad y calidad, siendo de gran versatilidad, aplicables a cualquier tipo de mezcla.



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Control de la mezcladora

Al poner en servicio una mezcladora, cuando se considere necesario constatar su estado o verificar eltiempo conveniente de mezcla, es recomendable efectuar una prueba una prueba de eficiencia.

El ASTM ha establecido un procedimiento de evaluación en la norma de concreto premezclado, quepuede considerarse exigente y que establece lo siguiente:

De dos muestras que representen el concreto producido se establece la diferencia de los resultadosde ensayos determinados que no deben exceder de las siguientes tolerancias:

1) Peso por metro cúbico, calculado en base a concreto libre de aire: 1,6 Mpa (16 kg/cm2)

2) Contenido de aire, porcentaje por volumen de concreto: 1,0%.

3) Asentamiento:

Si el asentamiento promedio es de 10 cm. (4”) o menos: 2,5 cm. (1,0”)

Si el asentamiento es de 10 cm. a 12 cm. (4” a 6”): 3,8 cm. (15”).

4) Contenido de agregado grueso, porción en peso de cada muestra retenida un tamiz 4,76 mm.(Nº 4), en porcentaje: 6,0%.

5) Masa unitaria de mortero libre de aire, basado en el promedio de todas las muestrascomparativas ensayadas, en porcentaje: 1,6%.

6) Resistencia promedio a la compresión a los 7 días para cada muestra, basado en la resistenciapromedio d todas las probetas, en porcentajes: 7,5%.



79




LA CONTAMINACION DE LOS AGREGADOS

Los elementos contaminantes de los agregados actúan sobre el concreto reduciendo su resistencia,modificando la durabilidad y dañando su apariencia externa.

En otros casos, alteran el proceso de mezclado, incrementando la exigencia de agua o retrasando el

proceso de fraguado.De acuerdo al tipo de acción, podemos clasificar los contaminantes como de carácter físico químico.

Los físicos actúan sea en el exterior del agregado, como es el caso de los finos y de las partículasadheridas, o de manera externa, como los elementos con exceso de poros o partículas de diferente eexpansión térmica.

Los factores químicos se distinguen según actúen directamente sobre el cemento, como lasimpurezas orgánicas; o independientes de aglomerante, como los materiales solubles.

La mayoría de los agregados presentan algún grado de contaminación, pero la norma determina elporcentaje máximo admisible. Los elementos perjudiciales que generalmente se encuentra en losagregados son: los muy finos, que exigen exceso de agua; los recubrimientos que afectan laadherencia; las partículas débiles, inestables o impurezas, que actúan sobre la hidratación.

Los excesos, en la mayoría de los casos, pueden eliminarse fácilmente, mediante el proceso de

lavado, como sucede en los materiales finos ligeros.

Impurezas orgánicasLos agregados eventualmente pueden estar contaminados con materias orgánicas, originadas por ladescomposición de elementos vegetales, en forma de margas orgánicas. Estas impurezas puedeafectar las reacciones de hidratación, modificando el fraguado o reduciendo la resistencia.

El control inicial del agregado se realiza de manera cualitativa, mediante una prueba colorimétrica,aplicable especialmente a las arenas. El valor de este ensayo es indicar la presencia potencial decompuestos orgánicos nocivos, permitiendo así la realización de ensayos adicionales de mayorprecisión.

El procedimiento de ensayo consistente en comparar una solución de referencia, de color-patrón, conla coloración de liquido que sobrenada, después de un periodo de 24 horas, sobre una muestra de

arena, aproximadamente 500 gr, luego de mezclada con una solución al 3% de hidróxido de sodio enagua. La solución de referencia, debe ser preparada, en cada caso, disolviendo bicromato de potasio(K2Cr 2O7) (grado 1,84) a razón de 0.250 g. Por 100 cm 3 de ácido. Cuando el color del liquido de lamuestra de ensayo mas oscuro que el color de referencia, se puede inferir la presencia de materiaorgánica.

En los casos en que el ensayo sea positivo, se establece una prueba adicional, consistente encomparar la resistencia de la compresión de morteros, fabricados con la arena cuestionada y otrareconocida como sana. En el caso de que la resistencia alcanzada con la arena patrón, no deberáemplearse el agregado, por inadecuado.

Partículas livianas Algunos materiales de baja densidad, como el carbón, los materiales fibrosos y la madera, puedenafectar la durabilidad del concreto. Las normas establecen el máximo de partículas livianas

permisible, las mismas que son evaluadas mediante separación por suspensión en liquido de altadensidad.

Los compuestos utilizados son los siguientes:

Reactivo TetrabromoetanoBencenoBromoformoTetracloruro de carbonomonobromobenceno

Densidad 1,970,882,881,581,49



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La muestra de ensayo varia según el tamaño máximo del agregado dentro de los siguientesrangos:Tamaño máximo Arena19,00 mm38,10 mm

76,10 mm

Peso en gramos 200

3,0005,000

10,000El procedimiento consiste básicamente en el introducir la muestra en un recipiente que contiene elliquido de ensayo, en un volumen por lo menos igual a 3 veces absoluto del agregado, agitando luegoy retirando las partículas que flotan, en el caso de la arena, se realiza una operación de decantación.En el resultado se expresa un porcentaje, como el cociente del peso seco de las partículasdecantadas y el peso de la muestra de ensayo.

Material más fino de 74 micronesEl material muy fino, constituido por arcilla y limo, se presenta recubriendo el agregado grueso, omezclado con la arena. En el primer caso, afecta la adherencia del agregado y la pasta; en elsegundo, incrementa los requerimientos de agua de mezcla. En principio, un moderado porcentaje demuy finos puede favorecer la trabajabilidad, pero su incremento afecta la resistencia del concreto.

El procedimiento de ensayo consistente en lavar una muestra de agregado y pasar el agua de lavado

a través del tamiz Nº 200 de 74 micrones. La perdida de masa resultante del lavado se calcula comoun porcentaje de la masa de la muestra original y es expresada como la cantidad de material quepara el tamiz.

La muestra de ensayo deberá tener el peso que corresponde a la siguiente tabla:

Tamaño nominal máximo (mm) Peso mínimo (g.)

2,384,769,5119,00

31,10 ó mayor

100500

2,0002,5005,000

Partículas inestables Algunos elementos que contaminan los agregados no mantienen su integridad o experimentan encontacto con el agua expansiones destructivas. Tal es el caso de la pizarra y otras partículas de bajaintensidad. En otros casos, inclusiones blandas, como el carbón, pueden hincarse y causar roturasen el concreto. La presencia de estas partículas se determina por la prueba de decantación en líquidodenso.

Las piritas de hierro presentan características expansivas, al reaccionar con el aluminato calcico delcemento. La mica pueda alterarse en el proceso de hidratación del cemento, además de requerir enun exceso de agua de mezcla.

Terrones de arcilla y partículas deleznablesEste tipo de inclusión afecta la calidad del concreto.

La determinación de las partículas deleznables se efectúa de la siguiente manera:La muestra se extiende en una capa delgada sobre el fondo de un recipiente y se cubre con aguapura por periodo de 24 horas. Las partículas que pueden desintegrarse con los dados hasta reducir amaterial fino, se clasifican como terrones de arcilla o partículas deleznables.

Rotura de las partículas desintegrables se han roto, la muestra se tamizara por la vía húmeda.

El tamaño de la muestra está dado por la siguiente tabla:Tamaño de las partículas Peso en gramos

4,76 mm (Nº 4) a 9.51 mm (3/8”) 9,51 mm (3/8”) a 19.0 mm (3/8”) 19,0 mm (3/4”) a 38,1 mm (1 ½”) Mayor que 38,1 mm (1 ½”)

1000200030005000

Los tamices de lavado serán el Nº 20 (8,4 micrones) para la arena y el Nº 4 (4.76 mm) para la piedra.El porcentaje de las partículas deleznables se expresa como el cociente del paso de la muestra y elpeso de las partículas deleznables tamizadas.



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Limite de Sustancias Perjudiciales y Requerimiento de Propiedades Físicas De AgregadosGruesos para Concreto (1)

M XIMO PERMISIBLE

DesignaciónTipo o localización dela Construcción del

Concreto

Terrones de Arcilla yPartículas

desmenusables

Horsteno(menos 2.40

densidad 550)

Total de % Terrenosde arcilla y partículas

desmenusables yHorsteno

Materialmas fino

75micrones

Carbóny Lignito

15

25

35

45

15

Pisos, cimientos,columnas y vigas noexpuestas a laintemperie, lozas depiso interior a sercubiertas.

Pisos interiores sincubierta.

Cimiento de pared porsobre el terreno, murosde contención,contrafuertes,espigones, carreras yvigas expuestas a la

intemperie.Pavimentos, cubiertasde puentes, carreteras,senderos, patios, pisosexpuestos y pórticos oestructuras contiguas amuelles, sujetas aconstantehumedecimiento.

Concretoarquitectónicoexpuesto.

10.0

5.0

5.0

3.0

2.0

5.0

5.0

3.0

7.0

5.0

3.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

0.3

0.3

0.5

0.5

Regiones Climáticas Moderadas

1M

3M

4M

5M

Pisos, cimientos,columnas y vigas noexpuestas a laintemperie, lozas depiso interior a sercubiertas.

Cimientos de paredpor sobre el terreno,muros de

Contención,contrafuertes,espingonas, carreras yvigas expuestas a laintemperie.

Pavimento, cubiertasde puentes, carreras,senderos, patios, pisosde expuestos ypórticos o estructurascontiguas a muelles,sujetas a constantehumedecimiento.

Concretoarquitectónicoexpuesto.

10.0

5.0

5.0

3.0

8.0

5.0

3.0

10.0

7.0

5.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

0.5

0.5

0.5

0.5

Regiones Climáticas Suaves

1N

2N

Losas sujetas aabrasión del traficó,cubiertas de postes,pisos, veredas,pavimentos.Todos los otos tipos deconcreto.

5.0

10.0

...

...

...

...

1.0

1.0

0.5

1.0



82




Regiones Climáticas (1)Las regiones climáticas son definidas como sigue, en términos del índice climático:

(S) Región Climática Severa – Índice Climático mayor de 500días – pulgadas (1270 días – cm)

(M) Región Climática Moderada – Índice Climático de 100 a 500 días – pulgadas (254 – 1270 días – cm)

(N) Región Climática Suave – Índice Climático menor de 100 días – pulgadas (254 días – cm)Estas limitaciones se aplican sólo a agregados en los que el horteno aparece como una impureza, nose aplican a cascajo en el que predomina el horsteno. Las limitaciones de estabilidad de talesagregados deben estar basadas en registros de comportamiento en el ambiente en el que ha deemplearse.

Este porcentaje puede ser incrementado bajo una de las siguientes condiciones:

a): si el material más fino que 74 micrones está esencialmente libre de arcilla o esquisto, el porcentajepuede ser incrementado a 1,5;

b): Si se sabe que la fuente del agregado fino a emplearse en el concreto contiene menos que lacantidad máxima especificada que pase la malla 75 micrones (tala 1) el porcentaje límite (L) de lacantidad de agregado grueso puede ser incrementado a L = 1 + ( (P) / (100 – P) ) (T – A), donde P =porcentaje de arena en el concreto como un porcentaje de agregado total, T = límite de la Tabla 1 de

la cantidad permitida en el agregado fino, y A = la cantidad real de agregado fino. (Esto provee uncálculo de pesaje diseñado a limitar la masa máxima que pasa la malla 75 micrones en el concreto ala que sería obtenida si tanto el agregado fino como el grueso fuesen suministrados al porcentajemáximo tabulado para cada uno de estos ingredientes).

Índice climático (1)El efecto del clima está relacionado con el índice climático que, para cualquier localidad, es elproducto del promedio anual del número de días de ciclo de congelamiento y el promedio anual de laprecipitación pluvial en el invierno, en pulgadas (o centímetros). Un día de Ciclo de Congelamientoes cualquier día durante el cual la temperatura del aire queda debajo de 32 °F (0 °C).

El promedio del número de días de ciclo de congelamiento en un año puede ser tomado como igual ala diferencia entre la media del número de días en los que la temperatura mínima fue 32°F ( 0 °C) ómas bajo, y la media del número de días durante los cuales la máxima temperatura fue 32 °F (0 °C) ó

menos. La precipitación pluvial de invierno es la suma, en pulgadas (o centímetros) de la medidamensual de la precipitación (pluvial) corregida durante el periodo entre e incluyendo la fecha normalde la ocurrencia de la primera congelación (32 °F, 0 °C) en el otoño y la fecha normal de la últimaocurrencia de congelamiento (32 °F, 0 °C) en la primavera. La precipitación pluvial en invierno esigual al total de la precipitación menos en décimo del total de la precipitación de nieve, cellisca ygranizo. La caída de lluvia para una porción del mes prorratea.



83




CARACTERISTCAS FISICAS DE LOS AGREGADOS

ABSORCION DEL AGREGADOLos agregados presentan poros internos, que se denominan como “abiertos” cuando son accesibles

al agua humedad exterior, sin requisito de presión. Diferenciándose de la porosidad cerrada, en elinterior del agregado, sin canales de conexión con la superficie, a la que alcanza mediante fluidosbajo presión.

Cuando un agregado seco se introduce en un recipiente con agua, sus poros abiertos se llenan total oparcialmente, a diferente velocidad, según el tamaño y disposición de los mismos.

Si un agregado se colma en todos sus poros, se considera saturado y superficialmente seco. Siademás la humedad se mantiene en la superficie, se le conoce como saturado superficialmentehúmedo. En el caso de que se seque al aire, o artificialmente en horno, el contenido de humedaddisminuirá, denominándose agregado seco al aire, o completamente seco.

La capacidad de absorción del agregado se determina por el incremento de peso de una muestrasecada al horno, luego de 24 horas de inmersión en agua y de secado superficial.

Esta condición se supone representa la que adquiere el agregado en el interior de una mezcla de

concreto.CONTENIDO DE HMEDAD DEL AGREGADOEn los cálculos para el proporcionamiento del concreto se considera el agregado en condiciones desaturado superficialmente seco, es decir, con todos sus poros abiertos llenos de agua y libre dehumedad superficial. Esta situación, que no es correcta en la práctica, conviene para fines declasificación.

Como se sabe, el contenido de agua de la mezcla influye en la resistencia y otras propiedades delconcreto. En consecuencia, es necesario controlar el dosaje de agua. Si los agregados estánsaturados y superficialmente secos no pueden absorber si ceder agua durante el proceso de mezcla.Sin embargo, un agregado mojado superficialmente húmedo, origina un exceso de agua en elconcreto. En estos casos es necesario reajustar el contenido de agua, sea agregando o restando unporcentaje adicional al dosaje de agua especificado, a fin de que el contenido de agua resulte el

correcto.PESO ESPECÍFICOEl peso especifico de los agregados, que expresa también como densidad al sistema Internacional deUnidades, adquiere importancia en la construcción, cuando se requiere que el concreto tenga un pesolímite, sea máximo o mínimo. Además, el peso específico es un indicador de calidad, en cuanto quelos valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que el pesoespecífico bajo generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles, caso en el que esrecomendable realizar pruebas adicionales.

DEFINICIONESPeso especifico (densidad).- Es la relación, a una temperatura estable, de la mas del mismovolumen de agua destilada, libre de gas.

Peso especifico (densidad aparente).- Es la relación, a una temperatura estable, de la masa en elaire de un volúmen unitario de material, a la masa en el aire de igual densidad de un volumen deagua destilada libre de gas. Si el material es un sólido, el volumen es aquel de la porciónimpermeable.

Peso especifico (densidad de masa).- Es la relación, a una temperatura estable, de la amasa en elaire de un volumen unitario de material permeable (incluyendo los poros permeables e impermeables,naturales del material) a la masa en el aire de la misma densidad, de un volumen igual de aguadestilada libre de gas.

Peso especifico (densidad)de masa saturado superficialmente seco).-Es lo mismo que pesoespecífico de masa, excepto que la masa incluye el agua en los poros permeables.

Absorción.- Es la cantidad de agua absorbida por el agregado después de ser sumergido 24horas en esta. Se expresa como porcentaje del peso.



84




PROCEDIMIENTO EN EL CASO DE AGREGADOS GRUESOSLa muestra de ensayo se forma con aproximadamente 5000g. Del agregado por el método decuarteo.

Se lavan los componentes de la muestra, eliminando el polvo o material adherido y se sumerge enagua durante 24 horas.

Luego se saca la muestra del recipiente de inmersión y se envuelve en una toalla, eliminando laspelículas visibles de agua de la superficie. En estas condiciones, saturada y seca superficialmente, sepesa con una aproximación de 0.5 g. Seguidamente se coloca la muestra en una canasta de alambrecon dimensiones aproximadas de 20 cm de diámetro y 20 cm de altura provista de aberturascomprendidas entre 2 mm y 4 mm.

A continuación se determina su peso, sumergida en agua, a una temperatura entre 21º C y 25º C.

Luego se introduce la muestra en un horno a una temperatura de 110º C hasta peso constante. Sedeja enfriar y se pesa.

Los resultados se expresan como sigue.

P= peso en gramos de la muestra seca.

Ps= peso en gramos de la muestra saturada interiormente y seca superficialmente.

Pi= peso en gramos de la muestra sumergida en agua.

Las características del agregado se determinan por las siguientes relaciones:

Peso especifico (densidad) nominal

Peso especifico (densidad) aparente

Peso especifico (densidad) saturado

con superficie seca

Absorción

PROCEDIMIENTO EN EL CASO DE AGREGADOS FINOS:La muestra de ensayo se forma con aproximadamente 1000 g. Del agregado, por el método decuarteo.

De acuerdo al procedimiento normalizado, se sumerge totalmente en un recipiente con agua durante24 horas, luego de lo cual se extiende la muestra sobre una superficie no absorbente y se expone auna corriente suave de aire caliente, agitando con frecuencia para conseguir un secado uniforme.

La operación se da por terminada cuando están sueltas las partículas del agregado.

Se coloca la muestra en un molde cónico y se consolida con 25 golpes de pisón, al término de lo cualse alista la superficie de la muestra y se levanta el molde verticalmente.

Si existe humedad libre, el cono conserva su forma. En este caso se repite el ensayo a intervalosfrecuentes, hasta que el cono formado por la muestra se derrumbe parcialmente al separar el molde.Esto indica que se ha alcanzado la condición de material saturado con superficie seca.

Pi P

Ps

100P

P-Psabsorciónde% X

Pi Ps

P Da

Pi P

P

Dn



85




De la muestra se toman 500g. Que se introducen en una probeta, a la cual se agregan previamenteunos 100 cm3 de agua y luego se completa hasta cerca de 500 cm3, girando la probeta hastaeliminar la burbuja de aire. La probeta se coloca en baño maría a 20º C y se mantiene en élaproximadamente 1 hora; luego se llena con agua, a la misma temperatura, hasta 500 cm3. Se pesael conjunto (probeta, arena y agua) y se determina por diferenciar la masa de agua añadida, conaproximación de 0,1m. La cantidad de agua para llenar la probeta se puede determinar

volumétricamente por medio de una bureta que permita apreciar hasta 0,1 cm3.CALCULOSDeben utilizarse las siguientes convenciones:

P = Peso de la muestra seca, en gramos

Pa = Peso o volumen de agua añadida a la muestra para completar el volumen de la probeta,expresado en g. Ó en cm3 según el caso.

V = Volumen de la probeta en Cm3

Peso especifico (densidad) nominal. Se determina por la siguiente ecuación:

Peso específico (densidad) aparente. Se determina por la siguiente ecuación:

PaV

P Da

Absorción. Se determina por la siguiente ecuación:

100500

absorciónde% X P

P

PESO VOLUMETRICO DEL AGREGADOSe denomina peso volumétrico del agregado el peso que alcanza un determinado volumen unitario.Generalmente se expresa en kilos por metro cúbico. Este valor es requerido cuando se trata de

agregados ligeros o pesados y en el caso de proporcionarse el concreto por volumen.El peso volumétrico del agregado varía de acuerdo a condiciones intrínsecas, como la forma,granulometría y tamaño máximo. Asimismo, depende de factores externos como la relación deltamaño máximo con el volumen del recipiente, la consolidación impuesta, la forma de colocación, etc.En consecuencia, para ser de utilidad, el ensayo de peso unitario debe ceñirse estrictamente anorma, definiendo si la determinación corresponde al agregado suelto o compactado, según elprocedimiento utilizado.

Debe tenerse en cuenta que el peso volumétrico determinado en laboratorio no siempre correspondeal que se obtiene en condiciones de obra, para variar los parámetros externos citados.

El ensayo se efectúa utilizando un cilindro metálico de geometría normalizada y mediante unprocedimiento de consolidación seleccionado de acuerdo al tamaño máximo del agregado.

Las dimensiones de los recipientes deben cumplir con la siguiente tabla:

Dimensiones interiores (mm.)Tamaño máximo delas partículas mm.

Volumen dm. 3 Diámetro mm. Altura mm.

12,5

25

40

100

3

10

15

30

155

205

255

355

160

305

295

305

La masa unitaria del agregado compactado se determina por los siguientes procedimientos:

Método de apisonado. Se emplea en agregados de tamaño nominal menor o igual a 38mm. Elagregado se coloca en el recipiente, correspondiente a tres capas de igual volumen

aproximadamente, hasta colmarlo.

P)-(500-Pa)-(V

P Dn



86




Cada una de las capas se empareja con la mano y se apisona con 25 golpes de varilla, distribuidosuniformemente en cada capa. La varilla de acero es de 16 mm de ancho y 60cm de longitud,terminada en una semiesfera. Al apisonar se aplica la fuerza necesaria para que la varilla atraviesesolamente la capa respectiva.

Una vez colmado el recipiente se enrasa la superficie usando la varilla como regla y se determina lamasa del recipiente lleno en Kg.

Método de vibrado. Se utiliza en agregados de tamaño nominal comprendido entre 38 y 100 mm.El agregado se coloca en el recipiente, en tres capas de igual volumen, aproximadamente, hastacolmarlo.

Se coloca el recipiente sobre una base firme y se inclina hasta que el borde opuesto al punto deapoyo diste unos 5 cm de la base. Luego se suelta, con lo que se produce un golpe seco y se repitela operación inclinando el recipiente por el borde opuesto. Estos golpes alternados se ejecutan 25veces de cada lado, de modo que el número total sea para cada capa y 150 para todo el conjunto.

Al término, se enrasa la superficie del agregado con una regla o con la mano, de modo que las partessalientes se compensen con las depresiones en relación al plano de enrase y se determina la masaen Kg. Del paciente lleno. El peso unitario del agregado suelto se aplica para agregados de tamañonominal hasta de 100 mm.

Procedimiento con pala. Se aplica a agregados de tamaño nominal menor de 100 mm.

Se llena el recipiente por medio de una pala de modo que el agregado se descargue de una altura nomayor de 50 mm. Por encima del borde, hasta colmarlo.

Se enrasa la superficie del agregado con una regla o con la mano, de modo que las partes salientesse compensen con las depresiones en relación al plano de enrase y se determina la masa en Kg. Delrecipiente lleno.

Expresión de resultadosLa masa del agregado se determina restando de la masa total la masa del recipiente en Kg.

Los resultados de los ensayos realizados con la misma muestra no deben diferir en más del uno porciento (1%)

Nota: Consultar normas A.S.T.M.: C. 127-CI; C. 128.7j: C. 70.79; C. 29.78.





88




Longitud diámetro ASTM BSI

2.00

1.75

1.50

1.251.00

1.00

0.98

0.96

0.930.87

1.00

0.98

0.96

0.940.92

Consideraciones Adicionales:

Se estima que la resistencia de los testigos es, en general, inferior a la que podría obtenerse decilindros moldeados, con el mismo concreto, al pie de obra y curados por el método. Esto se explicaporque el curado normalizado es más intenso que el curado en obra.

Los testigos suelen tener menor resistencia cerca de la superficie de la estructura. Al aumentar laprofundidad, la resistencia se incrementa hasta un cierto límite. Se recomienda de ensayo seanrealizados por personal con experiencia y en laboratorios calificados.

En los casos en que quiera determinarse la resistencia a la tracción por compresión diametral, los

especimenes no deberán contener elementos de fierro, como barras de refuerzo.Informe:

La resistencia sobre las probetas diamantinas deberá expresarse con aproximación de 0.1 Kg/cm2

cuando el diámetro se mide con aproximación de 0.25 mm, y de 0.5 cuando el diámetro es medidocon aproximación de 2.5 mm.

Deberán registrarse la longitud de la probeta, las condiciones de humedad antes de la rotura y eltamaño máximo del agregado en el concreto.

Del mismo modo, se registra la dirección en la aplicación de la carga de rotura con relación al planolongitudinal de colocación del concreto en obra.

Evaluación de resultados:

De acuerdo al Reglamento del ACI, el concreto de la zona representada por las pruebas de

corazones, se considera estructuralmente adecuada si el promedio de los tres corazones es por lomenos igual al 85% de la resistencia especificada (fć) y ningún corazón tiene una resistencia menordel 75% de la resistencia especificada (fć).

A fin de comprobar la precisión de las pruebas, se pueden volver a probar zonas representativas deresistencias erráticas de los corazones.



89




CONCRETO PESADO

Los concretos pesados se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m3, a diferencia de

los concretos normales, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m3.

La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Pórtland normalizados y con

agregados pesados, naturales o artificiales, cuyas masas volumétricas absolutas se encuentran entre3.5 a 7.6. Dentro de estas características pueden comprenderse más de 50 elementos. Sin embargo,generalmente solo algunos de ellos son utilizados por razones de disponibilidad y economía.

Los agregados pesados deben tener granulometría conveniente, resistencia mecánica ycompatibilidad con el cemento Pórtland. Generalmente se usan agravados como las varitas,minerales de fierro como la magnetita, limonita y hematitra. También, agregados artificiales como elfósforo de hierro y partículas de acero como subproducto industrial.

La aplicación de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de lasradiaciones nucleares. También se utiliza en paredes de bóvedas o cajas fuertes, en pisosindustriales de contenedores para desechos radiactivos.

Requerimientos de la protección:Los materiales de protección requieren:

Absorber los rayos Gamma, para lo cual deben ser los más pesados posibles.

Disminuir la velocidad de los neutrones rápidos y transformarlos en neutrones térmicos, para locual deben contener átomos ligeros como el hidrógeno.

Absorber los neutrones térmicos, para lo cual deben tener cuerpos de gran sección eficaz.

Gracias a su elevado peso volumétrico y su alto contenido de átomos de hidrógeno, y en especialcuando se le adicionan materiales como boro para absorber los neutrones térmicos, el concretocumple las tres condiciones expuestas.

Si bien el concreto normal puede emplearse en escudos de protección, el concreto denso se utiliza enlas zonas en las que es necesario ganar espacio, por sus secciones más reducidas.

El concreto descrito reúne los dos primeros requisitos, por su alto peso volumétrico y por conteneruna importante cantidad de átomos de hidrógeno. La necesidad de hidrógeno se satisface con un

contenido de agua del 5% del peso del concreto, que se encuentra tanto en forma de aguacombinada como libre dentro de su masa; eventualmente, el agregado puede aportar agua decristalización. El contenido de hidrógeno en un concreto seco es de aproximadamente 0.25 % delpeso. La adición de materiales como el boro, tiene el inconveniente de reducir la resistencia.

Al absorber la energía de radiación, el concreto incrementa su temperatura, de manera no uniforme,de acuerdo a la distancia a la fuente de radiación. Esta situación origina tensiones internas quedeben ser persistas para evitar fallas. Las tensiones térmicas se originan, no solo por la energíaabsorbida, si no también por el enfriamiento de las superficies y las propiedades intrínsecas delconcreto.

El concreto en el nuclearEl instituto Peruano de Energía Nuclear edifica en la meseta de Huarangal, en la provincia de Lima, elcentro Nuclear de Investigaciones del Perú, construyendo en concreto el Block del Reactor RP-10. Elconcreto se ha diseñado para actuar como elemento estructural y de blindaje biológico contra laacción de radiaciones nucleares.

Las características de la edificación son las siguientes:

El cemento pesado tiene una densidad seca mínima de 2.7 gr/cm3, una resistencia a la

compresión a los 28 días de 280 kg/cm2, un espesor promedio de la pantalla de 250 cms, y en el

diseño de la estructura se ha considerado la posibilidad de un sismo de magnitud 8.4 Ms.

El cemento elegido fue el tipo V de la clasificación ASTM C 150. La elección tomó enconsideración su pequeño porcentaje de aluminato tricalcico, el cual garantizaba un lento y bajodesarrollo de calor de hidratación. Los estudios efectuados en el laboratorio de Ensayos deMateriales – UNI, garantizaron el cumplimiento de las especificaciones de resistencia dentro delos niveles de calor de hidratación deseados.

Como agregado fino se emplea una arena natural de cantera, limpia, la cual cumple con lasespecificaciones de la norma C 33 del ASTM y los requisitos especiales.



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Se emplea como agregados grueso el mineral de hierro clasificado como magnetita, provenientede los yacimientos de Marcona. Esta magnetita, además de garantizar la densidad deseada,actúa como portador de hierro y elementos pesados que contribuyen al control del flujo deradiaciones Gamma. La magnetita seleccionada cumple con las recomendaciones de lasnormas C 637 y C 638 del ASTM.

El agua empleada es potable y se ha trasladado en camiones cisterna desde Lima. Se han

utilizado dos aditivos: un plastificante, para lograr retardo de fraguado con reducción de agua sinpérdida de resistencia; y un súper plástico, para garantizar fluidez de la mezcla durante eltiempo de colocación.

La dosificación de la mezcla se ha hecho para proporciones de peso. Las proporcionesseleccionadas fueron comprobadas primero en el LEM-UNI y luego ajustadas en obra por lafirma contratista. En la selección de la resistencia promedio se considero que no más de una encada 20 muestras estaría por debajo de la resistencia especificada.

La relación agua-cemento fue limitada a un máximo de 0.55; el contenido de aire atrapado al 1%y, adicionalmente se fijo la composición química por elementos de la unidad cúbica de concretoen función del flujo de radiaciones Gamma del reactor.

Para el control de calidad del concreto pesado se han establecido especificaciones muyrigurosas, controlándose los materiales, la apariencia y la calidad del concreto fresco, su

temperatura y el ambiente, el peso unitario, la consistencia, el contenido de aire, la resistenciaen compresión, él modulo de elasticidad y la perdida de resistencia después de exposición auna temperatura determinada.



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TEMA: CONCRETO




APLICACIONES DIVERSAS DEL CONCRETO

Las propiedades del concreto permiten que este material sustituya o reemplace en una diversidad deelementos a otros materiales tradicionales, sea por su carencia, por constituir una alternativaeconómica o por brindar mejor comportamiento.

Como se sabe, el concreto es un material moldeable a temperatura ambiente, lo que permite suadecuación a distintas formas. Presenta elevada resistencia a la compresión y gran capacidad deadherencia con otros materiales, como el acero, que le comunica la necesaria resistencia a latracción. Tiene un comportamiento elástico y plástico que puede ser aprovechado en situacionesespeciales. Es incombustible, además, es económico, sus insumos son nacionales y requiere demano de obra no especializada.

En nuestro país, el empleo del concreto en usos diferentes a la construcción es todavía limitado. Sinembargo, se utiliza en diversos elementos, sustituyendo a otros materiales tradicionales, con ventajassignificativas.

En los grabados que se acompañan a continuación se muestran algunas aplicaciones en postes dealumbrado, elementos para cercos, ductos y tapas para buzones de desagüe.

Una aplicación de mayores requerimientos técnicos es la de durmientes para ferrocarril, hechos conconcreto armados o pretensados. Esta tecnología que data de la segunda guerra mundial, fueaplicada inicialmente en nuestro país en el año de 1961, en el ferrocarril centra. Posteriormente, hatenido importante utilización en los ferrocarriles del Sur, con un total de 26 Km. De vía y 40,000durmientes instalados.



92

TEMA: CONCRETO




Las ventajas de los durmientes de concreto pueden resumirse dentro de los siguientes conceptos:

Utilización de insumos y mano de obra local.

Menor inversión inicial y menor costo anual.

Mayor peso, que favorece la permanencia y estabilidad de la vía.

Reducción de los esfuerzos y por consiguiente de la formación de los rieles.

Elevada durabilidad, resistencia al intemperismo y al ataque de organismos animales ovegetales.

Recorrido de vías más silenciosas y reducción del riesgo de descarrilamiento.

Disponibilidad permanente.



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TEMA: CONCRETO




AGUA DE AMASADO Y CURADO PARA CONCRETO

En las mezclas de concreto podrán emplearse, como aguas de amasado y curado, todas aquellasreconocida como potables o sobre las que se posea experiencia por haber sido empleadas para talfin, con resultados satisfactorios.

El agua empleada para amasar y curar el concreto será de propiedades colorantes nulas, clara, librede glucidos (azucares) y de aceites. Además, no deberá contener substancias que puedan producirefectos desfavorables sobre el fraguado, la resistencia o la durabilidad del concreto o sobre lasarmaduras.

La norma ITINTEC 339,088 considera para el amasado y/o curado de concretos y morteros, el aguacuyas propiedades y contenido en sustancias disueltas estén comprendidas dentro de los límitessiguientes:

El contenido máximo de materia expresada en oxígeno consumido, será de 3 mg/1 (3 ppm).

El contenido de residuo sólido no será mayor de 5g/1 5000 ppm.

El PH estará comprendido entre 5,5 y 8.

El contenido de sulfatos, expresado en ion SO4 será menor de (600 ppm).

El contenido de cloruros, expresados en ion C1 menor de 1g/1 (1000 ppm).

El contenido opcional de carbonatos y bicarbonatos alcalinos (alacalinidad total) expresada enNa HCO2 será menor de 1 g/1 (1000 ppm).

Como requisito opcional considera que si la variación de color es una característica que se deseacontrolar, el contenido de fierro, expresado en ión férrico, será de una parte por millón (1 ppm).

Cuando el agua ensayada no cumpla uno o varios de los requisitos establecidos, se podrán realizarensayos comparativos empleando en un caso el agua en estudio y otro agua destilada o potable,manteniendo además similitud en materiales a utilizar y procedimientos, con el fin de obtener ensayosreducibles. Dichos ensayos se realizaran, de preferencia con el mismo cemento que será usado yconsistirán en la determinación del tiempo de fraguado del cemento y resistencia a compresión del

mortero a las edades de 7 días y 28 días.

Los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta que contiene el agua en estudio podrán variar hasta25%, que los correspondientes a la pasta que contiene el agua de referencia.

La reducción de resistencia del mortero que contiene el agua en estudio a cualquier edad de ensayo,podrá ser como máximo del 10%.

DE LAS MUESTRAS DE AGUA

Las muestras serán representativas del agua tal como será empleada. Se tendrá que una solamuestra de agua puede no ser representativa si existen variaciones de composición en función deltiempo, como consecuencia de una modificación de las condiciones climáticas (lluvia, viento, etc.),cambios estaciónales, influencia de las mareas (en caso de que el lugar de extracción se encuentrepróximo a la costa) o por otros motivos.

En el caso de no ser representativa las muestras, conforme se ha indicado, podrá tomarse muestrasperiódicas a distintas horas y días o eventualmente a la misma hora en lugares distintos. Tambiéncuando se sospeche que puede haber variado la composición del agua.

Es muy importante el conocimiento local de la fuente, especialmente en los casos en que, por tratarsede una zona de industrias, haya posibilidad de modificación de la composición o de contaminación.

Si se conoce el lugar preciso donde se proyecta extraer el agua éste será uno de los lugares de tomade muestras. En general el lugar o lugares se determinaran de acuerdo a la información que deseeobtenerse y a las necesidades o condiciones locales. Cada muestra un volumen mínimo de 5 litros.

En el caso de aguas superficiales (ríos, arroyos, lagunas, etc.) la muestra se tomará introduciendo elrecipiente a la profundidad en que se colocara la boca de toma de la instalación de extracción,

dejando que el agua se introduzca en él.



94

TEMA: CONCRETO




En el caso de aguas subterráneas se empleará una bomba de extracción, la que se hará funcionarpor lo menos 10 min. Y durante todo el tiempo que resulte necesario para lavar las tuberías.

Luego se llenará el recipiente.

Las muestras se envasarán en recipientes o botellas de polietileno o de vidrio incoloro o de colorclaro, perfectamente limpios. El cuello será pequeño diámetro para facilitar el cierre y sellado del

recipiente. Las tapas serán de los materiales indicados o de corcho nuevo, SIN DEFECTOS. El cierreserá hermético.

Los envases se llenarán completamente sin dejar algún vació que se prevea cambios de volumen porelevación de temperatura en cuyo caso se dejará un volumen libre de aproximadamente 1% delvolumen del recipiente. Inmediatamente después de realizada la extracción, los envases seránconvenientemente tapados y sellados.

Los recipientes serán convenientemente acondicionados y embalados, para evitar su rotura. Lastapas serán aseguradas con ataques de hilo o de alambre para evitar que se aflojen.

En tiempo de frío los envases serán protegidos contra los efectos de las bajas temperaturas.

NORMAS A CONSULTAR

ITINTEC 339.088



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TEMA: CONCRETO




VIGENCIA DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO

La vigencia y el buen comportamiento de los pavimentos de concreto han sido confirmadosrecientemente en un seminario que, con esta denominación, congrego a los más destacadosespecialistas nacionales. En el evento se resaltaron ventajas sobre economía relativa, es decir,

menor costo de inversión anual; Su durabilidad; El menor requerimiento de conservación y laaceptación por el usuario.

En el Perú, los pavimentos de concreto se vinculan al inicio del proceso de urbanización de la granLima, en la década del 20. Las calzadas de las Avenidas Alfonso Ugarte, y las Urbanizacionesdenominadas Santa Beatriz y Lobaton han sido mudos testimonios durante muchos años de ladurabilidad de este material, apreciada por el habitante de la ciudad. Así mismo, la avenida delProgreso ( hoy Venezuela), construida en el año 1924, sirve de ejemplo de la permanencia de estetipo de calzada.

Entre otros factores que respaldan al pavimento del concreto, se encuentra los siguientes:

Su gran capacidad de absorción de incrementos de carga, producidos por el constante aumentodel volumen del tráfico y peso de los ejes de los vehículos.

El reducido costo anual de la estructura, que por su larga vida útil extiende el monto de la

inversión inicial. Su adecuación a lugares donde la administración no es históricamente propensa a realizar

trabajos sistemáticos de conservación, por su diminuta exigencia de los mismos y la bajainversión que ellos exigen.

La construcción puede realizarse con equipo de tamaño reducido, que generalmente seencuentra disponible en empresas de diferente magnitud, utilizando mano de obra noespecializada y materiales locales, o fácilmente disponibles.

Recogen un constante desarrollo tecnológico, tanto en el diseño como en la aplicación, referidoa la gama de concretos, sean los de la industria del pre-

Mezclado o los llamados “pobres compactados”.

Las condiciones de seguridad se incrementan por la mejor conducción de reflexión de luz, quefacilita la visión y por la textura superficial, que incrementa la atracción entre las llantas del

vehículo y el pavimento.

Finalmente, es bien conocida la contribución del concreto de ahorro energético en cuanto tienenbajo consumo de combustible fósil.

Las ventajas enumeradas, que no son todas, suelen ser apreciadas por el sentido común del vecinode la ciudad. Se da el caso generalizado de que cuando los propietarios de inmuebles ordenandirectamente la construcción de su calzada, sea individual o colectivamente, se deciden por lospavimentos de concreto. Hecho que es fácil advertir al recorrer algunas urbanizaciones y losdenominados pueblos jóvenes.



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EL CONCRETO PREMEZCLADO

El término “concreto premezclado “se aplica al concreto preparado en planta, en instalaciones fijas ytransportado hasta el lugar de utilización por camiones especiales, denominados camionesmezcladores o agitadores, según el caso.

La industria del concreto premezclado tiene amplio auge en los países desarrollados, en los cuales lacasi totalidad o mayor producción de concreto se produce en centrales de mezcla. En nuestro medio,su campo de acción es importante y ha logrado alta tecnología y calidad.

ALGUNAS VENTAJASEntre las ventajas que posee el concreto premezclado, sobre aquel que se fabrica en obra, podemosseñalar:

La capacidad de producción de una central de concreto premezclado es muy superior acualquier instalación clásica de producción en obra, de esta manera se puede incrementar lacolocación diaria de concreto y disminuir los plazos de ejecución.

El constructor puede dedicarse a su actividad fundamental: la construcción, sin aumentar supersonal innecesariamente.

El costo del m3 del concreto premezclado es plenamente conocido por el usuario, mientras del

costo de fabricación del concreto producido en obra es difícil de conocer previamente conprecisión.

Economía en materiales de fabricación en almacenamiento y en gastos para mantenimiento delconcreto en obra.

Precisión en la dosificación de mezcla y regularidad de control de las materias primas y elconcreto.

BASES CUANTITATIVAS PARA LA COMPRALa unidad de medida para la compra deberá ser el metro cúbico de concreto recién mezclado y sinendurecer tal como es descargo del camión mezclador o agitador.

El volumen del concreto recién mezclado y sin endurecer de una mezcla deberá ser calculado a partirdel peso total, dividido entre el peso real por metro cúbico del concreto. El peso total de la mezcla

deberá calcularse como la suma de peso de todos los materiales, incluyendo el agua o como el pesoneto de la mezcla en el momento de la entrega. El peso por metro cúbico deberá determinarse apartir del promedio de por lo menos tres mediciones realizadas, en una muestra diferente, usando unrecipiente de 14 dm

3 (1/2 pie cúbico).

Se debe considerar el volumen de concreto entregado, no el que se coloca, debido al desperdicio.

REQUISITOS PARA LA CALIDAD DE CONCRETOEl la ausencia de especificaciones, el comprador deberá indicar lo siguiente:

Tamaño nominal máximo ( o tamaños), del agregado grueso. Asentamiento ( o asentamiento)deseados en el punto de entrega. Cuando se requiera concreto que contenga aire incorporado, sedeberá especificar el contenido de aire promedio y su tolerancia.

Para determinar la dosificación del concreto, a fin de obtener la calidad requerida, pueden utilizarse

las siguientes alternativas:ALTERNATIVA No 1

Cuando el comprador asuma la responsabilidad para la dosificación de la mezcla de concreto, deberáespecificar lo siguiente:

El contenido de cemento en bolsas o kilos por metro cúbico de concreto o unidades equivalente.

Contenido de agua efectiva en litros por metro cúbico de concreto o unidades equivalentes.

Antes de la elaboración del concreto, el comprador podrá exigir a los fabricantes resultados deensayo del laboratorio que garanticen la calidad de los materiales de acuerdo con el tipo de concretoque se va a elaborar.

ALTERNATIVA No 2

Cuando el comprador requiera que el fabricante asuma la responsabilidad total para la dosificación de

la mezcla de concreto, deberá especificar:La resistencia requerida que el fabricante asuma la responsabilidad total por la dosificación de lamezcla de concreto, deberá especificar:



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La resistencia requerida a la compresión, determinada en muestras tomadas de la unidadtransportada en el lugar de descarga, en base a ensayos normalizados. A menos que se especifiquede otro modo, la edad del ensayo deberá ser 28 días.

Al seleccionar los requisitos por los cuales se va asumir la responsabilidad se debe tener en cuentalos requisitos de Trabajabilidad, colocación, durabilidad, textura superficial y densidad, además de losnecesarios para el diseño estructural.

ALTERNATIVA No 3Cuando el comprador requiera que el fabricante asuma toda la responsabilidad por la dosificación dela mezcla de concreto y además se requiera un contenido mínimo de cemento deberá especificarse losiguiente:

La resistencia requerida a la compresión, determinada en muestras tomadas de la unidad detransporte en el lugar de descarga, en base a los ensayos normalizados. A menos que se especifiquede otro modo, la edad del ensayo, deberá ser de 28 días.

Contenido mínimo de cemento en bolsas o kilogramos por metro cúbico de concreto.

La alternativa No 3, es aplicable cuando el contenido mínimo de cemento que se requiera estéalrededor del mismo valor del que normalmente exige la resistencia, tamaños de los agregados yasentamiento especificados. Al mismo tiempo, el contenido mínimo de cemento que se requiera debeser una cantidad suficiente para asegurar la durabilidad del concreto bajo las condiciones de serviciosesperadas, lograr una textura superficial y densidad satisfactoria, y obtener con ella la resistenciaespecificada.

INFORMACIÓN COMPLEMETARIA A solicitud del comprador, y antes de la entrega real del concreto, el fabricante deberá proporcionaruna declaración indicando: Origen, pesos específicos y pesos unitarios saturados con superficie secay granulometría de los agregados. El fabricante suministrará además información sobre marca y tipode cemento; tipos y nombres de los aditivos (si se emplean) y cantidad de agua por metro cúbico deconcreto. También proporcionará información de que los materiales que se usarán y la dosificaciónseleccionada, producirán un concreto de la calidad especializada.

Las dosificaciones correspondientes a las alternativas anteriores para cada entrega de concretodeberán constar con una tarjeta de entrega que contenga la información especificada. Tanto elfabricante como el comprador deberán conservar una copia de dicha tarjeta.

REQUISITOS PARA TOLERANCIA EN EL ASENTAMIENTO A menos que se incluyan otras tolerancias en las especificaciones del proyecto, se aplicarán lassiguientes:

Cuando las especificaciones del proyecto para el asentamiento estrictamente como un “máximo” “o”no excede” deberá tenerse en cuenta la Tabla siguiente:

TOLERANCIA EN EL ASENTAMIENTO

Asentamiento Especificado

Tolerancia en el asentamiento

Tolerancia positiva

Tolerancia negativa

7,5 cm (3 pulg) o menos

o

4,0 cm (1 ½ pulg)

Más de 7,5 cm (3 pulg)

O

6,5 cm (2 ½ pulg)

El concreto dentro d e los rangos permisibles de asentamiento, deberá estar disponible desde elmomento de empezar las descargas, durante un periodo de 15min, exceptuando la primera y últimacuarta parte de un metro cúbito según como se descarga.

En el caso de que el comprador no esté preparado para la descarga del vehículo a su llegada aldestino prescripto, el fabricante no será responsable por la limitación del asentamiento mínimo,después de un periodo total de espera de 30 minutos, a velocidad de agitación o de agitación ydescarga; y el comprador deberá asumir la responsabilidad total por las condiciones del concreto deallí en adelante.

En el caso de mezclas con alto contenido de cemento y desde 350kg. De cemento por m3 deconcreto, el tiempo estipulado de 30’ puede ser menor para vaciados en tiempo cálido.

ENSAYOS DE CONTROL

Los ensayos de resistencia, así como los ensayos de asentamiento y contenido de aire se harán conuna frecuencia de no menos un ensayo por cada 120 m3. en cada día de entrega de concreto, sehará al menos un ensayo de asentamiento y resistencia por cada clase.



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Si el asentamiento no cumple con lo especificado, se deberá hacer inmediatamente un ensayo sobreotra porción de la misma muestra. Si este segundo ensayo de valores no satisfactorios, se consideraque el concreto no cumple con la norma.

Para un ensayo de resistencia se elaborán como mínimo 2 probetas a partir de una muestra tomada.Un ensayo será el promedio de las resistencias de las dos probetas ensayadas a la edadespecificada.

El representante del comprador conseguirá y registrará el número de la guía de entrega y la ubicaciónexacta en obra, en la cual sé depositar’a cada tanda representada por un ensayo de resistencia.

Se usará el promedio de todos los ensayos de resistencia que representan cada clase de concreto.En todos los casos el promedio de la resistencia obtenida deberá ser igual o mayor que laespecificada, excepto en el caso de que haya acuerdo previo entre fabricante y comprador paracumplir con lo siguiente:

Para el concreto de estructuras diseñadas por el método de esfuerzos de trabajo, no más del 20% delos ensayos de resistencia podrá tener valores menores que la resistencia especificada (f’c) y elpromedio de cualquier grupo de 5 (cinco) ensayos consecutivos, será igual o mayor que la resistenciaespecificada.

Para el concreto en estructuras diseñadas por el método de la resistencia a la rotura y paraestructuras presentadas, no más del 105 de los ensayos de resistencia podrán tener valores menores

que la resistencia especificada (fć) y el promedio de tres ensayos consecutivos, será igual o mayorque la resistencia especificada.

Cuando el número de ensayos de cualquier clase de concreto suma cinco o menos, el promedio detodos los ensayos debe ser igual que la siguiente:

N° de ensayos Resistencia promedio requerida de ensayos consecutivos

1

2

3

4

5

Según método de esfuerzos

0,90

0,94

0,97

0,99

1,00

Según método de ensayos

0,86

0,97

1,02

1,05

1,07

La muestras de concreto deberán ser obtenidas de acuerdo con la norma respectiva y lasrecomendaciones de la buena práctica.

ARBITRAJE:En el caso de que el concreto no cumpla con los requisitos de resistencia, el fabricante y elcomprador convendrán para determinar si se alcanza un acuerdo para que se haga el ajuste, si lohay. Sin no se llega a un acuerdo , se deberá tomar un decisión por medio de arbitraje de tresingenieros calificados , uno de los cuales será designado por el comprador , otro por el fabricante y eltercero seleccionado por estos dos miembros del penal y su decisión será obligatoria.

DE LA INSCRIPCIÓNEl fabricante facilitará en la inspección el acceso conveniente para hacer las revisiones de laproducción y obtener las muestras de ensayo, que efectuaran sin interferir con la elaboración yentrega del concreto.

Son materia de inspección los requisitos para la dosificación, dispositivos de proporcionamiento,mezcladoras y agitadores, mezclado y entrega establecidos en la norma de Concreto Premezclado.



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EL BLOQUE DE CONCRETO EN ALBAÑILERÍA

La construcción de muros con bloques de concreto es un procedimiento de construcción acreditadoen los últimos 50 años que cumple en especial con las condiciones técnico-económicas para serempleado en la construcción de viviendas de bajo costo.

En efecto, además de su costo reducido por metro cuadrado de muro, ofrece las siguientes ventajaseconómicas:

El empleo de bloques de concreto permite una reducción apreciable en la mano de obra conrelación a otros sistemas, tanto por el menor número de unidades a colocar (12 1/2 bloques porm2 de pared), como por la simplificación de tareas.

El muro de bloques de concreto requiere menor cantidad de mortero, lo que significa economíade mano de obra y de materiales.

Los paramentos de la albañilería de bloques resultan lisos y regulares, por lo cual no exigennecesariamente revesticimiento. Eventualmente se puede mejorar el aspecto con pintura decemento. En caso que se especifique revestimiento, el censor del revoque es reducido, por loque se obtiene economía de materiales y de mano de obra.

El empleo de bloques de concreto facilita el refuerzo del muro.

El muro con bloque de concreto presenta gran durabilidad y brinda al usuario confort térmico yacústico.

En el Perú la primera planta de bloques inició su producción en 1928 y sus productos se utilizaron enla construcción del primer barrio obrero del Callao. Posteriormente se instalaron dos fábricas másimportantes, ubicadas, una en la antigua Chancadora del puente del ejército, y la otra en el Jr. TingoMaría. El auge de la construcción urbana en Lima. Luego de la segunda guerra mundial, significó eldesarrollo de la industria de bloques de concreto.

EL BLOQUE SEGÚN LA NORMAEl bloque de concreto se define según Norma como la unidad de albañilería, cuya dimensionesmínimas son 300mm de largo, 200 mm de ancho y 200mm de alto, y en el caso el que su ancho.Generalmente posee cavidades interiores transversales que pueden ser ciegas por uno de susextremos y cuyos ejes son paralelos a una de las aristas.

El bloque está construido por cemento Pórtland; agregados como arena, piedra partida, granuladosvolcánicos, escorias, u otros materiales inertes y agua.

CARACTERÍSTICA GEOMÉTRICALas características geométricas del bloque están dadas por sus dimensiones reales, quecorresponden a la unidad prototipo. Se denomina dimensión nominal a la dimensión real más una junta de albañilería.

Se define el área de la sección recta como:

Área bruta: es el área normal al eje de los huecos sin descontar al área ocupada por éstos. Seobtiene de multiplicar sus dimensiones: largo por ancho.

Área neta: es el área bruta, descontando el área de los huecos.

Las dimensiones de los bloques de concreto, de acuerdo a criterios de coordinación modular, son las

recomendadas en la tabla.TABLA 1

DesignaciónDimensiones modularesen centímetros

Dimensiones de Fabricación en centímetros

Ancho Alto Largo Ancho Alto Largo Largo de bloquesesquineros

Bloquespara murosy tabiques

10

15

20

25

30

35

20

20

20

20

20

20

40

40

40

40

40

40

9

14

19

24

29

34

19

19

19

19

19

19

39

39

39

39

39

39

39.5

39.5

39.5

39.5

39.5

39.5



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El tipo de bloque más generalizado es el que tiene como dimensiones nominales 20cms de altura y40 cms de longitud o portantes; y de 15cms para muros interiores; y de 10 cms para determinadatabiquería. Asimismo, se fabrica medios bloques esquineros utilizándose en los encuentros deparedes o en vanos, y bloques en forma de “U” para la construcción de dinteles y v igas soleras.

Los agujeros de los bloques se corresponden verticalmente en el muro, dando lugar a la formación deconductos que se utilizan para formar columnas con refuerzo de acero o para pasar tubería de

instalaciones eléctricas o de agua.ESPECIFICACIONESEl requisito obligatorio para el bloque de concreto es de resistencia a la compresión y se establecepor 5 tipos normalizados en la Tabla II

Tabla II

TIPO Resistencia mínima a la rotura por compresión en cla N/cm2*

Promedio de 3 unidades Individual

B I

B II

B III

B IVB V

40

50

70

100120

35

40

55

8095

CRITERIOS DE EMPLEOCon relación a la durabilidad se prescribe que, para superficies que no están en contacto directo conlluvia intensa, humedad, terreno o agua, se puede utilizar cualquier tipo de bloque.

Para superficies en contacto directo con lluvia intensa, humedad, terreno o agua, se utilizaran lostipos II y III.

En el caso de que, además de las condiciones de uso expuestas anteriormente, la obra se encuentreen ambientes salinos y/o puedan presentarse temperaturas que lleguen a la congelación del agua, seutilizará los bloques tipo IV y V.

A solicitud del comprador, podrá establecerse como requisito de absorción que las unidades de

albañilería sujetas a ensayo absorban como máximo 12% de agua de su peso seco.ADVERFTENCIA SOBRE LOS ENSAYOSLos bloques que deban ser probados en comprensión, por lo menos 24 horas ante el ensayo, sealisan y se hacen paralelas las caras de carga mediante la aplicación de una capa de morteroplástico, compuesta de cemento Pórtland y yeso calcinado en partes iguales (en volumen), deespesor no superior a 3mm.

En la prueba de absorción de agua, de no disponerse de comodidad para secar o pesar una unidadentera, los especimenes pueden ser fracciones de una unidad de albañilería cuyo peso no seamenor que el 10% de la unidad entera y que tenga la altura total de la misma. Antes de proceder alensayo se deben alisar los bordes rugosos y puntiagudos.

El procedimiento consiste en sumergir completamente los especimenes secos en el recipiente llenode agua a temperaturas ambiente manteniéndolos durante 24 horas asegurando que la temperatura

del baño esté comprendida entre 15o

C y 30o

C.Transcurrido el tiempo indicado, se retiran los especimenes del baño del agua y se seca al aguasuperficial con un trapo húmedo y se pesa

La absorción de agua se expresa en porcentaje y se calcula dividiendo el peso del agua absorbidaentre la masa del espécimen seco, expresando ambos valores en gramos.

En todos los casos, el valor es el promedio de los especimenes ensayados en las pruebas deresistencia y absorción.

Control de calidad; criterio de aceptaciónPara los efectos de control de calidad, se considera como lote cada uno de los conjuntos de 2,000unidades de albañilería o fracción, de igual medida y tipo en que se fracciona la partida, en el procesode recepción y muestreo.

En el momento de la inspección previa, de cada lote se extraerán al azar 10 unidades de albañileríapara verificar los requisitos de dimensiones y aspecto. Si se encuentran 2 defectuosos, se deberánextraer una segunda muestra formada por otras 10 unidades de albañilería. Si en esta muestra



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adicional se encuentran otros 2 defectuosos, se rechazará el lote del que fueron extraídas lamuestras.

En el caso de que no se encuentre ningún espécimen defectuoso en el segundo lote, se deberá haceruna tercera muestra de 10 unidades de albañilería, no debiéndose presentar ningún defecto paraaceptar el lote por inspección previa.

Al dar curso a la recepción se separarán 3 bloques de la muestra sujeta a la inspección previa, que

serán empleados para los ensayos de resistencia y absorción de agua.En lote estará de acuerdo a la norma correspondiente si el promedio de la resistencia a la compresióny la absorción de agua, así como cada espécimen, cumplen con los valores indicados en la misma.

El lote no estará de acuerdo a la norma si el promedio de la resistencia a la compresión y la absorciónde agua no cumplen con los requisitos, o más de un espécimen de la nuestra no cumple con algunosde los requisitos establecidos.

Si la resistencia promedio a la compresión y la absorción de agua de la muestra cumplen con losrequisitos de la norma, pero sólo un espécimen no cumplió con alguno de los requisitos, se ensayaráuna muestra adicional de ó especimenes, tomados al azar del mismo lote.

En este caso, el lote estará de acuerdo a la norma sólo si el promedio de la resistencia a lacompresión y la absorción de agua en el total de 9 especimenes, cumplen con los requisitoscorrespondientes y siempre que todos los especimenes de la muestra adicional cumplan con todoslos requisitos de la norma.(Nota: En todos los casos en que se menciona “absorción de agua”, este requisito debe entendersecomo opcional).



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EL CEMENTO PORTLAND Y SU APLICACIÓN EN PAVIMENTOS

El Cemento Pórtland ha contribuido decisivamente a ala revolución tecnológica que se produce e enla validad en la segunda mitad del siglo pasado, modificando las características de los pavimentos ylos elementos de protección y drenaje.

El cemento Pórtland interviene en los diferentes elementos que constituye la estructura de lospavimentos, variando según el rol que desempeña y distinguiéndose generalmente por la cantidad deaglomerante utilizado.

En la sub-rasante capa superficial que sirve fundamento, el cemento se utiliza para mejorar elmaterial superficial desde el punto de vista de diseño y/o transitabilidad. Con el mismo propósitoparticipa en la sub-base, definida como la primera capa que se construye sobre la sub-rasante.

Mas general es el empleo de l cemento en al construcción de la base que se coloca sobre la sub-base, pero dotada de características estructurales y de durabilidad superiores.

El empleo extensivo del cemento se produce en la capa de rodadura, nombre genérico que denominala superficie por donde circula los vehículos, con características de resistir la fatiga producida por el

transito y la acción del medio ambiente. Se caracteriza por su suavidad, para la cómoda circulaciónde los vehículos y su rugosidad para que sea suficientemente segura.

CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL

Los pavimentos se clasifican como rígidos, semi rígidos y flexibles según como la estructuradistribuya los esfuerzos y deformaciones producidas por los vehículos a las capas inferiores.

Los pavimentos flexibles se caracterizan por estar constituidas sus capas con materiales de reducidacohesión, los mismos que presentan una baja rigidez a flexión, permitiendo la transmisión de mayoresniveles de esfuerzos en profundidad, por acción de las cargas aplicadas sobre su superficie. Elprototipo está constituido por los pavimentos asfálticos.

Los pavimentos rígidos tiene como elemento estructural principal una losa de concreto de cementoPórtland, la misma que se apoya sobre una capa de sub base, o directamente sobre la sub-rezante, si

ésta es de calidad adecuada. La elevada rigidez a flexión que presenta la losa permite reducirenormemente el nivel de esfuerzos en profundidad por acción de las cargas aplicadas sobre susuperficie.

APLICACIONES DEL CEMENTO

1. Suelos modificados.- Es un suelo tratado “in situ” con una cantidad relativamente baja decemento, con el fin primordial de reducirle la plasticidad, la permeabilidad, los cambios eincrementarle la capacidad de soporte y la resistencia al corte. El grado de modificación ymejoría en las propiedades depende del tipo de suelo y de la cantidad de cemento empleado.

El reglamento Nacional de Construcciones considera el suelo modificado como pavimento enlas urbanizaciones tipo D.

Los suelos cuyas cantidades de limo y arcilla son inferior al 35%, comúnmente son

denominadas suelos granulares.

Muchos de ellos presentan una inadecuada granulometría y/o excesivos valores de plasticidady son desechados para conformar capas de bases y/o sub-base de pavimentos de víasurbanas, carreteras y aeropuertos.

Los suelos que tiene un contenido de limo y arcilla superiores al 35% son comúnmentedenominados finos. No son usados para conformar capas de relleno y sub-rasante, así comoconformar capas de sub-base en los pavimentos.

2. Suelos- Cemento.- El suelo-cemento es una mezcla intima de suelo pulverizado,

cemento Pórtland y agua que , compacta a su optima humedad y densidad máxima produce(debido a la hidratación del cemento) un material durable y con la resistencia mecánicaapropiada para la conformación de capas de base para pavimentos urbanos, carreteras y de

aeropuertos. Cuando el tránsito no adquiere importancia, hace las veces de capa de rodadura,permitiendo grandes economías en los programas viales. El reglamento Nacional deConstrucciones lo prescribe como tipo C de pavimento.



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Mediante estudios de los suelos que se pueden estabilizar con cemento es muy amplio y sóloexiste una restricción de empleo con aquellos que presentan un contenido alto de materiaorgánica, ya que inhiben las reacciones de hidratación del cemento. Incluso los suelos limososde difícil estabilización pueden estabilizarse con asfalto, previo pre-tratamiento con cementoPórtland.

3. Gravas Cemento.- Se trata de una mezcla de agregados, naturales o artificiales degranulometría continua y reducida cantidad de finos y cemento Pórtland en proporciones del 3al 6%, la misma que permite conformar capas de base y refuerzo en pavimentos rígidos ycapas de base y refuerzo en pavimentos asfálticos sujetos a tránsito medio o pesado. Lacompactación se realiza generalmente con rodillos vibratorios y su curado se efectúa con unriesgo de emulsión asfáltica, o la colocación de un tratamiento superficial cuando el tránsito esintenso.

4. Concretos Porosos.- El concreto poroso se ha introducido recientemente y tiene por finalidadcrear una nueva capa drenante en el pavimento. Se prevé que el agua que pasa a través de labase llegue a una capa que no es sensible al agua, por la cual escurre hasta los drenajesnaturales. Para evitar la segregación, que puede ocurrir si la consolidación se realiza porvibrado interno, es posible compactar con rodillos. El curado se efectúa preferentemente conmembranas de polietileno, evitando otras técnicas que pueden cerrar los poros superiores.

5. Concretos Pobres o Económico.- Las mezclas de económetro denominadas también“concretos pobres”, tienen un bajo contenido de cemento y permiten el empleo de agregadosde baja calidad, cuando están disponibles localmente, proporcionado pavimentos de bajo costoo capas de base de pavimentos asfálticos.

Los pavimentos de económetro pueden ser considerados como rígidos, de acuerdo alcontenido de cemento y el módulo de elasticidad. Generalmente se consideran como semirígidos los pavimentos de concreto con proporciones cemento / agregado del orden 1:20 alorden 1:24 en volumen; y como rígidos a los constituidos en proporciones más ricas que 1:15.La mayoría de los actuales pavimentos de económetro se encuentran entre las proporciones1:12 a 1:24.

6. Adoquines de concreto.- En este tipo de pavimento la capa de rodadura está conformada porvarios elementos: los adoquines, que son bloques macizos, con forma de prisma recto, cuyasbases son polígonas con una forma tal que permiten conformar una superficie completa. Secolocan sobre una capa delgada de arena, la misma que sirve para rellenar las juntasexistentes entre adoquines.

7. Concreto compactado con rodillos.- Son concretos secos, de características resistentes

similares a los concretos tradicionales, pero por su consistencia se consolidan con los sistemasgeneralmente utilizados para la compactación mediante equipos pesados de rodillos vibrantesy/o reumáticos.

La denominación de seco compactado se debe a su bajo contenido de humedad, entre el 4 y el7 en peso de la masa total; el necesario para que se produzca la hidratación del cemento, porlo cual la consistencia de la mezcla es muy áspera y el asentamiento nulo.

En estos concretos es posibles disminuir el contenido del cemento, en relación con losconvencionales, para obtener la misma performance y permitir que en sus construcción seutilicen procedimientos constructivos de gran rendimiento, empleando equipos propios de lastecnologías de pavimentos asfálticos y movimientos de tierras.

Puede estimarse que el costo de concreto compactado con rodillos es del orden del 80% delconcreto tradicional variando, según las condiciones locales, el equipamiento de la empresa,etc.

8. Losas de concreto.- Las losas de concreto de cemento Pórtland se construyen con unamezcla de agregados gruesos, cemento y agua, con dosificaciones seleccionadas en eldiseño, con el fin de alcanzar la resistencia especificada.

El contenido de cemento varía entre el 15 y el 20% en peso de la masa total y, en principio, es

el responsable de la resistencia final de la mezcla.



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El concreto para las losas presenta resistencias a la comprensión hasta de 350 y 60 Kgf/cm2

tracción por flexión, respectivamente. Esto hace que el comportamiento estructural sea único,ya que esta capacidad de absorber altos esfuerzos a tracción sin deformarse ni fatigarse, loconvierte en el material por excelencia para pavimentos.

Eventualmente, las losas de concreto de los pavimentos rígidos llevan refuerzo de acero, comoson: los pavimentos continuos de concreto armado, los de concreto reforzado con fibras de

acero y los pavimentos pretensados utilizados generalmente en aeropuertos.

Otras aplicaciones

9. Mezcla Asfáltica en caliente.- El cemento Pórtland es empleado como “filler” de aporte enlas mezclas asfálticas en caliente. En general, las condiciones de calidad de tales mezclaspueden resumirse en tres: estabilidad, flexibilidad y durabilidad, en las cuales el cementogravita significativamente, cumpliendo tres funciones principales: actuando como material derelleno de vacíos, como espesante de asfalto o mejorando la adherencia del par agregado –asfalto.

10. Reciclado de pavimentos fallados.- Consiste en aprovechar los materiales existentes depavimentos fallados, la incorporación de cemento Pórtland en el material de base granular yrodadura asfáltica antigua, debidamente escarificados y pulverizados, permite obtener una

capa de base de pavimento de gran resistencia, no susceptible al agua o a la acción de lasheladas. La economía obtenida es obvia, dada la reducción de los costos de transporte, porculminación material existente y colocación del nuevo material, además del año que causadicho transporte a vías anexas y el problema de desmonte que ocasiona.



105

TEMA : CONCRETO




MUROS DE CONTENCIÓN CON BLOQUES DE CONCRETO

En nuestro medio generalmente los muros de contención del tipo de gravedad son construidosusando encofrados y concreto vaciado en sitio. También se emplean los muros de gaviones, los

muros de mampostería de piedra y, últimamente los muros de barandillas (Creb Eall). Aquí se analizan un nuevo tipo de muro de contención prefabricado, conformado por bloques deconcreto, cuyas dimensiones son de 0.35x0.35x0.55 m. Con pesos del orden de 155Kg. Por bloque yque disponen de un agujero central para su manipulación.

Estos bloques son colocados por simple apilado, es decir sin usar montero de asentado, con el soloamarre a medio bloque, de manera que por su geometría van quedando engrampados, alineados,nivelados y con la inclinación requerida por el muro.

Esta técnica, desarrollada en Europa ha sido adaptada y puesta a punto en nuestro medio poringenieros de la empresa COSAPI S.A. y tiene como antecedentes las construcciones incaicas.

Con la finalidad de encontrar un procedimiento de pre fabricación que fuera económicamentecompetitiva ante uno convencional, aun cuando la producción sea limitada, se opto por el uso de

mezclas secas de consistencia rígida, de tal manera que con un molde provisto de articulaciones, sepudiera efectuar un desmoldado inmediato, sin deformaciones y sin la necesidad de recurrir al uso deaditivos que encarecerían el producto.

FABRICACIÓN DE LOS BLOQUES

Los bloques se producen por un sistema de pre-fabricación que resulta competitivo a los de tipoconvencional, requiriendo para ello un volumen mínimo de producción.

El concreto empleado es de consistencia seca, de asentamiento “O”, permitiendo el desmoldadoinmediato. Factor importante es la consolidación con densidades mayores de 2.3 ton/m

3 obteniendo

resistencias superiores a los 100 kg/cm2 en un día y de los 300 kgs/cm

2 alos 28 días.

El llenado del molde articulado se efectúa con una capa de mortero de superficie que recubre alespécimen de concreto.

Para esto se utiliza una funda metálica que tiene la misma forma del molde y que calza dentro de estacon un espacio de 1 ½ . e vierte entonces dentro de esta funda la mezcla de concreto seco y entre elmolde y dicha funda una mezcla de mortero seco . De esta forma al extraer la funda, las mezclasquedan zonificadas, evitándose así que exista agregado grueso en contacto con las caras del molde ylogrando con ello un buen acabado.

Para proceder a la compactación, se colocan unas pastillas metálicas que calzan dentro del molde,sobre las cuales se aplica la vibro-compresión. Esto hace posible que la compactación llegueuniformemente a todos los ángulos del bloque.

MONTAJE DE MURO

Previamente a la colocación de los bloques, hay que efectuar una base o solado de concreto

debidamente nivelada, donde descansará la primera hilada. El izaje de los bloques se hace con unapluma metálica y un gancho de acople. El apilado se va haciendo por filas amarradas a medio bloque.

La cuadrilla necesaria para el montaje está integrada por un operario y dos ayudantes. Finalmente elrelleno puede hacerse, ya sea en forma simultánea o al final del montaje.

ESTABILIDAD DEL MURO

Para analizar la estabilidad del muro de estructura discontinua, se evaluaron los valores de fricciónentre la superficie de los bloques, la interfase concreto –suelo y entre la superficie de los bloques,incluyendo el efecto de la cuña de engrampe. Así mismo se comprueba el volteo y deslizamientosimultaneo a través del engrampe, para lo cual se llego a elaborar una formula de calculo.

FUNCIONAMIENTO

La inclinación de las caras de los bloques de 1:4 {o 1:6 (H:V) le da al muro la misma inclinaciónsiendo auto estable hasta una altura máxima de 3 m. Que también es usual en los muros degravedad convencionales.



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TEMA : CONCRETO




Estos muros son recomendables para empujes de tierras moderadas, que no contemplan en su parteposterior sobrecargas de importancia.

Por la naturaleza de su construcción no requieren de juntas de contracción ni de construcción. Asímismo al ser permeables no necesitan ductos de evaluación para filtraciones.

VENTAJAS FRENTE A LOS SISTEMAS CONVENCIONALES

Este nuevo procedimiento de construcción de muros de contención presenta las siguientes ventajasfrente a los procedimientos convencionales:

No necesita encofrados.

Su construcción es más rápida

Debido al empleo de mezclas secas, se logra un ahorro considerable de cemento.

Debido a que el montaje se efectúa por la parte delantera y no se usan encofrados, elmovimiento de tierras detrás del muro es menor.

Los trabajos de compactados se pueden iniciar inmediatamente después de terminada sucolocación o incluso se puede realizar simultáneamente.

Puede ser desmontable lo que le da opción a ser usado en obras temporales de contención.

no requiere de ningún tipo de juntas y no tiene el riesgo de fisuración por contracción en climasseveros. Tampoco requiere de ductos de evaluación de filtraciones (ductos a través del muro).

Su acabado es muy estético.



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TEMA: CONCRETOREFER: CEMENTO- BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM



EL CONCRETO FAST TRACK EN REPARACION Y REHABILITACIONDE PAVIMENTOS

I. INTRODUCCIÓN

El Concreto Fast Track, constituye una tecnología adecuada para la rehabilitación y refuerzodel pavimento, con una reducida alteración del tráfico. Mediante el proporcionamientoapropiado del concreto y técnicas de curado, es posible obtener resistencias que permiten lapuesta en el servicio del pavimento a las 24 horas o menos. El pavimento resultante es deexcepcional calidad, con un costo relativamente bajo y ocasiona un mínimo de inconvenientes.

Las ventajas del pavimento de concreto sobre el pavimento asfáltico son muchas, sin embargo,cuando se trata de reparaciones se argumenta sobre los plazos requeridos para el curado yendurecimiento del concreto, frente a la rápida ejecución y apertura al transito del pavimento deasfalto.

Con el CTF esta desventaja desaparece. En la actualidad, el CFT ha sido utilizado y probadoen todos los tipos de pavimentos de los Estados Unidos: aeropuertos, carreteras y pavimentos

urbanos. Se ha aplicado en diversos casos, sea en obras nuevas, reconstrucciones,reforzamientos adherentes y no adherentes, en revestimientos sobre pavimentos asfálticos,etc.

II. APLICACIONES

Una de las aplicaciones más espectaculares del CFT se da en la rehabilitación de pavimentosde aeropuertos, reduciendo considerablemente el tiempo de inoperatividad de las líneas. En losproyectos recientes se emplea en la pavimentación secuencial en la reconstrucción de pistasde aterrizaje. También en casos específicos como son las intersecciones que se encuentranen el medio campo y en las pistas de taxeo.

En vías urbanas, en especial en aquellas que sirven de acceso a los sectores comerciales eindustriales, en avenidas y calles, el CFT disminuye las pérdidas que un dilatado proceso de

reparación ocasiona a las empresas afincadas en dichas zonas. En todo caso, la paralizacióndel tráfico se reduce al fin de semana.

En autopistas con peaje, elimina los problemas concernientes a la desviación del tráfico, pueslas obras pueden ejecutarse en un solo día, y se minimiza el lucro cesante de losadministradores de la vía.

En el caso de la reconstrucción de intersecciones, la experiencia demuestra que la solucióncon CTF es sumamente operativa.

III. MATERIALES

El CTF es producido con cementos, aditivos y agregados, que respondan ala normalización yque se encuentran en cualquier localidad.

Su diseño se basa en los procedimientos convencionales.Sin embargo, es indispensable efectuar estudios de laboratorio para asegurar las propiedadesrequeridas.

1. Cemento

En la mezcla de CTF se han usado cementos Pórtland normalizados de los tipos I, II, Y III.

En el caso de emplearse los cementos tipo I y II, se ha requerido la incorporación de aditivosque aceleran el endurecimiento.

La resistencia inicial en los cementos Pórtland depende básicamente del contenido en silicatotricálcico C3S y en menor medida el aluminato tricalcico C3A. Los álcalis del cemento tambiéninfluyen débilmente.

Además, la mayor finura del cemento favorece la resistencia inicial especialmente en lasfracciones menores a los 10 micrones.



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La diferencia sustantiva entre los cementos tipo III se encuentra en la finura, que en el cementotipo III fluctúa entre 4500 a 6000 cm2/gr, mientras en los otros cementos varía de 3400 a 4000cm2/gr.

2. Adiciones

En todas las sobras de pavimentación con CFT, se ha utilizado adiciones de cenizas volantes,

tecnología de uso extensivo en los Estados Unidos. El porcentaje incorporado es del orden del10% del peso del cemento. La ceniza volante es un residuo finalmente dividido, resultado de lacombustión del carbón, que se obtiene generalmente como subproducto de las plantastérmicas.

La ceniza volante más utilizada en CTF es la que corresponde al tipo F de las norma ASTM C618-91, que tiene propiedades puzolánicas.

En países que no cuentan con las adiciones mencionadas y que poseen puzolanas naturales,será factible su empleo. Los materiales puzolánicos están comprendidos dentro del tipo N dela norma precitada. Debe considerarse que los cementos Pórtland puzolánicos del tada. Debeconsiderarse que los cementos Pórtland del tipo IPM tienen generalmente un porcentaje deadición del 10% al 12%.

3. Aditivos

Dos aditivos han sido generalmente empleados en la práctica norteamericana con pavimentosde CTF: Imcorporadores de aire y reductores de agua.

Los agentes incorporadores de aire han sido consideradosen obras ubicadas en zonasgeográficas en las cuales hay que preservar la durabilidad del concreto por efecto del procesode las heladas y del deshielo.

En la experiencia norteamericana se ha utilizado aditivos reductores de agua del tipo a de lanorma ASTM C 494-90, conocidos también como plastificantes. El propósito ha sido utilizar elincremento de trabajabilidad, que permita reducir significativamente el agua de la mezcla entreel 6 y 10%, manteniendo el asentamiento del concreto.

En muchos casos se ha requerido emplear aditivos del tipo D, reductores de agua y

retardadores de fragua, especialmente cuando se han usado conjuntamente aceleradores deendurecimiento, para permitir un mayor lapso que faculte la buena colocación y terminación delpavimento.

Los aditivos súper plastificantes son más efectivos que los reductores de tipo A, permitiendoduplicar la reducción del contenido de agua.

Sin embargo su precio en el mercado es de 3 a 4 veces mayor.

4. Aditivos que aceleran el endurecimiento

En los casos que se han empleado los cementos Pórtland del tipo I y II en el CFT se harequerido aditivos que aceleren el endurecimiento. Los aditivos acelerantes más comúnmenteempleados empleados, en los concretos sin esfuerzo, tienen como producto de base el clorurode calcio. La inclusión de un 2% de cloruros con relación al contenido del cemento, incrementa

la resistencia a las 24 horas en un 100%; sin embargo, cabe precisar que la ganancia deresistencia está en función de la temperatura.

Para evitar el riesgo de corrosión, cuando se trata de pavimentos con armadura de acero,como aquellos con esfuerzo continuo, es recomendable utilizar aditivos aceleradores de laresistencia exentos de cloruros, del tipo de los componentes orgánicos solubles, como latrietanolamina y el formiato de calcio.

5. Agregados

En el CFT pueden ser utilizados todos los agregados que cumplan con la norma, debiendotener especial cuidado en lo relativo ala granulometría del agregado global y el factor de forma,que la norma ITINTEC 400.037 define como índice de espesor.

De la experiencia del CTF en los Estados Unidos se infiere la importancia de los agregados de

granulometría continua, aplicando el criterio del agregado global, con un prototipo de husogranulométrico, que contiene un aumento del material que pasa entre la malla 3/8” y la No 8,con relación al material comúnmente utilizado en dicho país.



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El incremento del agregado intermedio mejora las siguientes características:

Reduce el requerimiento de agua de mezcla e incrementa la resistencia al disminuir lacantidad de mortero necesaria para resistencia al, disminuir la cantidad de morteronecesaria para llenar los vacíos.

Aumenta la durabilidad al aumentar la compacidad.

Disminuye el desgaste en las mezcladoras y equipo.

6. Agua

Para incrementar la resistencia del CTF, se ha utilizado la incorporación del agua de mezcla atemperaturas que varían entre 60 y 40º C para contribuir a la aceleración del endurecimiento.Es conocido que la temperatura incrementa las reacciones químicas y consecuentemente laformación de productos de hidratación del cemento. Esta opción es factible cuando se trata deobras pequeñas . como la acción de la temperatura del agua en la mezcla solo actúa algunashoras, el procedimiento es efectivo únicamente cuando se protege el concreto con cobertoresaislantes.

7. Diseño de mezclas

Los procedimientos de diseño de mezcla en el CFT son los convencionales de la tecnología delconcreto. De la revisión de la experiencia en los Estados Unidos, se advierte el empleo de unadiminuta relación a/c de aproximadamente 0.4, un alto contenido de cemento, de 380 kg/m3 yproporcionamiento similar de agregado fino y grueso.

La tabla siguiente recoge el proporcionamiento del CFT de más reciente empleo con resultadosexitosos.

Mezcla CFT

Cemento tipo III 640.0 Ib./yc.

Ceniza volante 70.0 Ib./yc.

Agregado fino 1,413.0 Ib./yc

Agregado grueso* 1,413.0 Ib./yc

Relación a/c .425

En la mezcla se emplearon aditivos incorporados de aire y reductores de agua.

Las resistencias promedio obtenidas, en pruebas de flexión, con carga aplicada en el centro dela vigueta, son las siguientes:



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12 horas 24 horas 7 dias

Resistencia a la flexion (psl) 485 645 850

IV. CONSTRUCCION

La experiencia en la construcción de pavimentos de CTF ha demostrado que no se requiere deequipo especial para la ejecución del pavimento, pudiéndose utilizar equipo normal de fácildisponibilidad.

Sin embargo, el pavimento de CFT requiere un conveniente planificación de la secuencia deconstrucción, pues el margen de error admisible es mucho menor que en concretoconvencional. Se aconseja efectuar vaciados de prueba par entrenar a todos los trabajadores,a fin de que puedan familiarizarse con las características de trabajabilidad del concreto y lanecesidad de acelerar las operaciones.

1. Mezclado y colocación

El CFT ha sido producido en plantas centrales de mezcla y dosificación, también con equipo demezclado rápido. En el transporte se han usado camiones mezcladores y camiones agitadores.

En la ejecución del pavimento se ha utilizado la pavimentadora de moldes deslizantes, que se

compone de una unidad que recibe, distribuye, consolida y ejecuta la terminación. También lapavimentadora de moldes fijos, constituida con un equipo múltiple, compuesto por unadistribuidora de concreto, una vibradora y una terminadora superficial (tren de pavimentación).

Si bien no hay experiencia, nada impide que en pequeños tramos puede realizarse elpavimento por ejecución manual con encofrados fijos.

2. Acabado

En los pavimentos de CFT se usan los procedimientos convencionales de acabados.

La textura superficial puede ser longitudinal o transversal. En los Estados Unidos en las víasinterestatales y de gran volumen de tránsito se especifica esta última. Cuando las operacionesse efectúan en un mínimo de espacio se utilizan cepillos con cerdas de plástico y tambiénflejes metálicos, que se arrastran manualmente por dos operarios a ambos lados de la banda

de concreto.3. Juntas

Los equipos y materiales para el aserrado y sellado de las juntas en CFT son losconvencionales en pavimentos de concreto.

En el aserrado de juntas de contracción no rigen los plazos generalmente aceptados enpavimentos tradicionales. El lapso requerido para efectuar la operación de aserrado en CFTdepende del proceso de endurecimiento, tipo de cemento y temperatura ambiente.

En los CFT se han utilizado procedimientos de aserrado-húmedo es conveniente cuando setrata de pavimentos urbanos, para evitar la gran cantidad de polvo que ocasiona la limpieza delaserrado en seco.

No existe experiencia en la ejecución de juntas en fresco, procedimiento más lento que exigeademás mayor empleo de mano de obra.

Sin embargo, las juntas obtenidas son correctas y más económicas.

Nada parece impedir la utilización de este procedimiento en tramos cortos.

El sellado de las juntas en el CFT se efectúa más rápidamente que en los pavimentosconvencionales pues, la ganancia inicial de resistencia y la diminuta relación agua cementoreducen la humedad de las paredes laterales de la junta, requisito de algunos productos desellado. En el CFT las juntas deben sellarse lo antes posible y en todo caso no más allá de las24 horas.

4. Curado

El curado del CFT es fundamental para lograr el rápido endurecimiento y la buena calidad del

pavimento. Las acciones de curado comprenden la retención de la humedad y elaprovechamiento del calor de hidratación.



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Para evitar la pérdida del agua de mezcla por evaporación superficial, a fin de incrementar laresistencia y evitar la figuración temprana, se pulveriza la superficie del pavimento conproductos que forman una película fina y homogénea, que impide la evaporación del agua.

Se asegura el control de la operación empleando líquidos que producen una película blanca,que se elimina por acción del tracito y los agentes atmosféricos. Es recomendable el regar conrapidez y en exceso. El mínimo indicado es de un galón de por 100 pies cuadrados; debiendo

prevalecer las instrucciones del fabricante. Por la diversidad de productos existentes en elmercado, es necesario efectuar experiencias previas.

Un procedimiento de curado adicional generalmente utilizado, especialmente en climas fríos ocuando se producen variaciones de temperatura lo constituye el aislamiento del concreto delentorno, para mantener una temperatura uniforme.

A este efecto, se han utilizado materiales aislantes, constituidos por los denominadoscobertores de curado que se colocan apropiadamente sobre el pavimento, después de laaplicación del líquido de curado. Los cobertores de curado que se colocan apropiadamentesobre el pavimento, después de la aplicación del líquido de curado. Los cobertores estánconstituidos por una capa de espuma de poli estireno de célula cerrada, protegida en uno desus lados por una película plástica. Este material es resistente y puede tener varios usos.

Este procedimiento constituye un sistema de curado autógeno, que aprovecha el calordesarrollado durante la hidratación del cemento, basado en el principio que el aumento detemperatura acelera la formación de productos de hidratación, con el consiguiente incrementode la resistencia.

V. PUESTA EN SERVICIO

Un aspecto de gran interés en el CFT es la determinación del momento en el que el pavimentopuede abrirse al tránsito.



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LA RESITENCIA A LA TRACCIÓN DEL CONCRETO

DE LOS MÉTODOS DE ENSAYO

La resistencia a la tracción del concreto es una forma de comportamiento de gran interés para eldiseño y control de calidad en todo tipo de obras y en especial las estructuras hidráulicas y depavimentación. Sin embargo en razón de que los métodos de ensayo a la tracción aparecentardíamente, en la década de los cincuenta, la resistencia a la comprensión mantiene su hegemoníacomo indicador de la calidad, principalmente por el largo tiempo de aplicación que ha permitidoacumular valiosa experiencia.

Inicialmente la determinación de la resistencia a la tracción del concreto se efectúo por ensayos deflexo tracción. Posteriormente, se han desarrollado dos métodos de prueba conocidos como ensayosde tracción directa por hendimiento, también denominado de comprensión diametral.

El método de ensayo de tracción directa consiste en someter a una solicitación de tracción axial unespécimen, cilíndrico o prismático, de relación de h/d, entre 1.6 a 1.8 resultante del aserrado de lasextremidades de una probeta moldeada, para eliminar las zonas de mayor heterogeneidad. Los

especimenes se pagan por sus extremos, mediante resinas epóxicas, a dos placas de acero quecontienen varillas de tracción, centradas y articuladas mediante rótula, las mismas que se sujetan alos cabezales de una máquina de ensayos de tracción convencional (fig. 1a).

El método de tracción directa si bien es representativo del comportamiento del concreto, requiere unaoperación compleja, por lo que se ha firmado únicamente en el ámbito de los laboratorios.

El ensayo de tracción por hendimiento consiste en romper un cilindro de concreto, del tiponormalizado para el ensayo de comprensión, entre los cabezales de una prensa, según generatricesopuestas.

Este método fue desarrollado con Lobo Carneiro y Barceles en Brasil en 1943, cuando verificaban elcomportamiento del concreto, destinado a rellenar cilindros de acero a utilizarse en el desplazamientode una antigua iglesia. En el mismo año en Japón T. Azakawa, realizó una tesis de doctorado

desarrollando el método.



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Ensayo de tracción por hendimiento

En el estudio de la distribución de tensiones principales de tracción y composición en una palacircular bajo la acción de fuerza diametralmente opuestas, distribuidas a lo largo de dos generatricessituadas en el mismo plano diametral (estado plano de deformaciones). Ha sido efectuadooriginalmente por Timoshenko. Asimismo, han sido objeto de análisis por método fotoeslástico.(Fig.2).

Al solicitar diametralmente por compresión un cilindro a lo largo de la generatriz, un elemento,ubicado a una distancia “I” a una de las caras, queda sometido a un esfuerzo de compresión, quetiene como valor:

Dr Dr /1

1

/

1

DL

P2 1 1

Siendo P la fuerza total de compresión: D el diámetro y L la longitud del cilindro.

Esta tensión se incrementa a partir del centro y tiende al infinito en la aproximación de lasgeneratrices de contacto. Sin embargo, en la práctica, esto produce en una banda de contacto con laplatina de los cabezales de la maquina de ensayo, en un ancho “a”, de donde resulta, unaperturbación local y el valor máximo de la tensión principal de compresión es de:

L

P

a

Además a todo lo del plano diametral donde están situadas las generatrices sobre las cuales actúa lacompresión, las tensiones normales de tracción se distribuyen uniformemente y son iguales a:

DL

P22

Sin embargo, la tensión principal de tracción decrece en la vecindad de la banda de contacto, resultanula y cambia de signo transformándose en una tensión de compresión (Fig. 3).



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Estos valores son validos hasta el momento de la rotura, que no se encuentra en el dominio de lateoría de la elasticidad pase a la existencia de una tensión principal de compresión la rotura seproduce por separación, según un plano normal a la tensión principal de tracción, en el momentoque éste alcanza el valor del concreto es generalmente cinco veces menor que la de compresión.

Ventajas del método

Las ventajas del método, normalizado en numerosos países, se encuentran en los siguientesfactores:

Se utilizan los mismos moldes, sistemas de curado, y prensa que en el ensayo de compresión.

Constituye un ensayo simple, economico y de fácil ejecución.

Los ensayos pueden realizarse sobre corazones extraídos del concreto endurecido cuando tieneregular.

Como limitación, podemos señalar que sus resultados son superiores a los que se obtiene por elensayo de tracción directa, en razón que en el ensayo de compresión diametral, existe una zona defractura pre-determinada, que no revela las fallas que pueden presentarse en otro lugar delespécimen.

Condiciones de ensayoLa norma establece las condiciones que rigen el procedimiento de ensayo, debemos incidir enalgunas disposiciones significativas:

a. Luego del curado de los especimenes de ensayo y antes de la prueba, debe procederse adeterminar su longitud, por el promedio de tres medidas y el diámetro por el promedio de dosmedidas. Asimismo, deberá marcarse las caras del espécieme, determinando las generatrices decarga.

b. Si las dimensiones de las placas de apoyo de la maquina de compresión, son menores que lalongitud del cilindro, debe interponerse una platina suplementaria de acero maquinado, de por lomenos 50 mm de ancho y espesor no menos que la distancia entre el borde de las placas.



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TEMA: CONCRETOREFER: CEMENTO BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM



EVALUACION DEL CONCRETO POR EL ESCLERÓMETRO

La evaluación de las estructuras de concreto en sitio, además de los métodos de extracción detestigos y pruebas de carga, se pueden realizar mediante ensayos no destructivos, que tienen laventaja de permitir el control de toda la estructura y sin afectarla en forma rápida.

Dentro de los métodos no destructivos, los de dureza superficial son los más generalizados, por sueconomía y facilidad de ejecución, entre ellos el método del esclerómetro es empleado por el mayornúmero de piases.

El esclerómetro fue diseñado por el Ing. Suizo Ernest Schmidth en 1948, constituyendo una versióntecnológicamente más desarrollada que los iniciales métodos de dureza superficial generados en ladécada del veinte.

Campo de AplicaciónOriginalmente, fue propuesto como un método de ensayo para determinar la resistencia a lacomprensión del concreto, estableciendo curvas de correlación en laboratorio. Sin embargo, por los

diferentes factores que afectan los resultados y la dispersión que se encuentra, en la actualidad se leemplea mayormente en los siguientes campos:

Evaluar la uniformidad del concreto en una obra.

Delimitar zonas de baja resistencia en las estructuras.

Informar sobre la oportunidad para desencofrar elementos de concreto.

Apreciar, cuando se cuenta con antecedentes, la evolución de la resistencia de estructuras.

Determinar niveles de calidad resistentes, cuando no se cuenta con información al respecto.

Contribuir, conjuntamente con otros métodos no destructivos a la evaluación de las estructuras.

Descripción del aparato y del métodoUn esquema del aparato está dado en la figura 1, según la información del fabricante, en el que sesingulariza los siguientes elementos:

1. Percutor, 2. Concreto, 3. Cuerpo exterior, 4. Aguja, 5. Escala, 6. Martillo, 7. Botón de fijaciónde lectura, 8. Resorte, 9. Resorte, 10. Seguro.

El ensayo se efectúa apretando el percutor contra la superficie examinar, hasta que el martillo,impulsado por un resorte, se descargue sobre el percutor. Después del golpe, el martillo rebota unacierta distancia, la cual se indica por una aguja en una escala graduada. La lectura de la posición dela aguja representa la medida del retroceso en porcentaje del avance del martillo.

Básicamente el proceso está constituido por una masa móvil, con una cierta energía inicial, queimpacta la superficie de una masa de concreto, produciendo una redistribución de la energía cinéticainicial. Parte de la energía es absorbida como fricción mecánica en el instrumento y otra parte comoenergía de formación plástica del concreto. La parte restante es restituida a la masa móvil en

proporción a la energía disponible. Para tal distribución de energía es condición básica que la masade concreto sea prácticamente infinita con relación a la masa del percutor del aparto, lo que se da en



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la mayoría de las estructuras. En consecuencias, el rebote del esclerómetro es un indicador de laspropiedades del concreto, con relación a su resistencia y grado de rigidez.

En la actualidad se encuentra en el mercado varios tipos de esclerómetro:

Modelo N

Energía de percusión = 2,207 Nm (0,225 kgm), sirve para el control del concreto en los casos

normales de construcción de edificios y puentes.Modelo L

Energía de percusión 0,735 Nm (0,075 kgm) es una reducción del modelo N. Es más apropiado parael examen de elementos en concreto de escasas dimensiones a los golpes.

Modelo M

Energía de percusión = 29,43 Nm (3 kgm) sirve especialmente para la determinación de la resistenciadel concreto en obras de grandes dimensiones y para el examen de calidad de carreteras y pistas deaeródromos de concreto. Sin embargo no es excluyente el uso del modelo M

Todas estas variantes, vienen también provistas de un sistema que permite el registro automático oimpresión de cada uno de los resultados de ensayo, evitando que el operador deba detenerse paratomar nota o requiera dictar los valores obtenidos, evitando errores y documentando los registros.

Para efectuar el ensayo se apoya firmemente el instrumento, con el émbolo perpendicular a lasuperficie, incrementando gradualmente la presión hasta que el martillo impacte y se tome lalectura.

Los impactos deben efectuarse a por lo menos 2.5 de distancia

Se tomaran 10 lecturas para obtener el promedio. En el caso que una o dos lecturas difieran enmás de 7 unidades del promedio, serán descartadas. Si fueran más las que difieren se anulará laprueba.

Los ensayos son influenciados por la característica del concreto en la zona de impacto, los vacíos o lapresencia de agregado grueso, disminuyen o incrementan los valores.

Esto ocurre a menudo en concretos con agregado mayor de 2” o con menor a 140 kg/cm2 de

resistencia, en los cuales el método no es apropiado.

El coeficiente de variación del número de rebote cecrece con el incremento de la resistencia delconcreto.

Información adicional al análisis de resultados

Los resultados de ensayo deberán ser registrados y ser sujetos a análisis estadístico, cuando fuerael caso, incluyéndose en el informe lo siguiente:

a. Identificación de la estructura

b. Localización, ejemplo columna 2, nivel 3,2 m de altura, cara este.

c. Descripción del área de ensayo; ejemplo superficie seca, esmerilada, con textura del encofradode madera.

d. Descripción del concreto

e. Composición, si se conoce, agregados, contenido de cemento a/c, aditivo usado, etc.

f. Resistencia del diseño

g. Edad

h. Condiciones de curado o condiciones inusuales relativas al área de ensayo.

i. Tipo de encofrado

j. Promedio de rebote de cada área de ensayo

k. Valores y localizaciones de rebotes descartados

l. Tipo y número de serie del martillo.



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Factores que inciden en la prueba

Además de los factores intrínsecos, los resultados de los ensayos reciben la influencia de lossiguientes parámetros:

Textura superficial del concreto

Medida, forma y rigidez del elemento constructivo

Edad del concreto

Condiciones de humedad interna

Tipo de agregado

Tipo de cemento

Tipo de encofrado

Grado de carbonatación de la superficie

Acabado

Temperatura superficial del concreto y la temperatura del instrumento.

Procedimiento del ensayoPara obtener resultados válidos y reproductibles conviene tener en cuenta las siguientesdisposiciones:

El método concreto sometido a prueba está fijo en la estructura, teniendo mínima dimensión100mm, de espesor. Los especimenes más pequeños deberán ser sujetados rígidamente. En elcaso de probetas, se aconseja fijarlas entre los cabezales de la máquina de comprensión.

El área en la cual se podrá efectuar una determinación, por el promedio de una serie de pruebascomprenderá aproximadamente una circunferencia de 150 mm de diámetro.

Deberá efectuarse el pulido superficial en la zona de prueba de los especimenes, hasta unaprofundidad de 5mm, en los concretos de más de 6 meses de edad, en texturas rugosas, en lashúmedas y cuando se encuentran en proceso de carbonatación.

A efecto se utilizará una piedra abrasiva de carburos de silicio o material equivalente, con texturade grano medio. Adititamento que forma parte del equipo provisto por el fabricante.

La posición del aparato, en casos de 4 ensayos comparativos, deberá tener la misma dirección.La posición normal del aparato es horizontal.

De actuar verticalmente incide la acción de la gravedad, dando resultados de rebotes más altosactuando hacia abajo y más bajos hacia arriba.

El accionar angular dará resultados intermedios.



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PRUEBA DE CARGAS DE ESTRUCTURAS

Las pruebas de cargas de estructuras terminadas se realizan generalmente por una o más de lassiguientes condiciones:

Exigencia de las especificaciones

Verificar la capacidad portante

Establecer la reserva de carga de servicio

Cambio de uso de la estructura

Estructuras sometidas a sobrecargas inhabituales, como fuego explosión

Estructuras defectuosas, por su concepción, deficiencias del material o mano de obra

Estructuras reparadas

Estructuras de forma o concepción especial

La norma Concreto Armado: E. 060 del Reglamento Nacional de Construcciones, establece en suparte 6 referente a la Evaluación de Estructuras, el procedimiento para efectuarse ensayos de cargaen las edificaciones. Este dispositivo tiene como antecedente las disposiciones del Reglamento de lasconstrucciones de Concreto Reforzado del Instituto Americano del concreto (ACI).

La norma señala que la prueba da cargas es indicada cuando existen dudas razonables respecto dela seguridad de la estructura, de alguno de sus elementos o si se necesita información para fijar loslímites de capacidad de carga.

En las prescripciones generales se establece que:

Las pruebas de carga se recomiendan en elementos sujetos a flexión, vigas y losas. Otros elementos,como columnas y muros, son difíciles de cargar e interpretar los resultados.

Previamente a la ejecución de la prueba de cargas es necesario identificar los componentes críticos

por medio del análisis, investigando especialmente la existencia al corte de los elementosestructurales cuestionados.

En todos los ensayos debe solicitarse una parte suficiente de la construcción, para obtener el efectototal sobre la parte estudiada, de manera que se pueda evaluar adecuadamente.

En los casos que se pruebe únicamente una parte de la estructura, esta deberá cargarse de maneraque se pueda evaluar adecuadamente la zona que se sospeche débil.

Edad de la prueba

La prueba de carga deberá realizarse cuando la parte de la estructura que se someterá a ensayotenga por lo menos 56 días de edad. La prueba puede efectuares a una menor edad, cuando elpropietario de la estructura, al contratista y todas las partes involucradas estén de acuerdo.

Carga de pruebaLa prueba de la estructura seleccionada para aplicar la carga, debe recibir una carga total que incluyalas cargas muertas (CM) que ya están actuando, equivalente a 0,8 (1.5 CM-1.8 CV). La determinaciónde la carga viva (CV) deberá incluir la reducción permitida por la, norma de cargas E. 0.20

La carga de la prueba debe aplicarse con un mínimo de cuatro incrementos aproximadamenteiguales, sin ocasionar impacto a la estructura. Las cargas deben disponerse de manera tal que no seproduzca el efecto de arco. (Fig. 1).

En todos los casos las cargas deben ubicarse por separado, sobre cada superficie unitaria y unadistancia que permita la libre circulación del personal.

Para cumplir con los requisitos establecidos anteriormente es recomendable utilizar recipientescargados con agua, considerando los medios para medir el nivel.



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Otro procedimiento es cargar con plataformas conteniendo pesos que sean múltiplos de la cargaprevista, utilizando unidades de albañilería, sacos de cemento o arena. Las plataformas deberán seralcanzadas mediante cuñas, de manera de evitar riesgos y facilitar la descarga.

De la aplicación de la carga muerta

Cuarenta y ocho horas antes de aplicar la carga de prueba se debe aplicar una carga que simule elefecto de aquella porción de las cargas muertas que aún no están actuando, debiendo permaneceraplicadas hasta que la prueba haya concluido.

Medida de las deformaciones

Después de transcurrir 24 horas de la aplicación de la carga de prueba, se tomarán lecturas de la

deflexión inicial.La carga de prueba debe retirarse inmediatamente después de tomadas las lecturas de la deflexióninicial. Las lecturas de la deflexión final se tomarán 24 horas después de haberse retirado la carga deprueba.

De los instrumentos de medida

Para efectuar la medición de la deformaciones se recomienda utilizar deformó metros acústicos, decuerda vibrante o deflectómetros mecánicos, que amplifiquen las deformaciones y que en algunosmodelos están provistos de un mecanismo de relojería para registrar las deflexiones. (Fig 2).



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Evaluación

Si la parte de la estructura sometida a la carga de prueba presenta evidencia visible de falla,(figuración, desprendimiento, o deflexiones de tal magnitud que sean incompatibles con losrequerimientos de seguridad de la estructura), se considera que la estructura no ha pasadosatisfactoriamente la prueba.

Se considera como una indicación de un comportamiento satisfactorio, cualquiera de los dos criteriossiguientes:

a) Si la deflexión máxima medida de una viga, piso o techo es menor de:

Siendo h el peralte del elemento y L la distancia a ejes de apoyo, o la luz libre entre apoyos másel peralte del elemento la que sea menor.

b) Si se excede la condición anterior deberá cumplirse: que la recuperación de la deflexión dentrode las 24 horas siguientes al retiro de la carga de prueba sea por lo menos el 75% de ladeflexión máxima para concretos armados y de 80% para concretos presforzados.

En el ensayo de voladizos el volar de L se considera igual o dos veces la distancia desde el apoyo alextremo del voladizo y la deflexión deberá ajustarse en el caso de que el poyo experimente

movimientos de cualquier tipo.

Las construcciones de concreto armado que no recuperen el 75% de la deflexión máxima, puedenvolverse a probar luego de 72 horas de retirada la primera carga de prueba.

En este caso, la parte de la estructura ensayada se considera satisfactoria cuando no muestraevidencia visibles de falla y la recuperación de la deflexión causada por esta segunda carga depruebas es por lo menos el 80% de la deflexión máxima ocurrida en el segundo ensayo.

En estructuras muy rígidas los errores de medición son del mismo orden que las deflexiones.

h000L2/20



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LA FORMA DE LOS AGREGADOS

La forma de los agregados incide en el comportamiento del concreto. La experiencia ha demostradoque aquellos que presentan formas que se acercan a la del cubo, entre los triturados, y a la esfera en

el caso de los rodados ofrecen mejor trabajabilidad y en alguna medida mayor durabilidad queaquellos de forma aplanada o alargada.

La forma de los agregados está condicionada por la estratificación de las rocas en el yacimiento, elplano de cibaje y la corrección del proceso de trituración cuando es el caso.

La mejor trabajabilidad del concreto con agregados aplanados o alargados, se encuentra en la mayorsuperficie con relación al volumen, que origina mayor frotamiento interno. Asimismo, en lasdificultades para su colocación en el pastón.

La forma de los elementos granulares está definida por tres dimensiones, la longitud “L”, el grosor“G”, y el espesor “E”, de manera: (Fig. 1)

E G L

Como quiera que la determinación de la forma de los agregados por la medida con un vernier(1)

desus tres dimensiones predominantes, es un proceso largo y tedioso, raramente se efectúa en lapráctica. La normalización internacional ha considerado diferentes sistemas de evaluación, pormétodos rápidos y prácticos. La norma peruana de requisitos de agregados considera el índice deespesor, que expresa la relación G/E.

El factor “G” está determinado por el paso de los agregados por una parilla, de barras redondasparalelas, que separa los elementos inconvenientes cuando la relación es mayor que 1.5*8. Losagregados son separados por la parrilla en la que la luz libre entre barras establece una relaciónG/1,58, que viene a significase el salto de una dimensión de la serie (Fig. 2).

58.1/1010 GaG pasadecuando

En la norma peruana el índice de espesor se encuentra dentro de los requisitos complementarios,que son de aplicación al agregado utilizado en los concretos de resistencia 210 kg/cm

2 y mayores.

En estos casos el índice de espesor del agregado grueso no será mayor de 50 cuando se trata deagregado natural y de 35 para grava triturada.



122




TABLA 1 – RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN

Resistencia a laPenetración

Tiemó Log (RP) Log (t)

44

110

216

540

1000

1000

2000

2560

3520

4440

200

230

260

290

320

335

350

365

380

395

1.643

2.041

2.334

2.732

3.000

3.000

3.301

3.408

3.547

3.647

2.301

2.362

2.415

2.462

2.505

2.525

2.544

2.562

2.580

2.597



123




EL FRAGUADO EN EL CONCRETO

Resulta útil poder mesurar la pérdida de trabajabilidad del concreto y en especial definir, aunque seaarbitrariamente los parámetros del denominado fraguado, de gran interés para la puesta en obra y laconsolidación.

Como se sabe el comportamiento del concreto fresco por intervención de los aditivos, temperatura,etc, no se gobierna de la misma manera que el cemento y difieren de sus respectivos valores defraguado.

La norma peruana 339-082, que tiene como antecedentes la ATSM C 403, especifica un método deensayo para la determinación del tiempo de fraguado del concreto por la resistencia que ofrece a lapenetración.

El procedimiento ha sido objeto de discusión, pero tiene la virtud de haber recuperado información pormás de tres décadas, la misma que es útil en la práctica.

Este método puede ser usado par determinar los efectos de variables tales como tipo y contenido demateriales cementantes, contenido de agua y aditivos sobre el tiempo de fraguado del concreto.

También para determinar el cumplimiento de especificaciones.Resumen del Método

Se obtiene una muestra de mortero por tamizado, representativa del concreto fresco, que se colocaen un recipiente y se almacena a temperatura ambiente especificada. A intervalos regulares detiempo se mide la resistencia a la penetración de una serie de agujas normalizadas.

De la gráfica de la resistencia a la penetración versus el tiempo transcurrido, se determinan lostiempos de fraguado inicial y final.

El inicio del fraguado se determina por el tiempo transcurrido, luego del contacto inicial del cemento yel agua para que el mortero alcance una resistencia a la penetración de 500 si (3.5 Mpa) y el tiempode fraguado final por el tiempo transcurrido para que el mortero alcance una resistencia a lapenetración de 400 psi. (27.6 Mpa).

AparatoEl aparato está compuesto por los siguientes elementos principales:

El contenedor

Será rígido, impermeable, no absorbente, no aceitado, de sección cilíndrica o rectangular. Ladimensión mínima later al de 6” (152 mm)y la altura de por lo menos 6”

Las agujas de penetración

Tienen las siguientes áreas de apoyo 1, ½, ¼, 1/10, 1/20 y 1/40 de pulgadas cuadradas(645,323,161,65,32 y 16mm

2)

El dispositivo

Para medir la fuerza requerida para la penetración será capaz de medir con una aproximación de +2lbf (10 N) y con capacidad de por lo menos 130 lbf (6000N)

Ploteo de resultadosSe puede utilizar dos alternativas. El siguiente procedimiento se utiliza para realizar el dibujo a mano.Se prepara un gráfico de resistencia a la penetración en las ordenadas versus tiempo en las abscisasusando una escala que 500 si (3.5 MPa), y una hora será representada por una distancia de por lomenos ½ pulgada (13mm) .

Para determinar el tiempo de fragua por análisis de regresión lineal de los logaritmos de los datos, seusan un papel logarítmico log-log, la resistencia a la penetración en las ordenadas versus tiempo enminutos en las abscisas. Los limites de resistencia serán desde 10psi (0.69 Mpa) hasta 10,000 psi(69Mpa) y el tiempo desde 10 a 100 min. Si se usan retardadores de fraguado puede ser de 100 a10,000 min. Se Grafica los valores de penetración como una función de tiempo.

Ejemplo ilustrativoLa resistencia a la penetración (PR) y el tiempo (t) de la tabla 1 (Tema La Forma de los Agregados)

se utilizan para el siguiente ejemplo.



124




La curva 1 es el ploteo de los datos y fue dibujada a mano con ayuda de un elemento flexible queaproxima visualmente, las intersecciones de la curva con la línea horizontal definen los tiempos defraguado, en este caso de 289 min. Y 389 respectivamente.

La figura 2 es un ploteo logarítmico de los datos. El ploteo muestra en este caso particular unarelación lineal entre los logaritmos de resistencia a la penetración y tiempo transcurrido. La línearecta se obtiene por análisis re regresión lineal usando los logaritmos de la 3ra, y 4ta. Columna de latabla.

La ecuación es:

Log (PR) = - 14.196 + 6.871 Log (t)Donde:PR = resisitencia a la penetraciónt = tiempo transcurrido yel coeficiente de correlación es 0.999para obtener el t de fragua se despeja

para el t. Inicial se sustituye el valor de PR

458.2871.6

196.14699.2

luego: t =(10)2,458

=287 min.

Para final:

590.2871.6

196.14602.3

871.6

196.144000log)(

t Log

Luego t = 102,590

= 389 min.

871.6

196.14)(log(t)

PR Log

871.6196.14500log(t)

Log





126




Interacciones químicas con los diversos cementos

Efectos adversos en el sistema de aire incorporado

Calidad de acabado.

Además, se prescribe pruebas de resistencia y, según el caso de durabilidad frente a heladas.

ECONOMIALos súper plastificantes tienen un mayor costo que los plastificantes y en ambos casos se incrementael costo de producción de concreto. Sin embargo, las mejoras obtenidas pueden ser cuantificadaseconómicamente para la justificación de su empleo. Las consideraciones pueden ser las siguientes:

El incremento de resistencia.

El aumento de la facilidad y velocidad de colocación

El menor numero de trabajadores requerido

La reducción del vibrado

El aumento en la velocidad de construcción de los elementos.

NORMASEl ASTM ha especificado los super plastificantes bajo la denominación “water reducing high Range”.Se normalizan dos tipos: el normal o tipo F; y el que tiene propiedades retardántes de fraguadenominada tipo G.

Estas especificaciones se encuentran dentro la norma general para todos los tipos de aditivos ASTMC 494.



127




TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

Los diversos tipos de pavimentos de concreto pueden ser clasificados, en orden de menor a mayorcosto inicial, de la siguiente manera:

a. Pavimentos de concreto simplea.1 Sin elementos de transferencia de carga.

a.2 Con elementos de transferencia de carga

b. Pavimentos de concreto con refuerzo de acero y elementos de transferencia de carga

b.1 Con refuerzo de acero no estructural (refuerzo secundario)

b.2 Con refuerzo de acero estructural

c. Pavimentos con refuerzo continuo

d. Pavimentos de concreto pretensado o potenzado

e. Pavimentos de concreto reforzado con fibras.

Pavimentos de Concreto Simple (Fig 1)

De acuerdo a su definición, son pavimentos que no representan refuerzo de acero ni elementos paratransferencia de cargas. En ellos, el concreto asume y resiste tensiones producidas por el transito yel entorno, como las variaciones de temperatura y humedad.

Este tipo de pavimento es aplicable en caso de tráfico ligero y clima templado y generalmente seapoyan sobre la sub-rasante. En condiciones más severas requiere de sub bases tratadas concemento, colocadas entre la subrasante y la losa, para aumentar la capacidad de soporte y mejorar latransmisión de carga.

Están constituidos por losas de dimensiones relativamente pequeñas, en general menores de 6 m. Delargo y 3.50m de ancho. Los espesores varían de acuerdo al uso previsto. En calles deurbanizaciones residenciales de 10 y 15 cm, en las denominadas colectores entre y 17 cm .Encarreteras se obtienen espesores de 16 cm. En aeropistas y autopistas más solicitadas de 20 cm omás.

Pavimentos de Concreto Simple, con Pasadores (Fig. 2)Los pasadores son pequeñas barras de acero, que se colocan en la selección transversal delpavimento, en las juntas de contracción. Su función estructural es transmitir las cargas de una losa ala losa contigua, mejorando así las condiciones de deformación en las juntas. De esta manera seevitan los dislocamientos verticales diferenciales (escalonamiento).

Este tipo de pavimentos es recomendable par tráfico diario que exceda ejes equivalentes a 8.2t. conespesores de 15 cm o más.

Un método para decir el empleo de elementos de traspaso de cargas es evaluar las dos alternativas,comparando en un caso el costo de incluir una sub-base tratada y también los costos de las juntascon y sin pasadores.



128




Pavimentos de concreto con refuerzo de acero no estructural (Fig. 3)Pavimentos que tienen el refuerzo de acero en el tercio superior de la sección transversal,generalmente a no menos de 5cm bajo la superficie. El refuerzo no cumple función estructural y sufinalidad es resistir las tensiones de contracción del concreto en estado joven y controlar loaagrietamientos.

Reduciendo la cantidad de juntas que constituyen un factor d debilitamiento de la calzada deconcreto, es posible diseñar losas de mayor longitud que en los pavimentos sin refuerzo con el uso depasadores. Con este diseño se han logrado losas de 9 y 12 m. De largo entre juntas transversales decontracción.

La sección máxima de acero es de 0.3% de la sección transversal del pavimento.

El uso de este tipo de pavimentos es restringido y mayormente se aplica en pisos industriales.

Pavimentos de concreto con refuerzo de Acero Continuo (Fig. 4)En este tipo de pavimento el refuerzo asume todas las deformaciones y específicamente las detemperatura, por lo cual se eliminan las juntas de contracción, quedando únicamente las juntas deconstrucción y de dilatación en la vecindad de alguna obra de arte.

La figuración es controlada por una armadura continua en el medio de la calzada, diseñada paraadmitir una fina red de fisuras que no comprometan el buen comportamiento del pavimento.



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Esta técnica se ha extendido con éxito desde 1960 en los Estados Unidos y si bien exige unaapropiada tecnología constructiva, no requiere de mayor conservación, manifestando pocasensibilidad a las fallas de la base.

La cantidad máxima de acero es 1.5% de la sección transversal.

Se utiliza generalmente en zonas de clima frío. También en los recubrimientos sobre pavimentosdeteriorados de concreto y asfalto.

El espesor de este tipo de pavimento tiene un cálculo especial, que se especifica en las normas AASHTO y PCA.

Pavimentos de concreto con refuerzo de acero estructuralEn estos pavimentos el refuerzo de acero asume tensiones de tracción y comprensión. De estamanera, es posible reducir el espesor de la losa, hasta 10 ó 12 cm. Se aplica en pisos industriales,donde las losas deben resistir cargas de gran magnitud.

Las dimensiones de las losas son similares a los tipos anteriores, pues el acero no atraviesa la juntatransversal para evitar la aparición de fisuras.

En las juntas longitudinales que el refuerzo pasa la junta, generalmente aparecen fisuras. Enprincipio, cuanto mayor es el tamaño de la losa mayor es el riesgo de fisuras.

Pavimentos de concreto PretensadoEl desarrollo de los pavimentos de concreto pretensado es limitado, habiéndose aplicadoprincipalmente en aeropuertos, como sucedió en la primera experiencia en el aeropuerto de Orly(París), realizado por Freyssinet en 1948 y posteriormente el aeropuerto de Río de Janeiro.



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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO Y AGREGADOS EN OBRA

La buena disposición que se adopte para el almacenamiento de los insumos del concreto, contribuyea la buena marcha de la obra, y permite la producción eficiente de un concreto de calidad.

El diseño general de las instalaciones de almacenamiento, se efectúa en la etapa previa de laconstrucción, teniendo en cuenta entre otros los siguientes parámetros:

Ubicación y características del área donde se asienta la construcción.

Espacios disponibles.

Consumo promedio de concreto de acuerdo al cronograma de la obra.

Consumo máximo y duración del período en el cual se realiza la mayor producción de concreto.

Forma y medios de aprovisionamiento de los materiales.

Stock mínimo que es conveniente mantener.

Ubicación de las mezcladoras de la central de mezcla.

Evaluación de las alternativas de instalaciones de almacenamiento aplicables.

EL CEMENTO

El cemento que se mantiene seco conserva sus características. Almacenado en envaseestancos o en ambientes de temperatura y humedad controlada, su duración será indefinida. Enlas obras se requiere adoptar disposiciones adecuadas para que el cemento se mantenga enbuenas condiciones, por un espacio de tiempo determinado.

Lo esencial es conservar el cemento seco, para lo cual debe cuidarse que no sea afectado por laacción de la humedad directa, además se evitará la acción del aire húmedo.

En obras grandes o en aquellos casos en el que el cemento deba almacenarse por un tiempoconsiderable, se deberá proveer una bodega, de tamaño adecuado sin aberturas ni negritas, quepueda mantener el ambiente lo más seco posible. En los casos en que sea previsible lapresencia de lluvias, el techo tendrá la pendiente adecuada.

El piso deberá ser de preferencia de tablas, que se elevan sobre el suelo natural para evitar elpaso de la humedad. Eventualmente se pueden usar tarimas de madera.

Las bolsas se deberán apilar juntas, de manera de minimizar la circulación del aire, dejando unespacio alrededor de las paredes.

Las puertas y las ventanas deberán estar permanentemente cerradas.

El apilamiento del cemento, por periodos no mayores de 60 días, podrá llegar hasta una alturade doce bolsas. Para mayores periodos de almacenamiento el límite recomendado es el de ochobolsas, para evitar la compactación del cemento.

Las bolsas de cemento se dispondrán de manera que se facilite su utilización de acuerdo alorden cronológico de recepción, a fin de evitar el envejecimiento de determinadas partidas.

No deberá aceptarse, de acuerdo a lo establecido en la norma, bolsas deterioradas o quemanifiesten señales de endurecimiento del cemento.

En obras pequeñas, o cuando el cemento va a estar almacenado en periodos cortos de no másde 77 días, puede almacenarse con una mínima protección, por ejemplo, sobre una baseafirmada de concreto pobre y la protección de una cobertura, con lonas o láminas de plástico.

Las cubiertas deberán rebasar los bordes para evitar la penetración de la lluvia a la plataforma.

El recubrimiento deberá afirmarse en la parte inferior y si es posible en la superficie para evitarque sea levantada por el viento.

En todos los casos el piso deberá estar separado del terreno natural y asegurar que semantenga seco.

DE LOS AGREGADOS

El almacenamiento de los agregados debe garantizar continuidad para la fabricación del concreto,evitando los siguientes desarreglos:

La mezcla de agregados de origen y tamaños diferentes.

La segregación.

La contaminación (suciedad) con sustancias perjudiciales.

Variaciones en el contenido de humedad.

Los agregados deben de colocarse en terreno duro y seco, limpiando el suelo de materiales arcillososo sustancias orgánicas.



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TEMA: CONCRETO

REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL



MATERIALES

2.1. INTRODUCCIÓN

Las estructuras y los elementos que las conforman, cuyo análisis aparece en este texto, están

compuestas de concreto reforzado con barras de acero y en algunos casos concretopreesforzado con alambrones de acero, torones o barras de aleación. Es fundamental analizarlas características y el comportamiento de los materiales bajo carga para comprender elcomportamiento del concreto estructural y para diseñar estructuras de concreto en formasegura, económica y funcional. En este capítulo se presenta apenas un breve resumen sobrelos fundamentos del comportamiento del material, y a la vez una descripción de los tipos debarras de refuerzo y de aceros de preesfuerzo más comunes, ya que se supone que el lector harealizado estudios previos sobre este tema. Se incluyen bastantes referencias a manera deguía para quienes busquen mayor información sobre algunos de los temas aquí analizados.

2.2. CEMENTO

Un material cementante es aquel que tiene las propiedades de adhesión y cohesión necesariaspara unir agregados inertes y conformar una masa sólida de resistencia y durabilidad

adecuadas.Esta categoría de materiales tecnológicamente importante incluye no sólo el cementopropiamente dicho sino también limos, asfaltos y alquitranes, como los aprovechados enconstrucción de carreteras y en otras utilizaciones. Para la fabricación del concreto estructuralse utiliza exclusivamente los llamados cementos hidráulicos. Se requiere la adición de aguapara completar el proceso químico (hidratación) mediante el cual el polvo de cemento se fraguay endurece para convertirse en una masa sólida. De los diferentes cementos hidráulicosdesarrollados, el cemento Pórtland, patentado por primera vez en Inglaterra en 1824 es el máscomún de todos.

El cemento Pórtland es un material grisáceo finamente pulverizado, conformadofundamentalmente por silicatos de calcio y aluminio. Las materias primas usuales a partir delas cuales se fabrica son limolitas que proporcionan el CaO y arcillas o esquistos que proveen

el SiO2 y el Al2O3. Estos materiales se muelen, se mezclan, se funden en un horno hastaobtener el llamado clinker, que a su vez se enfría y se muele para lograr la finura requerida. Elmaterial es despachado a granel o en bultos que contienen 94 libras de cemento. Losconcretos hechos con cemento Pórtland requieren generalmente dos semanas para alcanzar laresistencia suficiente para poder retirar las formaletas de vigas y losas y aplicar cargasrazonables; estos concretos alcanzan su resistencia de diseño después de 28 días y continúanganando resistencia de ahí en adelante a una tasa decreciente. Para los casos en que serequiere acelerar la construcción se han desarrollado cementos de alta resistencia inicial; estoscementos son más costosos que el Pórtland común, pero alcanzan entre los 7 y los 14 días laresistencia que tendría el cemento Pórtland al cabo de 28 días. Ellos tienen la mismacomposición básica de los cementos Pórtland pero han sido mezclados en forma máscuidadosa y molidos hasta obtener partículas más finas, tanto antes como después del procesode cocción.

Cuando el cemento se mezcla con el agua para formar una pasta suave, ésta se rigidiza enforma gradual hasta convertirse en una masa sólida. Este proceso se conoce como fraguado yendurecimiento. Se dice que el cemento se fragua cuando ha ganado suficiente rigidez pararesistir una presión arbitrariamente definida, punto a partir el cual continúa endureciendodurante un largo periodo, es decir, sigue ganando resistencia. El agua en la pasta disuelve elmaterial en la superficie de los granos de cemento y forma un gel que aumenta gradualmenteen volumen y rigidez. Esto conduce a una rápida rigidización de la pasta entre 2 y 4 horasdespués de que se le agrega agua al cemento. La hidratación continúa profundizándose dentrode los granos de cemento a velocidad decreciente junto con la rigidización y el endurecimientocontinuos de la masa. En concretos comunes, el cemento probablemente nunca termina elproceso de hidratación, la estructura gelatinosa de la pasta endurecida parece ser la razónprincipal para los cambios de volumen que se producen en el concreto ante variaciones dehumedad, como la retracción que ocurre en el concreto cuando se seca.

Según H. Rüsch, para completar la hidratación de determinada cantidad de cemento serequiere químicamente una cantidad de agua equivalente aproximadamente a 25% del peso de



132

TEMA: CONCRETO




cemento, es decir, una relación agua – cemento de 0.25. sin embargo, una cantidad adicionalde agua debe estar presente durante el proceso de hidratación para proporcionar movilidad alagua misma dentro de la pasta de cemento, de manera que ésta pueda alcanzar las partículasde cemento y que además proporcione la manejabilidad necesaria de la mezcla de concreto.Para concretos normales la relación agua – cemento varía por lo general en el intervalo de 0.40a 0.60, aunque para los concretos de alta resistencia, se haya utilizado relaciones tan bajas

como 0.25. en este caso, la manejabilidad necesaria se obtiene con el uso de aditivos.Cualquier cantidad de agua superior al 25% que se consuma en la reacción química, produceporos en la pasta de cemento. La resistencia de la pasta endurecida disminuye en proporcióninversa a la fracción del volumen total ocupado por los poros. Dicho de otra manera, debido aque los sólidos y la fracción del volumen total ocupado por los poros. Dicho de otra manera,debido a que los sólidos y no los vacíos son los que resisten los esfuerzos, la resistenciaaumenta en proporción directa a la fracción del volumen total ocupada por los sólidos. Por estarazón la resistencia de la pasta de cemento depende principalmente, y disminuye de maneradirecta, con el incremento en la relación agua – cemento.

El proceso químico desarrollado en el fraguado y el endurecimiento libera calor, conocido comocalor de hidratación. Cuando se funden grandes masas de concreto, como en le caso de laspresas, este calor se disipa muy lentamente, lo cual lleva a un incremento de la temperatura y auna expansión del volumen de concreto durante el proceso de hidratación con el enfriamiento yla contracción posteriores. Para evitar el intenso agrietamiento y el consecuente debilitamientoque puede resultar de este proceso deben tomarse medidas especiales de control.

2.3. AGREGADOS

En concretos estructurales comunes, los agregados ocupan aproximadamente entre el 70 y el75% del volumen de la masa endurecida. El resto está conformado por la pasta de cementoendurecida, agua no combinada (es decir, agua no utilizada en la hidratación del cemento) yvacíos. Evidentemente, los últimos dos no contribuyen a la resistencia del concreto. Engeneral, en cuando pueda empaquetarse el agregado con mayor densidad, mejor será lasolidez, la resistencia a la intemperie y la economía del concreto. Por esta razón, resulta defundamental importancia la gradación del tamaño de las partículas en los agregados, con el finde producir este empaquetamiento compacto. También es importante que el agregado tengabuena solidez, durabilidad y resistencia a la intemperie; que su superficie esté libre deimpurezas como arcillas, limos o materia orgánica, las cuales pueden debilitar la unión con lapasta de cemento; y que no se produzca una reacción química desfavorable entre el agregadoy el cemento.

Los agregados naturales se clasifican, en general, en finos y gruesos. Un agregado fino oarena es cualquier material que pasa el tamiz N° 4, es decir, un tamiz con 4 aberturas porpulgada lineal. El material más grueso que éste se clasifica como agregado grueso o grava.Cuando se desea una gradación óptima, los agregados se separan mediante tamizado, en doso tres grupos de diferente tamaño para las arenas y en varios grupos de diversa magnitud paralas gravas. Estos, con posterioridad, pueden combinarse de acuerdo con las tablas degradación que permiten obtener un agregado densamente empaquetado. El tamaño máximode agregado grueso para concreto reforzado está controlado por el requisito de que éste debeentrar fácilmente en las formaletas y en los espacios entre barras de refuerzo. Con este fin el

agregado no debe ser mayor que un quinto de dimensión más pequeña de las formalestas o untercio del espesor de las losas, ni tres cuarteos de la distancia mínima entre las barras derefuerzo. La norma ASTM C33, la Standard Specification for Concrete Aggregates, presentalos requisitos para los agregados de buena calidad; la referencia 2.1 incluye información bienfundamentada sobre propiedades de agregados y su influencia en las propiedades delconcreto, al igual que una guía para su selección, preparación y manejo.

El peso unitario del concreto de piedra*, es decir, el concreto con agregado de piedrasnaturales, varía aproximadamente entre 140 y 152 libras por pie cúbico (lb/pie3) y por logeneral, puede suponerse igual a 145 lb/pie3. los concretos livianos, por un lado, y losconcretos pesados, por otro, se han venido utilizando cada vez con mayor frecuencia parapropósitos especiales.

Existen varios tipos de agregados livianos. Algunos agregados no procesados como la piedrapómez o las cenizas son adecuados para concretos de aislamiento, pero para concreto

estructural liviano se utilizan preferiblemente agregados procesados debido a su mejor control.Estos pueden ser lutitas expandidas, arcillas, pizarras, escoria o cenizas volantes en trozos;



133

TEMA: CONCRETO




son de bajo peso por la estructura porosa y celular de las partículas individuales del agregado,que se logra mediante la formación de gas o vapor durante el procesamiento de los agregadosen hornos rotatorios a altas temperaturas (generalmente superior a los 2,000 °F). Los requisitospara agregados ligeros de buena calidad se encuentran en la norma ASTM C330, la StandardSpecification for Lightweight Aggregates for Structural Concrete.

La referencia 2.2 señala tres tipos diferentes de concreto liviano: concretos de baja densidad

que se emplean principalmente para aislamiento y cuyo peso unitario rara vez excede 50lb/pie3; concretos de resistencia moderada cuyos pesos unitarios varían aproximadamenteentre 60 y 85 lb/pie3, cuyas resistencias a compresión están entre 1,000 y 2,500 lb/pug2 y seutilizan principalmente como relleno, por ejemplo sobre paneles de entrepiso de lámina delgadade acero; y concretos estructurales con pesos unitarios entre 90 y 120 lb/pie 3 y con resistenciaa la compresión comparable a la obtenida para los concretos de piedra. Las similitudes ydiferencias en las características estructurales de los concretos livianos y los concretos depiedra se analizan en las secciones 2.7 y 2.8.

Los concretos pesados se requieren en algunos casos para protegerse de rayos gamma y X enreactores nucleares e instalaciones similares, para estructuras de protección y para propósitosespeciales como contrapesos en puentes levadizos. Para estos concretos se utilizanagregados pesados; éstos consisten en minerales pesados de hierro o rocas de sulfato de bario(baritas) trituradas a tamaños adecuados. También se utilizan aceros en forma de fragmentos,esquirlas o perdigones (a manera de finos). Los pesos unitarios para los concretos pesadoscon agregados naturales de roca pesada varían aproximadamente entre 200 y 230 lb/pie 3; si seagregan fragmentos de hierro a los minerales de alta densidad pueden alcanzarse pesos hastade 270 lb/pie3. el peso puede llegar casi hasta 330 lb/pie3 si utilizan únicamente minerales dehierro para los finos, y aceros para los agregados gruesos.

2.4. DOSIFICACIÓN Y MEZCLA DE CONCRETO

Los diferentes componentes de una mezcla se dosifican de manera que el concreto que resultatenga una resistencia adecuada, una manejabilidad apropiada para su vaciado y un bajo costo.Este último factor obliga a la utilización de lamínima cantidad de cemento (el máscostoso de los componentes) que asegureunas propiedades adecuadas. En cuantosea mejo la gradación de los agregados, esdecir, en tanto que sea menor el volumen devacíos, menor será la pasta de cementonecesaria para llenar estos vacíos. Ademásdel agua requerida para la hidratación, senecesita agua para humedecer la superficiede los agregados. A medida que se adicionaagua, la plasticidad y la fluidez de la mezclaaumentan (o sea que mejora sumanejabilidad), pero disminuye suresistencia debido al mayor volumen devacíos creados por el agua libre. Parreducir el agua libre y mantener lamanejabilidad, es necesario agregarcemento. De esta manera, desde el puntode vista de la pasta de cemento, la relaciónagua-cemento es el factor principal quecontrola la resistencia del concreto. Paradeterminada relación agua-cemento, seselecciona la mínima cantidad de cementoque asegure la manejabilidad deseada.

La figura 2.1 muestra la decisiva influenciade la relación agua-cemento sobre laresistencia a la compresión del concreto.Se observa que su influencia sobre la

resistencia a la tensión, medida a través dela resistencia nominal a flexión o módulo derotura, es pronunciada pero mucho menor



134

TEMA: CONCRETO




que su efecto sobre la resistencia a la compresión. Esto parece ser así porque, además de larelación de vacíos, la resistencia a la tensión depende en gran medida de la resistencia de launión entre el agregado grueso y el mortero de cemento (es decir, la pasta de cemento más losagregados finos). De acuerdo con ensayos realizados en la Universidad de Cornell, laresistencia de esta unión se ve relativamente poco afectada por la relación agua – cemento(véase la referencia 2.3).

Ha sido costumbre definir las proporciones de una mezcla de concreto mediante la relación, envolumen o en peso, del cemento a la arena y a la grava, por ejemplo 1:2:4. Este método serefiere únicamente a los componentes sólidos y, a menos que la relación agua-cemento seespecifique en forma separada, es insuficiente para definir las propiedades del concreto queresulta bien sea en su estado fresco o cuando se fragua y endurece. Para una definicióncompleta de las proporciones ahora es usual especificar el peso de agua, arena y agregadogrueso por bulto de cemento de 94 libras. De esta manera, una mezcla puede definirse así: 45libras de agua, 230 libras de arena y 380 libras de agregado grueso (para un bulto de cementode 94 libras). Como alternativa, las cantidades para una mezcla se definen con frecuencia entérminos del peso total de cada componente necesario para fabricar una yarda cúbica deconcreto húmedo, es decir, 517 libras de cemento, 300 libras de agua, 1,270 libras de arenaseca y 1,940 libras de agregado grueso seco.

Se utilizan varios métodos de dosificación para obtener mezclas con las propiedades deseadasa partir de los cementos y agregados disponibles. Uno de éstos es el llamado método demezcla tentativa (trial – batch meted). Con una relación agua – cemento a partir de lainformación que aparece en la figura 2.1 se pueden producir pequeñas mezclas tentativas condiferentes cantidades de agregados para obtener la resistencia, la consistencia y otraspropiedades requeridas con una cantidad mínima de pasta. La consistencia del concreto semide con mayor frecuencia mediante el ensayo de asentamiento (slump test). Un moldemetálico sin fondo con la forma de un cono truncado de 12 pulgadas de altura se llenacuidadosamente con concreto fresco de una manera especificada. Una vez lleno el molde, éstese levanta y el asentamiento del concreto se mide como la diferencia de altura entre el molde yla pila de concreto. El asentamiento es una buena medida de la cantidad total de agua en lamezcla y debe mantenerse tan bajo como sea compatible con su manejabilidad. Los concretosutilizados en la construcción de edificios tienen asentamientos que varían generalmente entre 2y 6 pulgadas.

El llamado método de dosificación del ACI utiliza el ensayo de asentamiento en conexión conun conjunto de tablas para lograr un estimativo de las proporciones que dan como resultado laspropiedades deseadas (véase la referencia 2.4) para diferentes condiciones (tipos deestructuras, dimensiones de los elementos, grados de exposición a la intemperie, etc). Estasproporciones seleccionadas preliminarmente se revisan y ajustan mediante mezclas de pruebapara obtener al final el concreto con la calidad deseada. Las propiedades de resistencia de unconcreto con una dosificación determinada varían de manera inevitable de mezcla en mezcla.Por tanto, es necesario seleccionar las proporciones que aseguren una resistencia promediosuficientemente mayor que la resistencia especificada de diseño, para que incluso las mezclasaccidentalmente bajas de resistencia resulten de una calidad adecuada (para detalles, véase lasección 2.6). Un estudio detallado de los métodos prácticos de dosificación del concreto estápor fuera del alcance de este libro; las referencias 2.5 y 2.6 tratan ampliamente este tema, tanto

para concretos de piedra como para concretos de agregados livianos.Si el resultado de mezclas tentativas o de experiencia de campo no están disponibles, elCódigo ACI incluye un método conservador para la dosificación del concreto con base en larelación agua – cemento.

Además de los principales componentes del concreto generalmente se utilizan aditivos conpropósitos especiales. Existen aditivos para mejorar la manejabilidad, para acelerar o retardarel fraguado y el endurecimiento, para ayudar en el curado, para mejorar la durabilidad, paraadicionar color y para proporcionar o modificar otras propiedades. Los efectos benéficos dealgunos aditivos son bien conocidos, pero las exigencias de otros deben analizarse concuidado. Los agentes incorporadores de aire en la actualidad son los aditivos más importantes ylos más ampliamente utilizados. Ellos producen la inclusión de aire en el concreto en forma depequeñas burbujas dispersas. Esto mejora la manejabilidad y la durabilidad, principalmenteaumenta la resistencia la congelamiento y al deshielo y reduce la segregación durante elvaciado. Con estos aditivos de densidad del concreto disminuye puesto que aumenta la relaciónde vacíos y, por consiguiente, educe su resistencia; sin embargo, esta disminución puede



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TEMA: CONCRETO




balancearse de modo parcial mediante la reducción del agua de mezcla sin que la pierdamanejabilidad. El principal uso de los concretos con aire incorporado s hace en pavimentos,pero también se utilizan en estructuras, en particular para elementos expuestos. Losplastificantes y los llamados superplastificantes se utilizan cada vez más, especialmente enconcretos de alta resistencia (véase la sección 2.11), puesto que permiten una reducciónsignificativa del agua que mantiene asentamientos altos, los cuales son necesarios para un

vaciado apropiado y una adecuada compactación del concreto. Información útil de diseñorelativa a agentes incorporadores de aire, plastificantes y otros aditivos, se encuentra en lasreferencias 2.7 y 2.8.

En todos los trabajos, excepto los mas pequeños, el mezclado se lleva a cado en plantasdosificadoras especiales. Tolvas independientes contienen el cemento y las diferentesfracciones de agregado. Las proporciones se controlan por peso, mediante escalas indicadorasoperadas manual o automáticamente y conectadas a las tolvas. El agua de mezclas se controlabien sea mediante tanques calibrados o con medidores.

El principal propósito del mezclado es producir una mezcla sólida entre el cemento, el agua, losagregados finos y gruesos y los posibles aditivos, y lograr así una consistencia uniforme paralas distintas mezclas. Esto se logra con la utilización de máquinas mezcladoras del tipo tamborrotatorio. El tiempo mínimo de mezclado es de 1 minuto para mezcladoras de hasta 1 yd 3 decapacidad y 15 segundos más por cada ½ yd3 adicional. El mezclado puede prolongarsedurante un tiempo considerable sin que se produzcan efectos adversos. Esta característica es,especial, importante con relación al concreto premezclado.

En grandes proyectos, en particular los ubicados en el campo, con amplios espaciosdisponibles, se instalan y operan plantas portátiles de mezclado en el sitio mismo deconstrucción. Por otro lado, en construcciones urbanas congestionadas, en trabajos máspequeños y con frecuencia en construcción de carreteras, se utiliza el concreto premezclado.Este concreto se mezcla en una planta estacionaria y transportado en un camión agitador, (2)mezclado en tránsito, es decir dosificado en la planta pero mezclado en el camión, o (3)mezclado parcialmente en la planta con la terminación del proceso de mezclado en el camiónmezclador. El concreto debe descargarse del camión agitador hora y media después deagregar el agua a la mezcla.

Mayor información sobre la dosificación y otros aspectos del diseño y control de las mezclas de

concreto puede encontrarse en la referencia 2.9.2.5. TRANSPORTE, VACIADO, COMPACTACIÓN Y CURADO

El transporte del concreto para construcción desde el camión mezclador a la formaleta serealiza en baldes con vaciado de fondo, con carretillas o mediante bombeo a través deconductos metálicos. El principal peligro durante el transporte es la segregación. Loscomponentes individuales del concreto tienden a segregarse debido a su poca similaridad. Enconcretos humedecidos en exceso y que permanecen en contenedores o en las formaletas, loscomponentes de grava más pesados tienden a asentarse y los materiales más livianos, enparticular el agua, tienden a subir. Los movimientos laterales, por ejemplo el flujo, dentro de lasformaletas tienden a separar el agregado grueso de los componentes finos de la mezcla. Elpeligro de la segregación ha hecho descartar algunos medios de transporte muy comunesantes, como los vertederos y las bandas transportadoras, por otros que minimizan esta

tendencia.El vaciado es el proceso de transferir el concreto fresco del dispositivo de conducción a su sitiofinal de depositación en las formaletas. Antes de iniciar el proceso, debe removerse el óxidosuelto del refuerzo, limpiarse las formaletas y depurar y tratar en forma adecuada lassuperficies endurecidas del concreto previamente colocado. El vaciado y la compactación sonactividades decisivas en el efecto que tienen sobre la calidad final del concreto. Una colocaciónadecuada debe evitar la segregación, el desplazamiento de las formaletas o del refuerzo y lasadherencias deficientes entre capas sucesivas de concreto. Una vez que se termina lacolocación, el concreto debe compactarse con herramientas de mano o vibradores. Estacompactación evita la formación de vacíos, asegura un mejor contacto con las formaletas y conel refuerzo, y sirve como solución parcial a una posible segregación previa. La compactación sepuede lograr mediante apisonado a mano con una variedad de herramientas especiales, peroahora se logra más común y satisfactoriamente con la utilización de vibradores mecánicos de

alta frecuencia. Estos pueden ser de tipo interno, que se sumergen en el concreto, o de tipoexterno, que se sujetan a las formaletas. Son preferibles los primeros aunque deben



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TEMA: CONCRETO




complementarse con los segundos cuando se utilizan formaletas. on preferibles los primerosaunque deben complementarse con los segundos cuando se utilizan formaletas muy delgadaso cuando algunos obstáculos hacen imposible sumergir el dispositivo (véase la referencia 2.10).

El concreto fresco gana resistencia más rápidamente durante los primeros días y semanas. Eldiseño estructural se fundamenta, por lo general, en la resistencia a 28 días, de la cualaproximadamente el 70% se logra al final de la primera semana después de la colocación. La

resistencia final del concreto depende en forma importante de las condiciones de humedad ytemperatura durante este periodo inicial. El mantenimiento de las condiciones adecuadasdurante este tiempo se conoce como curado. El 30 % o más de la resistencia puede perdersepor secado prematuro del concreto; cantidades similares pueden desperdiciarse si se permiteque la temperatura del concreto baje a 40 °F o menos, durante los primeros días, a menos quedespués de esto el concreto se mantenga continuamente húmedo durante un buen periodo. Elcongelamiento del concreto fresco puede reducir su resistencia hasta el 50%

Para evitar estos daños, el concreto debe protegerse de la pérdida de humedad por lo menosdurante siete días y, en trabajos más delicados, hasta 14 días. Cuando se utilizan cementos dealta resistencia inicial, los periodos de curado pueden reducirse a la mitad. El curado puedelograrse manteniendo continuamente húmedas las superficies que estén expuestas medianterociado, empozamiento, con recubrimiento de láminas de plástico o con la aplicación decomponentes sellantes que, utilizados de manera apropiada, forman membranas retardantes dela evaporación. Adicionalmente al mejoramiento de la resistencia, un curado húmedo adecuadopermite un mejor control de la retracción de fraguado. Para proteger al concreto de bajastemperaturas en climas fríos, se puede calentar el agua de mezcla y ocasionalmente losagregados; es probable emplear métodos de aislamiento térmico cuando sea posible o utilizaraditivos especiales, en especial, cloruros de calcio. Cuando las temperaturas ambientales sonmuy bajas, puede requerirse el suministro de calor, además del aislamiento térmico (véase lasreferencias 2.9, 2.11 y 2.12).

2.6. CONTROL DE CALIDAD

La calidad de materiales producidos en planta, como los de aceros estructurales o de refuerzo,es garantizada por el producto quien practica controles sistemáticos de calidad, especificadousualmente por las normas pertinentes de ASTM. En contraste el concreto es producido en omuy cerca del sitio de construcción y su calidad final se ve afectada por los factores yaanalizados brevemente. Por tanto el control de calidad sistemático debe establecerse en el sitiode construcción.

La principal medida de la calidad estructural del concreto es su resistencia a la compresión.Los ensayos para medir esta propiedad se realizan sobre especimenes cilíndricos de alturaigual a dos veces su diámetro, por lo general, de 6 x 12 pulgadas. Los moldes impermeablescon esta configuración se llenan con concreto durante el proceso de vaciado siguiendo elprocedimiento especificado por las normas ASTM C172, Standard Meted of Sampling FreshlyMixed Concrete, y la ASTM C31, Standard Practice for Making and Curing Concrete TestSpecimens in the Field. Los cilindros se curan húmedos a 70 °F, aproximadamente, en generaldurante 28 días y después se ensayan en el laboratorio a una tasa de carga especificada. Laresistencia a la compresión obtenida de estos ensayos se conoce como la resistencia delcilindro fć y es la principal propiedad estipulada para propósitos de diseño.

Para garantizar la seguridad estructural es necesario un control continuo que asegure que laresistencia del concreto suministrado coincida en forma satisfactoria con el valor especificadopor el diseñador. El Código ACI estipula que deben ensayarse un par de cilindros por cada 150yd3 de concreto o por cada 5,000 pie2 de área superficial realmente vaciada, pero no menos deuno al día. Como se mencionó en la sección 2.4, el resultado de los ensayos de resistencia dediferentes mezclas con dosificaciones idénticas muestra una dispersión inevitable. Estavariabilidad puede reducirse mediante controles más estrictos pero no es posible evitar queocasionalmente en los ensayos se obtengan resultados por debajo de la resistenciaespecificada del cilindro. Para asegurar una resistencia adecuada del concreto, a pesar de estadispersión, el Código ACI estipula que la calidad del concreto es satisfactoria si (1) ningúnresultado de un ensayo de resistencia individual (el promedio lb/plug2, y (2) el promedio detodos los conjuntos de tres ensayos de resistencia consecutivos es igual o mayor al valorrequerido de fć.

Es evidente que si se dosificara el concreto de manera que su resistencia media fuerasolamente igual a la resistencia requerida fć, éste no cumpliría con estos requisitos de calidad



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TEMA: CONCRETO




pues aproximadamente la mitad de los resultados de ensayos de resistencia estarías pordebajo del valor requerido de fć. Por consiguiente, es necesario dosificar el concreto de maneraque su resistencia media fć utilizada como base para la selección de proporcionessatisfactorias, sobrepase la resistencia que se requiere fć en una cantidad suficiente paragarantizar el cumplimiento de los dos requisitos mencionados. La resistencia media que serequiere debe exceder el valor de fć en una cantidad mínima que puede determinarse sólo

mediante métodos estadísticos debido a la naturaleza aleatoria de la dispersión de losresultados de los ensayos. Con base en análisis estadísticos se han desarrollado requisitos quesirven de guía para una dosificación adecuada del concreto en planta, de manera que laprobabilidad de obtener una resistencia deficiente en el sitio de construcción seasignificativamente baja.

La base para estos requisitos se ilustra en la figura 2.2, ésta presenta tres curvas normales defrecuencia con la distribución de resultados de ensayos de resistencia. La resistenciaespecificada de diseño es fć. Las curvas corresponden a tres grados diferentes de control decalidad; la curva A presenta el mejor control, es decir, la menor dispersión, y la curva C el peorcontrol, o sea, la mayor dispersión. El grado de control se mide con datos estadísticos de ladesviación estándar (a para la curva A, b para la curva B y c para la curva C), que esrelativamente pequeña para el productor A y grande para el productor C. Las tres distribucionestienen la misma probabilidad de que la

resistencia sea menor que el valorespecificado fć, o sea que todas tienenla misma fracción del área total bajo lacurva a la izquierda de fć. Paracualquier curva de distribución normal,esta fracción se define con el índice s,un multiplicador que se aplica a ladesviación estándar ; s es el mismopara las tres distribuciones de la figura2.2. Se aprecia que, con el fin desatisfacer el requisito de que, porejemplo, un ensayo en 100, vaya a serinferior a fć (con el valor de s determinado de esta manera), laresistencia media fćr del producto A,,que tiene el mejor control de calidad,puede estar mucho más cercana alvalor especificado fć, que la delproductor C con un control de menorcalidad en la operación.

Con base en estos estudios, el Código ACI exige que las instalaciones paraproducción de concreto mantenganregistros que sirvan de fundamento paradeterminar las desviaciones estándares que se logran en cada instalación específica.

Establece luego la cantidad mínima en que la resistencia promedio f´ cr , a la que se desea llegarcuando se dosifica el concreto, debe exceder la resistencia especificada fć, que depende de ladesviación estándar como sigue:

fćr = fć + 1.34 (2.1)

fćr = fć + 2.33 - 500 (2.2)

La ecuación (2.1) da como resultado una probabilidad de 1 en 100 de que el promedio de tresensayos consecutivos esté por debajo de la resistencia especificada fć y la ecuación (2.2)genera una probabilidad de 1 en 100 de que un ensayo individual esté por debajo de laresistencia especificada fć en más de 500 lb/pulg2. De acuerdo con el Código ACI, si noexisten registros adecuados del comportamiento de la planta de concreto, la resistenciapromedio debe superar el valor de fć al menos 1,000 Ib/pul2 para un fć igual a 3,000 Ib/pulg2;al menos 1,200 Ib/pulg2 para un fć entre 3,000 y 5,000 Ib/pulg 2, y en 1,400 Ib/pulg2 para un fć

superior a 5,00 Ib/pulg2

.



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TEMA: CONCRETO




Puede observarse que este método de control reconoce el hecho de que ocasionalmente soninevitables algunas mezclas deficientes. Los requisitos garantizan (1) una pequeña probabilidadde que las deficiencias en resistencia, cuya presencia ha sido limitada, sean tan grandes comopara representar un serio peligro y (2) una probabilidad igualmente pequeña de que una porciónconsiderable de la estructura, representada por tres ensayos de resistencia consecutivos seconstruya con concreto de resistencia deficiente.

A pesar de los avances científicos, la construcción en general y la fabricación de concreto enparticular, mantienen algunos de los elementos propios de un arte. Ellos dependen de muchashabilidades e imponderables. El objetivo de la inspección sistemática es asegurar unacorrespondencia entre los planos, las especificaciones y la estructura terminada. Un ingenierocompetente, preferiblemente quien produzca el diseño o su representante directo, debe llevar acabo la inspección durante la construcción. Las principales funciones del inspector con relaciónal control de calidad de los materiales son el muestreo, el examen y el ensayo de materiales encampo, el control de calidad de los materiales son el muestreo, el examen y el ensayo demateriales en campo, el control de la dosificación del concreto, la inspección delproporcionamiento, el mezclado, el transporte, el vaciado, la compactación y el curado, y lasupervisión en la preparación de los cilindros para los ensayos de laboratorio. Además, elinspector debe inspeccionar la cimentación, la formaletería, la colocación del acero de refuerzoy otros aspectos pertinentes al progreso general del trabajo; debe mantener registros de todos

los aspectos inspeccionados y preparar informes periódicos. Debe subrayarse la importanciade una inspección hecha a cabalidad para lograr una claridad óptima y adecuada de laestructura terminada.

Esta breve descripción de la tecnología del concreto representa un simple esbozo de un tematan importante. La persona que en la práctica sea verdaderamente responsable de cualquierade las fases de producción y vaciado del concreto debe familiarizarse con los detalles conmucha mayor profundidad.

2.7. PROPIEDADES EN COMPRESIÓN

a) Cargas de corta duración

El comportamiento de una estructura bajo carga depende en alto grado de las relacionesesfuerzo deformación unitaria del material con el cual está construida, para el tipo de esfuerzo

al que está sometido el material dentro de la estructura. Puesto que el concreto se utilizaprincipalmente en compresión, resulta de interés fundamental su curva esfuerzo-deformaciónunitaria a la compresión. Esta curva se obtiene mediante mediciones apropiadas de ladeformación unitaria en ensayos de cilindros (véase la sección 2.6) o en la zona de compresión

de vigas. La figura 2.3 presenta unconjunto representativo de estas curvaspara concreto de densidad normal y de 28días de edad, obtenidas a partir deensayos en compresión uniaxial que serealizaron a velocidades normales,relativamente moderadas, de carga. Lafigura 2.4 señala las curvascorrespondientes para concretos livianos

con densidad de 100 Ib/pie3

.Todas las curvas tienen característicassimilares. Constan de una porción inicialrelativamente elástica y lineal en la cual elesfuerzo y la deformación unitaria sonproporcionales, luego comienzan ainclinarse hacia la horizontal hastaalcanzar el esfuerzo máximo, o sea laresistencia a la compresión, al llegar a unadeformación unitaria que varíaaproximadamente de 0.002 a 0.003 paraconcretos de densidad normal yaproximadamente entre 0.003 y 0.0035para concretos ligeros (véase lasreferencia 2.14 y 2.15), donde los mayores



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TEMA: CONCRETO




valores en cada caso corresponden a las mayores resistencias. Todas las curvas muestran untramo descendente después de que se alcanza el esfuerzo pico; sin embargo, lascaracterísticas de las curvas después del esfuerzo pico dependen en alto grado del método deensayo. Si se siguen procedimientos especiales en el ensayo para asegurar una tasa dedeformación constante mientras que la resistencia del cilindro disminuye, pueden obtenerselargos tramos descendientes y estables (véase la referencia 2.16). ante la ausencia de tales

dispositivos especiales, la descarga puede llegar a ser muy rápida una vez pasado el punto deesfuerzo pico, en particular, para los concretos de mayor resistencia, que son generalmentemás frágiles que los de baja resistencia.

En la práctica actual, la resistencia a la compresión especificada fć para concretos de densidadnormal fundidos en el sitio está comúnmente en el intervalo de 3,000 a 5,000 Ib/pulg 2 y puedellegar caso hasta 6,000 Ib/pulg2 para elementos de concreto prefabricado y preesforzados. Lasresistencias para concretos livianos generalmente están un poco por debajo de estos valores.Los concretos de alta resistencia, con valores de fć hasta de 12,000 Ib/pulg 2, se utilizan cadavez con mayor frecuencia, en particular para columnas muy cargadas en edificios de concretode gran altura y en puentes de gran luz (la mayor parte preesforzados) donde puede lograrse

una reducción significativa en la carga muerta mediane la minimización de las seccionestransversales de los elementos (véase la sección 2.11).

Se observa que el módulo de elasticidad Ec (en unidades Ib/pulg2), es decir, la pendiente deltramo recto inicial de la curva esfuerzo – deformación unitaria, aumenta con la resistencia delconcreto. Para concretos con resistencias aproximadamente de 6,000 Ib/pulg2, puedecalcularse con suficiente precisión a partir de la siguiente ecuación empírica estipulada por elCódigo ACI:

c f w Ec c ´33 5.1

Donde wc es el peso unitario del concreto endurecido en Ib/pie3 y fć es la resistencia enIb/pulg2. la ecuación 2.3 se determinó mediante el ensayo de concretos estructurales convalores de wc entre 90 y 155 Ib/pie3. Para concretos normales de arena y piedra con wc = 145

Ib/pie

3

, el valor de Ec puede calcularse como:c f E c ´000,57



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TEMA: CONCRETO




Para resistencias a la compresión en el intervalo de 6,000 a 12,000 Ib/pulg 2, la ecuación delCódigo ACI sobrestima el valor de Ec hasta en un 20%, tanto para materiales de peso normalcomo para materiales livianos. Con base en una investigación reciente en la Universidad deCornell (véase la referencia 2.14 y 2.15), se recomienda aplicar la siguiente ecuación para losconcretos de densidad normal con fć en el intervalo de 3,000 a 12,000 Ib/pulg2, y paraconcretos livianos entre 3,000 y 9,000 Ib/pulg2.

5.1

145)000,000,1´000,40(

cw

c f Ec

Donde los términos y las unidades son iguales a los definidos anteriormente para lasecuaciones de Código ACI.

La información relativa a las propiedades de resistencia del concreto, como la presentadaanteriormente, se obtiene con frecuencia mediante ensayos realizados sobre muestras de 28días de edad. Sin embargo, el cemento continúa su hidratación y, en consecuencia, el concretosigue con su endurecimiento durante mucho tiempo a una tasa decreciente. La figura 2.5presenta una curva representativa al aumento en la resistencia del concreto de acuerdo con laedad para concretos hechos con cemento tipo I (normal) y cemento tipo III (alta resistenciainicial), cada curva normalizada con respecto a la resistencia a la compresión a los 28 días.

Como se puede observar en la figura, los cementos de alta resistencia a la compresión inicialproducen un aumento más rápido en la resistencia a edades tempranas, aunque la tasa deaumento de resistencia disminuye en general para edades mayores. Los concretos concemento tipo III se utilizan usualmente en plantas de prefabricación y su resistencia fć seespecifica a menudo a los 7 días, en lugar de hacerse a los 28 días.

Debe observarse que la forma de la curva esfuerzo – deformación unitaria presenta importantesvariaciones al considerar varios concretos con la misma resistencia del cilindro y aun para elmismo concreto sometido a diferentes condiciones de carga. Un ejemplo de esto aparece en lafigura 2.6 donde se presentan las curvas para diversos especimenes del mismo concretocargados a diferentes tasas de deformación unitaria, desde una que corresponde a unaaplicación de carga relativamente rápida (0.001 pulg/pulg por minuto) hasta otra quecorresponde a una aplicación de carga extremadamente lenta 80.001 pulg/pulg por 100 días).Se observa que el tramo descendente de la curva que indica la desintegración interna delmaterial, es mucho más pronunciada para las velocidades rápidas de carga que para las lentas.También se puede observar que los picos de las curvas, es decir, las resistencias máximasalcanzadas, son un poco menores para tasas más lentas de deformación.

Cuando se comprime en una dirección, el concreto al igual que otros materiales, se expande endirección transversal a la de aplicación del esfuerzo. La relación entre la deformación unitariatransversal y la longitudinal se conoce como relación de Poisson y depende un poco de laresistencia, de la composición y de otros factores. Para esfuerzos menores aproximadamente

a 0.7 fć, la relación de Pisson para el concreto está entre 0.15 y 0.20.



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b) Cargas a largo plazo

Para algunos materiales de ingeniería como el acero, la resistencia y las relaciones esfuerzo – deformación unitaria son independientes de la velocidad de aplicación y de la duración de lacarga, por lo menos para los intervalos usuales de cambios de esfuerzos, temperaturas y otrasvariables. En contraste, la figura 2.6 ilustra la pronunciada influencia del tiempo, en este casorelacionado con la velocidad de aplicación de la carga, sobre el comportamiento del concretobajo carga. La principal razón para esto es que el concreto fluye plásticamente al estarsometido a carga, mientras que el acero no presenta dicho flujo en las condiciones quepredominan enedificios, puentes yconstruccionessimilares.

El flujo plástico es lapropiedad mediante lacual el material sedeformacontinuamente en eltiempo cuando está

sometido a esfuerzo ocarga constante. Lanaturaleza del procesode flujo plástico sepresenta en formaesquemática en lafigura 2.7. Esteconcreto, en particular,fue sometido a cargadespués de 28 díasobteniéndose unadeformación unitariainstantánea Єinst. La carga se mantuvo luego por 230 días durante los cuales el flujo plástico

aumentó la deformación unitaria total hasta casi tres veces la deformación unitaria instantánea.Si la carga se hubiera mantenido aún más, la deformación hubiera seguido la curva sólida. Sila carga se retira, como aparece en la curva punteada, la mayor parte de la deformación



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instantánea Єinst se recupera, y se rescata un poco de la parte correspondiente al flujo plástico.Si el concreto vuelve a cargarse en una fecha posterior, las deformaciones instantánea y deflujo plástico vuelven a desarrollarse tal como se indica.

Para determinado concreto las deformaciones por flujo plástico son casi proporcionales a lamagnitud del esfuerzo aplicado; para un esfuerzo dado, los concretos de alta resistenciapresentan menos flujo plástico que los de baja resistencia. Como aparece en la figura 2.7, el

flujo plástico continúa a una tasa decreciente y termina después de dos a cinco años en unvalor final que, según la resistencia del concreto y otros factores, alcanza aproximadamente de1.2 a 3 veces la magnitud de la deformación unitaria instantánea. Si, en lugar de aplicar lacarga de manera rápida y luego mantenerla constante, ésta se incrementa lenta y gradualmentecomo en muchas estructuras durante y después de la construcción, las deformaciones unitariasinstantánea y de flujo plástico ocurren de modo simultáneo. Este efecto es el que se exhibe enla figura 2.6, es decir, que la diferencia previamente analizada en la forma de la curva esfuerzo – deformación unitaria para diferentes velocidades de aplicación de carga especialmente, es elresultado de la deformación por flujo plástico del concreto.

Para esfuerzos que no exceden cerca de la mitad de la resistencia del cilindro, lasdeformaciones unitarias por flujo plástico son directamente proporcionales al esfuerzo. Puestoque las deformaciones unitarias elásticas iniciales también son proporcionales al esfuerzo eneste intervalo, se puede definir el coeficiente de flujo plástico (creep coefficient):

ci

cucuC

Donde Єcu es el valor asintótico final de la deformación unitaria adicional por flujo plástico y Є ci es la deformación unitaria inicial instantánea cuando la carga se aplica por primera vez. El flujoplástico taimen puede expresarse en términos del flujo plástico específico cu, definido como ladeformación unitaria adicional, dependiente del tiempo, por unidad de esfuerzo (Ib/pulg2).Puede demostrarse fácilmente que:

cuccu E C

Además del nivel de esfuerzo, el flujo plástico depende de la humedad ambiente relativapromedio, siendo más del doble para el 50 que para el 100% de humead (véase la referencia2.4). La razón es que, en parte, la reducción en volumen con carga sostenida se produce por lamigración del agua libre de los poros hacia el exterior, para evaporarse en la atmósferacircundante. Otros factores de importancia incluyen el tipo de cemento y agregados, la edaddel concreto cuando se carga por primera vez y la resistencia del concreto (véase la referencia2.19). El coeficiente del flujo plástico es mucho menor para concretos de alta resistencia quepara concretos de baja resistencia. Sin embargo, para concretos de alta resistencia losesfuerzos con cargas sostenidas tienden a ser mayores, de manera que las deformaciones porflujo plástico pueden ser igualmente altas, aunque el coeficiente de flujo plástico sea menor.

Los valores de la tabla 2.1, tomados de la referencia 2.20 y ampliados para concretos de altaresistencia con base en investigaciones resistentes en la Universidad de Cornell, son valoresrepresentativos en condiciones promedio de humedad para concretos sometidos a carga a laedad de siete días.

Tabla 2.1 Parámetros representativos de flujo plástico

Resistencia a la compresión Flujo plástico específico cu Coeficiente deflujo plástico Ccu

Ib/pulg2 MPa 10-6 por Ib/pulg2 10-6 por MPa

3,000

4,000

6,000

8,000

10,000

21

28

41

55

69

1.00

0.80

0.55

0.40

0.28

145

116

80

58

41

3.1

2.9

2.4

2.0

1.6

Como ilustración, si el concreto en una columna con fć = 4,000 Ib/pulg2 está sometido a unacarga que actúa a largo plazo con un esfuerzo sostenido de 1,200 Ib/pulg2, después de varios

años bajo carga el valor final de la deformación unitaria por flujo plástico va a ser



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aproximadamente 1,200 x 0.80 x 10-6 = 0.00096 pulg/pulg. Por consiguiente, si la columnatuviera 20 pies de longitud, el flujo plástico produciría un acortamiento casi de ¼ de pulgada.

El coeficiente de flujo plástico en cualquier tiempo, C ct, puede relacionarse con el últimocoeficiente de flujo plástico Ccu. En la referencia 2.17, Branson sugiere la siguiente ecuación:

cuct C

t

t C

60.0

60.0

10

Donde t = tiempo en días después de la aplicación de la carga.

En muchas situaciones especiales, por ejemplo para elementos o pórticos esbeltos o paraconstrucción preesforzada, el diseñador dee tener en cuenta el efcto combinado del flujoplástico y de la retracción de fraguado (véase la sección 2.10). en estos casos, en lugares desujetarse a los valores estipulados en la tabla 2.1, debe obtenerse información mas precisasobre los parámetros del flujo plásticos, como los que se presentan en ls referencias 2.17 ó2.20.

Las cargas sostenidas afectan no sólo la deformación unitaria sino también la resistencia delconcreto. La resistencia del cilindro fć se determina mediante ensayos con velocidadesnormales de aplicación de la carga (aproximadamente 35 Ib/pul 2 por segundo). Ensayosrealizados por Rüsch (véase la referencia 2.18) y en la Universidad de Cornell (véase las

referencias 2.21 y 2.22) han demostrado que para prismas y cilindros de concreto no reforzado,sometidos a cargas concéntricas, la resistencia bajo carga sostenida es significativamentemenor que fć en el orden del 75 al 85% de fć, para cargas que se mantienen por un año omás. De esta manera, un elemento sometido a una sobrecarga sostenida que causa esfuerzosde compresión de, por ejemplo, el 85% de fć, puede fallar después de cierto tiempo aunque lacarga no se haya aumentado.

c) Fatiga

Cuando se somete el concreto a cargas fluctuantes en vez de que sean sostenidas, suresistencia a la fatiga, al igual que para otros materiales, es considerablemente menor que suresistencia estática. Cuando el concreto simple se somete a esfuerzos de compresión quevarían cíclicamente desde cero hasta un máximo esfuerzo, su límite de fatiga está en 50 y 60%de la resistencia a la compresión estática para 2,000,000 de ciclos. Para otros intervalos de

esfuerzo pueden realizarse estimativos razonables utilizando los diagramas modificados deGoodman (véase la referencia 2.20). Para otros tipos de aplicación de esfuerzo como elesfuerzo de compresión por flexión de vigas de concreto reforzado o de tensión por flexión envigas no reforzadas o en el lado de tensión de vigas reforzadas, el límite de fatiga parece seraproximadamente el 55% de la resistencia estática correspondiente. Sin embargo, estas cifrasdeben usarse sólo como guías generales. Se sabe que la resistencia a la fatiga del concreto nosólo depende de su resistencia estática sino también de las condiciones de humedad, de laedad y de la velocidad de aplicación de la carga (véase la referencia 2.23).

RESISTENCIA A LA TENSIÓN

Aunque el concreto se emplea ventajosamente cuando se utiliza su buena resistencia a lacompresión, su resistencia a la tensión también es de importancia en varias situaciones. Laformación y propagación de las grietas en el lado de tensión de elementos de concreto

reforzado sometidos a flexión dependen notablemente d la resistencia a la tensión. Tambiénocurren esfuerzos de tensión en el concreto como resultado de cortante, torsión y otrasacciones, y en la mayor parte de los casos el comportamiento del elemento cambia después deocurrido el agrietamiento. Como resultado de lo anterior, es de fundamental importancia poderpredecir con suficiente precisión la resistencia a la tensión del concreto.

La determinación de la resistencia real a la tensión del concreto presenta considerablementedificultades experimentales. En los ensayos de tensión directa, pequeños desalineamientos yconcentraciones de esfuerzos en las mordazas de agarre pueden distorsionar los resultados.Durante muchos años, la resistencia a la tensión se ha medido en términos del módulo derotura fr, el esfuerzo de tensión por flexión calculado a partir de la carga de fractura de una vigade prueba hecha en concreto simple. Puesto que este esfuerzo nominal se calcula con elsupuesto de que el concreto es un material elástico y a que este esfuerzo de flexión estálocalizado en la superficie exterior más alejada, éste tiende a ser mayor que la resistencia del

concreto en tensión axial uniforme. Este esfuerzo, entonces, es una medid de la resistencia ala tensión axial real sin ser idéntica.



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TEMA: CONCRETO




Muy recientemente, se estableció el resultado del llamado ensayo de tensión indirecta(splitcylinder test) como una medida en sí misma de la resistencia a la tensión del concreto. Uncilindro de concreto de 6 x 12 pulgadas, similar al utilizado para los ensayos de compresión, seintroduce en al máquina para ensayos de compresión en posición horizontal, de manera que lacompresión se aplique uniformemente a lo largo de las dos líneas generatrices opuestas. Entre

las platinas de compresión de la máquina y el cilindro se insertan almohadillas con el fin deuniformizar y distribuir la presión.

Puede demostrarse que en un cilindro elástico sometido a carga de manera, se genera unesfuerzo de tensión aproximadamente uniforme y de magnitud 2P/ dL en direcciónperpendicular al plano de aplicación de la carga. En consecuencia, los cilindros sometidos aeste ensayo se dividen en dos mitades a lo largo de este plano con un esfuerzo f ct que puedecalcularse a partir de la expresión anterior. P es la carga de compresión aplicada cuando ocurrela falla, y d y L son el diámetro y la longitud del cilindro, respectivamente. Debido a lascondiciones locales de esfuerzo en las líneas de carga y a la presencia de esfuerzos endirección perpendicular a la de los esfuerzos de tensión mencionados anteriormente, losresultados y los ensayos de tensión indirecta no son idénticos a la resistencia a la tensión axialreal (pero se cree que son una buena medida de ésta). Los resultados de todos los tipos deensayos para determinar la resistencia a al tensión demuestra una dispersiónconsiderablemente mayor que la de los ensayos a compresión.La resistencia a la tensión determinada con cualquiera de los ensayos anteriores no presentauna buena correlación con la resistencia a la compresión f´ c. En apariencia, la resistencia a latensión para concretos de arena y gava depende principalmente de la resistencia de la uniónentre la pasta de cemento endurecida y el agregado, mientras que para concretos livianosdepende ampliamente de la resistencia a la tensión de los agregados porosos. Por otro lado, laresistencia a la compresión depende menos de estas características particulares.

Existe una mejor correlación entre las diferentes medidas de la resistencia a la tensión y la raízcuadrada de la resistencia a la compresión. Por ejemplo, la resistencia a la tensión directa

varía aproximadamente entre 3 y 5 c f ´ para concretos, con todos los agregados livianos.

En la tabla 2.2 se resumen los intervalos de valores representativos de resistencia,

determinados a partir de los ensayos de tensión directa e indirecta y del módulo de rotura. Enestas expresiones, fć está expresada en unidades de Ib/pulg2 y la resistencia a la tensión queresulta también se obtiene en Ib/pulg2.

Tabla 2.2 Intervalos aproximados de resistencia a la tensión del concreto

Concreto de

peso normal,(Ib/pulg2)

Concreto de

peso liviano (Ib/pulg2)

Resistencia a la tensión directa f´ t

Resistencia a la tensión indirecta f ct

Módulo de rotura f r

3 a 5 c f ́

6 a 8 c f ́

8 a 12 c f ́

2 a 3 c f ́

4 a 6 c f ́

6 a 8 c f ́

Estas expresiones aproximadas demuestran que las resistencias a la tensión y a la compresiónno son de ningún modo proporcionales y que cualquier incremento en la resistencia a lacompresión, como el que se logra con la disminución de la relación agua – cemento, estáacompañado por un incremento porcentual mucho menor en la resistencia a la tensión.

El Código ACI recomienda un módulo de rotura fć igual a 7.5 c f ́ para concretos de peso

normal, valor que debe multiplicarse por 0.85 para concretos hechos con arena liviana y por

0.75 para concretos hechos con agregados todos livianos, con valores de 6.4 c f ́ y 5.6 c f ́

respectivamente, para estos materiales.

2.8. RESISTENCIA BAJO ESFUERZOS COMBINADOS

En muchas situaciones estructurales, el concreto está sometido simultáneamente al efecto de

varios esfuerzos que actúan en diferentes direcciones. Por ejemplo, en el caso de vigas, lamayor parte del concreto está sometido en forma simultánea a esfuerzos de compresión y



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TEMA: CONCRETO




cortante, y en losas y zapatas éste se encuentra sometido a esfuerzos de compresión en dosdirecciones perpendiculares y cortante. Mediante los métodos bien conocidos del estudio de lamecánica estructural, cualquier estado de esfuerzos combinados sin importar qué tan complejo,sea puede reducirse a tres esfuerzos principales perpendiculares entre si en un cubo elementalorientado adecuadamente en el material. Alguno o todos los esfuerzos principales pueden serde tensión o de compresión. Si alguno de ellos es cero, se dice que existe un estado de

esfuerzos biaxial; si dos de ellos son cero, el estado de esfuerzos es uniaxial, bien sea acompresión simple o a tensión simple. En la mayor parte de los casos las propiedades deresistencia uniaxial del material obtenidas en ensayos simples se conocen sólo como laresistencia del cilindro fć y la resistencia a la tensión fć. Para predecir la resistencia deestructuras en las cuales el concreto se somete a un estado de esfuerzos biaxial o triaxial, seríaaconsejable poder calcular la resistencia del concreto en dicho estado de esfuerzos,únicamente a partir de los valores de fć o de fć y f´t obtenidos en lo ensayos simples.

A pesar de la extensa y continua investigación, todavía no ha surgido una teoría general de laresistencia del concreto bajo esfuerzos combinados. Se han adaptado varias teorías deresistencia la concreto como la del esfuerzo máximo, la de la deformación máxima, la de Mohr-Coulomb y la del esfuerzo cortante en un octaedro, que se analizan en los textos de mecánicaestructural (véase las referencia 2.24 a 2.28), aunque con ninguna de ellas se ha tenido éxitocompleto. Investigaciones recientes indicar que el enfoque no lineal de la mecánica de

fracturas puede usarse con éxito para estudiar la propagación de grietas de tensión (véase lareferencia 2.29). Hasta el momento, ninguna de estas teorías ha sido aceptada en formageneral y muchas tienen obvias contradicciones internas. La principal dificultad para eldesarrollo de una teoría de resistencia general y adecuada radica en la naturaleza altamenteheterogénea del concreto y en el grado en que comportamiento, cuando está sometido a altosesfuerzos y en la fractura, está influido por la microfisuración y otros fenómenos dediscontinuidad (véase la referencia 2.30).

Sin embargo, diferentes ensayos permiten establecer adecuadamente la resistencia delconcreto, al menos para el estado biaxial de esfuerzos (véanse las referencias 2.31 y 2.32).Los resultados pueden presentarse en la forma de un diagrama de interacción como el de lafigura 2.8, que muestra la resistencia en la dirección 1 en función del esfuerzo aplicado en ladirección 2. Todos los esfuerzos se han normalizado en términos de la resistencia a lacompresión fć. Puede observarse que en el cuadrante que representa la compresión biaxial,se alcanza un incremento en la resistencia de aproximadamente hasta un 20% con respecto alesfuerzo a la compresión uniaxial, donde la magnitud del incremento depende de la relación def 2 a f 1. En el cuadrante detensión biaxial, laresistencia en la dirección 1es casi independiente delesfuerzo en la dirección 2.Cuando se combina tensiónen la dirección 2 concompresión en ladirección1, la resistencia ala compresión se reducecasi en forma lineal yviceversa. Por ejemplo,una compresión lateral deaproximadamente la mitadde la resistencia a lacompresión uniaxialreducirá la resistencia a latensión a casi la mitad conrelación a su valor uniaxial.Este hecho, por ejemplo, esde gran importancia parapredecir el agrietamiento atensión diagonal de vigas

de gran altura o muros decorte.

Son pocas las



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TEMA: CONCRETO




investigaciones experimentales relacionadas con la resistencia triaxial del concreto, debidofundamentalmente a la dificultad práctica de aplicar carga de manera simultánea en tresdirecciones sin introducir restricciones significativas con el equipo de carga (véase la referencia2.33). A partir de la información disponible en el momento, pueden obtenerse las siguientesconclusiones tentativas con relación a la resistencia triaxial del concreto: (1) en un estado decompresión triaxial con esfuerzos iguales, la resistencia del concreto puede ser hasta un orden

de magnitud mayor que la resistencia a la compresión uniaxial; (2) para una compresión conesfuerzos iguales en dos direcciones, combinada con una compresión menor en la terceradirección, puede esperarse un incremento superior al 20% en la resistencia y (3) para estadosde esfuerzos que incluyen compresión combinada con tensión en por lo menos otra dirección,el esfuerzo principal intermedio tiene poca influencia, y la resistencia al a compresión puedepredecirse en forma segura con base en la figura 2.8.

De hecho, la resistencia del concreto sometido a esfuerzos combinados todavía no puedecalcularse en forma racional, e igualmente importante, en muchas situaciones en estructuras deconcreto resulta imposible calcular todos los esfuerzos que actúan con sus respectivasdirecciones; éstas son dos de las principales razones para seguir confiando en los ensayosexperimentales. Debido a esto el diseño de estructuras de concreto reforzado siguefundamentándose más en la amplia información experimental que en una teoría analíticaconsistente, en particular para muchas situaciones en que se presentan esfuerzos combinados.

2.9. EFECTO DE LA RETRACCIÓN DE FRAGUADO Y DE LA TEMPERATURA

Las deformaciones unitarias analizadas en la sección 2.7 eran inducidas por esfuerzosocasionados por cargas externas. Influencias de naturaleza diferente hacen que el concreto,aun estando libre de cualquier tió de carga externa, sufra deformaciones y modificaciones en elvolumen. De éstas, las más importantes son la retracción de fraguado y las consecuencias porlos cambios de temperatura.

a) Retracción de fraguado

Como se analizó en las secciones 2.2 y 2.4, cualquier mezcla de concreto manejable contienemás agua que la requerida par hidratación. Si el concreto está expuesto al aire, la mayor partede esta agua libre con el tiempo se evapora, en cuyo caso la tasa y grado de secado dependende las condiciones ambientales de temperatura y humedad. A medida que el concreto seca, se

retrae el volumen, probablemente por el desarrollo de la tensión capilar del agua quepermanece en el concreto. Encambio, si el concreto seco sesumerge en agua, se expande yrecupera la mayor parte delvolumen perdido en laretracción ocurrida. Laretracción de fraguado, quecontinúa durante varios mesesa una tasa decreciente, puedeser una propiedad perjudicialdel concreto en varios aspectos,que depende de la

configuración del elemento.Cuando no se controla demanera adecuada, puedecausar grietas en losas, muros,etc., poco agradables a la vistay, en general perjudiciales. Enestructuras estáticamenteindeterminadas (como en lamayor parte de las estructurasde concreto), la retracción defraguado puede causaresfuerzos grandes y peligrosos.En concreto preesforzado,

conduce a pérdidas parciales enel preesfuerzo inicial. Por estasrazones, es esencial minimizar



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TEMA: CONCRETO




y controlar la retracción de fraguado.

Según la naturaleza misma del proceso resulta claro que el principal factor que determina lacantidad de retracción de fraguado final es el contenido unitario de agua del concreto fresco.Esto se ilustra en la figura 2.9, que muestra la cantidad de retracción de fraguado en unidadesde 0.001 pulg/pulg para diferentes cantidades de agua de mezcla. En todos los ensayos seutilizaron los mismos agregados, pero además del contenido de agua, la cantidad de cemento

se modificó en forma independiente, desde 4 hasta 11 bultos por yarda cúbica de concreto.Esta amplia variación en el contenido de cemento tuvo apenas efectos menores en la magnitudde la retracción de fraguado, en comparación con el efecto del contenido de agua; esto se haceevidente al observar la pequeña amplitud de la franja que incluye todos los resultados de losensayos para la amplia variación en los contenidos de cemento. A partir de lo anterior, esevidente que la principal manera para disminuir la retracción de fraguado es reducir elcontenido de agua del concreto fresco al mínimo compatible con la manejabilidad requerida. Además, un curado prolongado y cuidadoso resulta benéfico para el control de la retracción defraguado.

Para concretos normales, los valores de la retracción de fraguado final están generalmente enel orden de 400 x 10-6 a 800 x 10-6 pulg/pulg, que dependen del contenido inicial de agua, de latemperatura y humedad ambientes y la naturaleza de los agregados. Los valores de laretracción de fraguado de concretos con agregados altamente absorbentes, como areniscas ypizarras, pueden ser dos y más veces mayores que los obtenidos con materiales menosabsorbentes como los granitos y algunas limolitas. Los concretos producidos con algunosagregados livianos, de alta porosidad, alcanzan fácilmente valores de retracción de fraguadomucho mayores que los concretos normales.

Para algunos propósitos, como la predicción de pérdida de las fuerzas con el tiempo en vigasde concreto preesforzado, es importante estimar la magnitud de la retracción de fraguado enfunción del tiempo. Estudios a largo plazo (véase la referencia 2.17) señalan que paraconcretos curados en ambiente húmedo, la retracción de fraguado ocurrida un tiempo t despuésde los 7 días iniciales, puede predecirse en forma satisfactoria mediante la ecuación:

u sht sht

t ..

35

Donde Єsh.t es la deformación unitaria por retracción de fraguado en el tiempo t en días, y Єsh.ues el último valor después de un largo periodo. La ecuación (2.9) se aplica a las condicionesestándares, es decir, para condiciones de humedad por debajo del 40% y para un espesorpromedio del elemento de 6 pulgadas, según la referencia 2.17, tanto para concretos de pesonormal como APRA concretos livianos. Para condiciones no estándares deben aplicarsecoeficientes de modificación y para elementos curados al vapor se presentan otras ecuaciones.

b) Efecto de los cambios de temperatura

Como muchos otros materiales, el concreto se expande con un aumento en la temperatura y secontrae con una disminución en la misma. Los efectos de cambios en el volumen son similaresa los causados por la retracción de fraguado, es decir, la contracción por temperatura puedeocasionar agrietamientos objetables, en particular cuando se superpone a la retracción defraguado. Para estructuras indeterminadas, las deformaciones por cambios de temperaturapueden causar esfuerzos altos y ocasionalmente dañinos.

El coeficiente de expansión y contracción térmica varía un poco pues depende de los tipos deagregados y de la riqueza de la mezcla. Generalmente se encuentra en el intervalo de 4 x 10-6 a 7 x 10-6 pulg/pulg por °F. Para efectos del cálculo de esfuerzos y deformaciones unitariascausados por cambios de temperatura se acepta generalmente como satisfactorio un valor de5.5 x 10-6 (véase la referencia 2.4).

2.10. CONCRETO DE ALTA RESISTENCIADurante estos años se ha generado un creciente interés por los concretos de alta resistencia. Aunque la definición exacta es arbitraria, el término se refiere en general a concretos conresistencia a la compresión uniaxial en el intervalo de 6,000 a 12,000 Il/pulg2 o más. Estosconcretos pueden fabricarse utilizando cemento, arena y piedras ampliamente disponibles peroseleccionados de manera meticulosa; algunos aditivos, que incluyen agentes reductores de

agua, ceniza volante y microsílica; además de un control de calidad muy cuidadoso durante laproducción. Con lo anterior, además de lograr una mayor resistencia a la compresión, semejoran casi todas las demás propiedades para ingeniería. El módulo de elasticidad al igual



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TEMA: CONCRETO




que la resistencia a la tensión aumenta, en tanto que el coeficiente de flujo plástico disminuye.Los concretos de alta resistencia son más durables y tienen mayor resistencia a la corrosión y ala abrasión que los concretos normales.

La aplicación más común del concreto de alta resistencia ha sido en las columnas de edificiosaltos donde el concreto normal exigiría en secciones transversales inaceptablemente grandes,con la pérdida de espacio valioso de piso útil. Se ha demostrado que la utilización de mezclas

de concreto de alta resistencia, aunque más costosas, no solamente ahora área de piso quetambién resulta más económica que aumentar la cantidad de acero de refuerzo. Concretohasta de 12,000 Ib/pulg2 se especificó en las columnas del piso inferior del 311 South WackerDrive, en Chicago, en la actualidad el edificio aporticado de concreto más alto del mundo conuna altura total de 946 pies.

Para el caso de puentes también se presentan ventajas significativas mediante la utilización desecciones transversales menores, con la reducción resultante en carga muerta que permitemayores luces. El mayor módulo elástico y el menor coeficiente de flujo plástico originanreducidas deflexiones instantáneas y a largo plazo, y en el caso de puentes preesforzados selogran pérdidas menores en la fuerza de preesfuerzo tanto inicialmente como con el tiempo. Elpuente East Huntington, que aparece en la figura 1.10, se construyó utilizando concreto de8,000 Ib/pulg2 y otos puentes se han construido reciente con rsistencias hasta de 12,000Ib/pulg2.

Otras aplicaciones resistentes del concreto de alta resistencia incluyen estructuras marítimas,edificios para parqueo, recubrimientos en tableros de puentes, rebosaderos en prensas,bodegas y pesadas losas industriales (véase la referencia 2.34).

Un requisito esencial para el concreto de alta resistencia es una relación baja de agua – cemento. Para concretos normales, ésta está por lo general en el intervalo de 0.40 a 0.60 enpeso, en tanto que para mezclas de alta resistencia puede ser tan baja como 0.25. Con el finde permitir un vaciado apropiado que de otra manera sería una mezcla con cero asentamientos,resultan esenciales los aditivos reductores de agua de amplio intervalo o “superplastificantes”que pueden aumentar los asentamientos con valores hasta de 6 u 8 pulg.

Otros aditivos incluyen regularmente cenizas volantes y microsílica o fumarolas de sílice. Lascenizas volantes, un subproducto de la combustión del carbón en plantas generadoras depotencia, están divididas muy finamente y reaccionan con el hidróxidido de calcio en presencia

de la humedad para formar un material cementante. Se utilizan como reemplazo de unaporción del cemento Pórtland en general hasta del 8 al 12% en peso aproximadamente. Lasfumarolas de sílice, también un subproducto, se generan de la producción de ciertas aleacionesde silicona, especialmente ferrocromo y ferromanganeso. Están divididos en partículasextremadamente finas y son en alto grado cementantes. Éstas también se utilizan comoreemplazo del cemento Pórtland hasta del 10 al 12% en peso aproximado. La adición defumarolas se sílice contribuye principalmente en una ganancia inicial de resistencia entre los 3 ylos 28 días, mientras que las cenizas volantes mejoran la resistencia fundamentalmente paraedades posteriores a los 28 días. Debido al reemplazo del cemento Pórtland por estos aditivos,es útil y usual definir el contenido de agua para los concretos de alta resistencia en términos dela relación agua – cementante en vez de la relación usual agua – cemento.

Recientemente se ha dedicado mucha investigación al establecimiento de las propiedades

fundamentales y de ingeniería de los concretos de alta resistencia, al igual que a lascaracterísticas de ingeniería de los elementos estructurales construidos con la utilización deeste nuevo material (véanse las referencias 2.35 a 2.37). En la actualidad existe gran cantidadde información que le permite al ingeniero utilizar el concreto de alta resistencia con confianza,cuando sus ventajas justifican el costo más alto. Las curvas de resistencia a la compresión queaparecen en las figuras 2.3 y 2.4 ilustran diferencias importantes en comparación con elconcreto normal, que incluyen un mayor módulo de elasticidad y un intervalo más extenso derespuesta lineal elástica, pero una capacidad de deformación unitaria última un poco reducida.Los coeficientes de flujo plástico son significativamente menores como lo indica la tabla 2.1. Laresistencia bajo cargas sostenidas es una fracción mayor de la resistencia estándar del cilindro(véase las referencias 2.21 y 2.22). Pronto se publicara nueva información relacionada con ladurabilidad y la resistencia a la abrasión. En la medida en que se gane experiencia en lasaplicaciones prácticas y en que los códigos de diseño ahora disponible se actualicen

gradualmente para reconocer las propiedades del concreto de alta resistencia, se puedeesperar un uso mucho más amplio de los concretos de alta resistencia.



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TEMA: CONCRETO

REFER: TÓPICOS DE TECNOLOGÍA Y CONCRETO – E. PASQUEL C.



CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOS MATERIALES PARASU ELABORACIÓN

2.0. INTRODUCCIÓN

El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua,agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica ymoldeable, y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes yresistentes, lo que lo hace un material ideal para la construcción.

De esta definición se desprende que se obtiene un producto híbrido, que conjuga en mayor omenor grado las características de los componentes, que bien proporcionados, aportan una ovarias de sus propiedades individuales para constituir un material que manifiesta uncomportamiento particular y original.

En consecuencia, para poder dominar el uso de este material, hay que conocer no sólo lasmanifestaciones del producto resultante, sino también la de los componentes y su interrelación,ya que son en primera instancia los que le confieren su particularidad.

Como cualquier material, se contrae al bajar la temperatura, se dilata si ésta aumenta, se ve

afectado por sustancias agresivas y se rompe si se ve sometido a esfuerzos que superan susposibilidades, por lo que responde perfectamente a las leyes físicas y químicas. Luego pues, laexplicación a sus diversos comportamientos siempre responde a alguna de estas leyes; y la noobtención de los resultados esperados, se debe al desconocimiento de la manera como actúanen el material, lo que constituye la utilización artesanal del mismo (por lo que el barco de lapráctica sin el timón de la ciencia nos lleva a rumbos que no podemos predecir) o porquedurante su empleo no se respetaron u obviaron las consideraciones técnica que nos da elconocimiento científico sobre él.

2.1. LA TECONOLOGÍA DEL CONCRETO – CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Es el campo de la Ingeniería Civil que abarca el conjunto de conocimientos científicosorientados hacia la aplicación técnica, práctica y eficiente del concreto en la construcción.

En su desarrollo y utilización intervienen varias ciencias interrelacionadas, cono son la Física, la

Química, las Matemáticas y la investigación experimental. A diferencia de otros campos de la Ingeniería en que se puede ejercer un control bastanteamplio sobre los parámetros que participan en un fenómeno, en la Tecnología del Concretocada elemento que interviene, bien sea el cemento, el agua, los agregados, los aditivos, y lastécnicas de producción, colocación curado y mantenimiento, representan aspectos particularesa estudiar y controlar de modo que puedan trabajar eficientemente de manera conjunta en laaplicación práctica que deseamos.

Generalmente tenemos una serie de limitaciones en cuanto a modificar a nuestra voluntad lascaracterísticas de los factores que intervienen en el diseño y producción del concreto, por loque cada caso supone una solución particular, en la que tiene importancia preponderante lalabor creativa de los profesionales que tienen a su cargo definirla e implementarla en lapráctica, ya que paradójicamente, los ingredientes de un concreto bueno y uno malo son en

general los mismos si no sabemos emplearlos adecuadamente, por lo que no es una tareasimple el diseñar y producir concreto de buena calidad. En este punto, es necesario establecerque el concreto de buena calidad es aquél que satisface eficientemente los requisitos detrabajabilidad, colocación, compactación, resistencia, durabilidad y economía que nos exige elcaso singular que estemos enfrentando.

Afortunadamente, la acumulación a nivel mundial de casi un siglo de conocimientos científicossobre el concreto y sus componentes, nos provee de las herramientas para afrontar ysolucionar la mayoría de problemas de la construcción moderna.

Si tenemos la curiosidad de acceder a la gran cantidad de bibliografía disponible procedente deinstituciones como el American Concrete Institute, el Comité Europeo del Concreto y el JapanConcrete Institute entre otros, apreciaremos que el mayor esfuerzo se centra hacia seguirinvestigando en este campo, con igual o mayor énfasis que sobre los métodos de análisis ydiseño estructural, por cuanto aún no se dan por resueltos todos los fenómenos y problemas

inherentes al diseño y producción de concreto y cada día surgen otros como consecuencia deldesarrollo de las necesidades humanas.



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TEMA: CONCRETO

REFER: TÓPICOS DE TECNOLOGÍA Y CONCRETO – E. PASQUEL C.



Una idea errada en cuanto a la Tecnología del concreto en nuestro medio reside en suponerque es un campo limitado a los “laboratoristas” y a los “expertos en diseños de mezclas”,connotaciones con las que se distorsiona su alcance conceptual y se pierde de vista quecualquier profesional de la Ingeniería Civil involucrado directa e indirectamente con laconstrucción, debe experimentar, profundizar y actualizar sus conocimientos en este campopara asegurar una labor técnica y eficiente.

2.2. LOS COMPONENTES DEL CONCRETOLa Tecnología del concreto moderna define para este material cuatro componentes: Cemento,agua, agregados y aditivos como elementos activos y el aire como elemento pasivo.

Si bien la definición tradicional consideraba a los aditivos como un elemento opcional, en lapráctica moderna mundial estos constituyen un ingrediente normal, por cuanto estácientíficamente demostrada la conveniencia de su empleo en mejorar condiciones detrabajabilidad, resistencia y durabilidad, siendo a la larga una solución mas económica si setoma en cuenta el ahorro en mano de obra y equipo de colocación y compactación,mantenimiento, reparaciones e incluso en reducción de uso de cemento.

Ya hemos establecido conceptualmente la necesidad de conocer a profundidad las propiedadesde los componentes del concreto, pero debemos puntualizar que de todos ellos, el que ameritaun conocimiento especial es el cemento. Si analizamos la Fig. 2.1 en que se esquematizan las

proporciones típicas en el volumen absoluto de los componentes del concreto, concluiremos enque el cemento es el ingrediente activo que interviene en menor cantidad, pero sin embargo esel que define las tendencias del comportamiento, por lo que es obvio que necesitamosprofundizar en este aspecto que está muy ligado a las reacciones químicas que se suceden alentrar en contacto con el agua y los aditivos.

Pese a que en nuestra formación en Ingeniería Civil todos asimilamos los conceptos básicos dequímica, no es usual que entre los colegas exista mucha afición hacia este campo (como estambién el caso nuestro), sin embargo es necesario tener el conocimiento general de lasconsecuencias de las reacciones que se producen, por lo que durante el desarrollo de estostemas insistiremos en los aspectos prácticos antes que en el detalle de fórmulas ycombinaciones químicas si no aportan información de aplicación directa para el Ingeniero Civil.

Fig. Proporciones Típicas en Volumen

Absoluto de los componentes del Concreto

Aire = 1% a 3%

Cemento = 7% a 15%

Agua = 15% a 22%

Agregados = 60% a 75%



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TEMA: CONCRETOREFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. PASQUEL C.



EL CEMENTO PORTLAND

3.0. INTRODUCCIÓN

Es un aglomerante hidrófilo, resultante de la calcinación de rocas calizas, areniscas y arcillas,

de manera de obtener un polvo muy fino que en presencia de agua endurece adquiriendopropiedades resistentes y adherentes (Ref. N° 3.1).

Como ya se mencionó en el Capítulo 1, el nombre proviene de la similitud en apariencia y elefecto publicitario que pretendió darle en el año 1824 Joseph Apsdin un constructor inglés, alpatentar un proceso de calcinación de caliza arcillosa que producía un cemento que alhidratarse adquiría según él, la misma resistencia que la piedra de la isla de Pórtland cerca delpuerto de Dorset.

Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cemento Pórtland moderno quecon algunas variantes persiste hasta nuestros días y que consiste en moler rocas calcáreas conrocas arcillosas en cierta composición y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300 °Cproduciéndose lo que se denomina el clinker, constituido por bolas endurecidas de diferentesdiámetros, que finalmente se muelen añadiéndoseles yeso para tener como producto definitivoun polvo sumamente fino.

3.1. FABRICACIÓN DEL CEMTNO PÓRTLAND

El punto de partida del proceso de fabricación lo constituye la selección y explotación de lasmaterias primas para su procesamiento consiguiente.

Los componentes químicos principales de las materias primas para la fabricación del cemento ylas proporciones generales en que intervienen son (Re. 3.2):

Componente Químico Procedencia Usual

95%

Oxido de Calcio (CaO) Rocas CalizasOxido de Sílice (SiO2) Areniscas

Oxido de Aluminio

(Al2O3) Arcillas

Oxido de Fierro (Fe2O3) Arcillas, Mineral de Hierro,

Pirita

5%

Oxidos de Magnesio,Sodio,

Minerales variosPotasio, Titanio, Azufre,Fósforo y Manganeso

Los porcentajes típicos en que intervienen en el cemento Pórtland los óxidos mencionados son:

Oxido Componente Porcentaje Típico Abreviatura

CaO 61% - 67% CSiO2 20% - 27% S

Al2O3 4% - 7% AFe2O3 2% - 4% FSo3 1% - 3%

MgO 1% - 5%K2OyNa2O 0.25% - 1.5%

En las Fig. 3.1 a), b), c) y d), (Ref. 3.3) se puede apreciar un esquema general del procesomoderno de fabricación en le sistema denominado “por vía seca”, que es el mas económicopues necesita menos energía, y es el de mayor empleo en nuestro medio, sin embargo hay quetener en cuenta que cada fabricante tiene una disposición de equipo particular en función desus necesidades.



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Se inicia con la explotación de las canteras de materia prima para someterlas a un proceso dechancado primario en que se reduce su tamaño a piedras del orden de 5” y luego se procesaeste material en una chancadora secundaria que las reduce a un tamaño de alrededor de ¾”,con lo que están en condiciones de ser sometidas a molienda. Los materiales son molidosindividualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvo fino impalpable,siendo luego dosificados y mezclados íntimamente en las proporciones convenientes para eltipo de cemento que se desee obtener.

La mezcla es posteriormente introducida en un horno giratorio consistente en un gran cilindro

metálico recubierto de material refractario con diámetros que oscilan entre 2 y 5 m y longitudesentre 18 a 150 m. El horno tiene una ligera inclinación con respecto a la horizontal del orden



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del 4% y una velocidad de rotación entre 30 a 90 revoluciones por hora. Dependiendo deltamaño del horno, se pueden producir diariamente de 30 a 700 Toneladas. La fuente de calorse halla en el extremo opuesto al ingreso del material y pueden obtenerse mediante inyecciónde carbón pulverizado, petróleo o gas en ignición, con temperaturas máximas entre 1,250 y1,900 °C.

Las temperaturas desarrolladas a lo largo del horno producen primero la evaporación del agua

libre, luego la liberación del CO2 y finalmente en la zona de mayor temperatura se produce lafusión del alrededor de un 20% a 30% de la carga y es cuando la cal, la sílice y la alúmina sevuelven a combinar aglomerándose en nódulos de varios tamaños usualmente de ¼” a 1” dediámetro de color negro característico, relucientes y duros al enfriarse, denominados “clinker decemento Pórtland”.

n la etapa final del proceso, el clinker es enfriado y es molido en un molino de bolasconjuntamente con yeso en pequeñas cantidades (3 a 6%) para controlar el endurecimientoviolento. La molienda produce un polvo muy fino que contiene hasta 1.1 x 1012 partículas porkg. Y que pasa completamente por un tamiz N° 200 (0.0737 mm, 200 aberturas por pulgadacuadrada). Finalmente el cemento pasa ser almacenado a granel, siendo luego suministradoen esta forma o pesado y embolsado para su distribución.

En el proceso húmedo de materia prima es molida y mezclada con agua formando una lechada

que es introducida al horno rotatorio siguiendo un proceso similar al anterior pero con mayorconsumo de energía para poder eliminar el agua añadida. El proceso a usarse depende de lascaracterísticas de las materias primas, economía y en muchos casos por consideraciones detipo ecológico ya que el proceso húmedo es menos contaminante que el seco.

Durante todos los procesos el fabricante ejecuta controles minuciosos para asegurar tanto lacalidad y proporciones de los ingredientes como las temperaturas y propiedades del productofinal, para lo que existen una serie de pruebas físicas y químicas estandarizadas, así comoequipo de laboratorio desarrollado específicamente para estas labores.

En la Tabla 3.1 (Ref. 3.3) se pueden observar las fuentes de materias primas de las cuales esposible obtener los componentes para fabricar cemento, en que se aprecia la gran variedad deposibilidades existentes en la naturaleza para poder producir este material.

Tabla 3.1. FUENTES DE MATERIAS PRIMAS USADAS EN LAFABRICACIÓN DE CEMENTO PÓRTLAND (Ref. 3.3)

CALCaO

HIERROFe2O3

SÍLICESiO2

ALUMINA Al2O3

YESOCaSO4 2H2O

MAGNESIAMgO

Aragonita

Arcilla

Arcilla Calcárea (Marga)

Calcita

Conchas Marinas

Deshechos Alcalinos

Escorias

Mármol

Piedra Caliza

Pizarras

Polvo Residuo deClinker

Roca CalcáreaTiza

Arcilla

Ceniza de AltosHornos

Escoria de Pinta

Laminaciones deHierro

Mineral de Hiero

Pizarras

Residuos de Lavadode mineral de hierro

Arcilla


Arena

Areniscas

Basaltos

Cenizas volátiles

Cenizas de cáscara dearroz

Cuarcita

Escorias

Piedras Calizas

Pizarras

Roca CalcáreaSilicato de calcio

Arcilla


Baloxita

Cenizas volátiles

Deshechos de Mineral

De aluminio

Escoria de cobre

Escorias

Estaurocita

Granodoritas

Piedra caliza

Pizarras

Residuos de lavado demineral de aluminio

Roca Calcárea

Anhidrita

Sulfato deCalcio

Yeso Natural

Escorias

Piedra Caliza

Poca Calcárea

3.2. COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND

Luego del proceso de formación del clinker y molienda final, se obtienen los siguientescompuestos establecidos por primera vez por Le Chatelier en 1852, y que son los que definenel comportamiento del cemento hidratado y que detallaremos con su fórmula química,abreviatura y nombre corriente (Ref. 3.4):

a) Silicato Tricalcico (3CaO.SiO2 -- C3S -- Alita).-

Define la resistencia inicial (en la primera semana) y tiene mucha importancia en el calor dehidratación.

b) Silicato Dicálcico (2CaO.SiO2 -- C2S -- Belita).-Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de hidratación.



154




c) Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3) -- C3A).-

Aisladamente no tiene trascendencia en la resistencia, pero con los silicatos condiciona elfraguado violento actuando como catalizador, por lo que es necesario añadir yeso en el proceso(3% - 6%) para controlarlo.

Es responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que al reaccionar con estosproduce Sulfoaluminatos con propiedades expansivas, por lo que hay que limitar su contenido.

d) Alumino – Ferrito Tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3 -- C4AF – Celita).-

Tiene trascendencia en la velocidad de hidratación y secundariamente en el calor dehidratación.

e) Oxido de Magnesio (MgO).-

Pese a ser un componente menor, tiene impotancia pues para contenidos mayores del 5% traeproblemas de expansión en la pasta hidratada y endurecida.

f) Óxidos de Potasio y Sodio (K2O2Na2O -- Álcalis).-

Tienen importancia para casos especiales de reacciones químicas con ciertos agregados, y lossolubles en agua contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcáreos.

g) Óxidos de Manganeso de Titanion(Mn2O3,TiO2).-

El primero no tiene significación especial en las propiedades del cemento, salvo en sucoloración, que tiende a ser marrón si se tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observadoque en casos donde los contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largoplazo (Ref. 3.2)

El segundo incluye en la resistencia, reduciéndola para contenidos superiores a 5%. Paracontenidos menores, no tiene mayor trascendencia.

De los compuestos mencionados, los silicatos y aluminatos constituyen los componentesmayores, pero no necesariamente los mas trascendentes, pues como veremos posteriormentealgunos de los componentes menores tienen mucha importancia para ciertas condiciones deuso de los cementos.

3.3. LAS FORMULAS DE BOGUE PARA EL CALCULO DE LA COMPOSICIÓN

POTENCIAL DE LOS CEMENTOS

En 1929 como consecuencia de una serie de investigaciones experimentales, el químico R. H.Bogue establece las fórmulas que permiten el cálculo de los componentes del cemento en basea conocer el porcentaje de óxidos que contiene, habiendo sido asumidas como corma por ASTM C – 150 (Ref. 35.5) permitiendo una aproximación práctica la comportamiento potencialde cualquier cemento Pórtland normal no mezclado.

A continuación estableceremos las fórmulas de Bogue debiendo tenerse claro que se basan enlas siguientes hipótesis:

Los compuestos tienen la composición exacta. (no es del todo cierto pues en la prácticatienen impurezas).

El equilibrio se obtiene a la temperatura de formación del clinker y se mantiene durante elenfriamiento. (en la práctica, las fórmulas sobrestiman el contenido de C3 A y C2S).

FORMULAS DE BOGUE (Composición Potencial)Si Al2O3/Fe2O3 0.64:

C3S = 4.071CaO – 7.6SiO2 – 6.718Al2O3 – 1.43Fe2O3 – 2.852SO3

C2S = 2.867SiO2 – 0.7544C3S

C3 A = 2.65Al2O3 – 1.692Fe2O3

C4 AF = 3.04Fe2O3

Si Al2O3/Fe2O3 0.64 se forma (C4 AF+C2 AF) y se calcula:

(C4 AF+C2 AF) = 2.1Al2O3 + 1.702Fe2O3

y en cuyo caso el Silicato Tricálcico se calcula como:

C3S = 4.071CaO – 7.6SiO2 – 4.479Al2O3 – 2.859Fe2O3 – 2.852SO3

En estos cementos no hay C3 A por lo que la resistencia a los sulfatos es alta el C2S se calculaigual).



155




Las variantes sen cuanto a las proporciones de estos compuestos son las que definen los tiposde cementos que veremos mas adelante, y la importancia práctica de las fórmulas de Bogue esque permiten evaluar cual será la composición potencial probable y compararla con los valoresestándar par cada tipo de cemento, pudiendo estimarse las tendencias de comportamiento encuanto a las características que nos interesan desde el punto de vista del concreto, como sondesarrollo de resistencia en el tiempo, calor de hidratación, resistencia a la agresividad química

etc.3.4. MECANISMO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO

Se denomina hidratación al conjunto de reacciones químicas entre el agua y los componentesdel cemento, que llevan consigo el cambio del estado plástico al endurecido, con laspropiedades inherentes a los nuevos productos formados, los componentes ya mencionadosanteriormente, al reaccionar con el agua forman hidróxidos e hidratos de Calcio complejos.

La velocidad con que se desarrolla la hidratación es directamente proporcional a la finura delcemento e inversamente proporcional al tiempo, por lo que inicialmente es muy rápida y vadisminuyendo paulatinamente con el transcurso de los días, aunque nunca se llega a detener.

Contrariamente a lo que se creía hace años, la reacción con el agua no une las partículas decemento sino que cada partícula se dispersa en millones de partículas de productos dehidratación desapareciendo los constituyentes iniciales. El proceso es exotérmico generando

un flujo de calor hacia el exterior denominado calor de hidratación.Dependiendo de la temperatura, el tiempo, y la relación entre la cantidad de agua y cementoque reaccionan, se pueden definir los siguientes estados que se han establecido de maneraarbitraria para distinguir las etapas del proceso de hidratación:

a) Plástico. Unión del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuanto menores la relación Agua/Cemento, mayor es la concentración de partículas de cemento en la pastacompactada y por ende la estructura de los productos de hidratación es mucho mas resistente.

El primer elemento en reaccionar es el C3 A, y posteriormente los silicatos y el C4 AF,caracterizándose el proceso pro la dispersión de cada grano de cemento en millones departículas. La acción del yeso contrarresta la velocidad de las reacciones y en este estado seproduce lo que se denomina el periodo latente o de reposo en que las reacciones se atenúan, ydura entre 40 y 120 minutos dependiendo de la temperatura ambiente y el cemento en

partícula. En este estado se forma hidróxido de calcio que contribuye a incrementarnotablemente la alcalinidad de la pasta que alcanza un Ph del orden de13.

b) Fraguado inicial. Condición de la pasta de cemento en que se aceleran las reaccionesquímicas, empieza el endurecimiento y la pérdida de la plasticidad, midiéndose en términos dela resistencia a deformarse. Es la etapa en que se evidencia el proceso exotérmico donde segenera el ya mencionado calor de hidratación, que es consecuencia de las reacciones químicasdescritas.

Se forma una estructura poros llamada gel de Hidratos de Silicatos de Calcio (CHS oTorbemorita), con consistencia coloidal intermedia entre sólido y líquido que va rigidizándosecada vez mas en la medida que se siguen hidratando los silicatos.

Este periodo dura alrededor de tres horas y se producen una serie de reacciones químicas quevan haciendo al gel CHS mas estable con el tiempo. En esta etapa la pasta puede remezclarse

sin producirse deformaciones permanentes ni alteraciones en la estructura que aún está enformación.

c) Fraguado final. Se obtiene al término de la etapa de fraguado inicial, caracterizándose porendurecimiento significativo y deformaciones permanentes. La estructura del gel estáconstituida por el ensamble definitivo de sus partículas endurecidas.

d) Endurecimiento. Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen eincrementan con el tiempo las características resistentes. La reacción predominante es lahidratación permanente de los silicatos de calcio, y en teoría continúa de manera indefinida.

Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente las influencias de la composicióndel cemento. Los sólidos de hidratación manifiestan su muy baja solubilidad por lo que elendurecimiento es factible aún bajo agua. Hay dos fenómenos de fraguado, que son diferentesa los descritos; el primero corresponde al llamado “Fraguado Falso” que se produce en algunos

cementos debido al calentamiento durante la molienda del clinker con el yeso, produciéndosede deshidratación parcial del producto resultante, por lo que al mezclarse el cemento con elagua, ocurre una cristalización y endurecimiento aparente durante los 2 primeros minutos de



156




mezclado, pero remezclando el material, se recobra la plasticidad, no generándose calor dehidratación ni ocasionando consecuencias negativas. El segundo fenómeno es el del “fraguadoviolento” que ocurre cuando durante la fabricación no se ha añadido la suficiente cantidad deyeso, lo que produce un endurecimiento inmediato, desarrollo violento del calor de hidratación ypérdida permanente de la plasticidad, sin embargo es muy improbable en la actualidad que seproduzca este fenómeno, ya que con la tecnología moderna el yeso adicionado se controla con

mucha precisión.3.5. ESTRUCTURA DEL CEMENTO HIDRATADO

Durante el proceso de hidratación, el volumen externo de la pasta se mantiene relativamenteconstante, sin embargo, internamente el volumen de sólidos se incrementa constantemente conel tiempo, causando la reducción permanente de la porosidad, que está relacionada de manerainversa con la resistencia de la pasta endurecida y en forma directa con la permeabilidad.

Para que se prodúzcala hidratación competa se necesita la suficiente cantidad de agua para lareacción química y proveer la estructura de vacíos o espacio para los productos de hidratación,la temperatura adecuada y tiempo, desprendiéndose de aquí el concepto fundamental delcurado, que consiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso secomplete.

Un concepto básico que nos permitirá entender el comportamiento del concreto, reside en que

el volumen de los productos de hidratación siempre es menor que la suma de los volúmenes deagua y cemento que los originan debido a que por combinación química el volumen de aguadisminuye en alrededor de un25%, lo que trae comoconsecuencia la contracciónde la pasta endurecida. Losproductos de hidrataciónnecesitan un espacio delorden del doble del volumende sólidos de cemento paraque se produzca lahidratación completa.

Otro concepto importante quehay que tomar en cuenta esque está demostrado que elmenor valor de la relación Agua/Cemento para que seproduzca la hidratacióncompleta del cemento es del orden de 0.35 a 0.40 en peso para condiciones normales demezclado y sin aditivos, dependiendo la relación precisa de cada caso particular.

En la Fig. 3.2, se puede apreciar como ilustración un esquema típico de la estructura de lapasta de cemento y de la distribución del agua, distinguiéndose las siguientes partes:

a) Gel de Cemento. Constituido por los sólidos de hidratación (Hidratos de Silicatos de Calcio);el agua contenida en el gel, es la denominada agua de combinación, que no es evaporable porser intrínseca de la reacción química.

b) Poros de Gel. Espacios tan pequeños entre los sólidos de hidratación que no permiten laformación en su interior de nuevos sólidos de hidratación. El agua contenida dentro de estosporos se llama el agua de gel, que puede evaporarse bajo condiciones especiales deexposición.

c) Poros Capilares. Conformados por los espacios entre grupos de sólidos de hidratación dedimensiones que ofrecen espacio para la formación de nuevos productos de hidratación,denominándose agua capilar a la contenida en ellos.

Para comprender mejor la manera cono se distribuyen los diferentes componentes de laestructura de la pasta de cemento hidratado, estableceremos algunas relaciones que nospermitirán calcularlos en un caso particular, para lo cual vamos a considerar inicialmente unsistema en el que no hay pérdida de agua por evaporación ni ingresa agua adicional porcurado:

Sea:Pac = Peso del agua de combinación



157




Pch = Peso del cemento a hidratarse

Vac = Volumen del agua de combinación = Pac/Pch

Se tiene que:

Pac = 0.23 Pch ................. (1)

(Relación promedio determinada experimentalmente)

Sea:Cv = Contracción en volumen debida a la hidratación

Ga = Gravedad específica del agua

Hemos mencionado que el agua de combinación se contrae 25% luego:

Cv = 0.25 x Pac/Ga = 0.25 x 0.23 Pch/Ga

Cv = 0.0575 Pch/Ga................. (2)

Sea:

Vsh = Volumen de los sólidos de hidratación = Pch/Gc

Gc = Gravedad específica del cemento

Se tiene que:

Vsh = Pch/Gc+Vac-Cv ........... (3)Reemplazando (1) y (2) en (3) se obtiene:

Vsh = (1/Gc+0.1725/Ga) Pch ............(4)

Por otro lado:

Po = Porosidad de la pasta hidratada

Vag = Volumen del agua de gel

Se define:

Po = Vag/(Vsh + Vag) (5)

Reemplazando (4) en (5) y despejando obtenemos:

Vag = 1 (Po/(1-Po))x(1/Gc + 0.1725/Ga) 1 Pch (6)

Sea:

Vad = Volumen de agua disponible para hidratación

Tenemos que:

Vad = Vac + Vag ..................(7)

Reemplazando (1) y (6) en (7) y despejando se deduce:

Pch = Vad x 1/[(0.23/Ga + (Po(1-Po)) x (1/Gc + 0.1725/Ga)].(8)

Finalmente, se define:

Vcsh = Volumen de cemento sin hidratar

Pcd = Peso de cemento disponible

Vcv = Volumen de capilares vacíos

Yse tiene que:

Vcsh = Pcd/Gc – Pch/Gc .................................(9)Vcv = Pcd + Vad – Vsh – Vag – Vcsh..........(10)

Con estas relaciones hemos elaborado la Tabla 3.2 que muestra las variaciones en loscomponentes de la estructura de la pasta de 100 gr. de cemento con diversas cantidades deagua disponible para hidratación habiéndose asumido los siguientes parámetros típicos:

Gc = Gravedad específica del cemento = 3.15

Ga = Gravedad específica del agua = 1.00

Po = Porosidad de la pasta hidratada = 0.28

Se puede apreciar que para valores muy bajos de la relación Agua/cemento la hidratación sedetiene por falta de agua para hidratar totalmente la cantidad de cemento disponible, quedandocemento sin hidratar totalmente la cantidad de cemento disponible, quedando cemento sin

hidratar y vacíos capilares que tienen capacidad de permitir ingreso de agua adicional y espaciopara que se desarrollen mas sólidos de hidratación.



158




Sin embargo, si proveemos agua extra (por ejemplo con curado) sólo se hidratará la cantidadde cemento que disponga de espacio para desarrollar sus productos de hidratación, luego,existen relaciones Agua/cemento para las cuales por mas agua extra que proveamos, no seproducirá la hidratación total del cemento.

Vemos también que para condiciones normales cono las asumidas, en que la pasta dispone

únicamente del agua de mezcla inicial, se necesita una relación Agua/cemento mínima delorden de 0.42, y si se provee agua de hidratación extra, la relación mínima es del orden de0.38.

Con los valores de Tabla 3.2 se han elaborado las Fig. 3.3, 3.4 y 3.5 donde se gráfica a títuloexplicativo el % de hidratación y el % de cemento no hidratado en función de la relación Agua/cemento, así como los vacíos capilares obtenidos.

TABLA 3.2 VARIACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA ESTRUCTURA DE LA PASTA DECEMENTO EN FUNCIÓN DEL AGUA DISPONIBLE PARA LA HIDRATACIÓN

CEMENTO

DISPONIBLE

AGUA

DIS

PO

NI

BLE

RELA

CIÓN

A/C

EN

PESO

CEMENTO A

HIDRATARSE

%

DE

HI

DRA

TACION

AGUA

DEGEL

CEMENTO

SIN

HIDRATARSE

CAPI

LAR

VACIOS

CEMENTO

EXTRA POSIBLE DE

HIDRATARSE

CEMENTO

QUE NOPODRAHIDRAT

%

MAX

DE

HI

DRATA

CIÓNPESO

(Gr)

VOL

(Cm3)

VOL

(Cm3)

PESO

(Gr)

VOL

(Cm3)

VOL

HIDR AT

(Cm3)

VOL

(Cm3)

PESO

(Gr)

VOL

(Cm3)

VOL

(Cm3)

PESO

(Gr)

VOL

(Cm3)

VOL

HIDR AT

(Cm3)

PESO

(Gr)

VOL

(Cm3)

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

100.0100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

31.7

31.7

31.7

31.7

31.7

31.7

31.7

31.7

31.7

31.7

31.731.7

31.7

31.7

31.7

31.7

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

30.0

32.0

34.0

36.0

38.0

40.042.0

44.0

46.0

48.0

50.0

0.20

0.22

0.24

0.28

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

0.400.42

0.44

0.46

0.48

0.50

47.6

52.3

57.1

61.8

66.6

71.3

76.1

80.9

85.6

90.4

95.199.9

100.0

100.0

100.0

100.0

15.1

16.6

18.1

19.6

21.1

22.6

24.2

25.7

27.2

28.7

30.231.7

33.2

34.7

36.2

37.7

23.3

25.6

28.0

30.3

32.6

35.0

37.3

39.6

41.9

44.3

46.648.9

49.0

48.0

49.0

49.0

47.6

52.3

57.1

61.8

66.6

71.3

76.1

80.8

85.6

90.4

95.199.9

100.0

100.0

100.0

100.0

9.1

10.0

10.9

11.8

12.7

13.8

14.5

15.4

16.3

17.2

18.119.0

19.9

20.8

21.7

22.7

52.4

47.7

42.9

38.2

33.4

28.7

23.9

19.2

14.4

9.6

4.60.1

0.0

0.0

0.0

0.0

16.6

15.1

13.6

12.1

10.6

9.1

7.6

6.1.

4.6

3.1

1.50.0

0.0

0.0

0.0

0.0

2.7

3.0

3.3

3.6

3.8

4.1

4.4

4.6

4.9

5.2

5.55.7

6.8

7.9

9.0

10.1

5.6

6.1

6.7

7.3

7.8

8.4

8.9

9.5

10.0

9.6

4.90.1

0.0

0.0

0.0

0.0

1.8

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

2.8

3.0

3.2

3.1

1.50.0

0.0

0.0

0.0

0.0

2.7

3.0

3.3

3.6

3.8

4.1

4.4

4.6

4.9

4.7

2.40.1

0.0

0.0

0.0

0.0

46.9

41.5

36.2

30.9

25.6

20.3

15.0

9.7

4.3

0.0

0.00.0

0.0

0.0

0.0

0.0

14.9

13.2

11.5

9.8

8.1

6.4

4.8

3.1

1.4

0.0

0.00.0

0.0

0.0

0.0

0.0

53.1

58.5

63.8

69.1

74.4

79.7

85.0

90.3

95.7

100.0

100.0100.0

100.0

100.0

100.0

100.0

Hay que tener presente, que pese a que para relaciones Agua/Cemento inferiores a las queproducen el 100% de hidratación, aún queda cemento sin hidratar, la estructura es mascompacta con menor cantidad de vacíos, por lo que se obtienen en la práctica característicasresistentes mas altas pese a no contarse con toda la pasta hidratada; sin embargo para lograrla hidratación máxima que es posible alcanzar con elaciones Agua/Cemento muy bajas, se

necesitan condiciones de mezclado especiales que ameritan incremento de presión y energíaen la compactación ya que de otro modo no se logra hidratar lo previsto. En la práctica, con lascondiciones de mezclado normales se consigue llegar a relaciones Agua/Cemento mínimas enla pasta del orden de 0.25 a 0.30 dependiendo del tipo de cemento y las condiciones detemperatura, humedad, presión y técnica de mezclado. Bajo condiciones especiales, se hanllegado a obtener pastas en laboratorio con relaciones Agua/cemento tan bajas como 0.08 (Ref.3.6).

3.6. TIPOS DE CEMENTO Y SUS APLICACIONES PRINCIPALES

Los Tipos de cemento Pórtland que podemos calificar de standard, ya que su fabricación estánormada por requisitos específicos son (Ref. 3.5):



159






160




Tipo I. De uso general, donde no se requieren propiedades especiales.

Tipo II. De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de hidratación. Paraemplearse en estructuras con ambientes agresivos y/o en vaciados masivos

Tipo III. Desarrollo rápido de resistencia con elevado calor de hidratación. Para uso en climafrío o en los casos en que se necesita adelantar la puesta en servicio de las estructuras.

Tipo IV. De bajo calor de hidratación. Para concreto masivo.

Topo V. Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes muy agresivos.

Cuando a los tres primeros tipos de cemento se les adiciona el sufijo A (pe Tipo IA) significaque son cementos a los que se les ha añadido incorporadores de aire en su composición,manteniendo las propiedades originales.

Es interesante destacar los cementos denominados “mezclados ó adicionados” (Ref. 3.7) de

dado que algunos de ellos se usan en nuestro medio:

Tipo IS. Cemento al que se ha añadido entre un 25% a 70% de escoria de altos hornosreferido al peso total.

Tipo ISM. Cemento al que se ha añadido menos de 25% de escoria de altos hornos referido alpeso total.

Tipo IP. Cemento al que se le ha añadido menos de 25% de escoria de altos hornos referido alpeso total.

Tipo IPM. Cemento al que se le ha añadido puzolana en un porcentaje hasta del 15% del pesototal.



161




Todos estos cementos tienen variantes en que se les añade aire incorporado (sufijo A), seinduce resistencia moderada a los sulfatos (sufijo M), ó se modera el calor de hidratación (sufijoH).

Las puzolanas son materiales inertes silíceos y/o aluminosos, que individualmente tienenpropiedades aglomerantes casi nulas, pero que finamente molidas y al reaccionar

químicamente con hidróxidos de Calcio y agua adquieren propiedades aglomerantes. Laspuzolanas se obtienen por lo general de arcillas calcinas, tierras diatomáceas, tufos y cenizasvolcánicas, y de residuos industriales como cenizas volátiles, ladrillo pulverizado, etc.

La particularidad del reemplazar parte del cemento por estos materiales, estriba en cambiaralgunas de sus propiedades, como son el aumentar los tiempos de duración de los estadosmencionados anteriormente, retrasar y/o disminuir el desarrollo de resistencia en el tiempo,incrementar la permeabilidad, mayor capacidad para retener agua, mayor cohesividad,incremento de los requerimientos de agua para formar la pasta, menor calor de hidratación ymejor comportamiento frente a la agresividad química.

Hay que tener muy presente que la variación de estas propiedades no siempre seráconveniente dependiendo del caso particular, por lo que no se puede tomar a los cementos

puzolánicos o la inclusión de puzolana como una panacea, ya que son muy sensibles a lasvariaciones de temperatura los procesos constructivos y las condiciones de curado.

Para fines de diseño de mezclas hay que tener en cuenta que los cementos estándar tienen unpeso específico del orden de 3,150 kg/m3 y los cementos puzolánicos son mas livianos conpeso específicos entre 2,850 y 3,000 kg/m3.

En las Fig. 3.6. y 3.7 se pueden apreciar comportamiento típicos de los cementos básicos,relativos al desarrollo de resistencia en el tiempo y calor de hidratación (Ref. 3.8).



162




En la Tabla 3.3 y 3.4 (Ref. 3.5) se pueden apreciar los requisitos físicos y químicos defabricación establecidos por las normas ASTM C – 150 para los cementos standard nombrados,y en las Tablas 3.5 y 3.6 se consignan estadísticas de variación de los componentes de lasdiversos tipos de cemento normales en U.S.A. e Inglaterra, donde se concluye pues en que laelasticidad en las normas de fabricación admite variaciones que si bien no deben influir en las

resistencia finales exigidas, si pueden ocasionar comportamientos variables en el tiempo.

TABLA 3.3

REQUISITOS FISICOS ESTÁNDAR ASTM C – 150 PARA CEMENTOS

DESCRIPCI N TIPO I TIPOIA

TIPO II TIPO IIA TIPO III TIPO IIIA TIPOIV

TIPO V

Contenido de aire en % (max. Min)(12 N/A) (22,16)

(12,N/A)

(22,16) (12 N/A) (22,16)(12,N/A)

(12,N/A)

Fineza con turbiámetro en m2/kg min. 180 180 180 180 180 180Fineza por permeabilidad de aire enm2/kg min. 280 280 280 280 280 280

Expansión en autociave 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 1.80Resistencia en compresión en Mpa

A1 día

A3 días A7 días A28 días

12.4019.30

10.0015.50

10.3017.20

8.3013.80

12.4024.10

10.0018.30

8.80

6.3015.2020.70

Fraguado inicial (Gillmore) mínimo enmin. 80 80 80 80 80 80 80 80

Fraguado final (Gillmore) máximo en min. 800 800 800 800 800 800 800 800Fraguado inicial (Vicat) mínimo enminutos 45 45 45 45 45 45 45 45

Fraguado final (Vicat) máximo en minutos 375 375 375 375 375 375 375 375REQUISITOS FISICOS OPCIONALES

Fraguado falso (penetración final) %mínimo 50 50 50 50 50 50 50 50

Calor de hidratación máx. a 7 días encal/g 70 70 80

Calor de hidratación máx. a 28 días encal/g 58 58 70

Resistente en compresión min. A 28 díasen Mpa 27.80 22.10 27.80 22.10Expansión con sulfatos a 14 días %máximo

0.04



163




TABLA 3.4REQUISITOS QU MICOS STANDARS DE ASTM C – 150 PARA CEMENTOS

DESCRIPCI N TIPO I TIPOIA

TIPO II TIPO IIA TIPO III TIPO IIIA TIPOIV

TIPO V

SIO2, % mínimo - - 20.00 20.00 - - - - AL2O3, % máximo - - 6.00 6.00 - - - -

Fe2O3, % máximo - - 6.00 6.00 - - 6.50 -MgO, % máximo 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00SO3, % máximoCuando C3A es 0 = 3%Cuando C3A es 8%

3.003.50

3.003.50

3.00N/A

3.00N/A

3.504.50

3.504.50

2.30N/A

2.30N/A

Perd. Por Ignición, % máximo 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 2.50 3.00R insoluble, % máximo 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75C3S, % máximo - - - - - - 35.00 -C2S, % máximo - - - - - - 40.00 -C3A, % máximo - - 8.00 8.00 15.00 15.00 7.00 5.00[C4AF + 2(C3A)] ¿ [C4AF + C2F] - - - - - - - 25.00

REQUISITOS QU MICOS OPCIONALESC3A, % máximo, para medianaresistencia a sulfatos

- - - - 8.00 8.00 - -

C3A, % máximo, para altaresistencia a sulfatos

- - - - 5.00 8.00 - -

(C3S + C3A), % máximo - - 58.00 58.00 - - - -lcalis, (Na2O + 0.658K2O),% max. 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

TABLA 3.5VARIACIÓN EN COMPOSICIÓN DE ALGUNOS CEMENTOS PÓRTLAND NORTEAMERICANOS

ASTMTipo

CaO MgO Al2O

Fa2 SIO2 TIO2 Na2 K2O SO3 CaOLibre

C4 AF

C3 A C3 S C2 S

I 63.8 3.7 5.6 2.4 20.7 0.23 0.21 0.51 1.6 0.4 7 11 55 1863.1 2.5 4.7 3.0 22.1 0.21 0.06 1.30 1.7 0.2 9 7 47 2865.8 1.1 4.7 2.1 22.2 0.30 0.04 0.19 1.6 1.6 8 9 54 2362.8 1.7 8.7 2.5 21.1 0.39 0.95 0.51 1.8 2.0 8 14 33 35

II 61.4 3.1 4.8 4.8 20.8 0.21 0.08 1.30 1.8 0.8 15 5 44 2664.9 1.9 4.0 2.1 24.0 0.23 0.23 0.55 1.7 1.5 6 7 41 38

III 85.8 1.4 5.2 2.5 20.0 0.27 0.21 0.44 2.3 1.8 8 10 63 1063.3 4.3 5.1 2.0 20.3 0.21 0.19 0.28 2.5 1.9 8 10 51 19IV 59.8 3.0 4.8 5.0 22.9 0.23 0.08 1.19 1.3 0.4 15 4 25 47

83.8 1.1 3.7 3.1 25.2 0.19 0.33 0.01 1.9 0.4 9 5 31 49V 84.3 1.7 3.1 3.3 24.4 0.19 0.08 0.22 1.4 0.5 10 3 45 38

84.2 2.5 1.9 1.3 26.1 0.12 0.10 0.15 2.0 1.8 4 3 35 4883.3 1.2 3.3 4.7 23.1 - 0.08 0.37 1.7 - 14 1 49 30

TABLA 3.6VARIACI N EN COMPOSICI N DE ALGUNOS CEMENTOS P RTLAND BRITANICOS

CaO MgO

Al2 O3 Fe2 O SIO2 TI82 Na2 O K2 O SO3 CaOLibre

C4AF C3A C3S C2S

Ordinario 65.6 0.70 4.31 2.55 23.73 0.24 0.31 0.66 1.00 1.0 8 7 47 3265.5 1.23 5.90 1.59 22.76 0.33 0.43 0.50 1.60 1.4 5 13 41 34

64.4 0.89 5.36 3.27 21.19 0.34 0.36 0.58 2.53 1.9 10 9 45 2764.6 0.56 7.64 3.30 19.09 0.34 0.25 0.57 2.19 0.6 10 15 53 1554.5 0.97 6.85 2.30 20.54 0.35 0.16 0.76 1.54 2 7 14 48 2263.1 0.82 6.28 3.59 20.56 0.37 0.27 0.58 2.59 1.7 11 11 39 30

EndurecimientoRápido

64.5 1.28 5.19 2.91 20.66 0.30 0.08 0.70 2.66 2.0 9 9 50 2165.4 0.51 5.00 4.31 20.04 0.42 0.48 0.78 1.47 1.4 13 6 64 963.0 1.46 6.07 2.67 20.21 0.33 0.12 0.94 2.10 1.5 8 12 46 2364.3 1.27 4.74 2.15 22.37 0.36 0.18 0.53 1.82 2.3 7 9 42 32

Resistente a losSulfatos

63.8 0.92 4.07 4.65 21.09 0.28 0.13 0.67 2.56 2.9 14 3 58 1764.5 0.89 3.13 5.23 22.14 0.21 0.18 0.45 2.06 1.5 16 0 54 22

Bajo calor deHidratación

61.8 1.69 4.60 2.07 25.08 0.25 0.19 0.77 2.57 0.7 6 9 17 5962.0 1.59 4.54 2.06 25.80 0.23 0.20 0.65 1.87 0.9 6 9 15 63

3.7. LO61.8S CEMENTOS PERUANOS Y SUS CARACTERÍSTICASEn la actualidad se fabrican en el Perú los cementos Tipo I, Tipo II, Tipo V, Tipo IP y Tipo IPM.



164




En la tabla 3.7 se pueden observar las características físicas y químicas de los cementos defabricación nacional suministradas por los fabricantes, con excepción del Cemento Rumi, cuyoproductor no accedió a proporcionarlas, pese a nuestra insistencia, por lo que se consigna unanálisis efectuado a solicitud del autor en la Universidad Católica del Perú con ocasión delempleo de este material durante la construcción del Aeropuerto de Juliaca, en el cual se

obtienen resultados bastante irregulares para un Cemento Tipo I, que no obstante debentomarse con reserva pues sólo representa una muestra.

TABLA 3.7 aCARACTER STICAS QU MICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS

ELEMENTO

SOLTIPO I

(*)

ATLASTIPO I

(*)

ANDINOTIPO IP

(*)

ANDINOTIPO II

(*)

ANDINOTIPO V

(*)

YURATIPO I

(*)

YURATIPO

IP(*)

YURATIPOIPM(*)

PACAS-MAYOTIPO I

(*)

PACAS-MAYOTIPO V

(*)

RUMITIPO I

(**)

CaO 63.20 53.65 64.18 63.83 64.60 65.90 46.30 53.80 63.02 62.92 44.19SIO2 19.79 26.28 21.36 22.58 22.51 22.66 43.51 33.34 19.50 20.50 21.67 Al2O3 6.15 6.44 4.81 4.21 3.04 4.15 3.36 4.80 6.20 4.07 1.56Fe2O3 2.82 4.84 3.23 3.11 4.28 2.41 1.98 2.04 3.30 5.14 5.01K2O 0.96 1.07 0.65 0.54 0.56 0.70 0.68 0.72Na2O 0.28 0.37 0.15 0.12 0.13 0.26 0.22 1.69

SO3 2.58 2.84 2.41 2.38 2.36 1.66 1.42 2.04 2.50 1.83 1.09MgO 3.16 2.76 0.96 0.97 0.92 1.24 1.30 1.37 2.13 2.10 1.06Cal Libre 0.52 0.29 0.59 0.40 0.55 1.20 1.10P. Ignición 0.80 1.63 1.24 1.46 1.08 0.96 1.60 1.87 2.30 1.93 2.85R. Insoluble 0.62 10.21 0.42 0.59 0.57 0.48 26.70 15.69 0.50 0.68 2.99

C3S 54.18 51.33 48.73 58.64 60.00 54.85 60.44 (9.21)C2S 15.87 23.95 27.98 20.30 19.70 14.52 13.18 69.08C3A 11.53 7.28 5.89 0.81 6.92 10.85 2.09 (4.34)C4AF 8.57 9.82 9.45 13.01 7.33 10.03 15.63 15.25

(*) Información proporcionada por el Fabricante (**) Análisis particular

TABLA 3.7 bCARACTER STICAS QU MICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS

ELEMENTOSOL

TIPO I(*)

ATLASTIPO IP

(*)

ANDINOTIPO I

(*)

ANDINOTIPO II

(*)

ANDINOTIPO V

(*)

YURATIPO

I(*)

YURATIPO

IP(*)

YURATIPOIPM(*)

PACAS-MAYOTIPO I

(*)

PACAS-MAYOTIPO V

(*)

RUMITIPO I

(**)

P. Específico 3.11 3.03 3.11 3.11 3.18 3.11 2.86 2.95Fineza Malla 100 0.04 0.03 0.34 0.10 0.20Fineza Malla 200 4.14 0.38 5.66 4.71 2.58S. Especif. Blaine 3.477 4.472 3.300 3.400 3.400 3.59

74.08

63848 3.400 3.300

Contenido Aire 9.99 9.82 6.50 5.35 5.22 10.50 10.10Exp. Autociave 0.18 0.15 0.02 0.01 (0.01) 0.20 0.11 0.26 0.22 0.14Fraguado Inic. Vicat 1:49 1:59 2:50 3:15 2:15 2:00 2:00 2:10 2:29 2:40Fraguado Fin. Vicat. 3:29 3:41 3:45 4:30 3:45 4:00 4:10 4:10 5:10 5:20Fć a 3 días 254 235 204 160 184 242 140 240 168 154Fć a 7 días 301 289 289 205 243 335 222 299 210 196Fć a 28 días 357 349 392 320 362 388 316 367 273 258

Calor Hidrat. 7 días 70.60 60.50 64.93 63:89 59.02Calor Hidrat 28 días 84.30 78.40

(*) Información proporcionada por el Fabricante (**) Análisis particular

En las Fig. 3.8 a 3.13, se han graficado las Resistencias vs Tiempo para los diferentes cementoperuanos en base a la información suministrada entre Enero y Abril de 1,993.



165






166






167




Es interesante anotar que en general los cementos nacionales siguen los comportamientostípicos a largo plazo que es factible esperar de cementos similares fabricados en el extranjero,sin embargo la experiencia en el uso de ellos y la variabilidad que se puede apreciar en losanálisis y gráficos mostrados nos permite afirmar que las propiedades a corto plazo no siempremantienen parámetros constantes, por lo que nunca debe confiarse a priori en ellas sin efectuarpruebas de control para el caso de obras de cierta importancia.



168

TEMA: CONCRETOREFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO E PASQUEL C



Por otro lado, los fabricantes locales tienen mucha experiencia en la elaboración de cemento,pero ninguno la tiene en la aplicación práctica de este material en la producción de concretodado que muy rara vez recopilan estos datos, o hacen investigación en concreto, por lo que esmuy poca la información que pueden aportar en ese sentido y además, hay usualmentereticencia para suministrar resultados de sus controles de calidad en forma rutinaria. Sin

embargo debemos agradecer la colaboración prestada por los productores que accedieron asuministrar e incluir en el presente libro los datos proporcionados.

No existe información periódica publicada por los fabricantes sobre aspectos básicos como lavariación del desarrollo de la resistencia en el tiempo, variación de la hidratación en función delas condiciones ambientales, características de las puzolanas que emplean en los cementosmezclados estadísticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc., información quesería sumamente útil para los usuarios é investigadores, evitando muchas situaciones en quese espera un comportamiento por extrapolación con información foránea o local incompleta y seobtiene otro por falta de datos confiables.

Como comentario adicional habría que decir que la introducción de los cementos Puzolánicos yPuzolánicos modificados en nuestro medio ha traído beneficios desde el punto de vista que

tienen ventajas referidas a durabilidad, además de ser ventajosos para el fabricante pues alreemplazar cemento por puzolana abarata sus costos y los precios de venta experimentanalguna reducción, pero estas ventajas no son del todo aprovechadas por cuanto no ha habidosuficiente investigación, difusión y labor didáctica en cuanto a las consideraciones para sudosificación, lo que trae como consecuencia deficiencias en su utilización por parte del usuario.

Normalmente se supone que los diseños con estos cementos requieren igual cantidad de aguaque los normales, lo cual en la práctica no es cierto, pues alguno de ellos necesitan hasta 10%mas de agua y tienen consistencia cohesiva que amerita mayor energía en la compactación conlo que a la larga la supuesta economía no es tanta.

En l Apéndice, se incluyen copias de los datos originales suministrados por los fabricantes en1,993 y 1996, que incluyen información adicional a la consignada en las tablas y que pueden

ser de utilidad para quien esté interesado en profundizar sobre estos aspectos.

3.8. CONDICIONES DE CONTROL Y ALMACENAJE EN OBRA Y SUS

CONSECUENCIAS.Lo ya mencionado en relación a los cementos nacionales nos hace reflexionar en la necesidadde tratar en lo posible de hacer en obra un seguimiento estadístico del tiempo y condiciones dealmacenaje, así como de la calidad del cemento que se emplea.

Una buena práctica la constituye el ejecutar análisis químicos en un laboratorio confiable cada500 toneladas de cemento para el caso de obras grandes, y solicitar regularmente a losfabricantes certificados con resultados de su control de calidad. En ningún caso de muestraque se obtenga debe ser menor de 5 kg.

En cuanto a las condiciones de almacenaje, es recomendable limpiar con frecuencia los silosmetálicos de depósito sobre todo en climas de humedad relativa alta, pues se producehidratación parcial del cemento adherido a las paredes, y que con el uso del silo ocasiona quese desprendan trozos endurecidos y se mezclen con el cemento fresco causado problemas enla uniformidad de la producción del concreto.

En el caso de cemento en bolsas el concepto es similar en cuanto a protegerlas de la humedad,bien sea aislándolas del suelo o protegiéndolas en ambientes cerrados.Una manera práctica de evaluar si ha habido hidratación parcial del cemento almacenado,consiste en tamizar una muestra de malla N° 100, según la Norma ASTM C-184, pesando elretenido, el cual referido al peso total, nos da un orden de magnitud de la porción hidratada. Elporcentaje retenido sin haber hidratación oscila usualmente entre 0 y 0.5%.

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BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA - TOMO II