BANCO-TEMATICO-DE-ENCOFRADOS-FIERRERIA-TOMO-II.pdf

SERVICIO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN, NORMALIZACIÓN Y CAPACITACIÓN PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL PROYECTO D 36 – 2,001

BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA

TOMO II LIMA, SEPTIEMBRE DEL 2,002

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA

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 CAYO Representante de las Empresas Aportantes; designado por CAPECO



INGº JUAN SARMIENTO SOTO Representante de las Empresas Aportantes; designado por CAPECO

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

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


GERENTE DE FORMACIÓN PROFESIONAL 

INGº NICOLÁS VILLASECA CARRASCO

EQUIPO DE TRABAJO

  

COORDINACIÓN PROYECTO

: Prof. JOSÉ ALBERTO MASÍAS CASTRO

COORDINACIÓN ELABORACIÓN

: Prof. JOSÉ ANTONIO BARRENACHEA SALINAS

ELABORACIÓN

: Ingº.

FERMÍN JIMÉNEZ MURILLO

Instr. GERMÁN ALBERTO PALOMINO GONZÁLES 

DIAGRAMACIÓN FINAL

: Prof. JOSÉ ANTONIO BARRENACHEA SALINAS

SAN BORJA, SEPTIEMBRE DEL 2,002


SENCICO NOVIEMBRE 2001

BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA

PRESENTACIÓN

El presente documento denominado “BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA”; contiene información bibliográfica adicional a las hojas de información tecnológica del curso modular de encofrados fierrería. El Banco Temático tiene como propósito la estandarización del aprendizaje de los alumnos del nivel operativo y del nivel técnico; así como de instructores y profesores, en el ámbito nacional y por ende el desempeño laboral de los educandos o del desempeño docente de los segundos. Permitirá que instructores, profesores y alumnos de los cursos de calificación ocupacional del nivel operativo y de los institutos de educación superior, tengan al alcance información escrita adicional de consulta, que les permita estar actualizados o preparados. A instructores y profesores a diseños de cursos de capacitación específica no previstos y a los alumnos a los retos de las nuevas tecnologías, la solución de problemas y el aprender a aprender. Las informaciones técnicas, que se presentan en siete (07) tomos, están organizadas en 14 temas relacionados a un aspecto significativo de encofrados fierrería, provienen de diversas fuentes, sean autores o instituciones, la misma que 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 de estudio o de consulta, por lo que está terminantemente prohibida su reproducción parcial o total por cualquier medio. Cabe señalar que el Banco Temático, como todo documento educativo, será motivo de reajustes permanentes, con la inclusión de temas complementarios a los existentes o de nuevos; por lo que para que cumpla su cometido, será permanentemente actualizado. En tal sentido los aportes y sugerencias de los usuarios serán recibidos con el reconocimiento de la Gerencia de Formación Profesional del SENCICO.

GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 52

C 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 111

D 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 Ingeniero Residente - 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


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 101

E 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 Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. El Cemento Pórtland - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C.

149 al 150 151 al 169

E 32

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 233

E 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 189

F 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 400

F 17

Encofrados Metálicos - Catálogo Uni Span - Uni Span

401 al 411


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 V H 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 y Constructores – 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


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001 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 Residente Obra 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 Obra Edificaciones - 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


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


CIMENTACIÓN Los cimentos son partes inferiores de una obra, destinadas a soportarla. Su misión estriba en transmitir al terreno todas las cargas que sobre ella gravitan (peso propio, carga, útil, cargas debidas a nieve o al viento). Condición indispensable para una cimentación bien hecha es el exacto conocimiento del terreno en que hay que construir. Antes de la elección definitiva del emplazamiento de la obra deben ponerse en claro las siguientes cuestiones: ¿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 del Suelo cometido de determinar los efectos recíprocos entre terreno y obra, con el fin de evitar daños provocados por asentamientos excesivos o irregulares y de conferir garantía a las hipótesis de estabilidad. Antiguamente se edificaba tan sólo a base de “experiencia”, sobre cimentaciones a veces subdimensionadas o incluso sobre dimensionadas, no obstante, hace muchos siglos e incluso milenios se conocían ya técnicas especiales para aumentar la resistencia del terreno, como son la consolidación de mismo y la cimentación sobre pilotes. Así lo prueban las fundaciones sobre pilotes de madera de los puentes romanos y de las catedrales de la Edad Media o, en China la consolidación de terrenos cohesivos mediante cal viva. Con el desarrollo de la Estática científica y la aparición de nuevos sistemas estáticos y de nuevos tipos de construcción, surgió la necesidad, si bien al propio tiempo también la posibilidad, de ejecutar la cimentación de las obras de una manera más 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 la obra, es decir, la consideración de los resultados de una minuciosa investigación del terreno o de la experiencia local adquirida y el cálculo de las cargas que la obra ejercerá sobre él, permite determinar de 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 la acción de los agentes atmosféricos. Hay que distinguir entre: Las materias terrestres que descansan todavía sobre las capas primitivas, es decir, sobre las rocas de que se proceden al descomponerse éstas por la acción de los agentes atmosféricos, que no presentan indico de desmezclado, y las materias térreas que descansan sobre capas secundarias y que llegaron allí sea por movimiento propio, por hallarse por ejemplo en pendientes y laderas, sea por haber sido depositadas y acumuladas en aquel sitio por las aguas, los vientos o el hielo. Cuando esos acarreos fueron hechos a poca distancia, el desmezclado sufrido es escaso, mientras que si las distancias son grandes se suele observar en la mayoría de los casos una fuerte separación de tamaños granulométricos.

Terr eno s coh esiv os

Terre nos sin cohe sión

Terreno de cimentación 2 Bueno 3-8Kg/cm Roca (hasta 30 Kg/cm2) grava y gravilla gravilla y arena arena gruesa arcilla seca barro seco marga seca

Terreno de cimentación 2 mediano de 1.5 a 3 Kg/cm

Terreno de cimentación malo 2 de 0 a 1.5 Kg/cm

arena fina arena mediana arcilla húmeda barro húmedo marga Martillo, limo, fango, marga con guijarros, turba, tierra pantanosa, tierras vertidas, arena muy fina.

TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

145



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 DIN 1054, cuando se trata de roca con pocas grietas, con estratificación favorable y sin haber sufrido 2 deterioros por la acción de los agentes atmosféricos, es de 15 a 30 Kg/cm . Si el agrietamiento es importante o la estratificación es desfavorable hay que reducir esos valores en la 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 la profundidad de congelación, porque las heladas no ofrecen el menor peligro. Los tipos de rocas permeables al agua y porosa, como la toba la piedra pómez y la arenisca granulosa, están, en cambio, expuestas por la congelación a una meteorización progresiva e interrumpida. En tales casos es 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 para soportar 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 cantos rodados, 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 su procedencia, las cualidades del material pétreo que la constituye y el espesor o grueso de la capa 2 que forman pueden recibir una carga de 3 a 8 Kg/cm . Grava o gravilla Está formada por fragmentos o trozos de piedra de 2 a 63 mm; la gravilla es la fracción comprendida entre 2 y 63 mm}; la grava mediana, la comprendida entre 6,3 y 20 mm; y la grava gruesa, la comprendida 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 de los glaciares suele presentar las más de las veces formas angulares. Con la grava y la gravilla puede 2 contarse aproximadamente con una aptitud portante de unos 4 kg/cm . Aumenta en capas más profundas porque allí, por efecto de la carga de las capas superiores y de la eventual acción de las aguas 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 en volumen 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 la gravilla, se encuentra principalmente en el cauce de los ríos o en las morrenas de los glaciares. 2 Admitiendo una presión sobre el suelo de 3 kg/cm 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 la arena mediana, con tamaños granulométricos de 0.06 a 0.6 mm, sólo puede admitir una presión de 2 2 kg/cm . lo mismo que sucede con la grava y la gravilla, la aptitud portante aumenta en las capas más profundas. La relación entre el volumen de la parte sólida y el volumen de los huecos se denomina “volumen de poros”. Se suele expresar por el tanto por ciento de huecos que contiene un material. En el caso de la arena de grano homogéneo, este tanto por ciento suele oscilar entre el 25%; en la arena y grava de grano desigual, varia del 15 al 30%.

TERRENOS COHESIVOS La arcilla, el barro y la marga son materias térreas coherentes. La cohesión es la tendencia a adherirse o pegarse unos granos con otros y aumenta al crecer el contenido de arcilla. La capilaridad puede producir una tendencia análoga a la aglomeración en los conjuntos granulares. Según las proporciones de fracciones granulométricas de tamaño pequeño y muy pequeño se producen poros finísimos que dan origen a efectos de capilaridad muy marcados. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

146



Debido a estos poros muy estrechos, los terrenos dotados de gran consistencia ofrecen mucha resistencia a la penetración del agua. Las tierras que contienen impurezas, como las que llevan arena mezclada, pueden presentar una permeabilidad mucho mayor. Los terrenos que sólo tienen arcilla o barro no dejan penetrar el agua más que muy lentamente, pero también son lentos para acomodarse a 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 soportar cargas disminuye notablemente. Para juzgar si un terreno debe ser clasificado como bueno, mediano o malo para cimentar en él, puede determinarse la contracción que experimenta al descarse. Según el procedimiento “Scheidig”, un cilindro del material térreo con su humedad natural es desecado y luego 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%.

Arcilla Existe en casi todas partes. Cuando está seca y se halla en capas de un grueso no inferior a 3 m, 2 constituye un buen terreno para cimentar que puede cargarse con 3 kg/cm . la arcilla debe protegerse contra 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 de calefacción y cocción. 2 La arcilla húmeda puede ser cargada con una presión de 0 a 1 kg/cm , según la proporción de agua que contiene. La arcilla debe contener de un 50% a un 80% de partículas de menos de 0,01 mm de diámetro. Si el contenido 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 ser notados. En el barro son ya algo mayores y se notan al taco.

Barro Es también una mezcla íntima de arcilla y arena. Cuando la proporción de arcilla que contiene es baja, se dice que es magro o áspero, y cuando es alta se denomina graso. Si está seco y la capa 2 tiene un buen espesor, el barro, lo mismo que la arcilla, puede soportar 3 kg/cm . Al aumentar la dosis de agua que contiene se reduce la presión que puede admitir como terreno.

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

TERRENOS DE NATURALEZA ORGÁNICA Los terrenos de naturaleza puramente orgánica están formados por restos de plantas más o menos descompuestas y restos de organismos animales. Según su grado de descomposición se distingue entre “turba no descompuesta y turba moderadamente descompuesta”, cuando todavía se advierte en ella 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 de tonalidad 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 se expresan mediante los adjetivos apropiados, como son por ejemplo: marjal arcilloso, marjal muy arenoso, turbo poco arenoso, etc. Por el contrario, si son los elementos orgánicos los que aparecen como adiciones o impurezas en el terreno, se aplican a éste el adjetivo “turboso” o “pantanoso”, y si el caso lo requiere también los adverbios “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 microorganismos vivientes, recibe el nombre de “tierra vegetal”. Sólo raras veces se compone la tierra vegetal de humus puro; normalmente es una mezcla de humus y tierras minerales. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

147



TIERRAS VERTICALES O AMONTONADAS 2

Solo alcanzan una aptitud portante de 2,5 kg/cm cuando contienen mezcladas con ellas arena o grava. 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 con asientos más o menos importantes.

ESTUDIO DEL TERRENO Es condición precia e indispensables, para determinar la clase y profundidad de una cimentación, el exacto conocimiento de la naturaleza del terreno en que hay que cimentar. A este fin, y desde el principio y antes del proyecto de la obra debería efectuarse un estudio del terreno, pues cuando las circunstancias son favorables para cimentar aumenta considerablemente el coste de la obra. Por el contrario, 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 el terreno, o bien si se trata de construcciones ligeras, puede prescindirse de un estudio completo del mismo. Para el estudio previo de un terreno de grandes dimensiones se recurre a sondeos de reconocimiento. Con este fin se practican ante todo una serie de perforaciones principales, dispuestas según un tablero de ajedrez y bastante distanciadas una capa resistente de suficiente espesor. Con objeto de interpretar con más exactitud los resultados obtenidos se ejecutan entonces perforaciones adicionales o sondeos intermedios. A este respecto se tendrá en cuenta:  Las relaciones entre las formaciones geológicas que afloran (mapas geológicas a escala 1 25000).  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.

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

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 partir del fondo de la cimentación- igual a tres veces el ancho de las bases, para cimentaciones en bloques aislados (y también para cimentaciones en fajas, cimentaciones bajo vías de grúa, muros de muelle estribos de puentes y análogas), e igual a vez media el ancho de la base, para cimentaciones en losas 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 más profundas, la profundidad de perforación-contada a partir del fondo de la cimentación-debe ser igual a tres veces el ancho del mayor de los bloques de cimentación o a vez y media el ancho de la obra; se elegirá el más desfavorable de ambos valores. Por otra parte. La profundidad de perforación debe llegar 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 la punta de los pilotes hincados, la profundidad de perforación definida en el apartado 3.22, puede rebajarse en un tercio aproximadamente.

EXTRACCIÓN DE MUESTRAS Según DIN 4021, deben extraerse muestras cada vez que cambia la naturaleza del terreno, pero como mínimo cada metro o metro y medio. Los resultados deben consignarse en dibujos estratigráficos según DIN 4022. en tanto que cuando se trata de construcciones pequeñas la capacidad de soportar cargas de las capas del terreno casi siempre puede ser determinada mediante los valores que la norma DIN 054 (véase página 7), en obras de mayores dimensiones e importancia y en terrenos inseguros es necesario extraer muestras inalteradas del terreno y determinar la aptitud portante 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 hacerse tales estudios.


148



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

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

SONDEOS El procedimiento más simple para realizar reconocimientos previos a pequeñas profundidades, por ejemplo sobre roca, es efectuar sondeos introduciendo sondas por percusión. Las sondas, que suelen ser barras de acero de 2 a 4 m de longitud con punta aguzada, se hincan en el terreno, fácil y rápidamente a golpes, pero sólo permiten extraer escasas cantidades de muestra de las capas de terreno 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 del hincado permite sacar conclusiones sobre la compacidad y resistencia del terreno sin necesidad de extraer muestras. De todos modos, para profundidades superiores a 8 m, el peso propio de la barra y el razonamiento lateral en la sonda y en la cabeza de hinca repercuten desfavorablemente sobre el efecto de percusión y, por tanto, sobre los resultados. También ofrecen dificultades las piedras de gran tamaño existentes en el fondo, las cuales inducen a suponer una falsa resistencia elevada. Los sondeos por hincados son especialmente aplicables en conexión con perforaciones, para lo cual antes de cada cables en conexión con perforaciones, para lo cual antes de cada nueva etapa de perforación se efectúa ensayos de resistencia con sondas especiales 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 sobre la 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 estratos inalterados en terrenos cohesivos.

PERFORACIONES Las perforaciones permiten un trabajo rápido, cuestan poco relativamente y pueden emplearse en todas partes. Permiten llegar a grandes profundidades y el agua que en el subsuelo pueda existir no estorba los trabajos. De todos modos, con este método no es posible determinar las circunstancias de las capas del terreno bastan exiguas profundidades de perforación, se recurre al empleo de aparatos de perforación manuales o de perforadoras rotativas ligeras, montadas sobre inalteradas (testigo de sondeo) es imprescindible ejecutar las perforaciones con máquinas. Es aparato de perforación consta de barrena, barras, tubos perforadores, caballete de perforación y aparato elevador. Según la naturaleza del terreno existente y la profundidad de la perforación, se emplean diferentes tipos de barrenas: TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

149





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, para suelos 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 4 personas por aparato) o mediante máquina, y se tira de ellas con auxilio del cabestrante para extraer la muestra. Las capas duras deben cabestrante para extraer la muestra. Las capas duras deben esponjarse previamente mediante un trépano de caída libre. Las barrenas, según la profundidad de la perforación, pueden ser alargadas con barras alargaderas para seguir penetrando en el terreno. Las alargaderas de barrena son casi siempre barras de acero de 5 m de longitud que se van empalmando entre si por medio de uniones de pestillos o de rosca. Para evitar que las paredes del orificio se desmoronen si el terreno es de mala calidad, se hace la “entubación” del mismo. El empalme de los tubos con que se hace esa entubación, que tienen de 1,5 m a 5m de longitud, se lleva a cabo mediante manguitos roscados que se atornillan valiéndose de unas brindas o mordazas especiales. Para que la entubación descienda a medida que profundiza la barrena, se carga progresivamente aquélla o se le dé un movimiento giratorio de vaivén utilizando un travesaño de madera que le sirvan de brazo de palanca. Una vez concluida la perforación y extraída ala muestra, se vuelve a sacar la entubación. Para perforaciones en capas de terreno muy blandas y acuífera es oportuno el empleo de una barrera de válvula (cápsula de barro) o perforadora de émbolo, que se deja caer varias veces hasta el fondo del agujero, con lo cual se llena la cápsula de tierra (perforaciones por caída libre). A tirar hacia arriba se cierra la válvula, y se retiene el émbolo la muestra o porción de tierra recogida. El tubo cilíndrico o cápsula 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 una cuerda o de un cable y que sirve de peso, y se levantan y dejan caer de pequeña altura (perforación TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

150



por caída libre). La extracción de la piedra triturada se efectúa luego mediante barrenas de válvula o de 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 la presión en el terreno muestra que las tensiones debidas a la carga de la obra disminuyen a medida que aumenta la profundidad y son máximas debajo de la parte central de las superficies de cimentación.

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


151



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

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

ASIENTOS Las causas de los asientos de las obras residen en primer término en la compresibilidad de las capas cargadas del terreno, que varía según su naturaleza y potencia o espesor. Los asientos fuertes y desiguales son peligrosos; los de carácter uniforme, en cambio, no lo son. La magnitud de los asientos, 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 la estructura 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 terrenos no consistentes, el proceso de los asientos suele casi siempre detenerse una vez acabada la obra y aplicada a ella la carga útil, en terrenos consistentes puede prolongarse más allá de a terminación de la obra, frecuentemente durante decenios, e incluso siglos si varían las condiciones de las aguas subterráneas. La causa y el grado de “consolidación” de un terreno cohesivo está en la fluctuación de un contenido variable de agua intersticial.

ASISENTOS UNIFORMES


152



En general los asientos uniformes de una obra son inofensivos. Suelen ser más o menos intensos según se cumplan peor o mejor las condiciones siguientes: Cimientos apoyados en terrenos no congelables. Terreno de cimentación firme, de capas uniformes de potencia o espesor suficiente. Que las presiones repartidas procedentes de cargas vencidas no se superpongan o solapen. Que todas las partes de la obra tengan cargas propias y cargas útiles equivalentes y de igual magnitud y estén cimentadas a igual profundidad. A igualdad de hipótesis de de cargas, iguales presiones sobre el terreno. El terreno no debe escurrirse lateralmente bajo el efecto de la presión. Si se producen modificaciones del terreno de cimentación por causa de acciones químicas, hundimientos, desecación, etc., es necesario que se repartan por igual en toda obra. Con una sola de esas condiciones de deje de cumplirse, ya bastara para que deban temerse asientos importantes y desiguales, que pueden ser muy peligrosos porque una pequeña diferencia que en ellos se produzca es suficiente para ocasionar la rotura de los cimientos y la formación de grieta. En tal caso, la reparación de esos daños es muy difícil y siempre ocasiona gastos considerables. Asientos desiguales Prescindiendo de asientos y formaciones de grietas debidos a unas disposiciones heterogéneas de los estratos del terreno, siempre que hay superposición debajo de dos edificaciones vecinas son de temer asientos desiguales, incluso si el terreno es uniforme. También pueden quedar afectadas por asientos desiguales edificaciones distanciadas, pero que discurren paralelas entre sí, porque en el terreno, a partir de un a profundidad aproximadamente Igual a la distancia que las separa, hay superposición de tensiones. Ambos edificios se inclinan unos hacia otro. De forma especial esto también ocurre cuando los edificios están directamente adosados entre sí. En tales casos, el comportamiento en cuanto a asientos depende sobre todo del tamaño de las edificaciones y de sus distintas épocas de construcción. Debajo de edificios antiguos el terreno se halla ya compactado. Si se levanta un nuevo edificio parcialmente sobre terreno ya compactado el lado del mismo que descansa sobre terreno no compactado se asentará más pronunciadamente. Sólo en caso de que la masa del nuevo edificio sea substancialmente mayor que la del antiguo, la influencia de este último sobre el asiento TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

153



dejará de ser apreciable. Entonces el edificio antiguo tenderá a inclinarse hacia el nuevo, con la consiguiente aparición de grietas. Los edificios de forma alargada se comportan como edificios individuales adosados directamente, es decir, a consecuencia de la superposición de presiones, las tensiones que aparecen debajo de la parte 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. A causa de la propagación de la presión, el terreno queda también comprimido lateralmente debajo del bloque de cimentación se forma una cuña de terreno.

Compactado, la cual desplaza lateralmente el resto del terreno, lo comprime e incluso puede llegar a alabear su superficie. La seguridad contra la rotura del terreno crece con el peso especifico y la resistencia a la cortadura del subsuelo, así como con el ancho de la cimentación y la profundidad de empotramiento de la misma, ya que cuando más ancha es una cimentación a mayor profundidad actúa, y la carga lateral debida a la presión del subsuelo en el terreno circundante, aumenta con la profundidad de empotramiento. La elevación del nivel freático y la excentricidad de la carga disminuyen la seguridad a la rotura. Si ésta se produce en una pendiente o en un desnivel brusco del terreno, puede originar un corrimiento o deslizamiento de tierra.

PRESION ADMISIBLE SOBRE EL TERRENO Cuando se ha puesto bien en claro la naturaleza del terreno, se procede a determinar las presiones admisibles en las capas del mismo, situadas debajo del nivel de la solera de cimentación. La presión admisible 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 se denomina resistencia del terreno, éste se rompe. Se produce un asiento brusco, el terreno se desplaza lateralmente y experimenta un empuje en torno de la obra. En la superficie de cimentación pequeñas el desplazamiento del suelo se hace más fácilmente en que las grandes. Las presiones admisibles dependen por lo tanto también de la profundidad de la cimentación y de su anchura. Por otra parte, a causa de la propagación de la presión la magnitud del asiento aumenta, a igualdad de presión sobre el terreno, con el ancho de la cimentación, ya que las tensiones actúan a mayores profundidades. Por lo tanto, las presiones admisibles sobre el terreno no dependen solamente de la naturaleza de éste, sino también de la sensibilidad a los asientos de la obra a edificar, así como del ancho 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.


154

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Se distingue entre “casos normales”, para los cuales son suficientes los valores tomados de las tablas, y casos en los que la presión admisible debe calcularse partiendo de un estudio previo del asiento 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 de estudiar 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 del terreno por compactación mecánica o por consolidación química. A continuación se producen, extractados las indicaciones que especifica la norma DIN 1054 para determinar las presiones.admisibles sobre el terreno. En caos de carga vertical, la larga admisible debida a cimentaciones someras queda limitada los asientos o las diferencias de asientos que la obra es capaz de soportar, y por la seguridad contra la rotura del terreno. Habida cuenta de la excentricidad e inclinación de la resultantes y de la velocidad de 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 preciso efectuar cálculo alguno relativo a la rotura del terreno. Sólo es necesario calcular el asiento cuando la influencia 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 el apartado 4.3. 4.2. Determinación de la presión admisible sobre el terreno, en casos normales con auxilio de valores tomados de tablas. Si las propiedades de terreno pueden se estimadas de forma segura mediante reconocimientos del subsuelo, las presiones admisibles que pueden ser determinadas según se expone en los apartados 4.2.1 y 4.2.2. siempre que: a) Las características del terreno sean aproximadamente uniformes por lo menos hasta una profundidad-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 la cimentación-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 obstante apartados 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 2 m, la presión admisible puede incrementar en la carga que representa el peso del terreno correspondiente 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 no cohesivos, 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 o bien comprobado si el valor de la compacidad.

d

n0  n n0  nd

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


155

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Por otra parte, los valores de las tablas 1 y2 sólo son validos para cimentación con solicitación vertical no obstante apartado 4.2.1. 4b). 4.2.1.1. Obras sensibles a los asientos (ver tabla 1) para obras cuyas cimentaciones no pueden asentarse independientemente unas de otras, sino que se incluyen recíprocamente en el proceso de asentamiento a causa de la estructura sustentada (edificaciones con apoyos estáticamente indeterminados, como por ejemplo casas de viviendas o establecimientos comerciales), o para aquellas en que unos asentamientos desiguales pueden repercutir perjudicialmente o perturbar sus funcione, deben tomarse – considerando cimentaciones en fajas-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 de empotramiento 4 m) 0.5 1 1.5 2 Para obras pequeñas véase apartado 4.1.1, inciso 1.

2

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones en fajas con anchos de 1m 1.5 m 2m 2.5m 3 3.3 2.8 2.5 3.7 3.6 3.1 2.7 4.4 3.9 3.4 2.9 5 4.2 3.6 3.1

0.5 m 2 2.7 3.4 4

3m 2.2 2.4 2.6 2.8

(con anchos a partir de 0.2 y profundidades de cimentación a 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 cimentaciones cuyo 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 asientos pueden aumentar. Para anchos de cimentación comprendidos entre 3 y 5 m. los valores de la última columna de la tabla deben 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 que proceder 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 la estructura de la obra pueden emplearse los valores de la tabla. TABLA 2. TERRENO NO COHESIVO Y OBRA NO SENSIBLE A LOS ASIENTOS Profundidad de empotramiento m 0.5 1 1.5 2 Para obras pequeñas apartado 4.1.1. inciso 1

0.5 m 2 2.7 3.4 4

Presión media admisible sobre el terreno 2 (kg/cm ) para cimentaciones en fajas con anchos de 1m 1.5 m 3 4 3.7 4.7 4.4 5.4 5 5

2m 5 5.7 6.4 7

(con anchos a partir de o.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 un ancho de cimentación de 2 m puede también aplicarse a anchuras mayores. las presiones especificadas pueden provocar asientos de hasta 2 cm. En caso de anchos de cimentación hasta 1.5 m, y asientos sensiblemente superiores en caso de mayores anchuras. En caso de notable influencia recíproca entre cimentaciones próximas, los valores de los asientos pueden experimentar un aumento. 4.2.2. Presión media admisible sobre terreno cohesivo


156



Los valores que figuran en las tablas 3 a 6 son validos para cimentaciones en las fajas sobre terrenos cohesivos cuyo estado rígido semiduro o duro, no debe quedar afectado por las medidas constructivas. A efectos del estado de consistencia véase en DIN 4022, hoja 1 edición 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, se escurre 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 arrollar con 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 barritas de 3 0mm de diámetro. Pero que todavía conserva suficiente humedad para volverlo a aglomerar en forma de bola. e) Es duro un terreno que esta muy desecado y presenta en general, una coloración clara. No se puede amasar su material, sino únicamente desmenuzarlo, y no es posible volver a aglomerar los terrones en una sola masa. En un terreno con estado de consistencia “rígido”, la aplicación de los valores de las tablas presupone que la carga de la cimentación aumenta sólo de forma gradual. Si la cimentación se carga completamente en el transcurso de un breve intervalo del tiempo o el estado de consistencia del terreno no llega a rígido, la presión admisible debe determinarse según se especifica en el apartado 4.3 y teniendo en cuenta sobre presión resultante del agua intersticial. Para terrenos cohesivos en estado 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 donde sea de temer un colapso súbito de la estructura granular como ocurre por ejemplo en sedimientos de limo arcilloso. Los terrenos pueden clasificarse –por ejemplo para evaluar su contenido de arena, limo y arcillamediante sencillo ensayos “ in situ”, siguiendo las instrucciones especificadas en DIN 4022, hoja 1 edición 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 las cimentaciones que según la clase de terreno y por orden creciente de magnitud son los siguientes (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 asientos pueden experimentar un aumento. Para anchos de cimentación comprendidos entre 2 y 5 m los valores de las tablas 3 a 6 deben reducirse en un 10% por metro de anchura adicional, siempre que tales cimentaciones se dimensionen aproximadamente con auxilio de valores tomados de las tablas 3 a 6. TABLA 3. LIMO PURO 2 Profundidad de Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para empotramiento cimentaciones en fajas con anchos de 0.5 a 2 m y consistencia rígida a semidura del terreno m 0.5 1 1.5 2

1.3 1.8 2.2 2.5


157

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


TABLA 4. SUELOS DE GRANULACIÓN MIXTA, CON TAMAÑOS DE GRANO A PARTIR DEL DE LA ARCILLA HASTA EL DE LA ARENA. GRAVA O PIEDRA (POR EJEMPLO, MARGA ARENOSA O DE CANTOS RODADOS, BARRO DE ARRASTRES GLACIARES). 2 Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones en Profundidad de fajas con anchos de 0.5 a 2 m y terreno de consistencia. empotramiento m rígida semidura dura 0.5 1.5 2.2 3.3 1 1.8 2.8 3.8 1.5 2.2 3.3 4.4 2 2.5 3.7 5 TABLA 5. LIMO ARCILLOSO 2 Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones en Profundidad de fajas con anchos de 0.5 a 2 m y terrenos de consistencia. empotramiento m rígida semidura dura 0.5 1.2 1.7 2.8 1 1.4 2.1 3.2 1.5 1.6 2.5 3.6 2 1.8 2.8 1 TABLA 6. ARCILLA Profundidad de empotramiento m 0.51 1 1.5 2

2

Presión media admisible sobre el terreno (kg/cm ) para cimentaciones en fajas con anchos de 0.5 a 2 m y terrenos de consistencia. rígida semidura dura 0.9 1.4 2 1.1 1.8 2.4 1.3 2.1 2.7 1.5 2.3 3

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) sobre cimentaciones en fajas con anchos b≧0.2 m y profundidades de empotramiento t≧0.5 m pueden 2 constarse con una presión media admisible sobre el terreno de 0.8 kg/cm . 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 presiones sobre él pueden alcanzar-en caso de cimentaciones someras-los valores específicos en la tabla 7; siempre y cuando TABLA 7. ROCA 2 Presiones admisibles sobre el terreno (kg/cm ) en caso de cimentaciones en fajas de superficie y para roca consistencia. Estructura de la roca No quebradiza, no erosionada Quebradiza, o con claras o sólo poco erosionada señales de erosión Roca de estructura compacta y homogénea

40

15

Roca en estratos alternados o con hendiduras

20

10

Dicha roca posea las propiedades detalladas en la tabla. Éste garantizada una buena transmisión de las cargas a las capas más profundas y quede excluido todo menoscabo de las propiedades de la roca 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 un Organismo competente en la materia cuando TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

158



a) b) c) d)

La clasificación del terreno como roca no está bien clara. Concurren circunstancias geológicamente complejas. La roca está sumamente alterada. 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 puede excluirse 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 la rotura Los valores admisibles que figuran en las tablas 1 a 6 pueden sobrepasarse cuando los asientos que es licito esperar de ellos no solo perjudiciales y la seguridad estática de la obra ha sido verificada con auxilio del cálculo. Idéntica verificación debe levarse a cabo cuando el terreno no cumple 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 corta duración, en caso de terrenos cohesivos basta tener en cuenta únicamente, al determinar las cargas, sobre cargas permanentes y las de probable larga duración . en calculo de los asientos hay que considerar además las tensiones en el terreno provocadas por eventuales cimentaciones, 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 comprobación de la seguridad contra la rotura en desniveles bruscos, véase DIN 4084, hoja 1. en caso de cimentaciones someras de gran profundidad de empotramiento (por ejemplo, cimentaciones en 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 del fondo de la cimentación, siempre que pueda excluirse todo corrimiento del terreno hacia el interior de lo mismo. 4.3.3. Pruebas de carga Pruebas de carga con el objeto de determinar el coeficiente de rigidez del terreno sólo deben efectuarse en conexión con el estudio del terreno especificado en el apartado 3; se tendrá en cuenta a tal efecto DIN 4020. es preciso tomar nota de la magnitud de los asientos y de su variación con el tiempo, tanto al cargar como al descargar el terreno. En todas las etapas de carga se espera a la completa extinción del asentamiento. El coeficiente de rigidez se calcula entonces en función de los asientos medidos. Puesto que las pruebas de carga a causa de su exiguo efecto de profundidad, sólo dan por regla general idea sobre el comportamiento de la capa superficial del terreno, resulta totalmente inadmisible establecer una relación directa entre los asientos medidos durante las pruebas y los que experimentará realmente la obra. Por el mismo motivo, sólo pueden utilizarse pruebas de carga para 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 la superficie. En caso de pequeñas superficies de carga debe prestarse atención a un cedimento lateral del terreno. 4.3.4 Observaciones de asentamientos Como resultado de las mediciones según DIN 4107 de los asientos producidos en edificaciones próximas ya concluidas, es posible sacar conclusiones- a igualdad de naturaleza del terreno-sobre el comportamiento del terreno respecto a asentamientos y sobre la magnitud aproximada 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 por perforaciones. Puede calcularse también el coeficiente medio de rigidez para las capas del TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

159



terreno-eventualmente de desigual constitución-sometidas a la carga adicional, para ello deben conocerse no obstante las cargas efectivas de la obra (es decir no solamente las introducidas en el cálculo estático) y en determinados casos la duración de su acción. Este coeficiente de rigidez puede utilizarse entonces para calcular el asiento previsible del edificio a levantar teniendo 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 estaciones del año. Las capas superiores del terreno, por el contrario, se hielan cuando la temperatura del aire exterior cae por debajo de 0º C; la helada penetra tanto más largo es el periodo durante el cual se mantiene y cuanto mayor es la conductibilidad térmica del suelo. El agua del subsuelo se hiela entonces también y 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 de terrenos 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 lentes y de cintas que ocasionan levantamientos corrimientos de las capas del terreno. En terrenos son cohesión, como son los de arena, gravilla y grava, los granos pétreos quedan individualmente en una cubierta o cáscara de hielo, con lo cual ni siquiera terrenos de esta clase emparados de agua sufren levantamientos; por esta razón, en los terrenos no cohesivos la profundidad de cimentación puede disminuirse un poco. La base del apoyo de los cimientos debe estar más abajo que el límite del terreno congelado. Este límite varía según las circunstancias del clima de la localidad, y en Alemania oscila entre 1.30m y 1.80 m. Las profundidades antes admisibles de 0.80 m y 1.20 m para dicho límite de congelación han resultado ser demasiado escasas, como han permitido comprobarlo los duros inviernos de 1928/29 y 1941/42, a costa de graves daños. Con respecto a la exigencia, formulada en DIN 1054, de que la base de la cimentación debe hallarse al abrigo de heladas, se ve pues que la profundidad mínima allí indicada de 0.8 m por debajo del terreno puede no ofrecer en general suficiente seguridad contra las heladas. Si se da el caso deben rellenarse las zanjas de cimentación y tapiarse las aberturas de los muros de sótano ya durante la época 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 líneas de la edificación. Una vez señaladas las tierras a excavar y marcadas con cordeles puede iniciarse la excavación. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

160



EJECUCIÓN DE LA EXCAVACIÓN Se levanta la capa de humus o tierra vegetal depositándola en pilas o montones a fin que no se mezcle 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, con auxilio 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 a mano los retoques posteriores o las estrechas franjas de cimentación bajo el fondo de la excavación general. 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 compacta cuidadosamente con el vibrador. El terreno despejado suele abrirse la zanja con talud. Sólo en caso de profundidades no superiores a 1.25 m y según la circunstancias del terreno pueden renunciarse al talud o al apuntalado de las paredes de la zanja. Para mayores profundidades es preciso darles según DIN 4124, los siguientes taludes, 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 las tierras al exterior, se van dejando unas bermas o retallos de 50 a 100 cm de anchura a la altura conveniente para lanzar allí las tierras, protegiendo sus aristas con tablones para evitar el desmoronamiento de las mismas. Cuando no es posible dar talud a los parámetros de las zanjas, por ejemplo 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 la excavación un espacio libre de trabajo de 50 cm como mínimo. Este espacio se mide entre el borde exterior 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 o en alineamientos de calles – o en zanjas de gran profundidad donde, a causa de su volumen, los trabajos de excavación y posterior rellenado suponen un gasto desproporcionado es preciso entibar y apuntalar total o parcialmente las paredes de la excavación.


161



ENTABLADOS Se distingue entre entibaciones horizontales y verticales. Las entibaciones horizontales se realizan colocando horizontalmente y en contacto, tablones, uno debajo del otro, a medida que progresa la excavación. 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 estructura suelta 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, en cada etapa de trabajo, en 30 cm como mínimo. Solo en zanjas de cimentación estrechas y en minas es 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 el suelo contiguo, por fuera de la zanja. En caso de zanjas abiertas de mayor profundidad, y especialmente en huecos entre edificios vecinos, es preciso disponer sistemas de apuntalamiento más resistentes. PAREDES DE VIGAS Y TABLONES Esta estibación horizontal a base de tablones o maderos escuadrados o rollizos dispuestos entre vigas 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 se arrancan las vigas antes de proceder al rellenado y compactación del relleno.


162



TABLESTACADOS Los tablestacados de acero han remplazado a los tablestacados de madera conjuntas a tope o con ensambles, antiguamente en uso. Estos se introdujeron como consecuencia de la evolución de la entibacion vertical aplicada a zanjas de cimentación afectadas por aguas subterráneas donde se exigía 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 o arrancarse fácilmente a causa de su reducida sección. Junto a una mayor capacidad de carga permiten 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 los perfiles 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 de ligera consistencia estos aparatos trabajan, pues, en caso de elevada velocidad de hincado (hasta 10


163



m/mim), bastante menos ruidosamente que los martinetes de golpeo o de caída libre. Una vez los tablestacados 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 recurre entonces al auxilio del dispositivo de extractores de acción estática y dinámica o al de arietes vibratorios. MUROS DE PILOTES DE PERFORACIÓN Los muros de pilotes de perforación y los muros pantalla provocan las mínimas molestias en cuanto a ruido y oscilaciones. Al contrario de cuanto ocurre con las entibaciones a base de revestimiento y tablestacado pueden dejase incluido luego como elemento sustentante, en la estructura de la obra a edificar. Según la disposición de los pilotes cabe distinguir entre los: Muros de pilotes tangentes. Muros de pilotes secantes. Muros de pilotes aislados con cierre intermedio. Con esta finalidad se construyen grandes pilotes de perforación, cuyo diámetro puede oscilar entre 50 cm y mas de 2 metros, que se dimensiona y arman 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 largo de zanjas profundas, pueden quedar ya como elemento sustentante y de fundamentación. La distancia mínima entre el eje de pilotes y una alineación constructiva existente, técnicamente impuesta por la ejecución a máquina de los grandes pilotes de perforación, es de unos 80 cm. Para más 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 un liquido capaz de sostener el terreno mientras se excava en el la hendidura y durante el proceso de hormigonado, 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 50 cm) de modo que permitan asegurar zanjas de prácticamente cualquier profundidad.


164



Las hendiduras se excavan mediante cucharas especiales a través de la mas del liquido cuya altura debe mantenerse siempre al nivel del terreno, y tras la colocación de la armadura se rellenan de nuevo por etapas como en el hormigonado bajo el agua. El líquido expulsado por el hormigo es entonces aspirado y preparado para su nuevo uso posterior. Según el espesor y altura de muro necesario constructiva y estáticamente, a medida que progrese la excavación 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 puede ejecutarse no solo como elemento de cierre, de apuntalamiento y de sostén, sino también como elemento 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 el agua. La presión hidrostática del líquido en cuestión en cuestión contrarresta la presión ejercida por las capas de terreno al ser cortadas durante la excavación. Es importante adaptar la suspensión a un límite 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 el escurrimiento del mismo a todo su alrededor. Tan sólo mientras no se alcanza un estado fluctuante de 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 la mayoría de terraplenados artificiales. El agua subterránea se tiene en cuenta por medio del cálculo: la presión de líquido resultante de restar de la presión de la suspensión de bentonita la presión del agua subterránea, es la que se aplica al terreno sometido a sustentación. El agua subterránea en circulación puede tratarse a este respecto como estacionaria. La erosión provocada por esta agua en circulación 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 en la de grandes pilotes de perforación sin envolvente y en la perforación de pozos grandes a fin de reducir 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 edificaciones contiguas dada la estrechez de las parcelas interurbanas, la consolidación química permite un óptimo aprovechamiento del terreno disponible entre edificaciones ya existentes, incluso si hay que prever sótanos cimentados a cierta profundidad. Todos los terrenos no cohesivos permeables al agua pueden consolidarse mediante inyecciones químicas. Según la composición granulométrica del terreno se eligen distintos procedimientos (Métodos Monosol, Monodur de Joosten y de cimentación): los productos químicos o l os cementos se introducen a presión en el terreno, debajo de las cimentaciones existentes, a través de tubos inyectores. Se forma entonces un bloque pétreo artificial cuya forma, tamaño y resistencia en probeta cúbica óptimos deben determinarse previamente mediante un cálculo estático en cuantos los sondeos y ensayos de laboratorio permiten conocer las características locales del terreno.


165



APUNTALAMIENTO Y ANCLAJE En caso de grandes profundidades de excavación y elevadas cargas suele resultar antieconómico dimensionar una entibación de modo que resista únicamente por su empotramiento en el terreno. Sólo en caso de fosas estrechas es posible un apuntalamiento por codales entre paredes opuestas, en los demás casos las necesarias dimensiones de un tornapunta de gran luz o apoyado contra el fondo restringen el espacio libre que una excavación mediante máquinas requiere especialmente. Por el contrario, anclando el revestimiento en el terreno adyacente, la zanja queda completamente libre. Introduciendo varias filas de anclaje durante el transcurso de la excavación, puede alcanzar sin ningún impedimento prácticamente cualquier profundidad – respaldada por un cálculo estático. El especialista en estática determina, en función de las circunstancias locales, el numero y la longitud de los anclajes necesarios para contrarrestar de modo seguro la presiona del terreo adyacente, así como impedir la rotura de éste en taludes o desniveles bruscos. Se distingue entre los llamados anclajes de inyección de aplicación transitoria y los de aplicación permanente (pilotes de anclaje), que deben poseer ante todo una notable seguridad contra la corrosión. Para solicitaciones de corta duración 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 sólo es ligeramente inferior al de dicha base, basta a veces una impermeabilización lateral combinada con un sistema de agotamiento al descubierto, es decir drenaje de la excavación e instalación de un pozo para bomba. DESCENSO DEL NIVEL DEL AGUA SUBTERRÁNEA POR MEDIO DE POZOS CON FILTRO TUBULAR Mediante la instalación de un conveniente número de pozos con filtro tubular en torno de la excavación se hace descender el nivel del agua subterránea de 30 a 50 cm por debajo de la base de cimentación e impermeabilización. Se economiza así el trabajo de impermeabilización del recinto y de la base de la excavación y, además, se elude el peligro del esponjamiento e hinchazón del suelo del fondo. 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 un descenso 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 la perforación con un tubo que ha de servir de revestimiento o de envolvente (tal como fue ya descrito en el apartado “estudio del terreno”). Luego s introduce el tubo filtrante; Se atornilla en su parte superior una alagardera de tubo de longitud suficiente para que sobre salga del terreno; en terrenos arcillosos; 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 de retención. Para profundidades de más de 3 a 4 m tienen que establecerse pozos escalonados. Cada escalón consta 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 puede excavarse hasta esa profundidad, estableciendo en seguida un segundo anillo de pozos que permite rebajar el nivel del agua otros 3 ó 4 metros. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

166



Sin embargo, a partir de tres o más escalones este sistema de pozos resulta antieconómico. Para grandes profundidades es preferible casi siempre emplear pozos con una bomba sumergida accionada 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 la gravedad, sino que queda retenida por adhesión en los huecos existentes entre granos. Para ello es preciso 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 arena fina se compacta más, el radio de acción y con él la separación máxima de los diversos filtros de vació quedan limitados a 1 m aproximadamente. Los filtros tubulares para los pozos de vació deben introducirse (por impulso hidráulico, no por perforación) hasta que el borde superior del filtro se halle aproximadamente 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 electroósmosis o vacío como antes, sino por la “pendiente” de una corriente continua eléctrica hacia el cátodo (tubo filtrante de un pozo tubular). Según la naturaleza del terreno y la callad de tensión existente, el radio de acción puede alcanzar hasta 2.5 m. sin embargo, este método resulta caro y sólo se emplea cuando 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 los casos siguientes: Reducidas profundidades de descenso del nivel del agua subterránea; Escasas infiltración de agua, o infiltración moderada; Terrenos consistente, acuíferos o de granulometría gruesa (en los de arena fina, no, por el peligro de las arenas movedizas). Al llevar a cabo la excavación se llevan siempre algo adelantados los pozos de aspiración de las bombas, para poder recoger en ellos las aguas que caen en aquélla y achicarlas o agotarlas con las bombas según la cantidad acumulada. Estos pozos se disponen en forma de entrantes en el recinto de la excavación. Su numero, dimensiones y profundidad deben estar de acuerdo 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 así al pozo de agotamiento. El efecto de la capa de drenaje puede aún mejorarse mediante la inclusión, en ella, de tubos captadores o de drenaje. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

167



IMPERMEABILIZACIÓN DE LAS PAREDES DE LAS EXCAVACIONE Las paredes de las excavaciones deben asegurarse suficientemente no sólo contra desmoronamientos, sino también contra la afluencia lateral de agua y la erosión del terreno, TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

168



mediante un a entibación estanca (como p. ej. un tablestacado, un muro de pilotes de perforación o un muro pantalla). Lo mismo vale para cercos de excavación realizados por el procedimiento de congelación en terrenos no 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 de las 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 de congelación, 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 tomar medidas 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 mismos puede resultar económica y ventajosa no sólo para el sostenimiento de la excavación (véase página 13) al elevar la resistencia del terreno, sino para impermeabilizar el fondo. Esta consolidación es por otra parte compatible con otros tipos de cerco hermético de zanjas. El agua subterránea que se va acumulando en la excavación con este procedimiento se va extrayendo con bombas a medida que no progresa la excavación. POR HORMIGÓN BAJO EL AGUA También es posible ahorrarse los costes que implica el agotamiento del agua si, tras ejecutar el cerco perimetral 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 la presión del agua, el espesor necesario de la placa de fundación (inversión de la carga), por lo cual este procedimiento se aplica ante todo en caso de pequeñas superficies o de sólo una moderada inmersión en el agua. Cuanto mayor es la altura de aguas, es decir, la inmersión en el agua subterránea, tanto más gruesa debe 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 la resistencia 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 cerco estancado alrededor de aquélla;


169





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 el aglomerante;  Que el hormigón no tenga que caer o descender libremente en el agua, sino protegido por embudos, 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 haya fraguado 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 preciso ejecutar cimentaciones someras o cimentaciones profundas. Cuando una obra descansa directamente sobre terreno firme es posible edificarla sobre una cimentación somera. Cuando, por el contrario, sólo se encuentra capas de terreno firme de suficiente espesor a cierta profundidad, las cargas de la obra deben transmitirse a dichas capas a través de una cimentación profunda. Si no es posible alcanzar capas de terreno firme mediante recurso económicamente sostenible, la única solución que queda, y también la más cara, es la llamada cimentación flotante. Esto deja bien claro de que forma tan acusada inciden sobre los costes de cimentación la naturaleza del terreno y la carga del edificio, y por qué a causa de ellos en muchos casos pueden llegarse a poner en tela de juicio el lugar del emplazamiento e incluso el propio proyecto. MATERIALES PARA CIMENTACIONES Los bloques de cimentación se encuentran bajo la acción permanente de la humedad y en muchos casos bajo la acción de substancias químicamente agresivas. Para cimientos sencillos se emplean principalmente hormigón apisonado (a profundidad sin peligro de congelación), bloques de hormigón ordinario, 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 conservan bien con la humedad. Los aglomerantes que se empleen tienen que ser hidráulicos, porque tienen que fraguar y endurece bajo la acción de la humedad y, con frecuencia, dentro de agua. Cuando se trata de mampostería u obra 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 (cemento Pórtland). CIMENTACIONES SOMERAS Con excepción de la roca, la capacidad de carga del terreno es por lo común inferior a la del material de construcción sustentante. Por este motivo es preciso repartir sobre una mayor superficie de terreno la carga de la obra a soportar mediante ensanchamientos en forma de zapatas o losas de cimentación 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 la transmisión de la carga a terreno directamente alcanzable cabe distinguir las siguientes cimentaciones 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 las cargas. 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 peligro de 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


170



normalmente horizontal-; solo cuando sobre la obra actúa esfuerzos resultante de las cargas, con objeto de elevar la seguridad al deslizamiento (muros de contención). Sobre un terreno en pendiente es posible escalonarla, con objeto de reducir la excavación, siempre que ello permita la utilización del sótano. Lo propio es válido también cuando el suelo firme no está dispuesto horizontalmente debajo del terreno. Por regla general se dispone debajo de la base de la cimentación propiamente dicha una capa “de limpieza” de 5 a 10 cm de espesor por ejemplo, hormigón magro, capa plana de ladrillo o vertido 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 pies derechos. 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 resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno (DIN 1054). De todos modos, hay que tener en cuenta las profundidades de cimentaciones, las superficies edificadas, el asiento admisible, etc., tal como se trata con detalle en “presión admisible sobre el terreno”. Cuando la anchura necesaria para los cimientos es conocida, la altura de los bloques de cimentación se determina como sigue: El Angulo de reparto de las presiones en la obra de fabrica hecha con mortero de cemento y cal en la obra de hormigón apisonado es = 60º; en la obra hecha con ladrillos de cal y arena (silicocalcáreos) y mortero de cemento Pórtland, =45º. Por razones prácticas se adopta como altura mínima de los cimientos 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 en cuenta el ángulo de reparto de las presiones. Los cimientos de hormigón apisonado, la mayor parte de las veces pueden hormigonarse sin necesidad de encofrado. Se cortan bien verticales las paredes de las zanjas de cimientos y se va hormigonando por capas no mayores de 30 cm. Si las paredes tienen a desmoronarse o bien en el caso de tener que escalonar los cimientos es preciso usar encofrados. Es posible un ligero ensanchamiento de los cimientos, si el terreno es firme, introduciendo la obra por debajo. El escalonamiento en el caso de fábrica de ladrillo macizo se hace a 45º. Cuando, a pesar del escalonado, en bloques de cimientos resulta demasiado grande 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, a la misma profundidad si el terreno de cimentación que ha de soportar las cargas presenta desigual comportamiento superficial; en tales casos pueden hacerse escalonamientos verticales en la cimentación. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

171



Cuando los trabajos de cimentación tienen que interrumpirse, es conveniente cortar en escalones la junta vertical con objeto de lograr un buen enlace, además de colocar algunos hierros de armadura. Antes de reanudar el hormigonado se limpian superficies de unión y se embadurnan con lechada de cemento. Las cimentaciones que sobre salen de la obra por un solo lado pared que descansa sobre su extremo, con objetos de prevenir todo posible ladeo y con él peligro de asentamiento a causa de una desigualdad de tensiones en la solera. Por lo demás, uniendo todas las fajas de cimentación formado un emparrillado y enlazado éste con los muros de hormigón armado que van encima se puede aumentar la rigidez, con el 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 vertical 45º (para la distribución uniforme sobre el terreno) implica una profundidad excesiva; cuando son previsibles 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 pilotes rígidos implicaría un gasto excesivo por la exagerada longitud de los pilotes. Es posible reducir el asiento con una cimentación de placa o zampeado sobre un emparrillado de pilotes flotantes. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

172



Con este tipo de cimentación, la carga total del edificio se reparte sobre una placa de hormigón armado que la transmite a la superficie total del terreno y de ese modo pueden evitarse o reducirse asientos importantes y desiguales. Mientras exista en las edificaciones el peligro de que puedan producirse asientos a consecuencia de haber cedido alguna capa blanda del terreno situada inmediatamente debajo de la obra con tendencia a escurrirse lateralmente, puede alcanzarse cierto grado de seguridad hincado un recinto de tablestacas ensambladas. Las placas o losas de cimentación, en contraposición a las de forjado llevan una armadura principal en 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 la producción de flechas desiguales. Mayores luces exigen mayores espesores de losa o bien la colocación en la parte superior de nervaduras de rigidización. Se consigue la máxima rigidez con poco 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 componentes perjudiciales para el hormigón, puede conferirse al terreno mayor firmeza o reducirse la profundidad de 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 todos desplazamiento lateral mediante tablestacados. Los vertidos de piedra en bruto en terrenos pantanosos y en agua al descubierto se hunden por su propio peso hasta encontrar un fondo resistente.


173



CIMENTACIONES PROFUNDAS Cuando el terreno firme para cimentar se halla a mucha profundidad se tratará previamente de llegar a esa capa por medio de pilotes o de pozos. Al cimentar sobre pilares, que es un tipo de cimentación muy 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 pilotes o mediante pozos. CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES Se diferencian en esta clase de cimentación dos tipos: la cimentación rígida (que puede ser de primer o segundo orden) y la cimentación flotante. En la cimentación rígida de primer orden, las puntas de los pilotes se clavan en una capa de terreno firme, por debajo de la cual no hay ya más capas de terreno blando o flexible. Este tipo de cimentación es la mejor y más segura de todas las cimentaciones sobre pilotes. Las fuerzas de sustentación actúan principalmente sobre la punta del pilote (pilotes de punta comprimida), y en cuantía 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 terreno fuertemente comprensibles. En esta clase de cimentaciones hay que contar siempre con asentamientos de larga duración. Por ello se deben hincar los pilotes lo más profundamente posible en el terreno blando. La experiencia demuestra que los pilotes cuya longitud es menor que la anchura de la obra no soporta su carga. Las cimentaciones con pilotes flotantes deben evitarse si es posible. De todos modos se emplean cuando 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 cargas horizontales importantes pueden contrarrestar, no sólo inclinado los pilotes (pilotes inclinados, grupos de pilotes), sino tan bien mediante dispositivos de anclaje puestos de plano (como por ejemplo pilotes, placas o muros de anclaje) y, en casos especiales, dando a los pilotes una configuración rígida a la flexión. A este respecto no hay que tener en cuenta todos los posibles sentidos de desplazamiento horizontales. 5.2.3. En caso de grupos de pilotes, la suma de los refuerzos de compresión no debe constituir para el terreno una carga superior, por término medio, la que seria admisible para una cimentación somera situada a la profundidad competente para contrarrestar dichos esfuerzos. A este respecto la resistencia del terreno bojo la punta de los pilotes debe estimarse de acuerdo 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. Hay que comprobar la transmisión de las cargas de la obra a los pilotes. Las uniones deben configurarse cuidadosamente. 5.2.7. Los pilotes deben estar hincados a profundidad suficiente y en terreno firme (por ejemplo, en caso de terreno de grava y arena en capas semicompactas o compactas bastan en general unos 3 m), a menos que por otros motivos no sea necesaria una mayor profundidad de hinca o bien, 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 puede evitar un escalonamiento de pilotes contiguos en cuanto a profundidad, los pilotes más profundos deben hincarse antes de los menos profundos.


174



5.2.10. Los pilotes aislados deben estudiarse con respecto a su seguridad contra el pandeo, para lo cual las longitudes expuestas a pandeo y las condiciones de apoyo deben tomarse correctamente. 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 de agua subterránea, de las capas de cubierta, de la forma y superficie de la sección del pilote, del material del pilote, del estado de la superficie lateral y de la configuración de la unta del pilote, de la posición 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 razonamiento negativo 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 el razonamiento lateral, puede aumentar todavía mucho tiempo después del hincado, especialmente en terrenos 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 negativo lateral, cuando las capas superiores del terreno se asientan. La acción del razonamiento negativo sobre la obra puede disminuirse dando la correspondiente configuración a los pilotes y eligiendo mayores 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 de terreno 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 caso los pilotes además sometidos a flexión. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

175



5.3.4. Influencia de solicitaciones dinámicas. Oscilaciones o trepidaciones importantes pueden provocar una disminución de la capacidad portante de 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 los pilotes 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 no coherente 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 verificarse siempre –prescindiendo de casos de exigua solicitación -mediante cargas de ensayo (según DIN 4014 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 frecuentemente usados, 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 pueden sobrepasar, los valores de la tabla 7 (véase página 8) hasta en un 100%. Dentro de lo posible el pilote 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 de cálculo empírico o basado en la Mecánica del Suelo. Sólo pueden admitirse sistemas empíricos cuando están acreditados a la luz de experiencia locales realizadas bajo presupuestos exactamente establecidos o pueden considerarse como fidedignos por comprobación 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 puede ser mayor que el de un pilote aislado, a igualdad de carga en cada pilote. Por consiguiente, la carga unitaria admisible para los pilotes de un grupo puede ser más reducidos que la aplicable a un pilote aislado. En cimentaciones sobre pilotes flotantes, los asentamientos se producen lentamente. Lo propio sucede, sí bien en menor escala, en cimentaciones de pilotes rígidos sobre terrenos cohesivos de consistencia aproximadamente semidura y de elevada plasticidad. En consecuencia, el ensayo de carga del pilote no da en tales casos, habida cuenta de la duración corriente del mismo, ningún indicio suficiente sobre la magnitud de los asentamientos que cabe esperar transcurrido un tiempo mayor. El ensayo 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, de igual modo que se procede con las cimentaciones someras. CONFESIÓN DE PILOTES Según la manera de confeccionarlos o fabricarlos, los pilotes pueden ser prefabricados y hormigonados 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 elevadas capacidades sustentantes y muy resistentes a la putrefacción y ataque de parásitos, los cuales se hincan a golpes o a presión, se introducen al chorro de agua o se atornillan en el terreno. Las trepidaciones producidas al hincar pilotes con el martinete pueden provocar asentamientos y grietas en 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 terreno que se darán debajo de las edificaciones que hay que construir. Si no se conocen bien todas las irregularidades de la capa de cimentación, hay que contar con que no todos los pilotes llegarán a TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

176



apoyarse en el terreno firme y en consecuencia habrá que lamentar luego asientos nocivos para la obra. La cimentación sobre pilotes está también condenada al fracaso cuando las puntas de los pilotes 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 queden siempre sumergidos en agua si se quiere evitar la putrefacción de la madera. En cambio, en esas condiciones son de gran duración, como lo prueban obras hechas hace siglos, cimentadas sobre pilotes de madera. Hace sólo algunos decenios que se han producido deterioros en esas cimentaciones 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 la profundidad de su introducción en el terreno no depende en manera alguna del nivel de la capa de agua 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 de naturaleza blanda parecida. Con los pilotes de hinca de hormigón armado existe el peligro de que por el transporte y la hinca se formen grietas capilares por las cuales pueden penetrar agua ácidas o salinas capaces de corroer las armaduras. Para aminorar el riego de grietas durante los procesos de transporte e hinca, los pilotes suelen construirse hoy día de hormigón pretensado cuando se trata de grandes dimensiones se prefabrican huecos, y en varias piezas. Así, por ejemplo, en la cimentación del puente de Maracaibo se utilizaron pilotes 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 de hinca o perforación. Ofrecen ante todo la ventaja de poder ajustar sus dimensiones de acuerdo con la resistencia 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 la capacidad portante: TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

177





Mejora de la capacidad portante del terreno situado debajo de la punta del pilote por compactación o consolidación.  Fresado de una zapata.  Inyección del hormigón de relleno a alta presión para crear una zapata y una superficie lateral de pilote 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 la posibilidad de utilizar pilotes no solamente como elementos de apoyo, sino también como elementos pretensados 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 de hormigón, con lo cual se obtiene el agujero par el pilote y el sostén del terreno. Este queda entonces compactados bajo la punta del pilote y empujado lateralmente, introduciendo finalmente hormigón apisonado en el hueco y tirando simultáneamente del tubo funda se logra un rozamiento periférico substancialmente 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 nuevas ventajas. 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 de perforación 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 cimentaciones basadas en ellos. Mediante la perforación, las capas del terreno pueden considerarse que siguen intactas y las longitudes de los pilotes correspondientes a ellas pueden ser determinadas con toda precisión. Los trozos de roca o las capas intermedias duras que en el terreno puedan existir no constituyen obstáculo alguno para los pilotes de perforación, ya que con las herramientas perforadoras adecuada son fáciles de atravesar. Igual que en las perforaciones de reconocimiento o sondeo, al efectuar perforaciones destinadas a pilotes se va también introduciendo, a medida que progresa en profundidad la cuchara excavadora o el elemento perforador, un tubo funda cuyo objeto es impedir que el agujero practicado se desmorone. A causa de la elevada resistencia de rozamiento que presentan las perforaciones para los pilotes de gran calibre, se emplean con este fin dispositivos vibratorios, de percusión o bien hidráulicos (giratorios y de presión).


178



El empelo de un liquido tixótropo de sostenimiento (véase pagina 12) hace innecesarias la introducción y posterior atracción de tubos funda, incluso en zona atravesada por aguas subterráneas. A causa de la rugosidad de la pared así obtenida, sin entubación alguna, y gracias al apisonamiento del hormigón vertido se logra un notable rozamiento periférico. Sin embargo, y a pesar de esto, normalmente se hace un entubado por debajo del nivel de aguas subterráneas. Entonces s vierte el hormigón mediante un embudo, siguiendo el procedimiento de hormigonado durante submarino, 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 de una caperuza de cierre se expulsa el agua dela agujero por medio de aire a presión. Al propio tiempo el tubo funda es levantado y el hormigón se comprime contra la pared de la perforación, evitando que el 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 de pilotes. Las cabezas de los pilotes soportan las cargas de la obra, sea directamente, sea a través de una estructura de cimentación que la disminuya. La armadura de los pilotes y la de los elementos que constituyen los cimientos (fajas, bloques aislados o losas) deben estar enlazadas. Si emplean pilotes prefabricados de hormigón armado es preciso de los mismos, una vez acabados de hincar. Los pilotes deben colocarse de forma que sólo trabajen en la dirección de su eje, y no a flexión. Por regla general se disponen verticales debajo de las edificaciones; sin embargo, cuando son los de gran longitud y los esfuerzos horizontales son importantes (más del 3% de las cargas verticales) se disponen también pilotes inclinados. Puesto que los esfuerzos horizontales, obtenidos combinarse los debidos al viento, al empuje de tierra, a las sobrecargas, a la presión y a la circulación de agua, pueden ser variables, lo pilotes inclinados suelen estar formados por pares en los que un pilote de compresión y otro de tracción están acoplados entre sí.


179



Exceptuando el caso de muros de pilotes, los pilotes deben disponerse a la próxima distancia posible una de otro y, si están en hileras próximas en posición alternada, con objeto de repartir con el máximo de 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 pilotes barrenados 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 el apartado sobre “cimentación de pozos” que como pilotes de perforación. Además de unos costes de fabricación sensiblemente más bajos por ton de capacidad portante, los pilotes de gran diámetro ofrecen 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 de movimientos giratorios y vibratorios debidos a dispositivos hidráulicos de palanca o a vibradores giratorios accionaos mediante aire comprimido, los cuales eliminan momentáneamente el razonamiento periférico. El empleo de vibradores giratorios no exige ningún andamiaje o caballete, sino meramente un equipo de compresor y excavadora. Sin embargo, incluso recurriendo a protecciones sonoras son mucho más ruidosos que los dispositivos hidráulicos de guía y entubación a causa de las oscilaciones percusoras 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 es adecuada, se usan también bombas para la evaluación de escombros. El proceso de hormigonado y la extracción simultánea del tubo funda se realizan en los pilotes barrenados ordinarios.


180



CIMENTACION DE POZOS La cimentación en pozos excavados es un sistema antiguo de cimentación que en la actualidad, aun empleando otros materiales, todavía se utiliza en numerosas ocasiones. Así como, antiguamente, los pozos se revestían de obra de fábrica, hoy día se emplean cilíndricos huecos de hormigón armado o de 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. El consumo de acero es muy escaso, porque sólo se necesita armadura en los tubos de la envolvente y la cabeza del pilar como enlace con las losas de cimiento colocadas encima. En cambio, el consumo de hormigón es grande. La ejecución de pozos con tubos de acero, que a medida que avanza el proceso de hormigonado van siendo extraídos, es exactamente igual a la construcción de pilotes barrenados de gran diámetro (ver anteriormente).


181



MEDIDAD DE SEGURIDAD Para evitar daños causados por asentamientos, no sólo en los edificios a levantar, sino también en edificaciones ya existentes o próximas, resumimos a continuación todas aquellas medidas o precauciones relativas a la zona de cimentaciones de una obra y encaminadas a evitar o subsanar desperfectos. MEDIDAS PROTECTORAS CONTRA LOS ASIENTOS PERJUDICIALES Cuando sean de temer fuentes asientos por acusa de las elevadas cargas de los edificios construidos y de la escasa aptitud portante del terreno, la construcción de los cimientos variara según sea el espesor 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 profundidad de 1 ó 2 m, lo mejor es desmontar la capa superior y cimentar sobre firme a la oportunidad correspondiente. Si el terreno firme está a profundidad mayor es necesario considerar si, para evitar los fuertes asientos que podrían producirse será mejor recurrir a una cimentación sobre pilotes o en pozos o bien a cimentos que descansen sobre pilotes o en pozos o bien a cimientos que descasen sobre losas o placas. La reducción de la presión sobre el terreno o, lo que es lo mismo, el aumento de la superficie de apoyo solamente de buen resultado cuando se trata de asientos claramente superficiales. En terrenos sin consistencia pueden evitarse esos fuertes asientos dando mayor compacidad a esas capas de terreno o consolidándolas.


182



Los terrenos de arena, gravilla o grava pueden ser mejorados en su compacidad por medio de vibradores, hasta 1 m de profundidad, y por métodos de compresores vibratorios hasta unos 30 metros. 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 el agua y cargándolos previamente. En terrenos consistentes es posible reducir la importancia de los asientos constituyendo lentamente a fin de que las partículas de agua incluidas tengan tiempo de irse escurriendo bajo la presión por abajo y por los lados. La parte central de los cuerpos de edificio de forma alargada está expuesta a fuertes asientos como consecuencia de la adición o acumulación de las presiones; las partes externas de dichos cuerpos de edificio ya no lo están en tanto grado. Para evitar los perjuicios ocasionados por los mencionados asientos existen las siguientes posibilidades: Subdivisión del cuerpo de edificio en cuestión por medio de juntas de asiento. Las partes de la obra pueden 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, si han 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 los edificios, 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 alcanzar el terreno iguales solicitaciones y un asiento del mismo orden. La mejor solución consiste en interponer entre los diversos cuerpos de edificio articulaciones cuando resulta posible, como por ejemplo en las cajas de escaleras, si a causa de las diferentes magnitudes de las cargas de las construcciones son de temer asientos desiguales en un terreo de capas uniformes, 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 de empezar 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 posible dimensionar las anchuras de los cimientos de acuerdo con las diferentes presiones sobre el terreno en los distintos cueros de edificios o disponer articulaciones entre los mismos. TEMA: CIMENTACIONES REFER: ENCICLOPEDIA DE LA CONSTRUCCIÓN – H. SCHMITH – LIMUSA

183



RECALCE DE CIMENTACIONES Cuando es preciso construir los cimientos de una nueva edificación por debajo de la cimentación de unos edificios antiguos contiguos, hay que recalzar previamente los cimientos de estos últimos, es decir, ahondarlos hasta la profundidad de los nuevos o bien sostenidos d forma permanente mediante una estructura adecuada. Como elemento se sostén se utilizan, según las circunstancias, tablestacados, muros pantalla, muros de pilotes barrenados, o consolidaciones químicas del terreno, si conviene reforzadas con anclaje, los cuales han sido ya descritos detalladamente en el apartado “entibaciones” (pag. 10). Tanto si se ahondan los antiguos cimientos como si se sostienen mediante una estructura, debe proceder a un calculo estático en el que, además de verificar la seguridad en cuanto a la rotura y estabilidad del terreno, se tendrá en cuenta posibles asientos de la edificación antigua a causa de superposición de presiones o de descensos eventuales del nivel de agua subterráneas. Sin previo apuntalamiento no debe dejarse ninguna cimentación al cubierto a lo largo de toda su altura. 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 de la 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 igual a 1.5 veces la profundidad de perforación necesaria. Con objeto de reducir al mínimo el asiento posterior de cimentaciones recalzadas, es preciso presionar cada uno de los macizos contra el fondo de la antigua cimentación por medio de gatos hidráulicos o de cuñas. Entonces se empieza por atacar con hormigón la junta de unión; una vez el hormigón ha fraguado, se retiran los gatos hidráulicos y se llena la abertura dejada por los mismos.


184



En caso de grandes profundidades de perforación y a causa del retraso en la ejecución de la obra que supone el recalce por tramos, cuando el muro a recalzar debe a la vez apuntalarse se toman otras 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 y deja 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 han producido asientos inesperados a causa de un exceso de carga sobre el terreno o de un descenso del nivel de las aguas subterráneas. Cuando una consolidación del terreno, una elevación del nivel hidráulico y una presión sobre la base de cimentación no promete éxito alguno, es preciso transferir la carga de la obra a capas más resistentes del subsuelo efectuando una cimentación suplementaria más profunda. De este modo pueden recalzarse obras edificadas tanto sobre cimentaciones someras como sobre cimentaciones profundas y eventualmente devolverlas de nuevo mediante prensas hidráulicas a la altura o al nivel primitivo. Puesto que estos trabajos deben efectuarse siempre en circunstancias de limitación de espacio y, en lo 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 la obra se trasmiten a las cabezas de los pilotes a través de unas vigas de recalce que allí se introducen. Para elevar la obra se disponen, como se ha dicho antes, prensas hidráulicas colocadas entre ella y el recalce y las diferencias de alturas se compensan con un relleno de hormigón.


185

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA CIMENTACIONES PROFUNDAS

1.

INTRODUCCIÓN

1.1.

Generalidades El uso de pilotes es una de las técnicas más antiguas del hombre para superar las dificultades de la cimentación de estructuras en suelos blandos. Antes del siglo XIX, el tipo de cimentación más común en los edificios eran zapatas continuas, y solo si el terreno era incapaz de soportar las presiones que ejercían las zapatas, se usaban pilotes. El diseño de estas cimentaciones estaba 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, sin ninguna norma y a criterio del constructor. De esta manera, la capacidad de carga del pilote estaba limitada por el grosor de la madera y su capacidad de soportar el peso del martillo sin astillarse. Es así que en un principio se basaba en la resistencia al golpe de un martillo de peso y altura de caída conocidos. Como el tipo de estructura de esa época no sufría grandes asentamientos, no surgió otro material que lo reemplace. A medida que el desarrollo industrial aumenta, se crea una demanda de estructuras pesadas en lugares de terreno blando; surge entonces el pilote de concreto como una solución que supera largamente al pilote de madera, debido a que podía ser fabricado en unidades de las mismas dimensiones que el pilote hecho de madera, pero capaz de soportar compresiones y tensiones mucho mayores. Además que puede moldearse en cualquier forma estructural de acuerdo a las solicitaciones 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 y diámetro, 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 grandes profundidades, empezó a tener auge, siendo los problemas de corrosión solucionados con la introducción de capas de pinturas durables y resistentes. Conforme el costo de las cimentaciones pilotas toma importancia, surge la necesidad de determinar un número de pilotes que no fuese mayor que el necesario para proporcionar seguridad a la estructura; se llega entonces a especulaciones teóricas que dan por resultado formulas de hinca, aunque posteriormente se determina que éstas adolecían de grandes defectos, haciéndose usual determinar la carga admisible del pilote ejecutando ensayos de carga sobre un pilote de prueba y determinado el número de pilotes mediante el cociente de la división de la carga total entre la carga admisible por pilote. Algunas estructuras resultaron satisfactorias, sin embargo otras fallaron, de los cual se deduce que el asentamiento de un pilote de prueba, aún cuando la carga por pilote fue igual a la carga de un pilote de prueba. De cualquier forma, es necesario conocer la capacidad de carga de un pilote porque forma parte de a formación para desarrollar un proyecto de cimentaciones piloteadas. Para tener una cabal compresión del comportamiento de pilotes, se debe conocer todos los tipos 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 el criterio de un ingeniero que no se confié en el discutible valor de una formula y que sepa hacer uso de su experiencia, sentido común e infusión del comportamiento de los materiales.

1.2.

Funciones y usos de los pilotes El 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 estratos débiles o compresibles, a través del agua o aire, hasta estratos inferiores con la suficiente capacidad de carga como para soportar la estructura, comportándose el pilote como una extensión de columna o pilar. Estos estratos inferiores pueden ser rocas, arcillas duras o suelos de baja compresibilidad. Al pilote que reposa sobre estos estratos se le denomina “pilote de punta” (fig. 1.1 a).

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

186



b) Transferir o repartir la carga sobre un suelo relativamente suelto a través de la fricción de superficie entre pilote y el suelo. Este tipo de pilote se denomina “pilote de fricción” y a su vez se puede subdividir, según Terzaghi, en pilotes de fricción en suelos de grano fino o de baja permeabilidad. En la naturaleza es difícil encontrar estratos de suelos homogéneos, por lo que no existe un limite 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 le denomina «pilote de fricción» esta fricción tiende a hundir el pilote y si este no puede penetrar más, en la punta en la punta del pilote se generará una presión concentrada. Este caso se puede presentar cuando se hinca un pilote en un estrato blando en cuya superficie se coloca un relleno que consolide el terreno, entonces éste al consolidarse generará en las caras 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 cualquier efecto que trate de levantar la estructura. Las fuerzas horizontales resisten por pilotes en flexión (fig. 1.1 d) o por grupos de pilotes verticales e inclinados que actúan como un sistema estructural, 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 del nivel de excavación esperado (fig. 1.1 g). g) En áreas de suelos expansivos o colapsables, para contra impactos movimientos estaciónales no sucederán. (fig. 1.1 h). h) Proteger estructuras marinas como muelles, atracaderos, contra impactos de barcos u objetos 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 cubre un amplio alcance, sobre el que existen muchas referencias bibliográficas, tales como las que se presentan en las referencias. El propósito de estas notas es introducir los principales tipos de pilotes existentes en nuestro medio y presentar la evaluación de la capacidad portante y asentamiento de pilotes bajo carga axial. Se presenta la evaluación de la capacidad de carga y el asentamiento de pilotes individuales y en grupo, así como las formulas de hinca y los ensayos de carga. En el anexo se descubre un programa de cómputo que permite determinarla capacidad de carga axial de un pilote en base a fórmulas empíricas que utilizan resultados de ensayos de penetración estándar. Se discuten algunos ejemplos de aplicación de dichas fórmulas en la experiencia 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 pilotes individuales. Existen diversos procedimientos de diseño, los mas sencillos serán presentados en este acápite. Después de calculada la capacidad de carga última, deberá determinarse la capacidad de carga admisible del pilote algunos comentarios sobre dicha determinación serán indicados. En ciertas condiciones del terreno, el suelo que rodea la parte superior del pilote se puede asentar con relación al pilote, cambiando la dirección de la fuerza de fricción en el lado del pilote 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. Se presentarán los casos donde puede ocurrir fricción negativa y un método para estimar la máxima 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 del grupo como un todo.


187

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA ANEXO PILOTES

1.

GENERALIDADES Los pilotes son piezas largas, cilíndricas o prismáticas, que penetran a través de un suelo de baja 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 del terreno; en cambio, la naturaleza de los pilotes (pilotes prefabricados o hechos «in situ») esta determinada por las condiciones económicas y prácticas. Los pilotes se emplean particularmente para las cimentaciones de abras bajo agua, como las escolleras 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 materiales resistentes (terreno rocoso o formado por una mezcla de arena y grava), los pilotes trabajan por punto (pilote de punta), son análogos a columnas que transfieren la carga de un estrato superior no resistente a un estrato más resistente.

2.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES Cuando el terreno resistente esta profundo, la carga de las estructuras se suelen transmitir al mismo mediante pilotes. Generalmente, los pilotes solo están sometidos a esfuerzos axial, es decir a tracción o compresión. Las fuerzas horizontales deben ser absorbidas mediante pilotes inclinados. En edificios no suelen ser necesario generalmente. Si la fuerza horizontal que solicita un pilote totalmente embebido en el terreno grupo de pilotes no es superior a 3 por 100 o como máximo 5 por 100 de 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 la punta o combinación de ambos, la transmisión de la carga depende del tipo de terreno y de las características del pilote.

3. 3.1

CLASIFICACION DE PILOTES Y PILOTAJES SEGÚN LA CLASIFICACIÓN DE LA CAPA RESISTENTE

3.1.1 PILOTES COLUMNA En los cuales la carga de la estructura se transmite pilotes en una capa de terreno resistente profunda. 3.1.2 PILOTES FLOTANTES Que en general debe evitarse en ellos la carga no se transmite directamente a una capa de terreno resistentes, ya que este suele encontrarse tan por debajo de las capas cohesivas compresibles 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 del fuste en las proximidades de la misma. El rozamiento del fuste en la parte superior del pilote desempeña poco o ningún papel. Típicos pilotes de este tipo son el pilote de concreto armado de punta de estrella y el piloteo moldeado IN SITU sistema PAPROTH. La presión admisible en la punta aumenta notablemente mediante un ensanche de la misma en algunos 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.


188



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 vez tienen 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 hincarse verticales 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 puede llegar 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. El empleo de cemento Pórtland debe prohibirse en aguas salinas o selenitosas, en las que se emplearán cementosa de escoria, adecuados para sus aguas agresivas. a. Acero Para las armaduras longitudinales se utiliza normalmente acero corrugado, se puede utilizar igualmente aceros de alta resistencia. Se puede utilizar, así mismo, acero de alto limite, elástico, que constituyen las mejores armaduras longitudes para piezas fuertemente comprimidas. a. Encofrado El vaciado de concreto de los pilotes se ejecuta en los encofrados preparados previamente en la zona del vaciado del concreto especialmente preparada. Los encofrados para pilotes cuadrados se hacen generalmente de madera se combinan para que varios encofrados tengan caras verticales comunes; es el sistema de «acopio único», en el que se procede como sigue: En primer lugar se vacía el concreto en los pilotes impares, teniendo cuidado de dejar espacio necesario para los pilotes adyacentes pares, se quitan los encofrados verticales y se vacía el concreto en la serie de pilotes pares después de haber colocado una chapa de separación entre los parámetros verticales. Se obtiene así una capa de pilotes juntos que se utilizan, después de haberlos cubiertos de papel, 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 acopio es mínimo. 4.3 PUESTA EN OBRA DE LOS PILOTES a) Dispositivo de enganche Los dispositivos de enganche o pasadores, sirven para sostener los pilotes durante su acarreo. 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 las eslinga 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 engancharse en dos o más puntos. c) Hincado con Martillo Después de colocar el pilote en posición, se procede a la hinca que consiste en hundir el pilote en el suelo.


189

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Se utiliza un martinete. Él «martinete» esta provisto de un mazo cadete que, por medio de golpes 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 acero moldeado. El casco está coronado por un trozo de madera dura que confiere elasticidad al conjunto; un forro 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 armado prefabricados, ciertas ventajas que hacen preferidos a estos últimos. Su resistencia al hincado es mayor, el concreto no se cuartea bajo el efecto del esfuerzo de hincado; existe también una mayor protección contra los agentes exteriores. Su acarreo y transporte son más fáciles (enganche en uno o dos puntos), mientras que un pilote equivalente de concreto armado requeriría un mayor número de puntos de agarre. Los pilotes pretensados están particularmente indicados para grandes longitudes. Los pilotes de concreto pretensado tienen un momento de inercia mayor que los pilotes de concreto armado de las mismas dimensiones; en los primeros toda la sección transversal del concreto contribuye al momento de inercia, mientras que en los segundos, la zona de recubrimiento no interviene; las armaduras si contribuyen (economía de acero como consecuencia 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 I aparecieron 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, que deben 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 elementos metálicos con otros. c. Posibilidad de atravesar estratos resistentes.

PROBLEMAS DE PILOTES 7.1 FORMULA DE LA «ENGINNERING NEWS RECORD»

p

Wr h

s  C0 

1 FS

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 = 6 Los 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: TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENT. DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – J. ALVA – ACI PERU

190

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Wr = 1.82 tn h = 3.81 m s = 12.7 mm Co = 25.4 mm. Reemplazando:

P

1.82  3.81103 1  12.7  25.4 6

P  30.3 tn

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

  B  A h e tg    K 

F 

1  2

h2

1 K

Donde: B = resistencia por punta del pilote (tn) D = densidad del concreto F = resistencia debida al razonamiento lateral  = peso especifico per = perímetro del pilote (m) K = coeficiente del empuje f = coeficiente de rozamiento del pilote con el suelo h = altura del fuste del pilote (m) El coeficiente de seguridad varia de 2 a 2.5 PROBLEMA Determinar la capacidad portante de un pilote de concreto armado de 35 x 35, de 10m. de longitud, hincado en un terreno de las siguiente características:  = 35 grados

 = 1.7 t/m3 f = 0.35 t/m h = 10m Se tiene:

2

B  (0.35 x 0.35) x 10 (1.7/0.27 x e  3.14  0.70 - 2.4)

F  1/22 x 1.7 x 10 2x 1/ 0.272  4  0.35  0.35 

La carga admisible es:

P = (B + F) / FS = 213.8 / 3

B = 65.8 tn F = 148 tn P = 71.3 tn

7.3 FORMULA DE TERZAGHI Resistencia por punta del pilote: las formulas semiempíricas de Terzaghi son: 2 Pilote cuadrado de lado a: B = a (1.3 cNc +  h Nq 0.40 a N) 2 Pilote circular de radio r: B = a (1.3 cNc +  h Nq 0.40 a N) Resistentes al rozamiento lateral. Viene dada por la expresión: F Donde:

=fh 2

f : Coeficiente de rozamiento (t/m ) Terzaghi recomienda los valores máximos siguientes: Materiales arcillosos: - arcilla blanda y limo blando 0.75 - 3.0 - limo arenoso 2.1 - 5.0 TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENT. DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – J. ALVA – ACI PERU

191

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


- arcilla consistente 4.0 - 10.0 - arcilla muy consistente 5.0 - 20.0 Materiales 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 la cohesión o una fracción del mismo. PROBLEMA Determinar la capacidad portante de un pilote cuyas características y la naturaleza del terreno atravesado con las siguiente:  = 30º Nq Nq = 22, Ng = 20 r = 0.25 m h = 9m Se tiene: 2 2 Area =  x 0.80 /4 = 0.502 m 3.14 x 0.50 = 1.57 3.14 x 0.80 = 2.51 h = h1 + h2 = m de donde: B = 0.502 (1.1 x 0.80 x 20/2) B = La resistencia al rozamiento lateral es. F 0 (1.57 x 8 x 4) + (2.51 x 1 x 2.5) F = 56.52 tn La carga admissible es: R = (B + F) / Fs = (112.47 + 56.52)/3 R = 56.33 tn

112.47 tm

7.4 FORMULA DE REDTENBACHER (1859)

Rd 

EAr L

2     s  s 2  2M H L  1  M  P E Ar  FS 

Donde: E = Módulo de elasticidad del pilote M = 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 2 Ar = sección homogenizada del pilote (m ) PROBLEMA

Determinar 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 hincado con un mazo que pesa 1.5 tn., cayendo en caída libre desde una altura de 1 m., con FS = 3 Coeficiente de equivalencia: m + Ea/Eb 2 2 E = 400.000 kg/cm = tn/m 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: 3 3 1-4 x (1-M/P) = 1-4 x (1-0.58) = 0.704 2 2 Ar = 30 x 30 + 15 x 11.4 = 1071.0 cm (4  ¾” = 11.4 cm ) (E Ar) / L = (400 x 1071.0) / (12 x 100) = 357.0 tn/cm 2 (2 M H) / ({M + P) x (L / E Ar)= 2 2 (2 x 1.5 x 100) / (1.5 + 2.59) x 1/357.0 = 0.308 cm TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENT. DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – J. ALVA – ACI PERU

192

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA 0.2 2  0.308  0.590

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 B=A h

 1 - Sen 1 1  Sen    F   h 2 D f  21f 2 1 - Sen    1  Sen  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) 3  = peso especifico del terreno (tn/m ) f = coeficiente de rozamiento del suelo con el pilote f = coeficiente de rozamiento del pilote con el suelo Vierendeel admite un Fs de 3 a 6 PROBLEMA Se da un pilote de diámetro D = 0.60 m y de longitud H = 6m, se pide determinar la capacidad portante sabiendo que atraviesa un estrato de terreno definido por:  = 30º 3  = 1.6 t/m f = 0.70 2 B = 3.14 / 4 x (0.60) x 1.6 x 6 = 2.71 TN B= 2.71 tn 2 F = 3.14 x 0.60 x 1.6 x 6 / 6 x 0.70 x 55/3 = 231.5 tn R = (B +F) / 6 = 39 Tn


193


BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA 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 empleamos indistintamente 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 estructura que ha sufrido asentamientos. Este caso es frecuente en edificaciones de valor arquitectónico o histórico que por estar cimentadas sobre terrenos que se consolidaron con el tiempo han sufrido asentamientos que comprometen su estabilidad y se requiere nivelar la estructura y detener los asentamientos. b) Para darle mayor capacidad portante a la cimentación y podía requerirse buscar un estrato de 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 realizar excavaciones cercanas. En este contexto las obras de calzadura tienen carácter temporal ya que 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 su exigencia 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 por excavar (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. (Como en el coso tan sonado de la pantalla de contención que falló en Bogotá y fue reportada en la revista. El ingeniero Civil En la pantalla de contención no hay transferencia de carga vertical a los estratos profundos, en este aspecto, no son propiamente una calzadura. Para evitar la posibilidad de asentamientos verticales en las estructuras existentes, por desplazamiento horizontal de la pantalla como consecuencia del empuje del suelo contenido, se depende exclusivamente de la rigidez lateral de la pantalla. En segundo caso, cuando el profundizar en el terreno vecino, lo hacemos por debajo de una edificación existente, (fig. 2b) estamos construyendo realmente una calzadura, porque, porque además de los empujes laterales que existen vamos a tener que transmitir parcialmente la carga vertical de la cimentación existente a un estrato más bajo.

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

194



Las pantallas pueden ser de voladizo, apuntaladas o atirantadas, (fig. 3), pueden ser continuas o discontinuas. En este último caso, se aprovecha la capacidad del suelo para transmitir los empujes 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 y tienen características estructurales y constructivas muy diferentes. Entre las mas empleadas están las tablestacas, las pantallas de concreto, las pantallas formadas por pilotes contiguos o secantes y las pantallas de poste – larguero. (fig. 5). La elección de una determinada solución dependerá de su conveniencia, el Constructor deberá estudiar cada posibilidad considerando entre otros factores la altura de la excavación, las características del suelo y presencia de agua, la relación con edificios existentes y las características de su cimentación, los materiales disponibles, su capacidad de ejecución y equipamiento disponible el tiempo de ejecución y el costo.

CALZADURA EN CONGLOMERADO COMPACTO La práctica de construir la calzadura fuera de los linderos del terreno por excavar, es decir en propiedad vecina, es tradicional en el Perú, en Chile y en otros países. Cabe preguntarnos si es correcto invadir la propiedad vecina. Evidentemente existen ventajas importantes para propietarios de la nueva construcción, entre ellas el ahorro de espacio al permitirle 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.


195



En edificaciones en zonas urbanas donde el terreno cuesta mucho dinero, hay que buscar soluciones donde la pérdida de área útil se minimice y la construcción de una pantalla puede significar perder algunos decímetros den el perímetro de la propiedad. El mayor inconveniente al invadir el terreno vecino, esta en el perjuicio que causamos al vecino al dejarle en sus linderos, elementos estructurales que tendrá que retirar cuando quiera construir. En todo caso, lo correcto es comunicar a los vecinos que se va a excavar y calzar usando su propiedad y eventualmente acordar con ellos algún tipo de compensación por el uso de su propiedad 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 a espaciamiento que se define para cada caso en función de las condiciones particulares de la estructura por calzar y de las características del suelo, y se aprovecha si la acción de arco horizontal para la transmisión de los empujes del suelo a las vigas-columnas. Esto es posible dadas las características del conglomerado de Santiago y no veo inconveniente para su empleo 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 construcción secuencial a medida que avanza la calzadura. Son procedimientos que tienen una tradición muy antigua. 60 a 70 años cuando la vieja Lima comenzó a modernizarse, a construirse edificios en el Centro Histórico.

La calzadura como la conocemos es sin lugar a duda un invento criollo de los ingenieros de esa época que tuvieron que revolver el problema para proteger las casonas de adobe colindantes. Un invento que no podemos decir que haya sido desdichado, la experiencia en general ha sido buena. Las recomendaciones para la calzadura tradicional limeña que se transcriben en la figura 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.


196



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

RESPOSABILIDAD POR LA CALZADURA La 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 su diseño o no. Claro está que para calzaduras menores es decir cuya altura es moderada el seguir las recomendaciones tradicionales era seguro. Para calzaduras de mayor altura, al aumentar los riesgos y el costo, nace el cuestionamiento sobre quien tiene la responsabilidad sobre la calzadura. Es indudable que la calzadura requiere de un diseño donde se tomen las decisiones de la tipología constructiva, analice el problema y las estructuras a emplear, sin embargo no es diferente al caso de un encofrado, donde el contratista asume la responsabilidad integral por un diseño y construcción. El contratista podrá, a su juicio, asesorarse o encargarse su diseño a profesionales fuera de su organización, será su decisión, pero la responsabilidad sigue siendo suya. Los costos de la calzadura forman parte del costo total de construcción y deben estimarse conservadoramente en base a la experiencia propia del constructor u al análisis de la situación especifica.

PRECAUSIONES EN LA CALZADURA PROFUNDA La calzadura es una operación a menudo difícil y peligrosa por el estado tensional en condiciones estáticas y bajo sismo al que pueden ser sometidas y al hecho que dicho estado puede 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 en particular cuando las excavaciones tienen más de 6 a 8m de profundidad.

DISEÑO DE LA CALZADURA Es recomendable que antes de emprender trabajos de calzadura se analice el problema en la luz de las condiciones esperadas del suelo, de las características y ubicación de las edificaciones vecinas etc. Y se prepare un plano de calzadura y recomendaciones constructivas. Las cargas sobre la calzadura-empuje lateral y cargas verticales-en cada uno de los puntos de excavación deberán ser evaluadas en función a las características del suelo, su contenido de humedad y la cercanía de cimentaciones existentes. Conocimiento del suelo. Tanto para el diseño como para la ejecución de la calzadura es indispensable que se tenga conocimiento de las características del suelo, y estar atento a cualquier 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 edificaciones existentes, 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 que éstas estén al borde de la excavación o estén mas retiradas, caso más peligroso porque la calzadura no cuenta con el beneficio de la carga vertical y trabajará solamente como pantalla con el empuje adicional del bulbo de presiones de la cimentación del edificio. Las recomendaciones de apuntalamiento deben ser parte del diseño de la calzadura. La carga de diseño de los puntales debe ser estimada conservadoramente. El empleo de apuntalamiento no sólo da seguridad a la calzadura sino que también puede reducir el costo sustancialmente al permitir espesores menores de calzaduras. En excavaciones profundas la longitud de los puntales de la calzadura puede llegar a ser considerable; el constructor debe evaluar la conveniencia del empleo de puntales robustos versus el empelo de puntales delgados a la luz de las necesidades de arriostre de éstos y las dificultades de obra. Es interesante comparar la práctica chilena, figuras 7 y8, con el apuntalamiento usual en nuestro medio, figura 16.


197



Monitoreo. El proceso de excavación y calzadura requiere de un monitor permanente para detectar: 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 una calzadura aún apuntalada. En obra se debe estar siempre atento a la presencia de agua en el suelo. En la pantalla de concreto debe creerse drenes para aliviar cualquier presión de agua que pueda presentarse. Vibraciones. Las vibraciones pueden destruir la cohesión permanente que tiene el suelo de Lima y que es la que permite taludes casi verticales en el conglomerado. La pérdida de cohesión además de incrementar los empujes, dificulta el trabajo de calzadura y puede llevar a la necesidad de entibamiento de suelo.


198



EXPERIENCIA RECIENTE EN UNA OBRA CON 5 SOTANOS Se trata de un edificio de esquina, en uno de los linderos existe un edificio de 14 pisos al borde del 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 ángulos relativamente 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 el área cercana a los edificios. En la zona del edificio de 14 pisos se dejó una banqueta de terreno natural y se calzó la construcción a cada lado de la banqueta de forma de crear arriostramiento permanente a la calzadura que minimizará los riesgos al retirar la banqueta, la excavación en está zona tuvo una profundidad de 18m. Fue necesario estudiar las juntas de construcción de las losas y vigas de los sótanos, para posibilitar la construcción parcial de los 3 sótanos más profundos, fig. 14 y 15. en la zona del edificio de 8 pisos el apuntalamiento inicial lo constituyo la rampa de bajada a sótano y luego la losa de los techos. La calzadura se apuntaló para darle más seguridad. En la figura 16 se observa el apuntalamiento 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 seguridad adicionales por la mayor altura de excavaciones involucrada. Fue un trabajo en el que las operaciones de excavación- calzadura- apuntalamiento y construcción fueron secuencias y estrictamente planificados. El proceso en un tanto lento y laborioso pero demuestra que cuando se toman precauciones adecuadas es exitosa.


199

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


FUNDACIONES 1.

Definición y terminología DEFINICIONES. La palabra fundación se deriva del latín, fundare, establecer o fijar la base o fondo de alguna cosa. El Diccionario de la Academia Española la define como la acción y efecto de fundar, y a esta palabra se da la significación de estribar, apoyar, armar alguna cosa material sobre otra. Se usa en el sentido más amplio para designar la base, física o no, que sustenta a algo, y en términos técnicos, es la parte de una estructura sobre la que se ha de hacer una operación o construcción. Así, un muro de hormigón puede recibir el nombre de fundación para una obra de fábrica que ha de colocarse sobre él y ésta, a su vez, puede ser la fundación de varias manos de pintura u otras obras ornamentales. Más específicamente y en relación con un edificio u otra estructura completa, la palabra fundación se aplica, desgraciadamente y sin distinción: 1) a la construcción por debajo del terreno, tal como cimientos corridos, muros del sótano, etc., que constituyen la selección inferior de la estructura. 2) al material natural, parte de la superficie terrestre, sobre la cual descansa 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 para distinguir las obras que quedan encima del mismo. En un sentido más estricto, se pueden designar solamente, bajo el nombre de fundaciones, las obras por debajo del sotana, o del suelo 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 el objeto de la misma es proporcionar a la supraestructura una base permanente y segura, tal que el movimiento de la base y el de la construcción que se le superponga, sea el menor posible y que ocasione el mínimo perjuicio a la estructura. Las condiciones que se requieran para 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 protección permanente. 2) Esfuerzos y sus variaciones en el futuro. Ninguna parte de la fundación debe someterse a esfuerzos superiores a sus límites de seguridad bajo ninguna combinación de cargas y se debe prever la posibilidad de adiciones o cambios futuros en la supraestructura o en el uso que se ha de dar al edificio. 3) Carga en el firme o lecho natural. Esta carga debe estar por debajo del límite de seguridad del material que lo forma en las condiciones más de 4) Excavaciones contiguas. Es preciso proteger la estructura y el firme de fundación contra riesgos posibles, procedentes de excavaciones próximas u otras causas. Condiciones físicas del emplazamiento. Para llenar los requisitos reseñados, hay que adaptar el proyecto a las condiciones físicas locales. El ingeniero o arquitecto debe examinar personalmente el lugar del emplazamiento. Es necesario procurarse toda la información posible y hasta hacer sondeos y pruebas, cuando se precisen para conseguir datos suficientes en que basar el proyecto de la fundación. Lo primero es hacer un estudio detallado y completo del lugar de emplazamiento, para determinar las características del firme o lecho de fundación en que ha de descansar la estructura.

3.

Consideraciones geológicas Características del firme o lecho de fundación. En muchos casos, es muy útil tener conocimiento de Geología para poder estudiar las características del firme o lecho de fundación. Aunque no es nuestro propósito extendernos, en este capitulo, en materia de Geología, 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 la construcción puede estar en cualquier parte del mundo, los materiales que se encuentren

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

199



pueden pertenecer a una de las muchas formaciones geológicas que constituyen la corteza terrestre. Sin embargo, para fines prácticos, los materiales se pueden considerar divididos en rocas y materiales 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, se componen de varios minerales cuyas especies y variedades se encuentran por cientos y que se diferencian entre sí por alguna particularidad de su composición química, forma de cristalización u otras características. Un solo mineral puede, a veces constituir una roca, pero generalmente, se compone de varios minerales o mezclas de los mismos. Los minerales principales que componen las rocas, son: 1) Minerales silíceos, formados por sílice (SiO2) bajo formas distintas. 3 2) Minerales calcáreos, compuestos de calcita o carbonato de calcio (CaCO ) y sus combinaciones. 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 a la descomposición y abrasión mejor que los minerales con los que suele encontrarse asociado 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 nombre de espato de Islandia. Es soluble en agua que contenga anhídrido carbónico (CO 2). La calcita 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. En un silicato alumínico-potasio, alumínico-sódico o alumínico-cálcico. Expuesto a la acción del agua se descompone lentamente, quedando convertido en silicato de alúmina, base de las arcillas. De la descomposición del granito resultan arcilla, mica y cristales de cuarzo. La mica se descompone muy lentamente y el cuarzo, prácticamente, no se descompone nada. Mica. Son silicatos de alúmina con potasa y otros elementos. Todas sus variedades son blandas y exfoliables en láminas delgadas y elásticas. En las arenas se encuentran con frecuencia 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 procedentes de otros silicatos, que han absorbido agua por proceso químico. Son blandos y jabonosos al tacto. Hay que tener especial cuidado al construir fundaciones sobre rocas que contengan esta clase de minerales para prevenir el resbalamiento sobre el lecho de fundación o entre las partes que lo constituyan. Clasificación de las rocas. Las rocas se clasifican no sólo por su composición mineralógica sino también 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 cimentación debida a procesos químicos u orgánicos. 3. Rocas metamórficas o plutónicas, que en su estado primitivo fueron sedimentarias o ígneas y han sufrido un proceso de transformación debido a causas variables. 1. Rocas ígneas. No son realmente estratificadas y su textura puede ser granular, cristalina o vítrea. Ejemplos característicos son el granito, la sienita y el balasto. La lava, piedra pómez y TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

200



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 la acción del tiempo y compactas y no presentan ningún riesgo imprevisible como lecho de fundación. 2. Rocas sedimentarias. Se componen de arena, arcilla y otros materiales procedentes de la disgregación de rocas ígneas. Estos materiales se depositaron en el seno del agua, en estratos horizontales, por sedimentación y se consolidaron en rocas, siguiendo procesos mecánicos, químicos u orgánicos. Estas masas rocosas están estratificadas como resultado de haberse depositado. Por lechos, sus elementos. Como la arena y la arcilla son los productos que más abundantes de la descomposición de las rocas sedimentarias que más abundan 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 arenisca depende de la solubilidad del mineral que le sirva de cemento. Las areniscas más recomendables son las que tienen un cemento de sílice u óxido de hierro, por que, como el carbonado de cal es soluble, las areniscas que le tienen de cemento se descomponen con cierta 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, pero suelen desintegrarse cuando se exponen a la acción de la helada agua y otros desintegrantes. Dolomía es una caliza con gran proporción de magnesia. Creta es una caliza blanda, compuesta de conchas de organismos marinos diminutos. En general, es la más pura de las calizas, la más soluble y la más expuesta a fisuras o cavernas por la acción del agua.

3. Rocas metamórficas o platónicas. Estas rocas se han formado por metamorfismo de las sedimentaciones o ígneas a consecuencia de agente como el calor, compresión o humedad, obrando conjuntamente o por separado. Por ejemplo, la caliza puede haberse transformado en mármol cristalino por efecto del calor procedente de alguna roca fundida próxima. El metamorfismo 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, procedente del 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 bastante resistencia a la acción del tiempo, pero tiene el riesgo de resbalamiento sobre planos paralelos 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 a alguno de los tipos plutónicos”.* Cuenta con muchas variedades que deberían clasificarse de acuerdo con las rocas ígneas más parecidas a ellas en composición minerológica. Algunas variedades 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 descomponen muy fácilmente y ocurre, con frecuencia, que hay que hacer excavaciones de gran profundidad para la fundación, a través de rocas descompuestas de esta clase, hasta encontrar un terreno firme. El material que resulta de la descomposición de la micacita está compuesto 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 al deslizamiento, constituye, generalmente, una fundación sólida, capaz de resistir cualquier peso del edificio que se construya sobre ella. Hay que tener cuidado de que las rocas que tengan tendencia a desintegrarse estén protegidas de los agentes atmosféricos, del agua y otras 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.


201



Los agentes que producen la desintegración de las rocas que forman la corteza terrestre son varios, pero nuestro objeto, consideraremos solamente: 1) los agentes químicos, y 2) los mecánicos. 1. Agentes químicos. Una de gran dureza y resistencia, y de composición minerológica compleja, puede descomponerse y convertirse en una masa incoherente de elementos mineralógicos, cuando se produce una acción química o descomposición. Así se desintegra por ejemplo, el granito feldespático bajo la acción combinada del agua y las temperaturas variables; los cristales de feldespato sufren una transformación química, dando lugar al silicato de alúmina hidratado que se llama arcilla en tanto que los cristales de cuarzo, mica y hornablenda, más resistentes a la acción química, conservan su composición, pero sus partículas constituyen lo que se llama arena. 2. Agentes mecánicos. Los agentes mecánicos, tales como la escarcha, corrientes de agua o hielo, obran sobre las masas de rocas de las que desprenden fragmentos que son arrancados por los heleros, corrientes de agua o las olas. El frotamiento de estos trozos de roca entre si los desintegra en partículas cada vez más pequeñas, sin alterar su composición. Corrientes de agua. Como las corrientes de agua transportan más fácilmente las pequeñas partículas que las mayores, los fragmentos de más volumen solamente se ponen en movimiento con intermitencia durante los periodos de tormentas, grandes avenidas o inundaciones y se depositan tan pronto como disminuye la velocidad del agua, mientras que las partículas más pequeñas siguen en suspensión durante más tiempo y a medida que la velocidad de la corriente disminuye van depositándose por orden de sus tamaños, siendo las primeras las de mayor volumen. Las rápidas corrientes de los arroyos y los ríos en las regiones montañosas, ruedan y trituran los materiales contra sus lechos rocosos, siendo movidas lentamente las masas pesadas. El frotamiento de unos fragmentos con otros produce gravas y arenas que son lavadas por la corriente hasta que ésta disminuye su velocidad y deposita los materiales primeramente, como lechos de agrava y después en forma de barcos de arena. Finalmente, en los niveles más bajos 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 las corrientes de agua. Los depósitos glaciares, llamados aludes glaciares, se componen de arena, arcilla, grava y cantos rodados, pero estos depósitos se diferencian esencialmente de los que proceden de las corrientes de agua. Los cantos rodados procedentes de las corrientes de agua. Los cantos rodados procedentes de heleros presentan en la superficie muescas y estrías y suelen ser angulosos, tanto que algunos parece que han sido fracturados recientemente; casi nunca se parecen a los cantos rodados procedentes de corrientes de agua, de superficies desgastadas por ésta, redondeadas y listas. Además, los cantos rodados que proceden de heleros, se encuentran, a veces, aislados en algún depósito de arena o grava. Este genero de depósitos difiere de los de los ríos en que no hay clasificación por tamaños y los cantos rodados pueden aparecer sobre la superficie o encontrarse diseminados como si por accidentes hubieran atravesado la arena y grava que forman el cuerpo del deposito. Tales depósitos glaciares se parecen a un basto relleno artificial, sin la estratificación 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 línea de depósitos glaciares que se extiende desde Long Island hacia el oeste, hasta un límite sur señalado en los mapas geológicos. Cantos rodados glaciares suministran muy poca a ninguna información acerca de las características de los depósitos que los rodean, la aparición de cantos rodados en los depósitos o sedimentaciones fluviales indica que el lecho del río del que formaron parte se consolidó por la acción de la corriente; y también, porque, en época en que se produjo el depósito, 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 sobre los materiales que forman la costa. Las masas rocosas son arrancadas de las escolleras y trituradas las unas contra las otras, produciendo cantos rodados, gravas y arena. Las mareas arrastran 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, formado bancos y arrecifes. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

202



Lechos de arena, grava y cantos rodados. Estos materiales depositados, por la acción de las olas, en la orilla del mar o de los lagos, no presentan características constantes y conviene tomar muestras y estudiarlas para determinar las características de una formación costera. En los grandes valles fluviales, en que la formación es generalmente de lodo y otros materiales menudos, 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 capas o lechos se superponen a materiales más seguros. Cuando los ríos afluentes desembocan en grandes valles, pueden depositar sus materiales, formando bancos de arena, grava y cantos rodado encima de los lodos, turberas y otros materiales anteriormente depositados por el rió principal. Las condiciones topográficas generales pueden servir para formar juicio acerca de los riesgos posibles de que esto ocurra. Consecuencia de las acciones químicas y mecánicas. Como consecuencia de la breve descripción que antecede, se comprende que el hielo, las olas corrientes de agua tienden igualmente a disgregar las masas rocosas y a producir cantos rodados, gravas, arenas y otros materiales más finamente divididos. En resumen, la combinación de las acciones química y mecánica reduce las rocas más duras a las arenas finas, las arcillas más impalpables y los lodos y barros de finísimo grano; y el viento, las olas y el agua en movimiento clasifican dichos materiales en depósitos de granos de tamaño uniforme.

6.

Materiales que componen el lecho de fundación Clasificación y definiciones. La siguiente lista incluye las definiciones de los materiales que se encuentran con más frecuencia. Roca. (Roca firme, estrato rocoso o arrecife). Masa de roca inalterada que forma parte de la formación rocosa primitiva. Roca deshecha. (roca descompuesta). Arenas, arcillas y otros materiales procedentes de la desintegración de las rocas primitivas. Carece de las condiciones de compacidad de las rocas de que se derivan, pero ocupan el mismo lugar que éstas ocuparon. Rocas perdidas o suelta. Masas de rocas desprendidas de la formación de que formaron parte. Cantos rodados. Masas de rocas desprendidas de la formación rocosa, mayores que las gravas; generalmente redondeadas y debilitadas a consecuencia de su transporte, por el agua o el hielo, a distancias considerables de las masas de que formaron parte. Gravas. Partículas separadas de las rocas, desgastadas por el agua, redondeadas y de tamaño 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. En otros materiales. Brechas y pudingas. Mezcla o conglomerado muy coherente de arcilla u otro material cementado 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. Las rocas más duras, como son los granitos, pizarra, arenisca, caliza, etcétera, soportan perfectamente el peso de una estructura ordinaria. Las rocas menos duras, como los exquisitos, pizarras e esquistosas y ciertas calizas margosas y arcillosas, no deben cargarse con más de 150 toneladas por metro cuadrado, a menos que se hayan ensayado


203



satisfactoriamente para mayores cargas. En todos los casos, donde la fundación ha de colocarse en lo que se supone que es roca firme, debe tomarse el cuidado de cerciorarse de que no es una porción separada de la masa. También hay que ver si los planos de estratificación están inclinados y si existe el riesgo de deslizamiento 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 de que 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 la solidez de la roca primitiva. Cuando se golpea con un martillo, no da la resonancia del sonido característico de la roca firme. Puede ser bastante dura y compacta o tan blanda que se pueda excavar fácilmente con pico y pala. La capa superficial de esta roca desintegrada, superpuesta a la roca firme, tiene un espesor muy variable; en ciertos casos, basta excavar unos cuantos centímetros, para encontrar la roca firme, y en otros es preciso llegar a profundidades de algunos metros. Los testigos de sondeos de la roca deshecha son semejantes a las muestras de la roca firme, de modo 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 imposible llevar los cimientos hasta la roca y será necesario aumentar las dimensiones de los mismos o adoptar alguna otra solución. Rocas perdidas. Cuando se trata de una masa de rocas desprendida de la formación primitiva, se encuentra una parte a la que no se debe hacer soportar una carga mayor que la de seguridad de los materiales que la rodean. Si los espacios entre los diversos trozos de roca perdida están ocupados por pudingas o brechas, o grava, arena o arcilla compacta, la carga puede ser la misma que para estos últimos materiales, pero teniendo cuidado de asegurase de que 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 paso corrientes de agua, con el riesgo consiguiente de asentamiento peligrosos. Cantos rodados, gravas y arenas. Los cantos rodados son fragmentos de rocas transportados 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 de la seguridad de los materiales que los rodean. Otras veces se encuentran estos materiales en lechos muy compactos, con rellenos, en los intersticios, de grava, arena o arcilla. En tales casos, casi se puede asegurar que no tendrá lugar una consolidación posterior de la masa. Si el lecho de cantos rodados se extiende hasta la roca, podrá soportar, con seguridad, cualquier carga 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 y menores 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, en cuanto a su resistencia y no están expuestas a posibles alteraciones por causa de excavaciones u operaciones de desagüe próximas. Si están cementadas, reúnen las buenas cualidades 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 el elemento más abundante de los que entran en la composición de las rocas y como es muy resistente debido a su gran dureza e insolubilidad, es el componente principal de los depósitos de 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 el tamaño de sus granos. La arena gruesa puede contener partículas de grava pero, después de eliminar con un tamiz de 4 mallas por pulgada* las partículas mayores, se ve que la mayoría del material restante no puede pasar por una malla del numero 40. *NOTA DEL REVISOR. Los tamices que se indican en el texto corresponden al estándar americano e ingles. El número del tamiz corresponde al número de mallas por pulgada inglesa de longitud: así el tamiz de 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, con relación a la luz de las mallas, son equivalentes en ambos sistemas los tamices del mismo número. Como


204

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


en los países que emplean el sistema métrico también se clasifican los tamices por el número de mallas por centímetro cuadrado, damos a continuación un cuadrado en cuya primera columna figura el numero del tamiz, que es el mismo para los dos sistemas antes indicados, y que representa el numero de mallas por pulgada de un sistema u otro, y en la segunda columna se muestra el numero de mallas por centímetro cuadrado del segundo sistema descrito. Nº del tamiz o mallas por pulgada 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Mallas por cm2 2.5 3.5 5.25 7.25 9 12 14 17 21 25 28

Nº del tamiz o mallas pulgada 15 16 18 20 22 25 28 30 32 35 40

Mallas por cm2 33 37 47 58 71 91 115 130 150 180 235

Nº del tamiz o mallas por pulgada 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 100

Mallas por cm2 300 365 440 525 600 715 815 900 1050 1180 1460

Nº del tamiz o mallas por pulgada 110 120 130 140 150 160 180 200 220 240 250

Mallas por cm2 1760 2100 2470 2860 3280 3780 4900 5480 7070 8400 9150

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 alguna con 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 proporciones aproximadamente iguales. Arena limpia es la que no tiene arcilla ni margas, pero una arena pura con una gran proporción de partículas fijas suele considerarse como arena sucia. Arena angulosa es la arena limpia con granos gruesos y angulosos. Cuando se frota en la mano canta a causa del frotamiento de unas partículas con otras. Se aprecia mucho esta arena para hacer morteros, aunque requiere más cemento para llenar los vacíos y, según la opinión 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 y arcilla, que cuando está húmeda constituye un material blando e inestable. Es popular el supuesto de que esta arena e inestable. Es popular el supuesto de que esta arena tiene cualidades peculiares y amistosas, como la de corre igual que el agua y succionar los seres vivos y objetos. Estas manifestaciones se relacionan con varias teorías acerca de la composición de la arena movediza; algunos opinan que debe contener copos de micas algún mineral resbaloso, otros que las partículas son de extraordinaria finura o de forma esférica y otros dicen que con la arena debe haber cierta proporción de arcilla fina. El hecho cierto es que toda arena no cementada, cuando está sujeta a la acción de corrientes de agua, se mueve, y que al moverse por dicha acción, se convierte en arena movediza. Cuanto más fina sea la arena, sufrirá más fácilmente el efecto de una corriente de agua, y por ello son más perturbadoras las arenas finas que las gruesas. Una arena gruesa tiene grandes vacíos que permiten la circulación de cierta cantidad de agua si la corriente de agua no tiene velocidad bastante 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 hace desplazarse y seria muy difícil el desagüe sin que el agua tuviera velocidad suficiente par arrastrarla. Las excavaciones en arena movediza presentan la gran dificultad de que la arena que forma las caras laterales de la excavación se depende y corre hacia el fondo de la misma y aun cuando se protejan dichos laterales, sucede frecuentemente que el fondo de la excavación se levanta, es decir, que se produce un movimiento de material del exterior al interior de la excavación. Esta corriente sigue generalmente una línea curva, transportando arena bajo las paredes de los costados protegidos de la excavación. En tales casos, será muy útil rodear la excavación de pozos o puntas coladeras y drenar el suelo por medio de un bombeo continuo a través 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 material impermeable, en cuyo caso dichas tablestacas harán el papel de una ataguía para tener el


205

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


flujo de material. Estas tablestacas tienen que ser prácticamente estancas, porque la arena extremadamente fina, como la arena movediza, pasa a través de intersticios pequeñísimos. La arena movediza como lecho de fundación. No es muy conveniente este material para dicho 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 que han 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 son de arena movediza, sino también cuando descansaban sobre un lecho de arena gruesa, grava o arcilla de buena calidad apoyado sobre arena movediza. Bolsas de arenas movedizas. Con frecuencia se encuentran estas bolsas en depósitos de carácter heterogéneo. Cuando tales bolsas son de poca extensión, se las puede vaciar, y llenar con hormigón los espacios vacíos. Cuando las bolsas alcanzan dimensiones más importantes, no hay más remedio que construir machones a través de la arena hasta un mejor lecho 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; hecho que hay que tener muy en cuenta cuando se calcula las cargas para arena fina, porque este material 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 un edificio, siempre que se contenga conveniente, cos muy difícil de conseguir en la mayoría de los casos por lo que aquella suposición resulta peligrosa. Variaciones en el año de los granos de arena. El diagrama de arriba (Fig. 95) reúne los resultados 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 con las llamadas arenas movedizas; La línea (2) da el resultado de muestras de arena natural clasificada como buena para construcción; la línea de punto y trazo (3) da el resultado de los ensayos con arena fina de playa, notable para la uniformidad del tamaño de sus granos. Para proporción comparativos y al objeto de mostrar las variaciones en las arenas que parecen ser substancial las mismas, se agrega la línea de puntos (4). Esta curva representa el resultado de ensayos 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 y 0.14 mm. La arena fina tiene, con frecuencia, una proporción considerable de arcilla. Un análisis químico de una arena de los suburbios de Nueva York, considerada como arena movediza y analizada por el Dr. C.F.MacKenna, dio el siguiente resultado: Sílice Alúmina y óxido de hierro Cal Magnesia Perdida de ignición

73.76% 18.52% 1.60% 1.48% 2.26%

Un análisis racional de la composición siguiente: Cuarzo Arcilla y mica Detritus feldespáticos

39.38% 23.94% 36.68%


206



Una muestra de arena muy fina de Michigan, de la cual pasó el 75% por un tamiz de 200 mallas por pulgada, estaba compuesta totalmente de cuarzo. Arcilla. Cuando es pura, se compone exclusivamente de silicato de alúmina hidratado y procede de la descomposición de los feldespatos. Por lo general, acompañan al silicato varias impurezas. 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 con proporción variada, desde los lechos de arcilla casi pura hasta los de arena casi pura; es difícil establecer una clasificación. Efecto de la humedad en la arcilla. La arcilla se encuentra, generalmente, en las excavaciones en forma de masa plástica por causa de la humedad, presentándose ésta en proporciones variadas. La arcilla, al secarse, sufre una contracción de volumen y pierde su plasticidad, convirtiéndose en una más sólida y coherente, semejante, en su consistencia, a un ladrillo 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 trituran estos terrones, se convierte la arcilla en polvo impalpable. La perdida de volumen que exprime la arcilla, cuando se seca totalmente al aire, puede ser del 10% al 20% de su volumen primitivo. 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 está expuesta 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 por causa de su plasticidad, cuando contiene agua, y de su tendencia a contraerse, cuando pierde humedad. La plasticidad de la arcilla aumenta con la proporción de agua, y arcilla sólida y dura se puede convertir en una papilla cuando se agita en presencia de una cantidad suficiente de dicho líquido. Su plasticidad aumenta también con la presión, como puede verse con una máquina de hacer ladrillos. la arcilla desarrolla, con frecuencia, esta condición de plasticidad cuando se emplea como lecho de fundación y está sometida a la presión moderada de una estructura; Entonces, la arcilla corre y se escurre por debajo del cimiento, causando asentamientos y desplazamientos en aquél. Este movimiento de la arcilla corre hacia los costados y después hacia arriba, produciendo pandeos u ondas en la superficie de los materiales 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 pueden reducir o prevenir estos movimientos por el sencillo recursos de cargar las tierras circundantes con un pido de cemento, por ejemplo. Movimientos de los lechos de fundación de arcilla. El movimiento de la arcilla puede producirse en gran escala, bajo la forma de un flujo general del material sobre que descansa la construcción hacia ciertos puntos en que la presión sobre la arcilla sea menor que la que produce de las cargas de la construcción. Estos movimientos generales se producen con más facilidad en los edificios o construcciones situados en la ladera de un cerro o colina, porque entonces, la arcilla encuentra un camino fácil para correr hacia un nivel más bajo que el del cimiento. 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 de rocas u otros materiales, están expuestos a correrse hacia abajo, ya movimiento lento, apenas perceptible, o en corrimientos de más o menos importancia. Protección de los lechos arcillosos de fundación. Cuando el lecho de fundación es de arcilla, o de arena con una gran proporción de arcilla, es conveniente protegerlo de la acción del agua en lo que sea posible, rodeando el emplazamiento de la construcción con un sistema de drenajes y desviando las aguas superficiales de la construcción. Hay que tener cuidado de evitar cualquier acumulación de agua que pudiera afectar al material bajo los cimientos, al rellenar alrededor de los muros exteriores; el olvido de esa precaución ha producido, a veces asientos muy serios durante la construcción. Limo, aluvión, turba y otros materiales inestables. Cuando hay que emplazar una estructura 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


207



cajón, hasta que siente sobre los estratos firmes inferiores. Este genero de fundaciones se estudia en otros párrafos de este mismo capitulo. El subsuelo de la Cuenca del Valle de México es elástico, impermeable, ligero e impregnado de agua, debido a que fue antiguamente un gran lago. Por ello, el terreno de la Ciudad de México es de una estructura muy especial y esta constituida por tierras de acarreo, lavas volcánicas 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 son mayores 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 de formación más reciente, pudiendo ser un terreno de origen vegetal; b) terreno consolidado por las cargas que han actuado sobre él y que se mantiene seco y comprimido; c) terreno que mantiene húmedo por capilaridad y que se agrieta y produce asentamientos si le falta el agua freática; d) aguas freáticas; e) lecho o fondo de las aguas freáticas; f)mantos de agua y estratos de arena, arcilla, grava y tepetate más o menos entrecruzados. La superficie del terreno es, a veces, muy irregular, debido a rellenos de cascajo que emplearon los coloniales para cubrir los canales y a restos de construcciones mas o menos antiguas que han sido tapados. A causa de la gran cantidad de agua que contiene y que, a veces, llega al 70%, el 3 terreno es de muy poca profundidad 1135 Kg. por m . Las capas de arcilla impermeables se encuentran a 100, 200 y 300 m, pero en ocasiones, sus ondulaciones llegan casi hasta la superficie. Las aguas freáticas en que esta embebido el terreno suelen encontrarse a los 0.70 m y 2 m. Para cimentar hay que descubrir el terreno consolidado, quitando la capa de reciente formación o tierra vegetal. Dicho terreno consolidado es mas uniforme y resistente que las capas inferiores, pues la resistencia disminuye a medida que se profundiza, y sirve además como ensanchamiento del cimiento para transmitir la carga, pues las líneas de presiones por debajo 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 las siguientes reglas: ninguna casa, edificio u otra construcción se podrá almacenar material animal o vegetal, ya sea lodo, basura, etc, tales materiales o desechos serán removidos del terreno 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 terreno debe 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 o menos uniforme pero continuo, causado por la contracción debida a la consolidación gradual de los materiales de que se componen. Cuando el relleno es de roca sólida, la consolidación puede ser de poca importancia, pero si el relleno es de tierra y especialmente donde es de materiales mezclados, la contracción será no solamente importante, sino que continuara durante un largo periodo. Por ejemplo, cuando se echan los escombros sobre un relleno de roca, cada vez que llueva, el agua arrastrará los escombros a los espacios vacíos del relleno y esta acción continuara hasta que todos esos huecos se hallan llenado. Cualquier materia vegetal u otra sujeta a degenerar y contraerse en volumen, aumentara la contracción total de la masa. 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, el asiento del cimiento es inevitable con la masa, aun en los casos, en que la carga unitaria sobre la fundación sea muy pequeña. En tales casos, los asientos pueden ser verticales y uniformes, pero si el espesor del relleno en alguna parte es mayor que en otras, el asiento no puede ser uniforme y la contracción, en general, será proporcional a dicho espesor. No se debe fundar ninguna construcción importante sobre tales materiales y cuando sea posible debe llevarse el cimiento, a través del relleno, 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 los materiales existentes y las condiciones que los hacen más o menos aptos para el objeto a que se destinan, no es posible establecer reglas generales o definidas y, por lo tanto, debe estudiarse cada caso cuidadosamente, para poder determinar la carga unitaria uniforme sobre el lecho de fundación. Si el material y las condiciones en que ha de trabajar son uniformes en


208



toda la construcción, se puede adoptar una carga unitaria uniforme, pero la experiencia ha demostrado que, en general, son distintas las condiciones en las diversas partes de una misma construcción y, en tales casos, se debe tener cuidado especial para la determinación de las cargas unitarias. Por ejemplo, cierta sección de una construcción puede descansar sobre roca firme y otras, de la misma construcción, sobre tierra compresible o arcilla de estabilidad dudosa; 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 se reduzcan al mínimo. Si la construcción hubiera estado fundada en su totalidad sobre materiales compresibles, podría admitirse un asiento considerable, con la condición de que fuera uniforme; pero en el caso particular considerado se conoce de antemano que la sección de la construcción que descansa sobre roca, no asentará en conjunto y que cualquiera otro asiento 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 tener presente que aunque una carga unitaria pueda ser de seguridad para un suelo compresible, en el sentido de que, en último resultado, dicho terreno pueda soportar el asiento excesivo que pueda 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 si se trata de una edificación a construcciones ya existentes, la importancia que pueda tener el asiento 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 que tenerlas 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 este capítulo. Cargas de seguridad sobre roca. La carga unitaria de seguridad sobre roca puede ser superior, con frecuencia, a la resistencia a la compresión de la fábrica y mampostería y, en la mayoría de los casos, cualquier material que merezca el nombre roca puede soportar una 2 carga de 145 a 390 toneladas métricas por m . Cargas de seguridad sobre arena, grava y cantos rodados. Cuando estos materiales son compactos y están contenidos lateralmente, pueden resistir una carga de 98 toneladas 2 métricas por m sin asiento apreciable. Sin embargo, resulta poco recomendable cargar estos 2 materiales con cargas superiores a 50 toneladas por m . Cargas de seguridad sobre arena suelta o sin contener. En este material puede asentar por efecto de su propio peso, independiente de las cargas que soporte. Se deben hacer ensayos sobre estos materiales para determinar la carga unitaria que convenga. Cargas sobre arena fina o movediza. Puede suceder que la arena fina, si está bien contenida, sea de resistir tanta carga como la arena gruesa, pero teniendo en cuenta que a la menor circunstancia desfavorable se desplaza lateralmente, no se aconseja fundar ninguna estructura sobre este material, u cuando sea inevitable cimentar sobre ella, no se le debe 2 someter a cargas superiores a 20 toneladas por m , teniendo cuidado de unir todos los cimientos con una capa continua de hormigón para prevenir el riesgo de cualquier flujo de material en la excavación de los sótanos. También hay que cuidar que ningún sumidero o colector, pozo de bomba, sistema de drenaje, alcantarilla de saneamiento, pueda permitir escapes de arena. Cargas de seguridad sobre brechas y pudingas. Las de las brechas y pudingas y ciertas arenas ceméntales que se consideran como tales, pueden aproximarse a las de las rocas en cuanto a sus condiciones de dureza y seguridad. Sin embargo, tales materiales son susceptibles de ablandarse por la acción del agua. Si estos materiales están secos cuando se descubren, se deben hacerse experimentos con ellos para determinar su comportamiento en estado húmedo y, si el nivel hidrostático en el terreno es susceptible de cambiar hasta llegar al lecho 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 100 2 toneladas por m . 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 o arcilla. Cargas de seguridad sobre arcillas. La arcilla ordinaria no se debe cometer a cargas a 2 2 superiores a 20 toneladas por m . si es blanda y plástica, una carga de 20 toneladas por m puede ser causa de asientos inadmisibles. La arcilla con una proporción tal de arena que haya 2 perdido su plasticidad, se ha llegado a cargar con 40 ó 60 toneladas por m , dando asientos TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

209



admisibles, y las arenas o gravas, con que las brechas o pudingas. Sin embargo, la arcilla es el material 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 tomar todas las precauciones convenientes para evitar flujos del material. Hay que huir de una confianza excesiva en los ensayos que se hagan sobre suelos arcillosos. Puede suceder que una 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 los resultados de ensayos practicados en una área mas reducida que la del emplazamiento. Por la experiencia que se tiene de grandes edificaciones de Albany y Chicago flotantes sobre arcilla, 2 la carga unitaria admisible se ha reducido, por lo general, a 20 toneladas por m sobre arcilla ha dado asientos que variaron desde 0 a 30.5 cm.

9.

Cargas unitarias admisibles sobre los lechos de fundación por las leyes y Reglamentos Diferencias entre los reglamentos de edificación. La tabla I da un resumen de las cargas unitarias admisibles en diversas ciudades para los distintos materiales, tomadas de los respectivos reglamentos de edificación. Es posible que, en que algunos casos, se basen las cargas admisibles en la experiencia de la construcción real en los respectivos lugares, pero es mas 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 arquitecto no debe confiar mucho en las cargas unitarias que dan los reglamentos. Por lo tanto, el reglamentos y será conveniente que estudie cada caso y determine por si mismo la tolerancia admisible. Condiciones especiales exigidas por algunos reglamentos. El de Nueva Orleáns limita la 2 carga máxima a 6840 Kg. por m , porque toda la ciudad descansa sobre el aluvión de una delta. 2 El búfalo, la carga sobre tierra se limita a 34 toneladas por m ; si el suelo no es de arcilla dura o grava, las áreas de apoyo serán tan extensas como se indique. 2 En Cincinati, se limita la carga sobre tierra a 9.8 toneladas por m . Debido a la estructura especial del subsuelo de la Ciudad de México, que ya se ha debido explicado, 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 general 2 de 3000 Kg. por m . si hubiera alguna construcción antigua en buenas condiciones de estabilidad, sin asentamientos ni deformaciones producidos por el suelo, la carga unitaria máxima admisible sobre éste será igual a la fatiga que le imponen los elementos de dicha construcción anterior, pero si se acusaran en esta los asentamientos y deformación indicados, 2 la carga máxima admisible será por lo general de 5000 Kg. por m . Sólo podrán aumentarse las 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 se encuentras al nivel del lecho de fundación, el arquitecto debe procurar informaciones lo más completas posibles de otros, tales como las de su experiencia con las excavaciones y construcciones de las proximidades. En ciertas localidades, las condiciones del subsuelo permanecen uniformes sobre grandes áreas; en cambio, en otras, hay muchas variaciones dentro de límites relativamente poco extensos. Grandes cambios en la topografía del terreno, en las características del suelo y en su vegetación natural, proximidad a antiguas o actuales corrientes de agua, son condiciones muy sugestivas de las irregularidades del subsuelo. En tales casos, y en todos los que puedan sugerir alguna duda respecto a las cualidades del subsuelo, se debe hacer un número suficiente 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 el nivel hidrostático de las aguas del terreno y asegurarse de que no existe ningún lecho insospechado de arena movediza u otro material poco apropiado debajo del lecho de fundación. Los procedimientos de exploración que más se usan son los siguientes:


210

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Arena movediza o terreno de aluvión

5

Denver, 1927

Chicago 1924

Boston 1928

Tipo de lecho de fundación. Carga en toneladas en metro cuadrado

Atlanta1911

Akrow 1920

Tabla 1. Cargas en toneladas métricas por metro cuadrado sobre los lechos de fundación admitidos por los reglamentos de edificación

5

Tierra de adobe

5

Arcilla blanda o húmeda de 4.5 m de grueso al menos Arcilla blanda, arenosa

tierra

negra

o

10

10

17

20

10

10

10

aluvión

Arcilla blanda y arena mojada

15

10

20

20

10

10

20

20

10

15

20

Arcilla firme Arena mojada Arena mojada fina

10

15 20

Arena y arcilla mezclada o en capas

Arcilla y arena secas

10 10

20

20

20

20

Arcilla blanda contenida contra desplazamientos

20

20

20

20

20

20

20

20

20 30 20

20

20 20-40

Arcilla en gruesas capas, relativamente seca

30

22

25

30

Arcilla maciza, seca Arcilla con tierra negra, arena fina, firme y seca Arena limpia Tierra negra, firme y seca Arena seca y firme

25 25 25

20-30

30

20-30

30

10-20 20-40

30

30

30-40

Arcilla dura

30

40

40

30

30 30

Arcilla o arena fina, firme y seca

30-40

Arena gruesa, muy firme

40-60

30-40

Grava

40

40

40

40

40

60

40

40

40

40

40 40

40

40

40 40

Arcilla plástica, mezclada o no con agua

40

Arcilla seca de granulado fino

40

40

80

60

10 50 50

Arena gruesa a media, mojada o seca

40

50

Arcilla azul dura con mezcla de arena

60

Arena gruesa, firme y grava

00-100

60

Grava, arena compacta y arcilla amarilla, dura

50 60 100

Grava o arena gruesa bien cementada 60

80

100

100

60

Esquistos duros, sin descubrir

100

Esquistos y puzolanas

50

80

Roca con lechos desintegrados

80

80

Roca blanda

150

150

210

100

100

100

Roca de dureza media

40

40-60 20-30

Arcilla seca, fina

40

60 40

Piedra y arcilla estratificadas

Puzolanas

60

30

Arena y arcilla regularmente secas

Arena gruesa y grava en gruesas capas

40

40

40

Arena regularmente seca

Arena gruesa compacta y grava

40

40

30

Arena mojada de granulado fino

Arcilla en gruesas capas, siempre seca

30

30

Arena movediza, cuando está drenada

Arcilla dura y seca

30

100

100

1000

100

100

80 250 100

100

Roca

Exploración por pozo abierto. Para una exploración poco profunda, un pozo abierto es el procedimiento más eficaz porque permite el estudio de los materiales in situ en un área extensa. Si el pozo se abre sobre materiales firmes, no hacen falta tablestacados ni ninguna otra protección; pero en otros materiales pastosos o fluidos o a mayores profundidades que los cimientos adyacentes, es necesario entibar con tablestacas de madera o acero. Si la excavación s no es más honda que el nivel proyectado para cimiento, los materiales más profundos 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 un extremo afiliado, se clava hasta la profundidad necesaria por medio de un mazo o una porra TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

211



que cae de cierta altura. Aunque este método rudimentario no suministra testigos, se puede determinar con él el nivel hidrostático y distinguir, con un poco de práctica, los terrenos arenosos de los arcillosos por el sonido de la barra, cuando se le hace vibrar. La dificultad mayor o menor que se encuentra para clavar la barra en un síntoma del grado de dureza y compresibilidad del suelo. Se debe tener presente, sin embargo, que cualquier material seco ofrecerá 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 de que la barra encontró macizo o alcanzó la roca. Exploración con excavadoras de postes. Para exploraciones poco profundad, en materiales fácil de excavar, se puede usar el azadón propio para colocarse postes o el más largo y mayor empleado para los telegráficos, hasta profundidades de 2 a 2.5 m. Exploración con barrena. En arcillas o materiales analógicos, puede usarse una barrena de carpintero, soldada a una varilla larga o la llamada sonda ranurada. Esta herramienta puede suministrar muestras bastante satisfactorias. Cuando la operación se hace en grava o material suelo y arenoso, se desprenden las paredes del sujeto, interrumpido la operación y destruyendo las muestras. Exploración por sondeo con tubo seco. Se puede usar para este objeto una sonda ranurada o 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 perforar y desprender el material por delante del tubo, facilitando así su introducción. Los métodos descritos no son, generalmente, muy satisfactorios para exploraciones profundas o cuando en la 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 y consiste en un tubo de acero o hierro dulce, llamado tubo de revestimiento o tubo perforador que se clava en el terreno, de la misma manera que en el método anterior, pero la perforación se facilita con un chorro de agua. El extremo inferior del tubo va provisto de una zapata hueca o refuerzo, ligeramente más ancha que el diámetro exterior del tubo, que sirve para proteger a éste cuando atraviesa grava, pudinga o brechas y su perforación es un poco mas ancha que el diámetro del tubo. El extremo superior del tubo perforante se protege con una cabeza anular provista de una parte roscada, correspondiente a otra roca en el tubo, y de un orificio central, para dar paso a un tubo de inyección; este tubo es lo bastante pequeño para seguir su acción inyectará. El extremo superior se conecta con la distribución de agua, que debe estar a gran presión, el mecanismo de perforación consiste en un peso de hierro fundido previsto de un orificio vertical lo bastante ancho para admitir en él tubo del agua y de un dispositivo que se mantiene vertical y que sostiene la masa de un martinete con un orificio que suelta al peso cuando éste alcanza una altura determinada. Con este aparato, se inyecta agua en corriente continua por medio del tubo inyector, cuya longitud se regula de modo que la acción del chorro desprenda el material inmediatamente por debajo o delante del tubo perforador. Parte del agua inyectada vuelve a la superficie por la parte exterior del tubo y sirve de lubrificante 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 tubo del 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 tubo perforador, éste se introduce a una profundidad mayor, golpeándole con el martinete; la perforación y el arrastre de materiales se verifican así simultáneamente y continúan hasta la cabeza del tubo perforador enrasa con la superficie del terreno; entonces la cabeza percutora del martillo, la pieza anular y el manguito de conexión se sacan ara poder agregar longitudes suplementarias de tubos de perforación e inyección, después de lo cual se vuelve a poner en su lugar las cabezas del tubo y el manguito. Con este dispositivo, se pueden hacer sondeos a grandes profundidades en arena, arcilla u otros materiales apropiados. Las muestras de material se obtienen dejando que se sedimenten en el agua que retoma entre el tubo perforador y el del inyector. Estas muestras no son precisas, porque el agua hace una separación de los materiales cuando éstos se sedimentan en ella. Las partículas más finas no se sedimentan fácilmente y las de mayor tamaño y de mayor peso pueden suceder que no hayan sido arrastradas del todo al exterior. Es evidente que tales muestras no pueden proporcionar ninguna indicación acerca de la solidez de los depósitos de que será muy difícil atravesar dichos obstáculos con la sonda. En tales casos, el TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

212



chorro se substituye por una barra perforada que rompe el obstáculo o lo empuja hacia un costado; en todo caso, es muy difícil conseguir una muestra o indicaciones reales respecto a las características de la obstrucción. Este método no puede continuarse cuando se encuentran roca firme o cantos rodados de grandes dimensiones, no pudiendo obtenerse ninguna muestra con el tubo perforador; en estos casos, hay que ocurrir a uno de los procedimientos del perforador 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 roca firme y cantos rodados y suministran muestras muy exactas. En todos los procedimientos del perforador anular, la perforación se hace por medio del giro de una herramienta tubular, que hace un corte anular en la roca y corta un testigo cilíndrico que después se desprende y se saca a la superficie por medio de una pinza o tenaza. La pieza cortante puede hacerse de distintos modos. Corona de diamantes. Consiste en un anillo colocado en el extremo inferior del tubo rotatorio y provisto de cierto número de diamantes pequeños, dispuestos de modo que forman bordes cortantes que, al girar en contacto con la roca, la van gastando gradualmente y siguen penetrado por el espacio anular. Los diamantes que se emplean, para este género de sondeos, se llaman diamantes negros o carbones y solamente se parecen a los diamantes usados en joyerías por su dureza. Estos diamantes se fijan firmemente, en una capa de metal blando, en encajes perforados en la corona, resaltando por debajo de ésta, y también por las superficies interior y exterior, lo suficiente para asegurar un corte de dimensiones lo bastante grandes para permitir el avance de la corona y el vástago o tubo. Sonda de perdigones. El mismo resultado se consigue por el procedimiento de la sonda rotativa de perdigones, en la cual se emplean partículas de fundación enfriada, llamadas perdigones, que obran como cortadores. Los perdigones se echan sueltos en su orificio y se le obliga a gastar la roca por medio de rotación de la corona. Eficacia de los procedimientos de perforación anular. Los dos procedimientos mencionados son costosos, pero como son los únicos métodos capaces de dar testigos o muestras exactas en rocas, es necesario emplear cualquiera de los dos cuando necesite una información 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 llegado al firme. Si el testigo corresponde a una roca diferente de la formación rocosa conocida, es probable que se trate de un canto rodado. Si el testigo no es uniforme, indica que la roca tiene vetas o que existen masas rocosas sueltas. Estos procedimientos se emplean cuando la capa superior 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 no interpretarlos correctamente; se debe tomar gran cuidado en comparar las muestras con otras procedentes 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 lecho de 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 de estar bajo la carga y, por lo tanto, los ensayos en área restringidas no constituyen una buena guía para la carga de seguridad sobre áreas extensas. Además, el material no se prueba más que para un pequeño incremento de cargas. Los ensayos en superficies extensas cuestan caros, por cuya razón se practican pocas veces; lo más corriente es que las pruebas se hagan 2 en superficies de 0.1 m . La prueba debe hacerse sobre una parte normal del lecho de fundación que previamente se nivela para poder recibir la carga de ensayo, y para una superficie circundante al área probada, tal que los materiales adyacentes no estén reforzados no recargados por ningún banco o material sin excavar. Se debe aplicar la carga evitando en lo posible las vibraciones o movimientos de la superficie de contacto con el material del lecho de fundación. Se toman niveles, a intervalos frecuente durante la aplicación de la carga del punto marcado en la viga, tomando carga suplementaria sobre carga del 50% hasta 100%, y se observa los asientos periódicos y el total que se produzcan. Si el asiento procedente de una sobrecarga del 100 % no es excesivo, se considera que el ensayo es satisfactorio.


213


12.


Condiciones topográficas y especiales Excavaciones es contratos inclinados. En el caso de que haya que empezar la construcción en un talud y especialmente si es de gran pendiente, se corre el riesgo de resbalamiento del material 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 estratos inclinados de arcilla por debajo del lecho de fundación. En tales situaciones, el mayor peligro de resbalamiento se tiene cuando se presenta el agua, que aumenta el peso del material y disminuye el coeficiente de rozamiento. Un síntoma de tales condiciones es la aparición de bretes de agua o manantiales en el subsuelo. En los lugares en que la base del talud se extiende hasta un arroyo o río, puede haber peligro procedente de la erosión de los bancos que soportan los taludes laterales del valle. En el caso de valles profundos, con bancos inclinados de arcilla, o en cualquiera otro emplazamiento donde hayan ocurrido corrimientos de tierras, se debe tener especial cuidado de fundar sobre un lecho que no haya sido afectado por los corrimientos. Excavaciones en las proximidades de aguas navegables. Cuando la construcción está cerca de aguas navegables, no es difícil que las operaciones de dragado a una distancia considerable 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 de tales estratos. Hay que prevenir este riesgo, muy especialmente en los terrenos pantanosos contiguos a corrientes de agua que son o pueden ser navegables, o no localidades próximas a las riberas donde es presumible que se construyan muelles. Perjuicios por excavaciones contiguos. Está prevista, en la generalidad de las legislaciones, la protección de los propietarios contra los daños procedentes de actos de tercero que practique dichas excavaciones; pero un propietario no puede, en general, ejercer control sobre tales operaciones en las propiedades adyacentes o en la vía pública y, en general, prefiere prevenir, en lo posible, los perjuicios en su propiedad a una reclamación legal de éxito problemático. Aunque no sea posible provenirse totalmente contra los efectos de las excavaciones contiguas y aunque los gastos para conseguirlo no son siempre justificados, se debe 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 la propiedad o situados donde haya probabilidad de ampliaciones futuras a los edificios existentes, o los cimientos de una construcción con propiedades contiguas que puedan convertirse en el emplazamiento de construcciones, deben excavarse, por lo menos, a una profundidad igual a la profundidad máxima de los adyacentes. Para apreciar esta circunstancia, deben tenerse en cuenta las condiciones de su situación. En las zonas residenciales lujosas, es corriente que haya piso bajo o de subsuelo y sótano, en cuyo caso hay que suponer una profundidad de 6 m, por debajo de la rasante. Es muy raro que los sótanos de las residencias tengan más de 3 m de profundidad, cuando el nivel de la excavación ha pasado, ha dicha profundidad, del nivel hidrostático. De hecho, un nivel hidrostático alto es su dificultad y en los gastos que ocasiona la excavación, sino también por el gasto que supone la impermeabilización. En los centros urbanos de negocios y especialmente 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 instalaciones de servicios auxiliares, como calderas y equipos mecánicos, y alquilar uno o aun dos o tres pisos bajos. Los locales de los pisos bajos son muy útiles para los bancos, no sólo para guardar documentos valiosos, valores, etc., en sus tres o cuatro bóvedas y de cupones. Para construir estos pisos bajos, es preciso llevar las excavaciones hasta 25 ó 30 m por debajo de la rasante del terreno, aunque el nivel hidrostático se encuentre a pocos metros del nivel de la calle. El edificio de la Barcly-Vesay de Nueva York de la New York Telephone Company tiene 3 cinco pisos bajos, comprendiendo un volumen de unos 103 000 m de bajo de tierra. El Federal Reserve Bank de Nueva York con sus cinco pisos bajo tiene bajo tierra un volumen de 3 914 000 m , de los que una quinta parte se usa como bóveda para caja fuerte de efectivo y valores. Alcantarillas y fosos de asentamiento en relación con las fundaciones. En las poblaciones 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 probable de un colector suficientemente profundo para dar servicio a la calle. En otras localidades, el


214



asunto tiene más importancia, porque habrá que pensar en la posibilidad de excavaciones más profundas para la red principal del alcantarillado y para la construcción de ferrocarriles subterráneos, etc. Tales construcciones están supeditadas a consideraciones topográficas de importancia, no es posible establecer reglas generales y deberá consultarse al ingeniero oficial de 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 antiguas labores mineras. No se puede hacer ninguna previsión en las fundaciones contra las dispersas cavidades y los hundimientos que pueden resultar de las operaciones mineras. En algunos casos, los desprendimientos de fragmentos de roca de los techos de las labores pueden llenar los vacíos que hayan dejado los trabajos, porque estos fragmentos ocuparan mas volumen que ocupaban cuando eran una parte de la masa firme. En otros casos la sobrecarga puede asentar como una masa sólida y producir un descenso igual a la profundidad de las labores antiguas. Las medidas de precaución que deben tenerse para el relleno de estos trabajos se salen de los límites de este capitulo. En casos de construcciones importantes, se debe consultar a un ingeniero de minas de la localidad o, si es posible, cambiar el emplazamiento de la construcción a lugar mas seguro. Los pozos o conductos de ventilación de mina, pozos profundos y ventilaciones de túneles, etc., pueden causar trastornos en el suelo, pero, en tales casos, 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. En las grandes poblaciones, en que el transporte y la circulación adquieren gran importancia, es necesario construir ferrocarriles, túneles y pasos subterráneos y tales construcciones tienen, generalmente, el mismo recorrido que las calles. Los túneles de los ferrocarriles metropolitanos para las líneas principales pueden seguir líneas directas o estaciones situadas céntricamente o terminales 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 para este género de obras se hace, generalmente, tan poco profundas como sea posible. Cuando un túnel tiene que pasar por debajo de algún obstáculo, el nivel del paso será probablemente el 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 de viajeros, se pueden trazar curvas d menor radio y con más pendiente que en los ferrocarriles ordinarios; esto permite a la línea ceñirse a las direcciones de las calles de la ciudad. Bajo el punto de vista del tráfico, la línea debe seguir, en general, las grandes arterias del trafico superficial y las estaciones deben emplazarse en las intersecciones de calles y avenidas importantes, donde hay mayor congestión de la circulación. La causa de estas circunstancias es la existencia de centros comerciales, que exigen la construcción de edificios de gran altura, de donde resulta que las edificaciones importantes son las que tienen más probabilidades de que sus fundaciones se vean afectadas por la construcción de vías subterráneas en sus proximidades. Cuando hay razones para intentar la construcción de una vía subterránea o túnel, es preciso informarte acerca de la profundidad probable de la excavación, el nivel hidrostático o profundidades a la cual se encuentra el agua, la clase de material, 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 que estas excavaciones para los túneles y pasos subterráneos llegan por de bajo del nivel los cimientos 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 visto seriamente afectadas. Las consecuencia que quedan apuntadas no están limitadas a ningún método 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 cimientos Cargas. 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 peso de 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.


215



1. Cargas muertas. La carga viva de una estructura es la suna de las cargas sobre el tejado y los pisos. Cuando se proyectan el tejado y los pisos, el cálculo de la resistencia se basa una carga unitaria adoptada que debe ser la máxima compatible con el empleo que haya de darse a la estructura y a la cual puede estar sometida una parte cualquiera del tejado o el piso 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 probable que las condiciones que produzcan la carga máxima tengan lugar simultáneamente en el tejado y en todos los pisos, es probable que la carga máxima sobre los cimientos resulte menor 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 los pisos. Cuando se proyectan el tejado y los pisos, el cálculo de la resistencia se basa sobre una carga unitaria adoptada que debe ser la máxima compatible con el empleo que haya de darse a la estructura y a la cual puede estar sometida una parte cualquiera del tejado o el piso en algún momento. La carga sometida que adopta es, tanto, mayor que la carga media sobre el área total del tejado o de los pisos. Por consiguiente, como no es probable que las condiciones que produzcan la carga máxima tengan lugar simultáneamente en el tejado y en todos los pisos, es probable que la carga máxima sobre los cimientos resulte menor que la suma 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 carga viva total adoptada. La relación entre la carga viva máxima probable y la carga viva adoptada varía según las construcciones 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 los cimientos, y como este máximo puede ser solamente una fracción de las cargas vivas adoptadas, el arquitecto debe hacer un estudio cuidadoso de las condiciones de carga a las que 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 carga unitaria adoptada para el tejado y los elementos de cada piso puede alcanzarse en varios momentos, pero no es probable que la carga máxima de todas las partes del edificio actué simultáneamente en todas ellas. En los edificios de muchos pisos, disminuye dicha probabilidad proporcionalmente al número de los mismos. Ajuares ordinarios y muebles en oficina. Se debe adoptar la carga máxima de 25 a 50 Kg. 2 por m del espacio ocupado. En tanto que las cajas de caudales, bibliotecas o archivos 2 pueden producir cargas locales de 50 a 500 Kg. Por m , la carga media para pisos 2 destinados a oficinas muy pocas veces llega a 50 Kg. Por m . Residencias, apartamientos y hoteles. Cuando no se celebran en ellos reuniones publicas, 2 las cargas raramente pasan de 25 Kg. Por m . 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 por metro cúbico entre las clases mas y menos pesadas y, además, al cifrar el espacio ocupado por las existencias, deberá tenerse en cuenta el termino medio entre el máximo y el mínimo de la cantidad de mercancía soportada. En las tiendas de mercancías generales al por 2 menor, la carga en el piso para todo el edificio puede no ser mayor que 125 Kg. Por m , pero en las tiendas de mayoristas y especialmente en las de comestibles y loza, la carga puede ser muy superior a la citada. Talleres, cobertizos y edificios para fábricas. Las cargas vivas efectivas varían según la clase del material manufacturado y el peso de la maquinaria empleada y no es posible hacer un cálculo en general para estas cargas. Cuando se conocen las características de la industria, se puede tener una aproximación de los pesos de maquinaria, dispositivos y mercancías, por termino medio, sobre cada piso. Almacenes. En las construcciones que se empleen total o parcialmente para almacenaje, el piso puede utilizarse para materiales de poco peso y mucho volumen que, cuando se TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

216

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


estiban de manera que dejen hueco para circular y trabajar, darán una carga resultante mucho menor que la adoptada. Por el contrario, las mercancías mas pesadas suelen apilarse de modo compacto, desde el suelo hasta el techo, desafiado los reglamentos de edificación, avisos y hasta el sentido común. Los materiales toscos y los que estad en cajas o 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, 2 generalmente, para soportar una carga de 3 000 Kg. Por m , en el caso de almacenaje de 2 oro y placa en barras, la carga viva puede llegar a ser de 8 800 Kg. Por m o más. Relación de la carga viva máxima total probable a la carga vital total adoptada. Si se ha determinado esta relación para todo el edificio, la carga viva máxima probable para cada elemento de los cimientos se puede conocer exactamente, multiplicando la carga viva calculada o adoptada de cada elemento, por dicha relación. 3. Carga del viento. Se calcula tomando como base que la presión del ciento es uniforme 2 y se toma frecuentemente como de 150 Kg. Por m sobre toda el Rea exterior de cualquier lodo del edificio. Para este supuesto, no se deducen las protecciones que representan los edificios colindantes. No es fácil que la presión máxima se alcance en la superficie total expuesta del edificio en el mismo instante y, por lo tanto, si la presión adoptada representa la 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 supondrá que 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 aumentar la carga sobre los cimientos de la parte del edificio al lado contrario a la dirección del viento y a disminuirla sobre los del lado frente al viento. En muchas edificaciones se usan una riostra diagonal llamada contraviento, u otra construcción especial, para evitar que la presión del viento produzca deformaciones en la estructura y para convertir el esfuerzo horizontal, debido a la presión del viento, en componentes 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 muerta sobre el mismo, no se la tiene en cuenta. Si la componente vertical hace que aumente la compresión en algún elemento, recibe el nombre de carga del viento en ese elemento de la construcción 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. Si por causa de la rigidez de la construcción o cualquiera otra, llegan los refuerzos del viento a cimientos que no han sido designados para soportar las cargas del viento, la magnitud cifrada sobre los cimentos exteriores será reducida en consecuencia. Es probable que el efecto máximo del viento se produzca por una serie de impulsos de corta duración y que el efecto de tales pulsaciones pueda ser contrarrestado parcialmente por la inercia y elasticidad de la estructura; si es que la carga resultante que llega a los cimentos, para ser solamente una parte de la carga teórica en el instante durante el cual actúa la presión máxima. (Véase el capitulo Contravientos en los edificios altos). Probable carga máxima del ciento. La carga máxima probable del viento sobre los cimientos es, 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 un anemómetro, es razonable suponer que solamente 50% de la carga adoptada actúa para producir asiento en los cimientos del edificio. Algunos autores recomiendan que se prescinda de la carga del viento en los cimientos proporcionados, pero esto es manifiestamente impropio, especialmente en el caso de edificaciones altas estrechas. La carga mínima del viento es negativa, o, mejor dicho, es contracarga, a partir de la cual, la carga puede variar hasta el máximo; Pero este máximo se alcanza muy pocas veces y es de corta duración. Combinación de las cargas vivas y de las debidas a la presión del viento. Es muy difícil que los valores máximos de la carga viva y de la velocidad a la presión del viento, actúen simultáneamente, lo que se debe tener en cuenta al calcular la carga efectiva del viento.

14.

Cargas adoptadas construcción

que

se

especifican

en

los

reglamentos


de

217



Cargas adoptadas por los reglamentos de Norteamérica en los edificios para oficinas. En los distintos Estados de Norteamérica, varían las reglamentaciones, según las circunstancias locales y otras, pero en lo esencial, las cargas admisibles son las que siguen: 2

Cargas vivas 250 a 450 Kg por m 2 Cargas del viento 100 a 150 Kg por m En algunos Estados, para el cálculo de los cimientos, pilares y muros se consideran las cargas muertas y las cargas vivas siguientes: total de la cubierta, 90% de las del piso superior, y las de cada piso por debajo van disminuyendo en 5% para cada uno de ellos, hasta que se llega al 50%, que se aplica a todos los siguientes: En otros casos, se calculan los cimientos con la carga muerta y un tanto por ciento de las cargas vivas que oscila entre 75 y 40. 2 En cuanto a la presión del viento, se suele fijar en 75 Kg por m , hasta una altura de 10 a25 m, 2 y 100 Kg m , para alturas mayores. Las cargas vivas mínimas admisibles que recomienda el reglamento de construcción del Departamento de comercio del Bureau of Standars, U.S., son: 2 Residencias, hospitales, cuartos de hoteles y casas de alquiler 200 Kg por m 2 Edificios para oficinas, iglesias, escuelas, teatros, etc. 250 Kg por m En este caso, se debe prever el piso para soportar una carga concentrada de 900 Kg sobre una superficie cuadrada de 46 cm de lado. 2 Corredores, vestíbulos, locales públicos, salas para reuniones, escaleras 500 Kg por m 2 Pisos para almacenes en general 1200 Kg por m 2 Pisos para almacenes especiales, imprentas, almacenes al por mayor 500 Kg por m 2 Pequeña manufactura, establos, locales para ventas al por menor 350 Kg por m 2 Garajes para cualquier tipo de coches 500 Kg por m 2 Garajes para autobuses solamente 400 Kg por m 2 Muros laterales 570 Kg por m o 300 Kg concentrados, lo que dé el mayor momento o esfuerzo cortante. 2 2 Cargas con los tejados: 150 Kg por m o 100 Kg por m normal a los planos de los faldones o vertientes, 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, son admisibles 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 que compone 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 atender estos requisitos y proporcionar al mismo tiempo la superficie de apoyo apropiada y proporcionada. 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 la tabla II, y advierte que al determinar el peso por metro cuadrado de muros, además del peso de 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 muros sean de carga, no se aceptaran descuentos por concepto de claros, porque la disminución de peso que éstos significan equivales aproximadamente al exceso de peso no considerado, debido a cadenas, castillos, repisones, puertas y ventanas; En muros de relleno podrá hacerse un 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 los siguientes valores, en kilogramos por metro cuadrado. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

218

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Pisos en lugares de habitación: Residencias, departamentos, viviendas, cuartos de hoteles y similares 150 Dormitorios 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 baile pistas de patines y similares. 450 Bibliotecas, museos, aulas, baños públicos, restaurantes, salas de espera, fumadores, salas de juego o de tertulia en clubes y casino y, similares. 300 Lugares de comunicación de uso publico: Pasillos, escaleras, rampas, banquetas, pasajes y lugares en que puede haber aglomeración de personas. 550 Garajes y lugares para estacionamiento de vehículos y similares. 350 Pisos en lugares de trabajo: Despachos 200 Oficinas 250 Laboratorios 300 Pisos para comercio al menudeo: a) Ligero 300 b) Semipesado 400 c) Pesado 500 Pisos para comercio al mayoreo: a) Ligero 350 b) Semipesado 450 c) Pesado 550 Pisos en fábricas o talleres: a) Ligero 400 b) Semipesado 500 c) Pesado 600 Pisos en bodegas: a) Ligero 450 b) Semipesado 550 c) 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 de plomo, 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 intensidad 2 de 70 Kg. Por m , y para determinar la presión normal, Pn, en kilogramos por metro cuadrado sobre techos inclinados, se aplica la fórmula de Duchemin:

Pn }  Ph

2 sen a 1  sen 2 a

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 cuales a sea mayor de 5 grados. El valor mínimo que se admitirá para 2 Pn serpa de 40 Kg por m . TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

219

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Los sismos pueden ser trepida torios y oscilatorios, siendo éstos los más peligros, pues además de aumentar las compresiones producen empujes horizontales que causan otras tensiones, mientras que los primeros sólo dan lugar a aumentos de la compresión de los apoyos. La importancia de los empujes horizontales es una función del peso del edificio o construcción y del grado del temblor. En cuanto a éste, es necesario informarse del de los ocurridos 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/20 aplicado en el centro de gravedad del edificio, siendo P el peso del mismo. En los del grado 10%, este empuje seria de P/10. Tabla II. Pesos volumétricos de los materiales de construcción según el Reglamento de México y las normas alemanas (DIN) Clasificación del material Sillería, mampostería u obra de fábrica de piedras naturales

Nombre del material

Granito, gneis Sienita, pórfido Basalto Lava basáltica compacta Lava basáltica porosa Mármol Chiluca Recinto Caliza compacta Caliza porosa Caliza concoide Areniscas Areniscas carbonífera Grauvaca Pizarra Piedra braza Tobas compactas de pórfido o caliza Tezontle Naguelfluche Tepetate Pómez, leucita y toba caliza porosa Obra de fábrica Concreto u hormigón simple (de de materiales o gravilla, de grava granítica y de piedras escorias de alto horno) artificiales Concreto u hormigón armado o reforzado Hormigón de cascote Hormigón de escorias con arena en rellenos Hormigón de pómez y arena Hormigón de pómez armado Bloque hueco de concreto u hormigón Adobe Ladrillo (tabique) rojo, macizo, prensado Ladrillo (tabique) rojo, macizo, hecho a mano Ladrillo (tabique) rojo, hueco, prensado Ladrillo hueco, hecho a mano Ladrillo ligero, de cemento, macizo Ladrillo ligero, de cemento, hueco Ladrillo vitrificado Ladrillo ordinario Ladrillo poroso Ladrillo hueco Ladrillo hueco poroso Ladrillo flotante Ladrillo flotante de altos hornos Ladrillo de corcho Ladrillo de cal y arena Ladrillo de escorias Ladrillo de escorias de altos hornos Ladrillo delgado, rojo, prensado Ladrillo delgado, rojo, común Azulejo o loseta mosaico

Reg. De México, Kg/m3

DIN Kg/m3

2 200

2 600 2 600 3 000 2 800 1 800 2 700

2 300 1 900

1 800

18 00 1 300 1 100

2 600 2 200 2 600 2 400 2 700 2 700 2 700 2 000 2 400 1 200

2 200

2 200

2 400

2 400

1 200 1 400 1 800 1 500 900 1 200 900 800 1 900 1 800 1 100 1 450 1 000 1 000 1 000 600 1 800 1 400 1 800 1 800 1 500 1 800 2 000


220


BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA Tabla II. Pesos volumétricos (continuación)

Clasificación Nombre del material del material Morteros Para De cemento y arena aplanados o De cemento revoques De cemento y trass De cemento y cal De cal (o cal y yeso) De cal y trass De cal y arena De yeso Madera (en las Pino (ocote) normas DIN se Abeto rojo consideran Abeto, pinabete secadas al aire Oyamel con 15% de Alerce humedad y si Pinotea (pitchpine) no están Pino de Obregón protegidas Roble, encino contra está se Haya aumentaran los Maderas duras del trópico pesos en 50 Kg/m3 ) Metales (el Fundición (o hierro fundido o vaciado) Reglamento de Hierro laminado y acero México indica Hierro dulce que para los Acero de lingotera o moldeado pesos de los Aluminio perfiles se vea Plomo el “Manual para Cobre, laminado Constructores”, Bronce Monterrey, Cinc, fundido 1937) Cinc, laminado Estaño, laminado Latón Vidrio Tabiques de vidrios para muros estructural Prismáticos para tragaluces Materiales de Tierra suelta seca relleno, tales Tierra suelta húmeda como tierras, Tierra apretada seca arenas, gravas Tierra apretada húmeda y escorias (el Tierra, arena y légamo empapados Reglamento de Tierra, arena y légamo empapados con México indica la humedad de mina (5%) que para Tierra, arena y légamo secos empujes de Gravilla empapada tierras se Gravilla seca} consideren Arena y grava suelta seca éstas con un Arena y grava apretada y seca peso Arena y grava mojada volumétrico de Arena de tepetate 1 600 Kg/m3) Escoria de coque Escoria de hulla Escoria de altos hornos en tamaño de grava para balastos Escoria de altos hornos en arena de escorias granuladas Escoria de altos hornos flotante Arena pómez

Reg. De México, Kg/m3

DIN Kg/m3

2 000 2 100 2 100 1 900 1 700 1 900 1 500 1 500 6 00

1 200 6 00 5 50 5 00

6 00

9 50

7 200 7 600

6 00 8 00 8 00 8 00 7 00 1 000

7 250 7 800 7 850 2 750 11 400 8 900 8 500 6 900 7 200 7 400 8 500

1 800 2 000 1 200 1 300 1 400 1 600 2 100 1 800 1 600 2 000 1 700 1 600 1 650 1 700 800 7 00 1 000 1 500 1 000 7 00 7 00

El Reglamento de Construcciones Urbanas de México, para impedir en lo posible los daños causados por los mismos, da las reglas siguientes como válidas, mientras estudios especiales permitan completarlas o modificarlas: Uniones.: Las uniones entre los diferentes elementos de una estructura deben calcularse de manera que resistan tanto como los elementos que ligan. Unidad: Cada estructura debe ser proyectada y construida de tal manera que, durante un temblor, oscile como una sola unidad. Las estructuras con alas (con planta en forma de T, L o H) tendrán éstas firmemente ligadas al resto de la estructura, de manera que oscilen en conjunto. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

221



Clasificación: tipo I, construcciones que es indispensable que permanezcan intactas cuando las otras hubieran sido destruídas por un temblor, por ejemplo, aquellas de las que depende la habitabilidad y la seguridad de las poblaciones, como plantas de bombeo, depósitos de agua potable, 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 de reunión 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 número de personas (así como otras construcciones que al fallar puede3n poner en peligro a las primeras), por ejemplo, hoteles, casa de viviendas o departamentos, edificios para despachos, plantas industriales, etc.; Tipo IV, construcciones para guardas materiales o equipos costosos o necesarios. Por ejemplo. Almacenes elevadores de granos, etc., y las construcciones que al fallar puedan poner en peligro a otras de este mismo tipo; Tipo V, construcciones que son de valor 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 para pocas personas; Tipo VII, cualquiera otra construcción que se usa ocasionalmente por pocas personas, pero no para habitación o lugar de reunión; Tipo VIII, cualquiera otra construcción aislada, cuya falla por un temblor no pueda ocasionar normalmente daños a otras estructuras ni 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 tipos anteriores, será como sigue: Tipo I 0.10 Tipo II 0.05 Tipo III a VI 0.025 Tipo VII 0.01 Tipo VIII 0.00 Definiciones: la fuerza sísmica es el producto del coeficiente sísmico por el peso total de la estructura, incluyendo cargas muertas y vivas arriba del plano horizontal que se considere; el esfuerzo 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 no las 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) la unión entre las trabes o losas de cimentación y los pilotes no deberá romperse; c) ningún pilote soportara una carga mayor que la de trabajo (que se especifica en el Reglamento y también en el lugar correspondiente de este libro) aumentada en 33%; d) la presión unitaria sobre el subsuelo en ningún punto de la cimentación (las presiones criticas usualmente ocurren en las esquinas con la fuerza sísmica actuando diagonalmente) excederá la capacidad de sustentación del subsuelo (antes especificad) más un aumento del 33%; e) la estructura no deberá soportar esfuerzos más allá de los especificados en el Reglamento aumentado en un 33%. Muros: los muros estructurales (los construidos de manera que exista la posibilidad de que reciban 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 sin fallar; los muros que no sean estructurales deben construirse de manera que en un temblor las fatigas 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 del viento, 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 vivas permanentes, esté sujeto a cargas vivas accidentales, podrá aumentarse la fatiga de trabajo especificada en el reglamento (y que se indica más adelante en este Manual) en 33%, siempre que la sección obtenida con todas aquellas cargas y la fatiga aumentada, no resulte menor que la correspondiente a la fatiga especificada y a las cargas muertas y vivas permanentes. Exige el 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 menor dimensión de la planta y para los lugares de reunión. También admite este reglamento reducciones en las cargas vivas verticales sobre las columnas, muros y cimientos en las TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

222



construcciones de varios pisos, con los mismos porcentajes indicados antes en el Reglamento del Comité del Departamento de Comercio del Bureau of Standards, U.S., y además en las 2 trabes de entrepiso o azotea que soportan 20 m o más losas, permite, para los cálculos, una disminución de la carga viva de éstas del 15%. Las normas alemanas (DIN) que se utilizan en muchos países dan los pesos volumétricos que se indican en la tabla II para calcular la carga muerta. En cuanto a las cargas vivas o sobrecargas dan los siguientes datos: Azotea o cubiertas cuya inclinación no exceda de 1/20, cuando no se excluya la probabilidad de utilizarla para 2 recreos, juegos, etc. 200 Kg/m Suelos de viviendas y habitaciones para oficinas públicas y privadas, incluyendo sus corredores y vestíbulos y comprendiendo la carga que representan las personas, mob2 biliario y enseres, mercancías en pequeña cantidad, etc. 200 Kg/m Suelos de desvanes y graneros, comprendiendo lo mismo 2 que los anteriores 200 Kg/m suelos de bazares, tiendas y salas de exposición (hasta 2 2 50 m ), comprendiendo lo mismo que los anteriores 200 Kg/m 2 Establos para ganado menor, comprendiendo lo mismo 200 Kg/m Suelos de los hospitales y establecimientos análogos, inclu2 so sus vstibulos y comprendiendo lo mismo 300Kg/m 2 Escaleras de viviendas y sus descansillos y accesos 350 Kg/m 2 Aulas y salas de conferencias 350 Kg/m Salas de reunión, de baile, de gimnasia o de conferencias; teatros, cinematógrafos e iglesias; vestíbulos de aulas, balcones y voladizos abiertos y separados de las habitaciones interiores; comercios, bazares, oficinas y salas de exposición (con más de 50 2 m ); bibliotecas y archivos, si el calculo real no diera valores mayores; fondas, mataderos, fabricas de pan, fabricas y talleres de maquinaria ligera; suelos sobre los sótanos de los patios en que no transiten vehículos; escaleras que no sean de viviendas 2 y sus vestíbulos, descansillos y accesos 500 Kg/m 2 Establos para ganado mayor 500 Kg/m 2 Tribunas de asientos fijos 500 Kg/m 2 Tribuna sin asientos fijos 750 Kg/m La reducción de estas cargas vivas o recargos en las columnas, pilares de fachada, jácenas, muros de cimiento y demás elementos que soporten las de más de tres pisos se regula de la siguiente manera para oficina, comercios y similares con sobrecargas iguales en todos los pisos: 1 Piso o planta 0 2 Piso o plantas 0 3 Piso o plantas 0 4 Piso o plantas 20% 5 Piso o plantas 40% 6 Piso o plantas 60% 7 Piso o plantas 80% 8 Piso o plantas 80% 9 Piso o plantas 80% 10 Piso o plantas 40% 11 Piso o plantas 40% 12 Piso o plantas 40% En los talleres de maquinaria ligera, bazares y similares, se disminuyen estas reducciones a la mitad. En los graneros, almacenes y talleres de maquinaria pesada, no se hace reducción alguna de dichas cargas vivas permanentes. Las normas alemanas suponen también horizontal la dirección del viento, pero aplican la formula. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

223


BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA Pn  Ph sen a 2

en la formula de Duchemin. Los valores Siendo Pn, Ph y a lo mismo que que indica para Ph son: Paños de pared menos de 15 m de alto, en lugares no 2 resguardados 100 kg/m Id., en lugares resguardados, puede reducirse, según 2 el grado de abrigo, hasta 75 kg/m Paños de pared situados ente 15 y 25 m de altura, y 2 cubiertas situadas a menos de 25 m de altura 125 kg/m (si la inclinación de la cubierta es menor de 25º puede desperdiciarse la componente horizontal, pero aumentan algo la vertical) paños de pared y cubiertas a mas de 25 m de altura, 2 entramados metálicos, andamios y postes 150 kg/m Aunque la carga viva accidental procedente de la nieve es muy variable según los países y regiones, 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 será 2 de 75, 70, 65, 60, 55 y 50 kg/m , respectivamente, y si la pendiente es mayor de 60º, se admite que dicha sobrecarga es nula. El capítulo XXVI, al tratar de las cargas sobre armaduras para cubiertas, se dan datos sobre las cargas muertas y vivas que obran sobre estas estructuras, entre ellas las de la nieve y e viento.

15.

Proporciones del área de apoyo para el asiento uniforme Superficie mínima de apoyo. Una vez calculada las cargas muertas reales y las cargas vivas y del viento adoptadas, para cada metro lineal de muro y para cada columna, pilar o soporte cualquiera de la edificación, bajo el nivel de los cimientos, se puede preparar un plano de fundaciones 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, cada cimiento 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 obtiene dividiendo el total de las cargas muertas, vivas y del viento por la resistencia de seguridad del lecho de fundación si el lecho de fundación es roca, o puede considerarse como incompresible cuando soporta la carga unitaria, las áreas mínimas que así se obtengan pueden utilizarse para los cimientos. Sobre los materiales compresibles y, en general, para todos los materiales que no sean roca, el empleo de estas áreas, mínimas nos dará como resultado un asiento uniforme, 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 la carga muerta es constante y que para un edificio determinado, la carga viva máxima probable es 50% de la carga viva adoptada; que la carga máxima probable del viento es 40% de la carga 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 cimientos serán 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 carga muerta 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 muerta total mas 50% de la carga viva adoptada, más 40% de la carga del viento que se adopte; b) Los cimientos, en el lado frente a la dirección del ciento, soportaran la carga muerta total 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 viva adoptada y ninguna carga del viento;


224



4.

Las circunstancias intermedias, en cuanto a las cargas vivas y cargas del viento, darán resultados comprendidos entre 1 y 3. Variaciones de las cargas unitarias en los lechos de fundación. Teniendo en cuanta variada circunstancia, no es posible proporcionar la superficie de apoyo de modo que la carga unitaria sobre el lecho de fundación sea uniforme en todo momento. Si las superficies de apoyo 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 este momento, todos los cimientos sufrirán el mismo asiento; pero, después, cuando las superficies de 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 que resistir a una carga unitaria mayor y los cimientos correspondientes asentaran mas que los que soporten una proporción menor de las cargas vivas y del viento. Asientos no uniformes de los cimientos. Si, por otra parte, la superficie de apoyo se proporciona a las cargas muertas, mas las cargas máximas, más las cargas máximas del viento, aun en el caso de que las cargas máximas sean las cargas máximas reales probables y no las cargas ficticias supuestas, es inevitable que, a la terminación del edificio y antes de que se ocupe, las superficies de apoyo con menor proporción o porcentaje de las cargas vivas y del viento tengan que resistir a una carga unitaria mayor y los cimientos correspondientes hagan más asiento que otros con gran proporción de cargas vivas y del viento. Por lo tanto, los cimientos no harán un asiento uniforme, hasta que sean justos a las cargas máximas vivas y del viento. Reglas empíricas para proporcionar las superficies de apoyo. Se han dado varias reglas empíricas para proporcionar las superficies de apoyo en forma que aseguren asientos uniformes. Dichas reglas se basan, generalmente, en una reducción de las cargas vivas y del viento adoptadas o supuestas, peor no tienen en cuenta que una gran proporción del asiento total en ciertos cimientos puede verificarse después de la terminación del edificio y luego que otros cimientos puedan haber alcanzado, prácticamente, su máximo de asiento. Reglas racionales para proporcionar las superficies de apoyo. La regla que se recomienda a continuación no solo provee una reducción de las cargas supuestas sobre una base racional, sino que, además proporciona los cimientos para la carga media, en vez de para la 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 las cargas que actuaran sobre ellos en el momento en que coincidan todas las cargas muertas y la mitad de las probables cargas vivas y del viento máximas. La razón por la que se toma la mitad de estas últimas cargas es que ella varía de cero a un máximo, siendo su promedio la mitad del máximo. Provisión para las variaciones de las cargas. El asiento no es uniforme a la terminación del edificio, antes de que las cargas vivas y del viento haya obrando sobre los cimientos, porque las superficies calculadas para una gran proporción de estas últimas cargas soportaran mucho menos que su carga media y asentaran menos que los cimientos calculados para una pequeña proporción de cargas vivas y del viento. Cuando estos cimientos hayan soportado el máximo probable de cargas vivas y del viento, vuelve a producirse un asiento desigual, porque se han previsto las superficies para la mitad solamente de las cargas máximas probables vivas y del viento, 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 en dos partes iguales: una mitad del asiento corresponde al necesario para llevar al cimiento al nivel de otro que solamente soportará las cargas muertas y la otra mitad del asiento lo lleva a la misma distancia por debajo de dicho mismo cimiento supuesto. Es decir, que el método procura la menor diferencia posible entre los cimientos que soportan distintas proporciones de cargas 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 del viento en cada cimiento, se llama la carga media. Carga media unitaria. Se tomaran las áreas de tal extensión que la carga sobre el lecho de fundación producida por las cargas medias sea uniforme, y esta carga uniforme por unidad de superficie que, en general, será considerablemente menor que la carga unitaria admisible sobre el lecho de fundación, recibe el nombre de carga media unitaria


225



Carga unitaria mínima. La necesidad de prever las circunstancias más desfavorables se satisface si el área de apoyo de todos los cimentos es lo bastante grande para soportar la totalidad de las cargas muertas y de las cargas vivas y del viento adoptadas con la presión unitaria admisible. Las áreas de apoyo resultantes son las áreas mínimas y cualquier cambio en ellas, para hacerlas proporcionales a las cargas medias, debe hacerse aumentando alguna de 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 la carga media unitaria más baja posible tal que, cuando se aplique a las cargas medias, del mínimo incrementado posible de las áreas mínimas. Esto se hace, determinado cual de las áreas mínimas soporta la carga media menor por metro cuadrado. Esta área se halla calculando 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 cargas medias y tomando nota del cimiento que tenga el mayor porcentaje de reducción entre la carga adoptada y la carga media. La carga media que resulte en dicho cimiento será la carga unitaria 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 cargas muertas, 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 máximas probables, 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 aya experimentado el máximo porcentaje de reducción, entre las cargas adoptadas totales y las cargas medias totales, y se halla la carga unitaria que resulte con la carga media sobre esta 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 la carga 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 el área de apoyo que haya sufrido el máximo porcentaje de reducción entre la carga total adoptada y la carga media total y se multiplica la carga unitaria admisible sobre el lecho de fundación 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 la practica, no solamente con el objeto de exponer el método con mas extensión, sino también para 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 este ejemplo no se tienen en cuanta, pero nosotros las tomaremos en consideración para que el ejemplo sea mas completo. Un edificio para fábrica (Fig., 96) tiene cuatro pisos por encima del piso bajo, cada uno capaz 2 de resistir una carga unitaria adoptada de 1 000 Kg por m . Como presión uniforme horizontal 2 del viento se adopta 200 Kg. por m , en los costados laterales AB y CD solamente. Hay que tener en cuenta la componente vertical del viento en los cimientos de los muros laterales. En el interior hay una chimenea que se soporta independientemente y un conducto de ventilación protegido contra el viento y que no soporta las cargas de los pisos. El lecho de fundación es de material arenoso uniforme y se supone uniformemente 2 compresible, en la proporción de 1.3 mm por 1 tonelada de carga por m de superficie de 2 apoyo. La carga unitaria máxima en el lecho de fundación se supone de 40 toneladas por m , correspondiendo un asiento de 5.2 cm a la carga adoptada. Las cargas muertas de la edificación, incluida toda la construcción hasta el nivel de los cimientos, las cargas vivas adoptadas y las componentes verticales de las cargas supuestas del viento se dan en la tabla III.


226

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


227

Un estudio detenido de las cargas probables del edificio no demuestra que las cargas vivas máximas simultaneas no exceden del 60% de la totalidad de las cargas vivas adoptadas y que las 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 sobre una superficie expuesta al viento, en tanto que el edificio proyectado se encuentra en una posición resguardada. Habiendo, por tanto, fijado las cargas vivas máximas probables y las cargas del viento en 60% y 50%, respectivamente, de las cargas adoptadas, las llamadas cargas medias correspondientes a las media entre las cargas mínimas y máximas, serán la mitad 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 medias vivas y las del viento por separado y el total de las cargas muertas y cargas medias cuyo total se emplea para proporcionar las áreas para la menor discrepancia en los asientos. Esto se conoce 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, han experimentado la mayor reducción en la magnitud de la carga total. Las áreas mínimas resistentes para las columnas 2,3 y 4 y también para los otros elementos de los cimientos se obtienen dividiendo las cargas totales adoptadas de la división 4, tabla III, por 40 000, carga unitaria admisible en kilogramos por metro cuadrado sobre el lecho de fundación, sin que se exceda el límite impuesto de que las combinaciones más desfavorables de cargas, aunque improbables, 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 las dimensiones de ciertos cimientos. Tabla III. Cargas muertas y cargas vivas y del viento adoptadas Elementos de los cimientos

División 1

División 2

División 3

División 4

Cargas muertas solamente

Cargas vivas adoptadas

Cargas del viento supuestas

Total muertas,

Kg

Kg

Kg

kg

745

25 295

Muros de fachada por m

20 800

3 750

Columnas 1 y 5

62 400

21 780

Columnas 2,3 y 4

40 900

46 200

Chimenea

145 000

vivas y viento

84 180 87 100 145 000


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Las columnas de la tabla se llaman divisiones, para evitar la confusión con las columnas del edificio. Si dividimos las cargas medias totales de la división 8, tabla IV, por las áreas mínimas de división 9, tabla V, hallaremos la carga media por metro cuadrado para las áreas mínimas de cada elemento del cimiento. Los resultados se dan en la división 10k, tabla V, que muestra 2 que la media para las columnas 2,3 y 4 es solamente de 17 870 Kg por m , mientras que 2 abajo la chimenea, la carga es de 40 000 Kg por m . Como no se puede admitir la reducción del área, es necesario aumentar los cimientos bajo la chimenea, muros de fachada y columnas 1 y5, hasta que la carga media unitaria corresponda a la carga media unitaria de las columnas 2,3 y4. Esto se consigue, dividiendo las cargas medias dadas en la división 8, tabla IV, por 17 870, que es la carga media unitaria determinada para las columnas 2,3 y 4. las áreas resultantes 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 6

División 7

½ de 60%

½ de 50%

Cargas vivas adoptadas

viento adoptada

Kg

Kg 745

División 5 Elementos de los cimientos

Cargas muertas, invariables Kg

Muros por m

de

de Cargas del

División 8 Cargas total medias kg

fachada 20 800

3 750

Columnas 1 y 5

62 400

21 780

Columnas 2,3 y 4

40 900

46 200

Chimenea

145 000

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 elemento de apoyo que ha sufrido el mayor porcentaje de reducción entre la carga total adoptada y la carga total media y se calcula el Rea mínima de apoyo correspondiente a la carga unitaria admisible 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 unitaria admisible por la relación entre la carga media, para el elemento de apoyo que ha experimentado 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

División 9 Elementos de cimientos

Areas mínimas m2

División 10

División 11

Cargas medias sobre las áreas mínimas

Áreas para cargas

Kg por m2

m2

en los cimientos


0.907

27 890

1.415

Columnas 1 y 5

3.375

24 940

4.710

Columnas 2,3 y 4

4.872

17 870

4.872

Chimenea

3.625

40 000

8.114

Asientos resultantes. Las tablas VI, VII y VIII contienen los asientos comparativos presumibles, si las áreas de apoyo se han determinado de acuerdo con las diversas cargas supuestas. En todas las tablas, se supone que el lecho de fundación tendrán un asiento de 1.3 mm por 1 tonelada de carga y que la carga total adoptada no cargara el lecho de fundación 2 con mas de 40 toneladas por m . En la tabla VI, los cimientos están proporcionados en relación con las cargas muertas solamente. 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 del edificio. La división 2 da la carga que soportan los cimientos cuando el edificio esta sujeto a TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

228

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


máximo probable de cargas vivas y del viento. La división 3 de las afeas de apoyo de acuerdo con las cargas supuestas. La división 4 da los asientos para el edificio sin cargar (vacío). La división 5 da los asientos después 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

Elementos de los cimientos

División 1

División 2

Cargas

Cargas

muertas solamente

máximas

Arenas

probables

m2

Kg

División 3

División 4

División 5 Asientos

Kg

En vació

En carga

cm

cm

1.52


20 800

29070

2.491

1.09

Columnas 1 y 5

62 400

105960

7.474

1.09

1.84

Columnas 2,3 y 4

40 900

133300

4.872

1.09

3.55.

Chimenea

145 00

145000

17.36

1.09

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 vivas adoptadas y se halla el elemento de apoyo a que tiene el mayor porcentaje de cargas vivas con relación a las muertas y se calcula la correspondiente área mínima de apoyo con la carga unitaria admisible sobre el lecho de fundación. Se divide la carga muerta para dicho elemento de apoyo por el número de metros cuadrados de 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 carga unitaria 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

Cargas

Cargas

muertas solamente

máximas

Arenas

probables

m2

En vació

En carga

cm

cm

Kg

División 3

División 4

División 5

Asientos vacíos

Kg


20 800

29 070

0.907

2.98

4.17

Columnas 1 y 5

62 400

105 960

3.375

2.40

4.08

Columnas 2,3 y 4

40 900

133 300

4.872

1.09

3.55

Chimenea

145 00

145 000

3.625

5.20

5.20

4.11

1.63

Variación máxima en vacío Variación máxima en carga

Así, en la tabla VI se ve, refiriéndose a la tabla III, que las columnas 2,3 y 4 tienen la mayor 2 proporción de carga muerta y su área mínima de apoyo, como en la tabla V, es 4.872 m . 2 Entonces 40900: 4.872 = 8349 Kg/m , carga unitaria debida al peso muerto solamente. El área 2 para las columnas 1 y5 es: 62 400 = 7.474 m . el procedimiento es el mismo para todos los elementos. 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 de apoyo por la compresibilidad del lecho de fundación por unidad de carga. Así, en los ejemplos precedentes, 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 de 2 apoyo, es la misma, o sea 8349 Kg = 8.349 toneladas por m , y multiplicada por 0.13 = 1.1 cm. De la misma manera son determinadas las cargas unitarias debidas a las cargas máximas probables, 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.


229

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Explicación de la tabla VII. Las áreas de la tabla VII se han obtenido dividiendo el máxima 2 total de las cargas muertas, vivas y del viento por la unitaria admisible de 40 000 Kg por m y son las áreas mínimas de la tabla V. Los asientos para el edificio en carga se basan en las cargas máximas probables de la división tabla VII. Explicación de la tabla VIII. Las áreas de tabla VIII se han hallado como se ha explicado ya, y son las de la división 11, tabla V, y el método seguido para determinar los asientos es análogo al que hemos empleado para las tablas que preceden, en la tabla VIII, se observara que en las columnas 2,3 y 4 se produce un asiento de 3.55 – 1.09 = 2.46 cm, como resultado de la adición de las cargas vivas y del viento. La mitad de este asiento es necesario para hacer descender estos cimientos hasta el nivel de los de la chimenea y la otra mitad del asiento los lleva por debajo de los cimientos de la misma. No hay medio de evitar este asiento de 2.46 cm, pero su efecto en la estructura se reduce al mínimo, por haber empezado el asiento de los cimientos de las columnas 2,3 y 4 por encima de los de la chimenea y terminar por debajo de ellos. Los cimientos de la chimenea no cambian de nivel después de la terminación del edificio y, comparando los otros con éstos, se ve que las diferencias de nivel de aquellos es mínima. En su posición media, a medio camino de su movimiento, los otros cimientos estarán al mismo nivel que los de la chimenea. Tabal VIII. Cimientos proporcionales a las cargas inferiores Asiento potable cuando las áreas de apoyo son proporcionales a las cargas medias totales


División 1

División 2

Cargas

Cargas

muertas solamente

máximas

Arenas

probables

m2

Kg

División 3

División 4

División 5 Asientos

Kg

En vació

En carga

cm

cm


20 800

29 070

1.415

1.91

2.67

Columnas 1 y 5

62 400

105 960

4.710

1.72

2.92

Columnas 2,3 y 4

40 900

133 300

4.872

1.09

3.55

Chimenea

145 00

145 000

8.144

2.31

2.31

Variación máxima en vacío Variación máxima en carga

16.

1.22

1.24

Determinación de las áreas de apoyo Requisitos esenciales. Para determinar las áreas de apoyo de una estructura, debe tener presente, como se ha dicho, que: 1) la totalidad de las cargas muertas, cargas vivas y cargas del viento adoptadas no debe cargar el hecho de fundación con una carga mayor que su carga admisible; 2) cuando el hecho de fundación es comprimible, se deben calcular las áreas de apoyo por el método de cargas medias; 3) el centro de gravedad del área de apoyo debe coincidir con el punto de aplicación de la carga soportada. Para esto añadiremos una nueva condición, que; 4) resultara más económico que las áreas sean de contornos simples y disponer cada área, tan compactamente como sea posible, alrededor del punto de aplicación de la carga. 1. La primera condición es indispensable para evitar que una circunstancia cualquiera haga que se sobrepase la presión admisible sobre el lecho de fundación. 2. La segunda condición se necesita para que los asientos de los diversos cimientos sean lo mas iguales posible. 3. La tercera se impone para que los asientos de cada cimiento sean uniformes, esto es, que ningún cimiento asiente desnivelado. 4. La cuarta se tendrá en cuenta para el menor costo de la excavación y construcción de los cimientos y muy especialmente en el caso de excavaciones profundas que necesiten tablestacas para proteger sus caras laterales. En el caso de que haya libertad para construir la estructura y la carga total de la misma no sea mayor que la capacidad de sustentación del área total del edificio, sometida a la carga unitaria de seguridad del lecho de fundación, será posible, generalmente, servirse de superficies sencillas de apoyo cuyos centros de dichas áreas es el objeto de los párrafos que siguen que tratan de cargas concéntricas. En los edificios de emplazamiento restringido por alguna circunstancia, como, por ejemplo. Cuando sus muros o columnas caen cerca de limites de


230



propiedad, no siempre será posible emplear simples cargas concéntricas y será necesario recurrir a cimientos escalonados o con resaltos, cantileves u otros procedimientos para referir las 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 de fundación, 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 asiento desigual en los cimientos, y esto dará esfuerzos desiguales en el muro, pilar o columna soportados por el Rea citada. Cimientos de muro con carga céntrica. El cimiento de un muro debe tener resaltos iguales a cada lado de él, de manera que el centro de gravedad del área de apoyo coincida con el centro de gravedad del muro y el punto de aplicación de las cargas que el muro transmita. El ancho del área de apoyo será con la carga sobre el muro, independiente de cualquier cambio en el grueso 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, rectangular o 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 area de apoyo se extiende radicalmente a la menor distancia posible del centro de la carga. Cuando se necesitan excavaciones profundas, la forma circular es muy apropiada para practicar un método economico de excavación, como por ejemplo, cuando se hunden los pilares por procedimiento neumático o por dragado. Sin embargo, en general, la forma rectangular es preferible para cimientos corrientes, por que conduce por si misma a una disposición economico, porque la suma de los movimientos de flexión en el emparrillado y traveseros se reduce al mínimo. Superficie de apoyo alargadas. Cuando el area de apoyo para una carga aislada no se puede hacer circular ni cuadrada, por ejemplo, cuando el cuadrado o el circulo montan en la propiedad vecina o infieren con un area de apoyo adyacente, se hace rectangular como ABCD (Fig. 97), con anchura w igual al doble de la distancia a entre el centro de la carga O y la línea limite AB. La longitud necesaria, l, es igual al area necesaria divina por w y el centro de la superficie debe ser O, o sea, que I 1 debe ser igual a I2. Combinaciones de superficies simples. Dos áreas aisladas adyacente. Cuando ciertas superficies de apoyo adyacente se superponen en parte o cuando por otras razones se desea combinar cimientos adyacentes, la mejor solución es la que sigue: si se conoce la superficie de apoyo necesaria para cada una de las dos cargas concentradas adyacentes y la distancia entre 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 la recta que uno los centros de las cargas y la otra dimensión del rectángulo será igual al doble de 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 su propia superficie de apoyo. Cuando una fila de columnas necesita áreas cuyas superficies casi se montan, la combinación de las suele traer como consecuencia economía en la excavación y en el encofrado. Los cimentos anchos o con resaltos que están lejos de los centros de las columnas, 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 de los cimientos, pero en este caso, se deben estudiar y comparar cuidadosamente las formas económicas de los cimientos y del emparrillado. Superficie de apoyo para una carga concentrada en la dirección de un muro. Si una o mas cargas concentradas actúan en la dirección o a lo largo de un muro, las áreas de apoyo suplementarias necesarias para tales cargas concentradas pueden ser provistas por uno de los dos métodos siguientes: 1. Si las cargas concentradas descansan sobre el muro, como, por ejemplo, cuando el muro sirve como apoyo a los extremos de vigas maestras o carreras y cuando las condiciones son tales que las cargas concentradas se distribuyen a lo largo del muro a ciertos TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

231



intervalos, todo lo que hay que hacer es aumentar el ancho del cimiento en los intervalos dados, 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 al nivel de los cimientos, entonces la mitad del area suplementaria para la carga concentrada se 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 la carga. En general, es conveniente que las áreas suplementarias formen con el area del muro 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 área suplementaria para la carga concentrada, la longitud del lado del cuadrado que es necesario 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 un area suplementaria igual a A. Entonces:

w  w b   A  2 2

2

Superficie de apoyo para carga concentrada no situada en la línea central del muro. En este caso, se necesita la misma area suplementaria que en el de carga concentrada en la línea central de un muro, pero el area total ha de ser dividida en partes desiguales a los dos lados del cimiento del muro; la porción más ancha se sitúa en el lado correspondiente a la carga excéntrica. El procedimiento más sencillo para determinar el emplazamiento de las áreas de apoyo es determinar el tamaño del cuadrado, como si la carga concentrada fuese concéntrica con la línea central del muro. Después se determina la carga debida al muro para la longitud de este cuadrado y el centro de gravedad de las cargas combinadas, esto es, el punto de aplicación 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 las cargas 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 del cuadrado será:

w  w b  AB   A    2 2

2

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 las cargas combinadas queda determinado en G, lo que fija el centro del cuadrado.


232



Superficie de apoyo para carga concentrada en el extremo del muro. Para este caso, se sigue 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 carga concentrada O y la distancia c desde el centro de la carga concentrada al extrema del muro, en la forma siguiente: Se ha determina el cuadrado cuya area corresponda a la suma de las áreas 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 el muro. El cuadrado ABCD tiene un area bastante para la carga concentrada y una sección de muro 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 el muro y la carga concentrada, o de otro modo, que el cuadrado ABCD es demasiado pequeño en el area del rectángulo KEHR. El cuadrado necesario LMNO será, aproximadamente, la suma del área primitiva ABCD más el área KEHR, más el doble del área JKRQ. La longitud del lado LM = MN será, aproximadamente, la longitud del lado del cuadrado primitivo, más la mitad dela rea KEHR dividida por la longitud del lado del cuadrado primitivo. El cuadrado que resulte se modera de la posición que se ve en el dibujo para que su centro coincida con el punto de aplicación de las cargas concentradas y la carga del muro que se ha desplazado del cuadrado dibujado 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 la porción de muro JFGQ que descansa en el cuadrado, y que el centro de gravedad de este coincida 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 están situados muy cerca de los linderos de otras propiedades. En tales casos, hay que recurrir a procedimientos que trasfieran las cargas a áreas de apoyo excéntricas con ella. Se emplea bastante, para ello, el procedimiento llamado de los cimientos escalonados excéntricamente, especialmente para los muros adyacentes a los límites de la propiedad. Aunque este procedimiento es teóricamente defectuoso, sino inútil, es indiscutible que con el se ha conseguido, generalmente, el fin propuesto. En las construcciones clásicas, se hace descansar un muro de sótanos sobre una palca de hormigón p de losas de piedra que forman una placa de cimiento mucho más ancho que el muro, quedando el resalto o zarpas por completo a un solo lado del muro. Como la carga actúa a un lado del eje de los cimientos, obra sobre el área de apoyo de un modo desigual. La variación de la carga 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 de apoyo; e = excentricidad de la carga, o sea, distancia entre el punto de aplicación de la carga y el centro del área de apoyo; b = ancho del cimiento, igual al ancho del área de apoyo, igual a AB; p1 = carga unitaria o presión sobre el lecho de fundación en el borde 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 la carga máxima Sara igual a la carga media más seis veces la larga media multiplicada por la relación de la excentricidad al acho del cimiento. Del mismo modo, la presión en el borde B, más alejado del punto de aplicación de la carga será 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.


233



Si la excentricidad es mayor que 1/6 habrá una contracarga o empuje hacia arriba en B y el cimiento tendrá tendencia a volcarse. Esto se suele expresar diciendo que, para evitar una reacción 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 la figura 102, ADEC representa el diagrama de cargas sobre el lecho de fundación para un ancho de cimiento AD. La carga AC es la carga máxima admisible y, por tanto, el área ADEC representa la capacidad de resistencia máxima que puede suministrar el cimiento AD. Si se incrementa el ancho hasta que la carga caiga sobre el limite del tercio medio AB. Si se incrementa el ancho hasta que la carga caiga sobre el limite del tercio medio de AB, entonces, la carga en B es cero y la capacidad de resistencia viene representada por el triangulo ABC cuya área es menor que la de la superficie ADEC. Si el ancho del cimiento se reduce hasta que su centro caiga sobre la vertical del punto de aplicación de la carga, entonces el diagrama de carga será AFGC, cuya superficie es mayor que la de la ABC o ADEC. Según esto, es evidente que cualquier ventaja que se consiga con el cimiento escalonado excéntricamente, tiene que ser obtenida concentrando la carga sobre muro fuera de la línea central del mismo. Cargas excéntricas debidas a los cimientos escalonados excéntricamente. En la figura 103, que representa un caso sencillo de cargas excéntricas debidas a los cimientos escalonados excéntricamente, supongamos que la carga en el lecho de fundación en E es igual al doble de la carga media y que en F la carga es casi nula. En estas condiciones, la parte de la zarpa del cimiento puede ser cortada, como se indica, a lo largo de la línea DG. Si no se corta y si hay algún asiento debido a la carga, este asiento será desigual y el cimiento tendera a girar como la figura 104. Entonces, la totalidad de la carga será transmitida a la arista inferior interna D del muro del sótano, contribuyendo a la inestabilidad del muro y desarrollando 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 la acción 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 o totalmente, 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 la rotación aislada del cimiento, pero esta disposición no disminuye la tendencia a la rotación de la 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 están empotradas en el muro las vigas de piso y el muro de sótano tiene un talud escalonado continuo 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 la construcción y estarán ancladas en el muro opuesto. Aunque este método produce algún efecto, es de eficacia algo dudosa y no se debe aplicar nunca a los pilares.


234


18.


235

Empleo del cantilever o viga voladiza en las fundaciones Aplicación del principio de la palanca. El empleo del cantilever para transmitir una carga a una superficie de apoyo excéntrica con ella, se basa en el principio de la palanca y consiste en una 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 en uno 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 un 2 2 área de apoyo de 10 m , con carga de 40 toneladas por m , y estando el centro de la columna a 46 cm de la línea limite del solar PP. Es evidente que no se puede hacer uso de un cimiento concéntrico de 0.92 X 10.86 m para su soporte. Pero , sin embargo, si se puede conseguir un contrapeso suficiente con la carga de una columna adyacente interior, como B, la carga exterior 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 carga sobre la columna A, y B el centro de la carga en la columna B. Supongamos que la carga en A es de 400 toneladas, y en B, de 200 toneladas, y que la distancia AB, entre los centros, es de 6 m, supongamos también que una viga rígida soporta y une las dos columnas. Si ponemos una cuchilla 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 la carga en A = 400 toneladas por la distancia AB = 6 m dividiendo el producto por la distancia BG = 5.70 m y se tendrá: G = 400 X6/5.70 = 420 toneladas.

2

El área que se necesita para el soporte de esta carga, a razón de 40 toneladas por m , será 2 420/40 = 10.5 m . la carga en B, o sea, la parte de la misma que se requiere para el equilibrio de la carga voladiza en A, será igual, por el principio de la palanca, al producto de la carga A por el brazo de palanca AG, dividido por el brazo de palanca BG. La carga en cimiento B, es igual a la diferencia entre la carga primitiva y la contracarga, pero teniendo en cuenta que la carga 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 doble de la distancia GP, es decir, 1.52 m; la otra dimensión tendrá que ser de: 2 10.5 m /1.52 m = 6.90 Si esta dimensión resultase excesiva, se puede mover el punto G hacia la izquierda una cierta longitud 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 que la distancia de la paralela al limite del solar es fija, se puede determinar el ancho del área experimentalmente, o empleando la fórmula:

b  (L  a) -

L  a 

2

 2WL / lp

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; TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA



p = carga unitaria sobre el área de apoyo; a = distancia entre el punto de aplicación de la carga que ha de ser compensada en el cantilever 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 parte de la carga B equilibrada por el cantilever, se verá que coincide con el punto de apoyo G, lo que 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 con cada una de las dos cargas. Emparrillado de la cuchilla o fulcro. En la práctica no se usa la cuchilla que hemos descrito en el esquema. El patín inferior del cantilever se hace descansar directamente en el emparrillado 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 apoyo para dos o más cargas concentradas adyacentes, se emplea el procedimiento de carrera. En este 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 de las dos cargas; G, el centro de gravedad de las cargas combinadas y p, la carga unitaria admisible sobre el lecho de fundación. El área de apoyo necesaria será: (W 1 + W 2)/p. La forma 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 al centro de gravedad de su propia área de apoyo necesaria. Si esto fuese prácticamente imposible, por ejemplo, cuando cada una de las columnas está próxima al límite del solar o a unos cimientos contiguos, será necesario distribuir las cargas de ambas columnas sobre el área comprendida entre ellas. En el caso de dos columnas con cargas iguales, como en la figura 109, la distancias a del eje de la columna A al lindero PP del solar, determina la máxima extensión disponible más allá de la columna citada. Las dimensiones de la superficie se obtiene haciendo la longitud I del cimiento igual a la distancia L entre las columnas, mas el doble de a. Una vez conocida la longitud del área necesaria, el ancho b se determina por medio de una sencilla división.

Sistema de carreras para dos cargas desiguales. El caso de dos columnas con cargas desiguales, el área de apoyo será un trapecio, como en la figura 110, cuyo centro de gravedad TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

236



coincidirá con el de las dos cargas. Si se conoce la suma de las dos cargas y el área de apoyo que les corresponda y fijamos la longitud total I del cimiento, de tal modo que éste no rebase el límite del modo siguiente: Supongamos que B representa la distancia de la base menor del trapecio al centro de gravedad 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 se debe repartir el efecto de cantilever en toda la longitud del muro, lo que se puede conseguir por medio de una carrera debajo del muro, descansando aquella, a su vez en el cantilever o por un entramado de cantilevers en abanico que irradie desde el centro de la carga interior. En las construcciones estrechas, los cantilevers pueden ir de muro a muro.

Cantilever doble. Las consideraciones que gobiernan el proyecto de las áreas de apoyo necesaria 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 y pilares debe ser de mayores dimensiones que la construcción que soporte para asegurarse contra el riesgo de vuelco y disminuir la carga unitaria sobre el lecho de fundación. Si el cambio de las dimensiones tiene lugar de un modo brusco, como, por ejemplo, cuando, el cimiento recibe el nombre de cimiento extendido. Si la base del muro se ensancha por medio de hiladas escalonadas, de modo que su hilada inferior resulte tan ancha como el cimiento corrido, la construcción se llama de cimiento escalonado. Es evidente que no se pueden fijar limites definidos entre dos clases. Cualquiera que sea la forma del cimiento, debe ser lo


237



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 un cimiento corrido está repartida uniformemente, la intensidad de la carga, o en otras palabras, la carga unitaria sobre el cimiento se calcula dividiendo la carga total por la superficie, en dicho nivel, de la base del muro, pilar u otra construcción. La carga sobre el lecho de fundación deberá ser distribuida con uniformidad y de lecho, si el lecho de fundación es compresible y la carga concéntrica con el área de apoyo, puede suponerse con seguridad uniforme, puesto será igual a la carga total dividida por el area de apoyo. Si el area del cimiento corrido, y si está distribuida uniformemente, la carga unitaria en cualquier nivel se obtiene dividiendo la carga total por la superficie de la sección del cimiento en el nivel citado. Pero propio del cimiento. Es, generalmente, tan pequeño, comparado con las cargas que soporta, 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 de fundación, 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 reacción debida a la carga del lecho de fundación, que se supone uniformemente repartida y actuando de abajo arriba. Como estas cargas o fuerzas son iguales y de sentidos contrarios, los esfuerzos desarrollados en el cimiento se deben a las diferencias en la distribución de estas cargas y el cimiento corrido actúa solamente para convertir cargas concentradas en cargas distribuidas. Clases de ruptura de los cimientos. Un cimiento puede romperse de diferentes 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, se ve un muro cuyo peso se ha causado la ruptura por esfuerzo cortante, 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 TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

238



inferior de la sección EFGH. Como la carga se supone uniformemente distribuida, aquella equivale al producto del área, correspondiente al ancho CD menos GH, por la longitud del muro, por la carta unitaria sobre el lecho de fundación. Para un metro de muro, la fuerza que produce 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; 2 W/I = p = carga unitaria sobre el lecho de fundación, en Kg por m ; V = p(I - w) en Kg/m. La resisitencia, R, que se opone a la acción del esfuerzo cortante en las condiciones de la figura 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: 2 v = resistencia de seguridad del material al esfuerzo cortante en Kg por cm ; 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/100v en la que viene c viene expresado en metros. Esfuerzo cortante en cimientos de pilares y columnas. En los cimientos de pilares y columnas, es donde , más fácilmente ocurre la ruptura por esfuerzo cortante. La fuerza que tiene a hacer el corte es la carga total sobre la columna o pilar, menos la reacción del lecho de fundación sobre el área inmediatamente debajo de la base de la columna. La resistencia que se opone al corte se determina multiplicando el perímetro de la base de la columna por la profundidad 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 esfuerzo cortante. 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 estribos para evitar la ruptura por esfuerzo cortante. Si se emplean vigas de acero, la sección de las vigas debe ser suficiente para evitar la ruptura por esfuerzo cortante o, en otro caso, se refuerzan sus almas con planchas. 2. uptura de los cimientos por compresión directa o aplastamiento. Esta ruptura por aplastamiento 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 medio de vigas o carreras de almas de poco espesor, estas almas pueden fallar por pandeo o flambeo. El alma de estas vigas se debe reforzar con nervios verticales o placas. Se debe aumentar 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 de fábrica y la base de la columna. En tal caso, por tanto, el bloque se debe considerar como un cimiento corrido y calcular su resisitencia a la flexión por las formulas que se dan más adelante. 3. Rotura de los cimientos por derrame o fluencia. La rotura por derrame puede ocurrir bajo los muros o pilares, como se ve en la figura 112, especialmente cuando el lecho de fundación es de arcilla u otro material flojo, que tiene, bajo la carga del cimiento, tendencia a correrse en las direcciones indicadas por las flechas de la figura. Deberán tomarse precauciones contra esta tendencia, haciendo el fondo del cimiento por capas continuas y de resistencia adecuada a la tracción. Las juntas verticales, tal como se hacen en los cimientos de fábrica, debilitan éstos y se deben evitar. La tendencia al derrame es mayor en 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


239



de este modo, siguiendo en general las grietas las juntas de la mampostería, como en la figura 112.

4. Rotura de los cimientos por flexión. Un cimiento puede romperse por flexión lo mismo que una viga. Cuando el cimiento se flexa, en el caso de un muro, como la figura 113, la concentración de la carga en las artistas inferiores del muro, como E y F, puede causar la ruptura. Esta posibilidad debe tenerse en cuanta cuando se proyecten cimientos con carga en 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 ocurre la rotura, ésta puede producirse debajo de la línea central del muro (fig. 114), o en puntos muy próximos a la arista exterior del mismo (fig. 115). La figura 114 muestra la objeción de un 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, en su conjunto, como una viga.

20.

Procedimientos para calcular cimientos de los muros

los

esfuerzos

de

flexión

en

Supuestos de que se parte para determinar esfuerzos de flexión en los cimientos. Se empelan, en general, dos procedimientos para calcular esfuerzos de flexión en los cimientos corridos y los dos se basan en el supuesto de que la reacción del lecho de fundación es uniforme, pero los dos métodos difieren en las hipótesis que se hacen respecto al modo de actuar de los cimientos y de la base de la supreestrutura. Ninguno de los dos supuestos o hipótesis pueden ser considerados como completamente correctos. Primer procedimiento para calcular los esfuerzos de flexión en los cimientos. Este procedimiento se basa en el supuesto de que la presión del muro sobre el cimiento es uniforme sobre su superficie y permanece uniforme en cualquier instante. Si ABCD representa (fig, 116) un cimiento corrido que soporta un muro 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:

I  w = zarpa AE o FB, en metros y 2

2

W/I = p = carga unitaria, en kilogramos por m , sobre el lecho de fundación. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

los

240

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Teniendo en cuenta las fuerzas que obran a la derecha del eje del muro para una longitud de 1 m. es evidente que la contracarga, o fuerza hacia arriba, en el semicimiento OD, será igual a ½ W y que su punto de aplicación estará situado en el punto medio de OD, o a una distancia ¼ ---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 momentos resultantes para dicha longitud del muro de 1 m, serán: M1 = ½ W X ¼ I = WI/8 M2 = ½ W X ¼ w = Ww/8 Y como en estos dos momentos actúan en sentidos opuestos, el momento resultante, que tiene a flexar el cimiento, será igual a la diferencia de los dos, o sea que el momento de flexión en el eje OO, es: Mo = M1 – M2 o Mo = Y como: W/I = p y

W I  w 8

I  w  c, resultado o zarpa, 2

La formula (1) se puede escribir de cualquiera de los dos modos siguientes:

Mo 

p I  w) I 8

Mo  Wc / 4 El error que se comete en este método primero se debe al supuesto de que la presión en la superficie superior del cimiento se conserva siempre uniformemente distribuida, como si la base del muro obrase como un fluido, en cuyo caso, la carga permanecería constante y la formula será correcta. Pero la base del muro no es fluida, sino un sólido que resiste a la deformación. Si como en la figura 113, el cimiento corrido ABCD se flexa y la base del muro se supone incompresible, 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 muro quedase en contacto con el cimiento), el resultado es que el peso del muro se concentra cerca de las aristas exteriores de su base. La formula (1), da resultados demasiado grandes, pero, ya que su error es sobre el lado de la mayor seguridad, se recomienda para la generalidad de los casos. Segundo procedimiento para calcular esfuerzos de flexión en los cimientos. Se usan también bastante y solo tiene en cuenta la porción de zarpa de los cimientos, en la forma siguiente: Si ABCD (fig. 117) representa un cimiento corrido soportando un muro EFGH, situado centralmente 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 como cantilevers, soportados rígidamente por el muro, y designamos la zarpa del cimiento a cada lado del muro por c, la reacción del lecho de fundación en esta porción c, por unidad de longitud del muro, será igual a pc. El punto de aplicación de esta fuerza estará a una distancia c/2 de E o de F, y su momento en E o F será: 2 M = cp X c/2 =pc /2

Y como

c

I  w , el valo de M 2

M 

p I  w 8

puede escribirse :

2


241

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 la contracarga sobre una parte de la zarpa se concentra en la arista, ésta se tiene que comprimir o romper por aplastamiento; en los dos caos, el centro del soporte del cantilever retrocedería de la arista del muro y esto es contrario a lo que hemos supuesto al calcular el momento. Este procedimiento 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 vera que la carga no puede obrar en las dos aristas E y F , como se supone en la formula (2), ni generalmente puede estar uniformemente distribuida, según el supuesto de la (1), sino que la intensidad de la carga por unidad de superficie variara, siendo máxima cerca de la intensidad de la carga por unidad de superficie variara, siendo máxima cerca de las aristas y mínima en el centro de la base del muro. Las posiciones exactas de los puntos de aplicación dependen de circunstancias variadas que no podemos explicar completamente en este capitulo. Nueva formula para determinar los momentos d flexión en los cimientos. El autor ha establecido una formula que da valores para el momento de flexión M, intermedios entre los de las formula que (1) (2) y que corresponden, muy aproximadamente, al supuesto de que considerando las fuerzas a cada lado del eje del muro, el centro de aplicación de la semicarga del muro esta en el eje central de la mitad del mismo cuando la zarpa vale cero, y cuando ésta aumenta, se mueve hacia una posición que esta a dos tercios de la distancia desde el eje central del muro a su arista. Dicha formula se puede expresar así:

M

pI  wI  w / 2 8

o substituyendo el valor de p en función de W,

M

W I  wI  w / 2 I  8

Unidades de peso y presión. En la práctica, W, peso debido al muro, se expresa en kilogramos por metro d e muro y la presión admisible sobre el lecho de fundación viene, ordinariamente, en toneladas o kilogramos por metro cuadrado. El ancho necesario de los cimientos en metros se obtiene dividiendo el peso del muro, en kilogramos por medio lineal, por la carga unitaria admisible sobre el lecho de fundación en kilogramos por metro cuadrado. Unidades de momento. El momento que tiende a producir la ruptura puede expresarse en metros-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 de flexión vendrá en metros-kilogramos por metro lineal de muro. Como el momento resistente se da, generalmente en centímetros-kilogramos, será mas conveniente expresar el momento flexor 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) =

100 pl  wl 8

Haciendo lo mismo en la formula (2) M (en cm.kg) =

100 2 pl  w 8

O, empleando la forma más conveniente, 2 M = 50 pc * En la formula de flexión, el momento resistente se considera igual al momento flexor en cualquiera sección transversal de los cimientos y el momento flexor máximo suele llamarse momento de ruptura.

Y expresado c en centímetros en vez de en metros, tendremos 2 M (en cm-Kg por metro de muro) = 0.005 pc De una semana semejante la fórmula (3) se convierte en TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

242

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


100 w M (en cm-Kg por metro de muro)  p ( I  w) ( I ) 8 2

(3)

Hasta que las formulas (3) y (3)´ sean más generalmente aceptadas, el proyectista, para evitar criticas y estar prefentemente seguro, usara la formula (1) y en su pagina que siguen, el autor emplea 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; 2 Y por la (2): M = 1/8 X 20 000 (3.5 – 0.6) = 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 el término medio entre los hallados por las (1) y (2). Comparación grafica de los momentos flectores en los cimientos. El grafico de la figura 118 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; 2 p = carga unitaria sobre el lecho de fundación = 5 500 Kg por m ; 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 que las variaciones son mayores en el caso de resaltos o zarpas pequeños. Cuando I es el menor que el doble de w, es decir, cuando la zarpa es menor que la mitad del ancho del muro, la formula (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 y especialmente cuando las zarpas son pequeñas. La (3) da resultado comprendidos entre los de la (1) y la (2) y de acuerdo con una hipótesis razonable podría ser preferible, pero no esta de acuerdo con la practica actual.

21.

Momentos de flexión en los cimientos de columnas y pilares


243



Planteamiento general del problema. La figura 119 representa la planta de un pilar o columna que descansa sobre un cimiento que tiene zarpas o sobresale por los cuatro lados. La base de la columna o pilar se representa por ABCD y el cimiento y su superficie de apoyo por EFGH. La parte de los cimientos comprendida en las áreas MNOP y QRST se puede considerar que actúa de la misma manera que los cimientos con zarpas bajo un muro, pero las contracargas 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 menos complicadas y no satisfactorias, para poder determinar la magnitud de la contracarga en las cuatro áreas de las esquinas. El estudio de las dichas teorías estarían fuera de lugar en este capitulo. En un cimiento cuadrado, si la zarpa no es mayor que la mitad de la anchura de la base que se le superpone, las cuatro áreas de las esquinazo incrementaran en mas del 25% el parea total del cimiento y entonces podemos suponer que el momento flexor es igual que si la base de la columna o pilar se extiéndase como un muro a través de la totalidad de los cimientos, como cuando en la figura 120. Para asegurar estas condiciones, cuando la zarpa del cimiento es mayor que w/2 y, todos los casos en que el cimiento no sea homogéneo, como cuando se emplea un emparrillado de acero, la carga de la columna se debe distribuir sobre el ancho del cimiento por medio de una viga o travesero o por una ampliación de la base de la columna. En el caso de un cimiento de varias capas, debe extenderse cada una con una anchura igual a la de la inferior. En una construcción de este genero, es evidente que el momento flexor será el mismo 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 la fórmula (1), tomando la carga total, en lugar de la carga por metro, y entonces tendremos el momento flexor total. EJEMPLO. Una columna con carga de 96 toneladas ha de apoyarse en una placa cuadrada de hormigón. La base de fundición de la columna es cuadrada y tiene 0.60 m de lado. La carga admisible sobre el lecho de 2 fundación es de 67 toneladas por m . Hallar el momento flexor máximo en la placa o losa. 2

El área de apoyo será igual a 96/97 = 1.43 m , ósea, un cuadrado 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 una dirección, a través del cimiento. Aplicando la formula (1), pero poniendo en lugar de p la carga de 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 este ejemplo, la presión unitaria admisible en el lecho de fundación fuera de 22 toneladas en vez de 67 por m2, el área de apoyo y el área en fondo del cimiento será de 96/22 = 4.36 m2. el cimiento puede ser un cuadrado cuyo lado mida 2.09 m. Según la regla que dimos anteriormente, como la zarpa es mayor que la mitad del ancho de la base, deberá ponerse un travesero que se extienda a través de todo el cimiento y su longitud será, por lo tanto, de 2.09 m, pudiendo estar compuesto de dos o más vigas de acero. La base de la columna es de 0.45 m 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 la base 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. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

244



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 del cuadrado para las superficies de apoyo, los momentos que resultan para la losa y travesero serán distintos de los que acabamos de calcular. Si en el ejemplo que sigue hay que hacer, por alguna razón, el área de apoyo de 1.8 x 2.40 m, lo que da un área de 4.32 m2, y si el travesero es 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-Kg Y 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 el área de apoyo. Si el travesero tiene una dirección paralela al lado mayor, su momento y el de la 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 inmediatamente superior. Cimientos compuestos. En los cimientos compuestos en que se carga un solo cimiento con un 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 cortantes y momentos de flexión de dichas vigas o cantilevers se determina en cada caso por los procedimientos usuales.

22.

Proyecto de Cimiento Materiales para los cimientos. Para que los cimientos tengan la resistencia necesaria, es preciso que el momento resistente de seguridad del cimiento sea igual, por lo menos, al momento de la ruptura ( que tienda a producirla), calculado con arreglo a lo dicho en los párrafos procedentes. La obra de fábrica, ya sea de ladrillo o piedra, no es construcción apropiada para los cimientos excepto para las construcciones muy ligeras, porque su resistencia 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 material homogénea, como un bloque de granito u otra piedra conveniente de construcción o de una simple capa de hormigón, el momento resistente será, según fórmula de flexión conocida para 2 sección transversal rectangular: Mr = 1/8 bd 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 centímetro cuadrado. 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 y 2 d = 0.06 M/f (4) Substituyendo en la fórmula (4) el valor de M en centímetros-kilogramos, de terminado por medio de las fórmulas (1), (2) y (3), y el valor de f por le que se da en el párrafo siguiente, la profundidad d se podrá determinar fácilmente. Resistencia de Seguridad a la tracción para los materiales de los cimientos. Los valores de f, esfuerzo unitario de tracción admisible, para el hormigón o piedra, deben comprender un coeficiente de seguridad elevado, porque se sabe por experiencia que estos materiales presentan grandes diferencias en su resistencia a la tracción y en su módulo de ruptura o resistencia 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. 2 f en Kg por Cm Fábrica de ladrillo o mampostería con mortero de cal 0 a 0.70 Fábrica de ladrillo o mampostería con mortero de cemento 0.7 a 2.8 Hormigón 1 : 3 : 6 1 a 1.8


245

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Hormigón 1 : 2.5 : 5 1.4 a 2.8 Hormigón 1 : 2 : 4 2.1 a 3.5 Arenisca y caliza en bloques monolíticos 5.3 a 10.5 Granito en bloques monolíticos 7 a 17.5 EJEMPLO DE UN PROYECTO DE CIMIENTO DE HORMIGÓN. HORMIGÓN COLADO EN UNA PIEZA. Un cimiento corrido de hormigón de 1.20 m de ancho soporta un muro de 0.60 m e grueso. La carga sobre el lecho de fundación es de 42 000 kg por metro lineal de muro, o 2 2 sea 35 000 Kg por m . si tomamos para f un valor de 2.5 Kg por cm , hallar la profundidad del hormigón del cimiento corrido. El momento de ruptura, según la formula (1)‟, es:

M

100 100 W ( I  w), o sea, 42000(1.20  0.6)  315 000 cm  Kg. 8 8

Substituyendo en la formula (4)

d 2  0.06

315000  7560, osea .d  87 cm 2.5

el momento de ruptura, según la fórmula (2)‟ será:

1 pc2  0.005 x 35 000 x 30 x 30  157 000 cm - Kg por m 24 d2  0.06 x 157 500/2.5  3780, o sea, d  62 cm. M

La profundidad determinada por las fórmulas (1) o (1)‟ es algo errónea, como ya se dijo, del lado mayor seguridad. El resultado de las fórmulas (2) 0 (2)‟ es más conforme con la práctica corriente y como la zarpa es pequeña comparada con el ancho del muro, se puede emplear; o bien un valor intermedio calculado por las fórmulas (3) o (3)‟, que puede ser considerado como ampliamente seguro. Cimiento escalonado. Si se hace la colada del cimiento de hormigón sin interrumpir la operación, para que actúe como una viga simple en toda su profundidad, se puede economizar material haciendo el cimiento en escalones, como en la figura 121. Si los escalones son de igual altura, el saliente o zarpa total se puede repartir a partes iguales entre todos ellos, si se hace la colada del cimiento en varias capas o si se superpone una losa de granito sobre una capa de hormigón, entonces cada capa debe ser calculada separadamente, empleando el ancho de la capa superpuesta en vez de w, ancho del muro. Precaución necesaria en los proyectos de cimientos de varias capas. La formula (2) no se debe usar cuando el cimiento consta de varias capas, porque el error que lleva en su hipótesis se acumula y de ello podrían resultar concentraciones importantes en las aristas exteriores de las capas superiores. EJEMPLO DE CIMIENTOS DE VARIAS CAPAS. En el caso en que se haga el colado de los cimientos en varias capas, los cálculos se deben hacer del modo siguiente: supongamos que i 2 = longitud del cimiento que soporta un momento M. Según la fórmula (1)‟, que es la (1) transformada a centímetros-kilogramo. 8M I1  w 100W 2 Una vez fijado el espesor de cada capa en 38 cm, por ejemplo, y el valor de f en 2.5 Kg/cm 2 para el hormigón, tendremos por la fórmula de flexión M = M r = 1/8 x 100 x 38 x 2.5 = 60 170 cm-Kg, cuyo valor substituido en la formula anterior nos dará el valor de l 1 o la longitud de la hilada superior. Una vez determinado l1, la longitud de l2 se halla de la misma manera del cimiento. Las dimensiones de l y w se expresan en metros. Comparación de cimientos de una pieza y de capas separadas. Los cimientos compuestos de varias capas, son muy antieconómicos por la cantidad de material que necesitan, si se compara con los que son colados en una sola vez. Si el cimiento del ejemplo que precede se


246



proyecta a base de varias capas y se supone que su espesor sea de 38 cm, sus longitudes serán las que siguen:

I1

8M  w  (8 x 60 170)/(100 x 42 000)  060  0.7146 m 100W

l2  0.8292 m, l3  0.9438 m, l4  1.0584 m y l5  1.173 m. I5 tiene aproximadamente 1.20 m que es el ancho necesario en la base, y se puede adoptar esta medida incrementando el espesor de la hilada del fondo hasta 40 cm. El espesor total del cimiento será, según esto, de (4 x 38) + 40 = 192 cm, en lugar de 87 cm como hablamos determinado 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 reglas empíricas para obtener, para materiales diversos de construcción, lo conocido con el nombre de zarpas de seguridad para profundidades de cimientos dadas o para dar la relación de seguridad entre la zarpa y la profundidad del cimiento. Estas reglas prescinden del hecho de que la contracarga varía y, por lo tanto, no son aconsejables, aunque tales reglas empíricas se citan en los reglamentos de construcción de lagunas ciudades. EJEMPLO. El resalto o zarpa de seguridad para escalones en obra de ladrillo se da frecuentemente, 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 le corresponde es de 0.6 si suponemos que el valor de f para fábrica de ladrillo es de 1.4 Kg por 2 cm y no habrá seguridad cuando la carga unitaria sea mayor. Relación de zarpa a la profundidad del cimiento. Para los cimientos de material homogéneo que tengan una zarpa pequeña y para los que se pueda usar la fórmula (2) como seguridad, se puede calcular la relación de seguridad de la zarpa para una carga unitaria dada. De la fórmulas (2)‟ y (4) deducidas de la del momento resistente para vigas de material homogéneo y sección transversal rectangular, se deduce la formula siguiente:

c/d  3 331 f/p

En la cual todas las dimensiones están expresadas en centímetros, f en kilogramos por centímetros cuadrado y p en kilogramo por metro cuadrado. La magnitud c/d es la relación de la zarpa a la profundidad o altura de la viga o cimiento. Así, para un cierto valor dado de f, la relación 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 que se puede hallar la relación de zarpa a la profundidad del cimiento. Así, por ejemplo, si el 2 esfuerzo unitario admisible a la tracción, f, para un cimiento de hormigón es de 2 kg por cm y 2 la carga p en el hecho de fundación es de 15 000 Kg por m , la zarpa admisible será igual a la TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

247



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 la carga unitaria es de 15 000 Kg y f = 2 Kg, como anteriormente, la profundidad necesaria será a la 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 gran excavación, como la que se requiere para cimientos de hormigón o mampostería y en el caso en que la carga de un muro tenga que repartirse en una superficie de apoyo extensa, se emplean con frecuencia las vigas o carriles de acero, que tienen la ventaja de proporcionar el momento 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 de segunda mano, como recurso. Preparación del lecho y colocación de vigas. El lecho de fundación se cubre primeramente con una capa de hormigón cuyo espesor sea por lo menos de 15 cm, bien mezclado y compacto, de tal modo que quede tan impecable como sea posible. Las vigas se colocan sobre esta capa con sus patines superiores alineados y los inferiores bien en lucidos para asegurar un apoyo bien plano. Inmediatamente como sea posible. Las vigas se colocan sobre esta capa con 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 ellas para que tengan una protección permanente. Requisitos que deben llenar los emparrillados de acero. Al determinar número y dimensiones de las vigas para cierto cimiento, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: 1. Las vigas resistir el momento flexor máximo, sin que en ellas se produzca una flecha mayor de 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 el hormigón 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 algo mayores en las capas inferiores. 5. cuando el momento flexor sea el factor predominante, entre dos vigas de pesos iguales se debe emplear la viga de mayor altura. Así, por ejemplo, si el módulo de la sección es 2 2 392.5 cm , una viga estándar de 508 mm (20‟‟) y 121 Kg/m (81.4 lb/pie) con un módulo de la 2 sección de 2 402.8 cm , será apropiada, pero tendrá más rigidez y resistencia otra de 609.6 2 mm (24‟‟) y 119 Kg/cm (79.9lb./pie) con un módulo de la sección de 2 850.2 cm . 6. Cuando el factor esfuerzo cortante es el que ha de tenerse en cuenta para la elección entre dos vigas de pesos iguales, se debe elegir la menor, que será la de más resistencia. Así, el valor del esfuerzo cortante de una viga de 508 mm (20‟‟) y 121 Kg/m (81.4 lb./pie) es mayor que el de una de 609.6 mm (24‟‟) y 119 Kg/m (79.9 lb./pie) y es aproximadamente equivalente al e una de 609.6 mm (24‟‟) y 134 Kg/m (90 lb./pie). Sin embargo, algunas veces es 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 escasa resistencia 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 entre 2 vigas de acero para cargas desde 10 a 60 toneladas por m , teniendo en cuenta la capacidad de seguridad del relleno de hormigón para actuar como una viga. Cuando en tramos tan pequeños se produzca en efecto de arco considerable, el hormigón servirá para repartir la carga sobre tramos más amplios que los de la tabla, con la condición de emplear un número suficiente de tirantes de varillas de bastante sección transversal para resistir el empuje de los arcos. 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


248

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


249

vigas cm 15.2 18.8 20.3 22.9 25.4 30.5 38.1 47.7 50.8 61

10 ton.

20 ton. Mét.

30 ton. Mét.

40 ton. Mét

50 ton. Mét.

60 ton. Mét.

0.38 0.45 0.51 0.58 0.63 0.73 0.91 1.11 1.21 1.44

0.28 0.33 0.38 0.43 0.45 0.55 0.68 0.81 0.88 1.06

0.25 0.28 0.33 0.35 0.40 0.45 0.55 0.68 0.73 0.88

0.23 0.25 0.28 0.30. 0.35 0.40 0.50 0.58 0.65 0.78

0.20 0.23 0.25 0.28 0.33 0.38 0.45 0.53 0.58 0.71

0.17 0.20 0.23 0.25 0.30 0.35 0.43 0.50 0.55 0.65

Proyecto de un cimiento de muro de vigas de acero. Supongamos un muro de 60 cm con carga de 62 5000 Kg por metro lineal. Hallar el tamaño comercial y la separación de las vigas 2 de acero para distribuir la carga sobre el lecho de fundación a razón de 17 6000 Kg por m . el ancho 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 esfuerzo cortante según la formula conocida es V = W(l – w), o sea 51 900 Kg. Como las vigas están a esfuerzo cortante doble, el esfuerzo sencillo por metro lineal de muro será de 25 950 Kg. El módulo de la sección necesario por metro lineal de muro se halla dividiendo el momento flexor por 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, su módulo de sección de vigas de acero, encontramos que una viga estándar de 304.8 mm (12‟‟) 3 y 47.3 Kg/m (31.8 lb./pie) tiene un módulo de sección de 589.4 cm ; para satisfacer las condiciones que se requieren para la flexión, la separación de las vigas no debe de ser mayor de (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, el esfuerzo unitario por compresión no debe ser mayor que S B (resistencia admisible al pandeo), 2 el cual para una viga de 304.8 mm (12‟‟) y 47.3 Kg/m (31.8 lb./pie) es de 918 Kg/cm . El área de la viga que se resiste a ka compresión es igual a la parte de su longitud en que se halla repartida la carga del muro por el espesor del alma. Algunas autoridades consideran que la carga está repartida en una longitud igual a la porción cargada de la viga, más el alma de la viga dividida por dos, pero en el ejemplo presente sólo hemos tomado la longitud de la porción 2 cargada. En este caso el área será 60 X 0.89 = 53.4 cm . Si la equidistancia entre los ejes de las vigas es de 0.315 m, la compresión directa unitaria será: 62 500 X 0.315/53.4 = 369 2 2 Kg/cm , que queda bien dentro del esfuerzo admisible de 918 Kg/cm . Para que el alma resista al esfuerzo cortante, esté no debe ser mayor que el se deduce de la fórmula del esfuerzo cortante 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 de 2 304.8 mm (12‟‟) y 47.3 Kg/m (31.8 lb./pie), el valor será: 918/1.65 = 556 Kg/cm . la capacidad de la viga al esfuerzo cortante se halla multiplicando este esfuerzo unitario por la altura de la viga y el espesor de su alma, o sea: 556 X 30.48 X 0.89 = 15 080 Kg, que es superior al que se necesita (igual a 25 950 X 0.315 = 8 174 Kg). Solamente hay que tener en cuenta una de las dos condiciones anteriores relacionadas con la resistencia del alma, aplicando la regla siguiente: si el esfuerzo cortante dividido por la altura de la viga, es mayor que la carga total dividida 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 o menor 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 viga w‟ = 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 emplear una viga de 304.8 mm (12‟‟) elegimos una de 381 mm (15‟‟) y 63.8 Kg/m (42.9 lb./pie) con un 3 módulo de sección de 965.3 cm , 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 y por tanto no hace falta reforzado con varillas. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Proyecto de cimientos para columnas. Los cimientos de vigas de acero y losas para columnas han sufrido algunas modificaciones en los últimos años. Primeramente se usaban dos o tres filas de vigas de acero con una losa para construir la base de la columna. Actualmente se tiende a emplear, para la columna, sólo una gruesa losa o una fila de vigas con una losa o también 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 económico de la carga que puede soportar una sola losa y en que momento sería más barato el empleo de losa y vigas, sino que también debe tener en cuenta otros diversos factores. Cuanto más espesor o altura tenga el emparrillado, si se emplean planchas en los costados para el asiento del emparrillado. Si se emplean planchas en los costados para el dar rigidez a la de losa del emparrillado. ¿Será posible extenderlas por encima del nivel del acabado del piso bajo o subterráneo inferior y hacer así la excavación lo más pequeña posible? ¿Puede la laminadora laminar los hierros planos de las dimensiones convenientes? Muchos ingenieros prefieren el hierro plano único independiente de la carga y emplazamiento de la columna, ya sea una columna interior emplazada en un pozo o sobre un pilar o una exterior descansando sobre un muro en ataguía y toman como factor determinante el tamaño y espesor que puedan producir las laminadoras. The Chase National Bank de Nueva York descansa sobre hierros planos; las dimensiones 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 y se repartió la carga desde la columna por medio de planchas voladas o cantilevers. Por ejemplo, en uno de los casos se emplearon 2 hierros planos de 58½ „‟ X 15‟‟ X 9‟3‟‟ (148 cm x 38 cm x 351 cm), con una carga de 2 933 000 Kg y planchas voladas de 37/8 „‟ (9.8 cm) de espesor. Tabla Ixa. Valores del factor F* para esfuerzos cortantes para varias vigas Vigas

Para vigas de peso estándar

Para vigas pesadas

12 pulg. = 304.8 mm

1.65

1.52

15 pulg. = 381.0 mm

1.71

1.50

18 pulg. = 457.2 mm

1.76

1.58

20 pulg. = 508.0 mm

1.77

1.62

24 pulg. = 609.6 mm

1.91

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 tablas de esfuerzos cortantes. Sin embargo, hay que advertir que los valores deducidos del empleo de F son aproximados solamente, porque este factor varía algo según las vigas de dar su valor para cada una necesitaría tanto espacio como las tablas completas de esfuerzos cortantes de seguridad. No damos valores de F para las nuevas secciones de vigas ligeras, porque estas secciones no son apropiadas para estos emparrillados. Hacemos notar que el peso estándar o normal que cada tamaño de viga, para el que se da F, es siempre el inmediatamente superior al peso mínimo dado en las tablas, excepto para las vigas de 20”, para las cuales, el peso mínimo de 65,4 lb (97.3 kg/m), es también peso estándar. La regla que hemos dado anteriormente para determinar cuándo la deformación del alma se basa en el esfuerzo cortante o en la compresión directa, como factor determinante, evita uno de los cálculos necesarios para el 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 se hace rígida con planchas laterales. Las cargas máximas sobre estos emparrillados son de 1 282 000 Kg y 2 364 000 Kg, respectivamente. La constitución de estos emparrillados es de 9 vigas 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 losa de 254 X 13 cm de 1.04 con planchas laterales respectivamente. El autor considera innecesario repetir aquí el procedimiento para proyectar emparrillados y hierros planos, ya que varios libros de texto y manuales, como los que se publican American Institute of Steel Construcción. 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 cimientos durante los últimos años. Los argumentos en su favor, son: 1. Economía en la construcción de los cimientos. 2. Excavación de menor volumen


250

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


3. Facilidad de construcción, si se compara con el emparrillado de vigas de acero, por que la corrugada es corriente en el comercio, se puede cortar a la longitud necesaria a pie de obra y 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 la mezcla 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 de una mano de obra defectuosa crece con las dificultades corrientes en los trabajos de fundación, donde, a veces, hay agua y cieno que dificultan una labor cuidadosa y, por lo tanto, la inspección tiene que ser muy minuciosa. 2. Riesgo de deterioro de la varilla por oxidación o electrólisis. Este riesgo crece con la presencia de humedad y por la relativamente pequeña sección transversal de las varillas del armado. 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 grietas bajo la carga calculada. Empleo del hormigón armado para las fundaciones. De lo que antecede se deduce que se deben 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. El hormigón 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 producen en las construcciones en las construcciones de hormigón armado se determinan del mismo modo 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 a los 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 5 cm (2‟‟) colocados en la dirección longitudinal del muro y sin dejar espacios entre ellos. Perpendicularmente a estos tablones, se ponen grandes vigas transversales de dimensiones proporcionales a los esfuerzos transversales y con una equidistancia aproximada de 30 cm entre 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 son colocados sobre él. En las figura 123 se puede ver una sección de estos cimientos. todas las vigas y tablones deben colocarse a un nivel inferior al hidrostático y los espacios comprendidos entre las piezas transversales se rellenan con arena, piedra machacada u hormigón. Las mejores 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 la fórmula siguiente:

Ancho de centímetros 

236 p X c2 X5 d 2 XA

En que p representa la resistencia del lecho de fundación en kilogramos por metro cuadrado; c, el saliente o zarpa de los tablones transversales sobre los tablones de 7.6 cm, en metros; 5, la equidistancia entre los ejes de las vigas, en metros, y d, la altura de la viga en centímetros. A es el factor de la resistencia y los valores más recomendables de este factor son: 88.9 para el pino amarillo de hoja larga, 66.7 para el roble blanco y 61.1 para el pino blanco corriente o abeto.


251

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


EJEMPLO. Los muros de fachada de un edificio cargan la fundación con 30 000 Kg por metro lineal; 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, empleando vigas de pino amarillo de hoja larga. Hallar las dimensiones de las vigas transversales. 2

SOLUCION: Dividiendo la carga total por metro lineal por 10 000 Kg/cm , hallamos 3 m como ancho de los cimientos. Adoptamos para la obra e fábrica de los cimientos, el granito o cualquiera otra roca dura, de 1.20 m de ancho, asentada sólidamente sobre tablones con mortero 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 supondremos que la altura de las vigas es de 25 cm. Entonces, por la fórmula anterior:

Ancho en centímetros 

236 X 10 000 X 0.92 X 0.3  10.3 cm 252 X 88.9

Podemos emplear maderos de 15 X 25 cm, con equidistancia de 30 cm entre ejes. Si empleásemos 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 edificios temporales 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 la duración, porque la madera, cuando está sana, puede permanecer en cualquier lugar dos o tres años, con tal de que tenga ventilación. El World‟s Fair de Chicago (1893), se fundó sobre plataformas de madera, de modo que la carga máxima sobre el suelo no fuese mayor de 12 toneladas 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) individuales b) combinados 2. Zampeados: a) corriente b) perforación continua en dos direcciones c) rígidos por medio de armaduras d) rígidos por medio de muros 3. Pilotes de madera (simples, empalmados, revestidos, etc.) 4. Pilotes de hormigón colados previamente de varios tipos y tamaños 5. Pilotes de hormigón colados en la obra sin camisa: a) cónicos b) cilíndricos c) con la base ensanchada 6. Pilotes de hormigón colados en el lugar de la obra con camisa: d) cónicos e) cilíndricos f) con la base ensanchada 7. Pilotes de tubo de acero: a) de extremos abiertos b) de extremos cerrados 8. Pilotes compuestos, varias combinaciones 9. Pilote de cajón de hinca 10. Cajones abiertos: a) tablestacas de madera avanzado progresivamente con la excavación b) tablestacas de acero colocadas antes que la excavación c) 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 tipos 12. Muros de ataguía que se emplean para hacer posible la excavación: a) fila sencilla de tablestacas de madera b) fila sencilla de tablestacas de planchas de acero


252



c) cajones con relleno de tierra o roca d) Doble fila de tablestacas 13. Muros empleados como ataguía y como construcción permanente: a) construidos rellenando una doble fila de tablestacas b) Construidos como cajones abiertos o neumáticos 14. Cimientos de flotación Ocuparía demasiado espacio en este capítulo una descripción detallada de todos los tipos que se acaba de citar y, por lo tanto limitamos a lo fundamental para el proyecto y a unas consideraciones generales. Cada estructura tiene que llenar sus requisitos peculiares y cada emplazamiento tiene sus características que, a veces, facilita, su proyecto y construcción económicos y otras requieren un gran cuidado y competencia para garantizar la seguridad durante la construcción que se empleen deben ser los mejores, teniendo en cuenta la estructura que se proyecta y el sitio de su emplazamiento. Las condiciones actuales de los edificios que suelen tener hasta 100 pisos han traído como consecuencia el aumento de las dimensiones de los cimientos, la profundidad de las excavaciones, los empujes laterales en los muros de fachada y, en general, las complicaciones, 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 son las fundaciones y que el proyecto debe llenar todos los requisitos de la estructura y las particularidades del emplazamiento y que la seguridad y eficacia de todo el proyecto dependen de una buenas fundaciones, unas veces por razones económicas y no pocas por su rápida construcción, no esta fuera de lugar recomendar a los arquitectos y propietarios que consulten con 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 estas consultas compensan, con creces, los gastos que ocasionan. Consideraciones generales. Cuando los cimientos de una estructura descansan en arena húmeda o arcilla, es muy importante prever cualquier movimiento del material del lecho de fundación, siempre que esto sea posible. En ciertos casos, es conveniente unir todos los cimientos 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 poner columnas de gran altura unidas firmemente a los cimientos, porque los asientos desiguales de éstos desarrollan esfuerzos de flexión en las columnas y tales esfuerzos en las de gran altura pueden ser tan importantes que produzca probablemente su ruptura o distorsión. En tales casos, hay quien propone hacer las bases de las columnas con articulaciones de rótula, que permita asientos desiguales en los cimientos, sin flexión ni distorsión en las columnas. Sin embargo, estas juntas no son generalmente empleadas, porque habría la necesidad de asegurar la estructura con amarres contra la presión horizontal del viento. Este dispositivo puede ser útil para las columnas largas interiores. Profundidad mínima de los cimientos. Dicha profundidad está limitada por la del sótano, por los requisitos del mismo, tales como cuando parte de los cimientos pueden sobresalir del nivel del 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 la profundidad, se encuentran materiales capaces de resistir mayor carga unitaria para apoyar los cimientos, o si, como se han explicado en párrafos anteriores de este capítulo, se puede conseguir más seguridad, construyendo los cimientos más profundos. Estas circunstancias influyen en el proyecto de los cimientos y deben tenerse en cuenta en todos los casos. Algunas veces puede resultar más económico prescindir de los cimientos corridos y recurrir a los pilotes u obras de fábrica que lleguen hasta la roca o algún otro estrato de bastante solidez. Cuando hay cualquier duda sobre este punto, se deben comparar cuidadosamente las ventajas y costos de los dos métodos. Sin embargo, en general, resultan más baratos los cimientos corridos inmediatamente debajo del nivel de la excavación el sótano, que cualquiera otra fundación a profundidad. Fundaciones a profundidad. Se emplean cuando el material al nivel del cual habrían de construirse 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. Se puede recurrir entonces a uno de los tipos de fundaciones, anteriormente mencionados, distintos del cimiento corrido y del zampeado. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

253


27.


Fundaciones con pilotes de madera Empleo de pilotes de madera. Cuando hay que construir sobre un compresible, saturado constantemente de agua y muy profundo, el mejor procedimiento para conseguir una fundación sólida y duradera, para edificios de altura moderada, es hincando pilotes de madera. Muchos edificios de la ciudad de Boston, Mass, y algunos edificios para oficinas de las ciudades de Nueva York y Chicago, están fundados sobre pilotes de madera, y éstos se usan mucho para edificios de almacenes, elevadores para granos, etc., construidos en el litoral o a la orilla de los lagos. La duración de los pilotes de madera en terrenos saturados constantemente de agua es indiscutible, porque se han encontrado en perfecto estado después de una lapso de seis a diecisiete siglos. Reglamentos municipales. En las leyes de Boston, se ordena que en los pilotes de madera se rematen sus cabezas con bloques nivelados de granito o con hormigón de cemento Portland y que la distancia entre ellos no sea mayor de 0.9 m entre ejes. Las leyes de Chicago prescriben que los pilotes de madera se hinquen hasta la roca o conglomerado duro y se rematen con un emparrillado de madera, hormigón, acero o de una combinación de los mismos. La leyes de Nueva York especifican un diámetro mínimo de 12.7 cm y una distancia máxima de 0.9 m entre ejes. El reglamento de México indica que se hinquen hasta encontrar apoyo 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 la capacidad de carga indicada. Cargas Máximas admisibles en los pilotes de madera. Las cargas admisibles en varias ciudades de Estados Unidos, para los pilotes de madera, varían de 18 a 23 toneladas. La mayoría de las ciudades citadas limitan también la carga admisible por la formula de Wellington, que damos más adelante en el párrafo Resistencia de los pilotes. El Reglamento de México fija esta carga en 25 toneladas para los pilotes de madera con un diámetro medio de 30 cm. Clases de madera empleadas para pilotes. Los pilotes se hacen de troncos de árboles tan rectos como sea posible y de un diámetro mínimo de 13 cm en el extremo menor para edificios poco pesados, o de 20 cm para edificios pesados. Las maderas que se usan generalmente para pilotes son: tsuga de Canadá (hemlock), abeto, pino blanco, pino noruego, pino amarillo de 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 la duración de las maderas bajo el agua, pero siempre son preferibles las mas duras y resistentes, y especialmente cuando es necesario clavar los pilotes hasta la roca dura, que está debajo del terreno, y someterlos a grandes cargas. El reglamento de México dice que estos pilotes se formarán con postes de madera resinosa, no agrietada y descarada de 8 a 10 m de longitud y que para utilizar maderas no resinosas hay que conseguir la aprobación de la Dirección Genera de obras Públicas. Los diámetros mínimos serán de 18 cm en la punta y 24 cm en la cabeza, debiendo quedar ésta a 2 m, cuando menos, por debajo del nivel de las aguas freáticas. Preparación de los pilotes de madera para su hinca. Los pilotes se preparan para la hinca cortando cerca del tronco todas las ramas y serrando a escuadra los extremos. Aunque los pilotes se clavan a menudo con corteza, es probable que sea mejor quitársela y es dudosa la ventaja o inconveniente de uno u otro procedimiento. Para hincar pilotes en terrenos blandos 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 pilote para que no se astille, con un suncho de hierro de un diámetro 2.5 cm aproximadamente menor que 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.


254



El dispositivo de A es muy apropiado para todos los terrenos, excepto para los muy duros; y para estos, la punta cónica de fundición de unos 12.7 cm de diámetro bien fija por medio de una espiga larga y un suncho cerca del extremo del pilote, es mejor que el azuche. Los pilotes que hay que hincar dentro del agua salada, o expuestos a ella, es conveniente impregnarlos completamente con creosota, aceite de creosota (aceite muerto), o alquitrán de carbón que los proteja 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 hincar para un apoyo firme, que se determina por la penetración en los cuatro o cinco últimos golpes del martillo. El método corriente que se emplea para hincar pilotes consiste en una sucesión de golpes o andanadas con un bloque de hierro o acero fundidos llamado mazo o pilón que resbala arriba y bajo entre guiaderas de una máquina llamada martinete o hinca pilotes. La máquina se emplaza sobre el pilote, de manera que el mazo caiga bien sobres su cabeza; los pilotes se hincan siempre con su extremo más delgado abajo. Generalmente la elevación del mazo se hace a vapor (si se hace a mano la máquina se llama machina) y el desenganche para la caída es automático o a mano. El peso corriente de los mazos varía de 680 a 1 140 Kg y 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 del martinete de vapor de doble efecto se ha extendido considerablemente en las grandes ciudades, substituyendo a los martinetes corrientes, porque es capaz de hincar muchos más pilotes en una jornada con menos daños para los mismos. El martinete de vapor da una sucesión de golpes cortos y rápidos con una velocidad de 60 a 70 por minuto y parece como si sacudiese los pilotes hacia abajo; el corto intervalo que media entre dos golpes, no da tiempo se asentar al suelo que los rodea. Cuando se hincan lo pilotes, hay que tener cuidado de mantenerlos a plomo y si se ve que la penetración es pequeña, se debe deducir la caída del mazo a unos 1.5 m y dar los golpes en sucesión rápida. Cuando un piloto no penetra después de varios golpes, antes de haber alcanzado la profundidad media, se le debe cortar y clavar otro pilote junto a él. Cuando se ha clavado varios pilotes hasta una profundidad de 6 m o más y 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 golpes siguientes solamente conseguirán astillar y aplastar las cabezas y puntas de pilotes y hender y quebrantar 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 cinco golpes de un mazo de 545 Kg(1 200 Ib), cayendo desde una altura de 4.60 m, no se debe continuar hincándolos, porque los golpes siguientes solamente conseguirán astillar y aplastar las 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 ser de 60 cm entre ejes. Si se hincan dos pilotes largos con una distancia entre ellos menor de 60 cm se corre el riesgo de que se fuercen el uno al otro hacia fuera de pilotes, la equidistancia mas conveniente es de 76 cm entre ejes, en sentido transversal al surco o zanja, y 92 cm longitudinalmente, con tal de que el número de pilotes que resulte sea suficiente para soportar el peso del edificio; Si esta condición no se realizase, habría que disminuir la equidistancia longitudinal o agregar otra fila de pilotes, pero en ningún caso se debe hacer la distancia entre 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 que soportar, 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 a menos de 1.20 m unos de otros, los que con la carga de 25 toneladas por pilote da un promedio sobre la superficie del terreno una carga máxima de seguridad de 18 toneladas por 2 m. Cabezas de pilotes de madera. La parte superior de los pilotes se debe cortar al nivel del agua o un poco por debajo, porque, de otro modo, empiezan a pudrirse muy pronto. Después se rematan o encabezan con grandes bloques de piedra, hormigón o emparrillados o encepados de madera o acero. Encabezado de hormigón. Actualmente se usa mucho el hormigón armado para el encabezado 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 el relleno de hormigón en esta excavación, alrededor y por encima de los pilotes. Se corre un armado en los dos sentidos, unos 7.5 cm por encima de la parte superior de los pilotes y se TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

255



continua hormigonado hasta que se complete el espesor o altura de la cabeza. Generalmente estas cabezas tienen unos 45 cm o más de espesor, lo que depende de número y equidistancia de los pilotes del grupo y de los esfuerzos cortantes y de flexión. Sobre esta base, se colocan los emparrillados para las columnas o muros. Este género de construcción es, en opinión del autor, el que reúne más ventajas como encabezado de los pilotajes, porque el 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 de Chicago están encabezado con emparrillados de grandes maderos unidos con pernos a la parte 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, con bastante resistencia para soportar la carga de eje a eje de los pilotes, con un esfuerzo bajo par las fibras. Se colocan longitudinalmente sobre las cabezas de los pilotes, unidas a los mismos por medio de pernos forzados, que consisten en simples barras de hierro, de sección cuadrada o 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 taladran con 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 u hormigón y se rellena de hormigón el espacio comprendido entre los pilotes y las vigas hasta el nivel 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 de madera transversales de un espesor mínimo de 15 cm, para edificios pesados, por encima de las vigas longitudinales y unido con pernos forzados a las mismas. Cuando se emplea emparrillado de madera, hay que ponerlo por debajo del nivel más bajo del agua, porque, de otro modo, se pudre y es causa de asientos en el edificio. Esta demostrado que cualquiera clase 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 mantiene en su sitio los extremos superiores de los pilotes. Además, reparte por igual la presión sobre los pilotes, porque la resistencia transversal de la viga ayudara a soportar la carga de un pilote que, 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 resultados igualmente buenos.* Especificaciones para las funciones sobre polotes de madera. El contratista se compromete 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 flecha mauro del 1% de su longitud), acondicionado convenientemente y cortado a escuadra con el eje en sus dos extremos. Los pilotes tendrán, por lo menos, 15 cm de diámetro en su extremo menor y 25 cm en el mayor, luego de cortados, y longitud suficiente para llegar hasta terreno firma; longitud que se determinará 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 900 kg, 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 cada pilote estropeado. Si los pilotes muestran tendencia a astillarse, se reforzará con zunchos de hierro 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 escuadra al nivel señalado en los planos. Potencia de sustentación de los pilotes. Desde el punto de vista de su empleo como soportes de edificios, los pilotes se pueden clasificar en dos clases: 1) los que hay que hincar hasta roca o conglomerado duro, como grava o arcilla firme, y 2) los que no es necesario hincar hasta conglomerado duro. 1. Cuando se clava un pilote de la primera clase en un suelo suficientemente firme para asegurar 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 le rodea es plástico la resistencia del pilote será igual a su cargad de seguridad, calculada como si fuese una columna de una longitud igual a la del pilote, con su encabezado TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

256



incluido. Los pilotes testigos clavados en el emplazamiento del edificio de la Chicago Public Library a través de 8.2 m de arcilla plástica y blanda, 7 , de arcilla compacta y resistente y 0.6 m en conglomerado, resistieron una carga de 46 toneladas por cada pilote, durante dos semanas, sin asiento aparente. Podríamos citar muchos ejemplos de pilotes hincados hasta 6 m en arcilla dura que sostuvieron cargas de 18 a 36 toneladas y algunos ejemplos en que las cargas soportadas llegaron a 73 toneladas por pilote. 2. La resistencia de un pilote de esta clase depende de la fricción, cohesión y empuje, o presión hacia arriba, del terreno en que se hinca. La carga de seguridad para estos pilotes se determina, generalmente, por su penetración media con los cuatro o cinco últimos golpes del mazo. Algunos ingenieros han formulado reglas para determinar las cargas de seguridad de pilotees de esta clase, pero son tantas las condiciones que modifican la penetración y la determinación de su magnitud exacta, y tan variables las condiciones de la hinca y del suelo, que se puede decir que es imposible formular una regla que satisfaga todas las condiciones que intervienen en la hinca de estos pilotes. Formula del Engineering News. Esta formula se debe a M.A. Wellington, y es la que 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 golpes Carga 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 sido satisfactorio, 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 de hincado y la capacidad de carga supuesta”. Este hundimiento o penetración puede hallarse despejando S de dicha fórmula o, más fácilmente, para martinetes de caída libre, por la taba X que se explica y se da más adelante, considerando la capacidad de carga igual a la carga de seguridad. Cuando se calculan las cargas por esta fórmula se deben hincar los pilotes hasta que la penetración no sea mayor que el límite supuesto, pero si esta condición es irrealizable, hay que hacer nuevos cálculos basados en la penetración media más pequeña que sea posible y emplear mayor número de pilotes. En las localidades en que el empleo de pilotes para fundaciones es corriente, la penetración mínima que puede obtenerse, dentro de los límites prácticos de la longitud de los pilotes, se puede saber por la experiencia u observación o consultando a alguien que tenga práctica en la hinca de pilotes. Cuando más longitud tenga le pilote, 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 determinar la longitud necesaria o el asiento mínimo de penetración para cierta longitud de pilote. A veces TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

257

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


es necesario clavar unos pilotes más que otros, par conseguir que todos tengan igual resistencia. Cuando los pilotes tengan que soportar más del 50% de la carga se seguridad supuesta, el asiento final debe medirse por un inspector, quitando previamente de la cabeza del 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 de caída 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 bajo diferentes caídas de un mazo de una tonelada. Para martillos de otros pesos, hay que multiplicar la carga de seguridad de la tabla por el peso del mazo en toneladas. Así, para un martillo que pese 500 kg, los valores de la tabla se multiplicarán por 0.5 y para uno de 750 kg por 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 siendo modificados constantemente por los fabricantes; por lo tanto, se recomienda aplicar la fórmula solamente después de haber determinado el tipo y las características del martinete que se va a usar. Cuando se emplea un martillo de doble efecto, movido a vapor o por aire comprimido para aumentar el golpe, la carrera multiplicada por el peso del bloque o pilón golpeante más la superficie 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 debe sustituirse por wh en la fórmula. Ejemplo de cálculo para fundaciones sobre pilotes. Supongamos que hemos deducido, de la observación de una construcción adyacente, que los pilotes hincados de 6 a 9 m tienen un asiento de 25 mm con un mazo de 545 kg cayendo de una altura de 6 m y que los golpes sucesivos dan, aproximadamente, el mismo asiento. En la tabla X encontramos que la carga se seguridad para una caída de 6 m y una penetración de 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 total por pie lineal, en los cimientos, es de 39 toneladas. Como vamos a poner, por lo menos, dos filas de pilotes y cada dos pilotes soportarán 24 toneladas, vemos que la equidistancia longitudinal 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 será aproximadamente de 1.50 m. Si la carga sobre los pilotes que han de soportar las columnas interiores es, por ejemplo, de 96 toneladas, dividiendo éstas por 10.9, que es la carga de seguridad para un pilote, nos da nueve pilotes o tres filas de tres pilotes cada una con equidistancia de 0.75 m. Tabla X. Cargas de seguridad en toneladas para pilotes Para mazo de una tonelada Penetración del pilote en milímetros 6.25 12.5 18.75 25 31.25 37.5 43.75 50 62.5 75 87.5 100 125 150

Altura de caída del mazo en metros 0.90 4.8 4.0 3.4 3.0

1.20 6.4 5.3 4.6 4.0 3.6 3.2

1.50 8.1 6.7 5.7 5.0 4.5 4.0 3.6 3.3

1.80 9.7 8.0 6.9 6.0 5.4 4.8 4.4 4.0 3.4 3.0

2.40 12.9 10.7 9.2 8.0 7.1 6.4 5.8 5.3 4.6 4.0 3.6 3.2

3.00 16.1 13.3 11.5 10.0 8.9 8.0 7.3 6.7 5.7 5.0 4.4 4.0 3.3

3.60 19.4 16.1 13.8 12.0 10.7 9.6 8.8 8.0 6.9 6.0 5.3 4.8 4.0 3.4

4.20 22.5 18.7 16.1 14.0 12.5 11.2 10.2 9.3 8.0 7.0 6.2 5.6 4.7 4.0

4.80 25.8 21.3 18.4 16.0 14.3 12.8 11.7 10.7 9.1 8.0 7.1 6.4 5.3 4.6

5.40 29.1 24.0 20.7 18.0 16.1 14.4 13.1 12.0 10.3 9.0 8.0 7.2 6.0 5.1

6.00 32.3 26.6 23.0 20.0 17.9 16.0 14.6 13.3 11.4 10.0 8.9 8.0 6.7 5.7

7.50 33.3 28.8 25.0 22.3 20.0 18.2 16.7 14.3 12.5 11.1 10.0 8.3 7.1

9.00

34.5 30.0 26.7 24.0 21.9 20.0 17.1 15.0 13.3 12.0 10.0 8.6

Algunos ejemplos reales de carga sobre pilotes de madera. Los ejemplos que sigen de cargas reales sobre pilotes en edificios bien conocidos y de cargas que dichos pilotes han aguantado poco tiempo sin asiento, serán muy útiles como referencia para proyectos de fundaciones sobre pilotes.


258



Boston. En la South Station, se cargaron tres pilotes con 54 toneladas, aproximadamente, de lingote de hierro, o sea, unas 18 toneladas por pilote, sin asiento. La carga admisible era de 9 toneladas por pilote. Los pilotes de 30 cm de diámetro en la parte superior y 15 cm en la punta penetrando 9.45 m en arcilla azul dura, carga de 27 toneladas, siendo, probablemente, su carga límite de 54 toneladas. 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 quince pilotes. Los pilotes de 7.62 m de largo del edificio de la Chamber of Comerse, penetraron unos 76 mm con 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 su equidistancia era tal, que cargaba la arcilla con 7.32 toneladas por metro cuadrado más la sobrecarga o carga viva. A pesar de la pequeña magnitud de la carga unitaria, los edificios se has 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 edificio fue de 38 a 57 mm. En la estación de pasajeros del ferrocarril de la Northern Pacific, en la calle Harrison, se proyectaron pilotes de 15 m de longitud para una carga de 23 toneladas en cada uno y se ejecutó la obra sin asiento apreciable. El edifico del Art Institute, parte del de Stock Exchange y muchas otras casas comerciales y edificios 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 35.5 cm, ordenados en grupos de cincuenta o sesenta para columnas aisladas y un número correspondiente bajo los pilares que soportan dos o más columnas. Los pilotes se hincaron hasta 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 se pudieron clavar a una profundidad mayor de 4.5 ó 6 m. La carga máxima media por pilote es de 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 clavaron hasta una profundidad de 9.80 m por término medio en arena fina mezclada con mica muy dividida y una pequeña cantidad de tierra vegetal; se supone que sostiene de 9 a 14 toneladas cada pilote. Nueva Orleáns. Los pilotes hincados de 7.50 a 12 m en un aluvión blando, soportan con seguridad 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 o armado, tienen muchas ventajas sobre los de madera y, en general, se pueden emplear en todos 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 conservados siempre bajo agua y protegidos de la acción de la broma u otros agentes destructores, pueden considerarse, prácticamente, de duración indefinida, pero no se pueden emplear por encima del nivel del agua, en tanto que los pilotes de hormigón están exentos de destrucción por cualquier agente, tanto húmedos como secos, si se exceptúa la acción del hielo sobre el hormigón 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 por compresión por centímetro cuadrado que los pilotes de pino amarillo ordinario y, con un armado 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 transversal uniforme. Por ejemplo, un pilote delgado de madera de 12 m de longitud y 30 cm de diámetro TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

259



en el extremo mayor, no tiene, probablemente, más de 15 cm en la punta. Para el esfuerzo de compresión, la carga en un pilote de las dimensiones citadas está limitada a la carga de seguridad en la punta del mismo, cuyo diámetro es de 15 cm, y un pilote cilíndrico de hormigón 2 de 30 cm de diámetro en las mismas condiciones tiene una sección transversal de 181 cm en la 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 un pilote recto de hormigón. Pilotes de hormigón armado. Generalmente, en la práctica, se emplea los pilotes de hormigón armado y, si un pilote se debe considerar como una columna de gran longitud, su armado debe ser aumentado hacia el centro, para prever los esfuerzos debidos al manejo del pilote y a su modo de actuar como columna de gran longitud. Los pilotes de hormigón armado pueden construirse por completo fuera del terreno, o sea de la obra, y ser rectos o cónicos, con la sección transversal cuadrada, circular u otra cualquiera. El armado suele consistir en cierto número de varillas verticales, dispuestas simétricamente alrededor del eje del pilote. Estas varillas verticales se unen por medio de estribos o ataduras horizontales de alambre o con armadura 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, en cuyo 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 ellos consiste en un tejido de alambre que se coloca bien plano sobre una mesa y se recubre con una capa delgada de hormigón; se comprime el conjunto y entonces se arrollan el tejido y el hormigón en forma cilíndrica, formando, cuando fragua, el pilote ya acabado. Los pilotes de hormigón se pueden forjar u hormigonar en el terreno por cualquiera de los varios procedimientos que se conocen. Procedimiento Raymond. En este procedimiento se hinca en el terreno un mandril de acero de 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 rellena entonces con hormigón, pudiendo ponerse previamente en ella la armadura de hierro. Este procedimiento, 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 los casos, se practica este procedimiento de acuerdo con la descripción que procede, excepto en que se coloca sobre el mandril una delgada camisa de acero antes de hincarle. Cuando se saca el mandril, se deja la camisa en el hueco, haciendo de revestimiento y después se rellena el hueco con hormigón o con un armado de varillas y hormigón, como se ha descrito anteriormente. El procedimiento de Raymond se ha usado mucho y muy especialmente para pilotes de fricción o pilotes con camisa, en terrenos blandos y con relleno artificial. Se ha empleado también un perfeccionamiento de la camisa descrita, combinándola con un refuerzo en 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. Este procedimiento es muy diferente del de Raymond, y consiste en lo siguiente: se hinca en el terreno un tubo de acero, generalmente de forma cilíndrica, de sección y longitud apropiadas, y provisto 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 menor que 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 el pilote llegue a la altura que se desea. Con algunos materiales, en lugar de la punta anterior, se usa una punta que consiste en dos especies de mandíbulas, colocadas con visagras en el extremo inferior del tubo, dispuestas de tal modo que mientras se clavan forman una punta y cuando se extrae el tubo se abren quedando como una prolongación del tubo cilíndrico. Es decir, que las mandíbulas se componen de placas de acero, curvadas con el mismo radio que el del tubo y dispuestas en visagra de tal modo que, cuando se abren quedan como una prolongación de la superficie del mismo. Es evidente que las varillas del armado deben colocarse en la posición debida, antes de colar el hormigón en el tubo. Precaución para los pilotes de hormigón construidos sobre el terreno. Hay que tener especial cuidado al proyectar y colocar el armado par pilotes de hormigón construidos sobre el terreno, de que al colar el hormigón no se mueva la armadura saliéndose de su posición


260



correcta y de que todos los espacios vació que queden entre el armado y la camisa se rellene perfectamente. Pilote de pedestal. Este procedimiento proporciona una sección transversal ensanchada en la base del pilote. El procedimiento se parece al de Raymond, y el aumento de diámetro se obtiene del modo siguiente: después de clavado el tubo, se saca el núcleo perforante y se llena el 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 el hormigón es forzado a penetrar en el terreno. Repitiendo esta operación, se consigue formar una base en forma de cabeza de hongo por debajo del tubo, con un diámetro mayor que el diámetro del mismo. Finalmente se saca el tubo y se continúan las operaciones de relleno y apisonado, hasta que el pilote alcance la altura requerida. Pilotes compuestos. En las localidades en que la broma acorta la vida de los pilotes sumergidos, se emplean pilotes de madera recubiertos de forros de hormigón, sostenidos en la superficie con metal desplegado o una red de alambre. Estos pilotes deben considerarse como de madera para todos los efectos. Pilotes de madera con cabezas de hormigón. En algunas localidades en que el nivel hidrostático está muy por debajo del nivel inferior de la excavación, los pilotes de madera se hincan 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, se llena el suplemento con hormigón y se saca, dejando el pilar de hormigón sobre el pilote de madera. El pilote compuesto de este modo reúne la ventaja del pilote de madera, en cuanto a al 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, el tramo de concreto y hormigón debe quedar entre la cabeza del de madera y el nivel del desplante de la construcción, y su diámetro mínimo será de 30 cm. Procedimientos para hincar pilotes construidos. Son los mismos que se emplean para hincar 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 aire comprimido de movimiento alternativo son de más eficacia que los de caída libre. En el caso de 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 en una sola pieza, por medio de una operación continua, de modo que no queden superficies débiles entre el hormigón parcialmente fraguado y el fresco. Se pueden colar en moldes, bien en posición vertical o en horizontal. Los pilotes de sección cuadrada se hormigonan en posición horizontal, usando molde o encofrado solamente para las caras laterales y formando el fondo con el pilote anteriormente hormigonado, protegido con papel. En los casos en que se intente hundir un pilote por inyección de agua, se hormigona aquél alrededor de un tubo de hierro que sirve después para la inyección. Sin embargo, en general, se evita esto con un tubo exterior desmontable que se emplea como inyector. Otras ventajas de los pilotes de hormigón. En muchos casos en que los pilotes de hormigón resultan 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 el sótano de un edificio no necesita llegar a un nivel más bajo que el del agua, el empleo de pilotes de madera traería aparejada la necesidad de llegar más debajo de dicho nivel, para que los pilotes pudiesen cortarse por debajo del nivel hidrostático con el objeto de que sus cabezas estuviesen siempre mojadas. En cambio, los pilotes de hormigón pueden hincarse desde el nivel de la excavación para sótano y no requieren esta excavación suplementaria ni la construcción 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 de cuatro pilotes de madera, las dimensiones de los cimiento serán mucho menores para los pilotes de hormigón que para los de madera. Comparación de los pilotes de hormigón y de madera para soportar pilares. Los cimientos 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 o zapatas excederán en 1.20 m al tamaño de la base. Este cimiento requerirá, generalmente, un TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

261



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 de madera, cuatro pilotes de hormigón con una equidistancia de 90 cm entre ejes, el área de la base será un cuadrado un poco mayor que de 1.20 m de lado y el resalto será solamente de 30 cm. Un cimiento conveniente sería un encabezado de hormigón armado de no más que 60 cm 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 no muy grandes por metro lineal, basta, en general, una sola fila de pilotes de hormigón para soportar el muro,. En tal caso, la colocación de los pilotes no debe ser en línea recta, sino a tresbolillo, uniendo sus cabezas por medio de los conocimientos, lo que contribuirá a la estabilidad del muro. Procedimiento para el cálculo del armado para pilotes de hormigón. Es el mismo que se emplea para el cálculo de columna ordinarias de hormigón armado, con la única diferencia de que cuando el pilote no se apoya en la punta, sino que su sustentación depende de los materiales, 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 las columnas de gran longitud, bajo el supuesto de que el material que los rodea pueda fallar. En el caso de pilotes de fricción, cuya sustentación depende de los materiales circundantes, no puede hacerse dicho supuesto, porque el fallo de dichos materiales produce un asiento de pilote. Hay que tener en cuenta que la estabilidad de cualquier estructura sobre pilotes de fricción superficial depende de la continuidad de la capacidad sustentadora de los materiales que rodean al pilote. En muchos casos, algunos edificios, fundados sobre pilotes hincados en terreno blando, han hecho asiento a consecuencia de la consolidación y descenso del material que les rodea, a pesar de que los pilotes eran capaces, cuando se clavaron, de resistir las caras para las que estaban calculadas. Cargas admisible en pilotes de hormigón. La leyes de la mayoría de las ciudades admiten una 2 carga sobre los pilotes de hormigón de 24 a 35 kg por cm sobre el hormigón, más 420 a 530 2 kg cm , sobre el armado vertical. Con esta limitación, parece posible proyectar un pilote cuadrado de hormigón, de poca altura, con 30 cm de lado, con una carga admisible de 100 toneladas 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 el material que ha de soportar dicha columna es subterráneo e imposible de inspeccionar y previendo imperfecciones posibles en el formado del pilote, es evidente que no se debe cargar un pilote, en la práctica, en aquella proporción. Por tanto, es una buena práctica para los pilotes de hormigón adoptar una carga de 1/3 de la carga de ensayo aplicada, por lo menos al 3% de los pilotes. Generalmente, se cargan los pilotes de hormigón armado hasta 35 kg por 2 cm de la sección transversal. Fundaciones sobre pilotes de tubo. En los últimos años, se ha construido muchos edificios sobre pilotes de tubo, rellenos de hormigón, apoyados en roca firma o conglomerado consistente. Este tipo se puede emplear con ventaja, cuando no se desea espacio para los sótanos por debajo del nivel del agua, cuando se quieren evitar obstáculos, tales como cantos rodados, entibaciones de madera, etc, entre la subrasante del sótano por debajo del nivel del agua, 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 es excesiva. El Reglamento de Nueva York dispone que la longitud de los pilotes del tubo no sea mayor que su diámetro interior multiplicado por 40. Los tubos tienen, generalmente, de 25 a 45 cm de diámetro interior, aunque se han llegado a usar tubos cilíndricos de un diámetro de 132 cm y 9.5 a 13 mm de espesor. Los tubos se hincan por secciones con un martillo de vapor y a medida que las secciones adicionales se precisa, se unen a la hincada por medio de manguitos interiores de acero o fundición y se vuelven a hincar. Cuando el pilote alcanza el nivel en que ha de apoyarse, se limpia el tubo por soplado o por extracción con barrena, con tubos raspadores del tipo de cáscara de naranja u otro medio cualquiera. Luego se bombea el tubo y se hormigona. El Reglamento de Nueva York admite una carga en estos pilotes de 35 2 2 kg por cm sobre el hormigón, cuando éste está en la proporción 1: 2: 4:, y de 530 kg por cm en el acero. El área efectiva del acero se calcula multiplicando la circunferencia por el espesor menos 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 al diámetro del tubo más 25 cm y no menor que el diámetro de un círculo tal que, dividiendo la TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

262



carga del pilote por su área, de una carga unitaria en el estrato resistente no mayor que la admisible por el reglamento.

a.

PILARES Y MUROS DE FUNDACIÓN Pilares y muros de fundación. Se distinguen de los pilares y muros de sótano corrientes y están comprendidos entre la cara inferior del piso del sótano y la roca firme u otro cualquiera lecho sólido de fundación. Estos muros y pilares se construyen, generalmente, de hormigón, con dimensiones apropiadas para no exceder la carga unitaria de seguridad del mismo. Si el lecho de fundación es de roca, conglomerado duro o grava no será necesario apenas ensanchar la base dl pilar o muro, porque las cargas unitarias de seguridad sobre tales lechos naturales de fundación resultan generalmente iguales a la carga unitaria de seguridad del hormigón que forma el cuerpo de pilar o muro. El cálculo de estos pilares y muros es un problema sencillo, cuya solución se basa en los principios que ya hemos explicado y en algunas consideraciones que indicamos a continuación. Procedimiento para la construcción de pilares y muros de fundación. Estos procedimientos varían mucho, según los materiales que se empleen y las circunstancias de la construcción, y el proyecto de un pilar cambia necesariamente con los distintos métodos de construcción. Por ejemplo, si la construcción se ejecuta por el procedimiento de tablestacados conviene hacer los muros y pilares de sección rectangular y si se aplica el procedimiento de Chicago, en cajón neumático, será más ventajoso la sección circular transversal y entonces los soportes para los muros serán una sucesión de cilindros, más bien que un muro continuo. El detalle de la estructura de hormigón par los pilare y muros es sencillo, después que se haya fijado el procedimiento por el que haya de colocarse la construcción en su sitio. De este punto se ocupa el artículo siguiente.

29.

PROCEDIMIENTOS DE EXCAVACIÓN PARA LAS FUNDACIONES Excavaciones simples y complejas. Las excavaciones para los cimiento de muros y pilares varían desde la trinchera sencilla y los pozos de la extensión y profundidad apropiada a los cimientos, hasta las excavaciones profundas debajo del agua, en que son necesarios todos los recursos y pericia de la ingeniería. Costados de las excavaciones. Si el terreno es firme y la profundidad no es excesiva, los costados de la excavación se podrán sostener por sí mismo, y la excavación se hará del tamaño exacto de los cimientos; y los costados sustituirán al encofrado para colocar el hormigón del cimiento. Pero en los emplazamientos en que la excavación tenga que ser profunda y muy especialmente donde no haya terreno firme, es necesario hacer en talud los costados o, si se hacen verticales, han de ser contenidos con acodalamientos o con algún tablestacado. En los emplazamientos en que la excavación tenga una profundidad mayor de 2.50 m resultará más económico, generalmente, contener los costados que hacerlos en talud. Algunas veces será imposible recurrir al talud por hallarse próximo el límite del solar y exponerse al riesgo de causar daños a la propiedad colindante y, en estos casos, no habrá más solución que recurrir a tablestacados aunque resulte más barato el empleo del talud. El acodalamiento o apuntalado puede servir, en muchos casos, para contener los costados de la excavación, sin necesidad de un tablestacado continuo. El procedimiento consiste en colocar tablones en los dos costados, sostenidos por codales o puntales horizontales de madera, que se aseguran por medio de ejiones o cuñas. En trincheras de pequeñas dimensiones, se puede usar alguna forma de entibado extensible, como el de la figura 126. Las paredes de una excavación no guardan generalmente durante mucho tiempo su verticalidad, aunque estén acodaladas en esta forma, y si el material es arena suelta o arcilla blanda, el empleo del acodalado no es eficaz. En tales casos hay que recurrir a alguna forma de tablestacado continuo. Tablestacado corriente de madera. Consiste en una sucesión continua de tablones verticales mantenidos contra los costados de la excavación por maderas horizontales llamados encintados o cepos a las que sostienen las crucetas, que atraviesan la excavación hasta el costado opuesto, o por puntales inclinados, llamados tornapuntas, apoyados en el fondo de la excavación sobre estacas o zapatas o plataformas inclinadas que se introducen en el terreno no removido para proporcionar puntos de apoyo.


263



Presión del terreno sobre los tablestacados. La carga sobre el tablestacado, debida a la presión 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 su separación, si se calculan sobre esta base, excederán, en general, a las dimensiones empleadas con seguridad y éxito en esta clase de obras. La razón probable de esto es que un banco 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 estado original y sin remover. En dichas circunstancias, no se alcanza en la masa el verdadero ángulo 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 y por eso no se puede dar una regla general. Es necesario tener en cuenta que la tierra de un banco se debe proteger lo suficiente para evitar corrimientos a causa del agua y los efectos alternados de la helada y el deshielo, y que la obra permanente se debe hacer lo más rápidamente posible, para impedir los efectos destructores del tiempo, con riesgo para la estructura del banco. Espesor de los tablones del tablestacado. Se calcula suponiendo que el banco de tierra es de 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 una profundidad 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 tablón está limitada por su capacidad para resistir los choques necesarios para hincarlo y, si el material no es bueno, el tablón puede quebrarse antes de alcanzar la profundidad citada. Si no se llega a alcanzar la profundidad requerida con el primer tablón o primera hinca, hay que emplear una segunda, y a veces una tercera y una cuarta serie de tablones. Como los encintados o cepos de la primera línea de tablones tienen que permanecer en su sitio, los tablones. Como los encintados o cepos de la primera línea de tablones tienen que permanecer en 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 de una hinca se debe empezar guardando una distancia suficiente para permitir a la segunda, o segunda y tercera hincas, su emplazamiento, sin disminuir el área necesaria en el fondo de la excavación. Corte y ajuste de las tablestacas. Las tablestacas se escuadran en sus borde, cuando no haya agua o arena fina floja, pero en el caso de que existan estos materiales, los tablones deben 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 se corten los borden inferiores con una ligera inclinación y, de este modo, cuando se hinca cada tablón, se acuña contra el que le precede. El extremo superior se refuerza con una cabeza de hinca de hierro para protegerle cuando se le hinca, pero si este procedimiento no se usa, se cortan 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 profundidad y las dimensiones de los tablones. Para trabajos de poca importancia y profundidades moderadas, 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, se usan con preferencia los martillos mecánicos movidos por vapor o aire comprimido. Un martillo mecánico pequeño tiene cierta semejanza (Fig. 127) con una sonda o perforadora de vapor, y lo pueden manejar dos o tres hombre, sin ninguna instalación especial. Los martillos mecánicos de tamaño mayor (Fig. 128 y 129) son prácticamente pequeños martinetes mecánicos; van provistos de una cabeza especial para ajustar a los tablones. Estos martillos se 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 como los mecánicos de movimiento alternativo, porque los golpes del martillo de caídas libre estropean los tablones o tablestacas, mientras que los golpes frecuentes y ligeros del martillo mecánico tienden a mantener las tablestacas y el material adyacente en movimiento y realizan el trabajo con menos daños para el tablestacado. En la tabla XI, pueden verse los pesos y dimensiones de algunos tipos de martillos para tablestacados.


264



Recientemente ha empezado a emplearse el martillo submarino, que pude trabajar debajo del agua. La aspiración del martillo se lleva a la superficie por medio de una manguera. Este martillo se mueve a vapor o con aire comprimido y pueden conseguirse con él importantes ventajas 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 excavación superficial con la alineación apropiada para los costados exteriores del tablestacado. Los encintados de madera superiores se aseguran provisionalmente en su sitio y el extremo inferior de las tablestacas se coloca entre estas maderas y el terreno. Si las tablestacas son largas, se disponen guías superiores provisionales con abrazaderas atirantadas o apuntaladas para que conserven 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 progresa la excavación; cada tablestacas se profundiza cada vez unos cuantos centímetros. A medida que se siguen clavando las tablestacas, se va aflojando, a pala o con una barra, el terreno bajo su borde inferior, debiendo conducirse la operación de manera que las tablestacas se mantengan en su exacta alineación. Los encintados horizontales y sus puntales se van poniendo en posición correcta, a medida que avanza la excavación. Si es necesario usar puntales inclinados, se empieza por hacer una excavación en el centro, dejando el terreno con talud en los costados de la misma. Esto permite poner los puntales inclinados apoyados en estacas o zapatas antes de que haya ningún riesgo para el terreno. Después se coloca la primera pieza del encintado, y la segunda y los encintados subsiguientes se ponen a medida que avanza la excavación. Tablestacas para excavaciones sumergidas. Estas excavaciones se pueden hacer por el procedimiento de tablestacados, si no hay demasiada agua o si se puede drenar sin peligro de arrastrar una corriente de arena o arcilla por debajo del nivel de los tablestacados. En algunos casos de condiciones favorables, pero en que se encuentre un estrato subyacente inferior TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

265

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


kg 00 0 1 2 3 4 5 6 8 9

9526 6158 4060 2665 2041 1168 680 386 100 44

Tamaño de la tobera

Aire comprimido. Aire por minuto a la presión atmosférica

Golpes por minuto

Carrera

Cilindro

Diámetro

Profundidad

Anchura

Altura

Peso de la pieza

Peso medio

N° del tamaño

Dimensiones totales

Potencia de la caldera en caballos de vapor

impermeable, es posible hincar las tablestacas antes de hacer la excavación, de modo que el fondo de tablestacado forme una junta estanca con el estrato impermeable, impidiendo el flujo de agua y materiales. Cuando la cantidad de agua que penetra en la excavación es considerable, se la conduce a un colector o sumidero que se desagua con una bomba o sifón a vapor. En los emplazamientos en 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 sumidero a considerable distancia de la superficie que se utilice para apoyo de los cimientos. Esto se consigue haciendo la superficie que se ha de excavar y tablestacar bastante amplia para situar el sumidero fuera de la superficie de apoyo, o haciendo una excavación separada que se utilice como sumidero solamente. Se pude conseguir el mismo resultado por medio puntas coladeras clavadas hasta un nivel inferior al del cimiento, en el que un bombeo continuo pueda bajar el nivel del agua por debajo del de los cimientos. Cuando se llegue al nivel de los cimientos, se debe tener cuidado de no remover ni ablandar el lecho de fundación con el tránsito 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 cerca del 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. Recientemente se ha empezado a emplear este sistema para hacer descender el nivel del agua en el terreno y facilitar la construcción se emplea un tubo provisto de una punta estrecha y perforada en uno de 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 a manera de filtro, dejando pasar el agua y deteniendo los materiales finos. En la periferia de la superficie en que se desea hacer descender el nivel del agua, se clava una serie de tubos de esta clase y se conectan, todos ellos, con un tubo colector y una bomba. El éxito del procedimiento depende de la estratificación y capacidad filtrante del suelo, circunstancias que son decisivas en cuanto al desnivel hidráulico que se pueda crear artificialmente. El efecto en el nivel hidrostático de estos tramos adicionales es, sin embargo, mucho menor que el del primer tramo. Este sistema se empleó con éxito en la construcción de las dundaciones y pisos subterráneos 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 las características de la arena, más bien fina, que se encontró, por lo que se consiguió mantener las aguas a un nivel constante. Tabla XI. Peso y dimensiones de martillos hincapilotes

Eficiencia, tamaño de los pilotes que hincará el martillo

2

kg mm mm mm mm mm m pulgs HINCAPILOTES UNION - Fabricados por la Union Iron Works, Hoboken, N. J. 2495 3962 914 635 356 914 90 100 3 1202 3073 775 597 267 610 110 + 2 699 2591 711 514 241 533 130 50+ 17 1½ 431 2203 635 419 184 406 145 35+ 8.5 1¼ 308 1950 597 375 159 356 170 25+ 7.1 1¼ 163 1607 508 318 133 305 200 20+ 4.2 1 95 1283 438 260 108 229 240 12+ 2.8 1 45 1080 356 210 83 178 340 10+ 2.1 ¾ 18 889 203 127 60.3 165 450 8+ 1.7 ¾ 7.62 cm¶ 11 749 171 108 50.8 102 550 1.3 ½ 5.08 y 7.62 cm¶


266

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Hinca pilotes McKiernan –Terry - Fabricados por McKiernan – Terry Drill Co., New York, N. Y. 11-B-2

5981

1644

3023

762

660

314

508

120

6

17

3 53 cm¶

Máximo ||

10-B-2

4536

1134

2794

711

610

254

508

115

50

14.1

2 51 cm

Máximo

9-B-2

3066

680

2337

610

508

216

406

140

40

11.3

1 ½ 43 cm

Máximo

7

2268

363

1854

686

533

318

241

225

35

9.9

1 ½ 25 x 36 cm

Máximo

6

1315

181

1600

610

483

248

222

275

25

7.8

1 ¼ 15 x 30 cm

30 cm (12”)

5

680

91

1448

483

356

178

178

300

20

5.7

1 ¼ 10 x 30 cm

30 cm (12”)

3

306

31

1575

356

330

82.6

146

15

2.5

1

7.6 x 30 cm

30 cm (12”)

2

156

22

940

279

254

103

133

10

2.4

¾

7.6 x 20 cm

23 cm (9”)

1

66

9.5

1194

229

279

57

95

10

2.1

¾ 5 x 25 cm

23 cm (9”)

0

43

2.5

610

203

305

57

102

5

1.3

¾ 5 x 25 cm

23 cm (9”)

Hincapilotes de vapor Warrington – Vulcan Hincapilotes California (compound, doble efecto) Fabricados por Vulcan Iron Works, Chicago III 0*

7371

3402

4572

419 1219

50

60

41.1

2½

61 cm ¶

Máximo ||

56 cm**

1†

4536

2268

4039

343

914

60

40

27.6

2

46 cm

Máximo ||

46 cm

1*

4355

2268

3962

343

914

60

40

27.6

2

46 cm

Máximo ||

46 cm

2†

2994

1361

3658

267

914

70

25

16.4

1½

36 cm

36 cm (14”)

36 cm

2*

2858

1361

3505

267

914

70

25

16.4

1½

36 cm

36 cm (14”)

36 cm

3*

1678

816

2896

203

762

80

18

10.8

1¼

25 cm

30 cm (12”)

4*

635

249

2134

102

610

80

8

1.8

1

20 cm

20 cm (8”)

E

1724

431

2362

267-194

406

150

25

13.0

2

30 cm o

20 x 30 cm

36 cm

F

816

150

1803

176-135

305

190

15

4.7

1½

20 cm o

15 x 25 cm

30 cm

G

340

45.4

1194

119-95

203

270

7

1.8

1

10 x 20 cm

30 cm

Kg/m2

de Módulo sección por metro lineal de pared

Módulo de sección de la placa en cm3

Arena de la sección en cm2

Kg/m

Peso en kg por m2 de pared

en Peso kilogramos por metro de placa

Espesor de la pared en pulgadas

Grueso del alma en pulgadas

Tamaño en pulgadas

Tipo de la sección

N° de la sección

TABLA XII. Tablones de acero

Cm3/m

Tablestacas de acero Lackawanna - Fabricadas por Belem Steel Co S.P. 8

Recta

8½

13/64

2½

27.9

102

27.87

18.02

S.P. 8a

Recta

8½

3/8

2½

26.5

123

33.74

18.02

83.33 83.33

S.P. 12

Recta

12 ¾

3/8

3 45/64

55.4

171

70.58

65.55

202.69

S.P. 12b

Recta

12 ¾

½

3 45/64

60.9

188

77.61

65.88

203.22

S.P. 15

Recta

15

3/8

3 11/16

57.1

150

72.60

65.06

170.43

A.P. 14

Arqueada

14

3/8

3 11/16

60.7

171

77.48

124.71

350.54

A.P. 15

Arqueada

15

9/16

4 1/8

86.5

227

110.26

194.35

510.21

A.P. 16

Arqueada

16

3/8

3 15/16

43.6

107

58.68

79.81

196.24

D.P. 165

En arco prof.

16

3/8

10

49.6

122

63.23

219.92

541.40

D.P. 166

En arco prof.

16

½

12

63.4

156

80.90

332.33

817.74

Tablestacas de acero Carnegie - Fabricadas por Carnegie Steel Co. M. 106

Arqueada

14

3/8

6¼

54.9

154

70.00

169.44

476.34

M. 107

Recta

15

3/8

3¼

57.1

150

72.84

67.19

176.34

M. 108

Recta

15

½

3¼

63.7

167

81.23

67.19

176.34

M. 110

En arco prof.

16

31/64

12

63.4

156

80.84

333.31

820.43

M. 111

Arqueada

16

3/8

6¾

43.6

107

55.61

126.84

311.83

M. 112

Recta

16

3/8

2 11/16

45.5

112

58.06

40.97

101.07

M. 113

Recta

16

½

2 11/16

53.9

133

68.65

53.75

132.26

M. 114

En arco prof.

16

3/8

10

49.6

122

63.23

239.25

588.71


267

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


268

Tablestacas J. & L. - Fabricadas por Jones & Laughlin Steel Corp. E.C 22.0

Arqueada

17 ¾

3/8

4¾

48.4

107

61.68

84.89

188.17

E.C. 23.75

Arqueada

16 ½

3/8

6 5/64

48.4

116

61.68

107.01

255.38

C. 27

En arco prof.

14 ½

3/8

8

48.4

132

61.68

134.21

363.98

D.C. 25

En arco prof.

16

3/8

11 3/16

49.6

122

62.23

226.14

556.45

Tablestacas de acero Larssen - Fabricadas por Vereinigte Stahlwerke A. G. Dortmunder Union, Dortmund, Alemania mm **

mm **

mm **

Recta

280

14

49

43.3

155

55.23

29.99

107.53

Ib

Arqueada

355

6.5

100

27

76

35.16

45.06

250

Ia

Arqueada

400

7

130

33

82

42.32

65.38

380

I

Arqueada

400

8

150

39.0

96

49.87

89.47

500

II

Arqueada

400

10.5

200

49

122

62.32

154.53

849

IIa

En arco prof.

400

8

270

45.16

114

58.58

219.26

970

III

En arco prof.

400

14.5

247

62

155

79.61

203.36

1363

IIIa

En arco prof.

400

11

290

57.2

143

74.00

228.60

1400

IV

En arco prof.

400

15.5

310

75

187

96.00

315.45

2037

V

En arco prof.

420

22

344

100

238

128.45

422.95

2962

VI †

En arco prof.

420

22

440

123

293

157.10

I

Caja

460

10.5

270

113.8

291

145.16

1200.5

2607.5 *

Ic

Caja

460

13.5

276

136.1

339

173.29

1463.9

3177.4 *

II

Caja

460

14.5

369

155.6

382

198.39

2210.3

4801.1 *

S.W.

4170

* 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 ventaja de que pueden hincarse antes de hacer la excavación, reduciendo las posibilidades de un flujo de material por debajo de los tablestacados. A esta ventaja hay que agregar su mayor resistencia a igualdad de secciones, que pueden clavarse a mayores profundidades y que, en muchos casos, pueden extraerse y emplearse de nuevo. Se fabrica, generalmente de modo que pueden unirse o entrelazarse entre sí evitando, de este modo, el riesgo de que se desalineen y dejen huecos entre dos piezas adyacentes. Los ingenieros han tenido en cuenta todas estas ventajas para emplear tablestacas de acero en lugar de las de madera. Empleo de las tablestacas de acero. La idea fundamental de las tablestacas de acero no es nueva; en 1822 se emplearon en Inglaterra tablestacas de fundición y varias combinaciones de planchas de acero se usaron también 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 sección acanalada. Desde entonces, se empezó a generalizar el uso de estos perfiles, que permitieron hacer muchas excavaciones impracticables con tablestacas de madera. Presión del terreno sobre las tablestacas de acero. La presión del terreno que actúa en las tablestacas de acero es la misma que en el caso de tablestacas de madera y los cepos y TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA



puntales deben tener una resistencia equivalente a la que necesitan estas últimas. Ciertos perfiles de tablestacas de acero ofrecen una resistencia considerable a la flexión debida a la presión lateral del terreno y, con tales perfiles, los encintados o cepos horizontales pueden estar más espaciados que en el caso de tablestacas de madera, o de acero que no tengan dicha propiedad, pero la resistencia de los encintados y sus puntales debe ser suficiente para contrarrestar 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 de perfiles de tablestacas de acero que hay en el mercado, se debe tener en cuenta la clase de terreno, ya que, por ejemplo, el perfil más sencillo, recto y de fuerte alma penetra en terreno de grava y duro con menos peligro de deformación que el arqueado o el de arco profundo de alma más ligera. Los fabricantes de este material publican catálogos con datos completos, así como los pesos y dimensiones de sus perfiles, y basta con pedir estos catálogos para tener la información necesaria, pero, sin embargo, damos en páginas que siguen algunos datos acerca de los perfiles principales. Procedimiento Chicago o de tablero de avance. Este procedimiento especial es de uso corriente en Chicago y, ocasionalmente, en otras localidades para excavaciones de gran profundidad en arcilla u otros materiales apropiados. Tiene la ventaja sobre el procedimiento ordinario de que no se hinca el revestimiento de la excavación. Este método es a propósito para excavaciones circulares y no se suele emplear para trincheras y excavaciones cuadradas. El éxito del procedimiento depende por completo del carácter del terreno que se encuentre, ya que se hace primeramente la excavación y después se contienen sus costados. El procedimiento es el siguiente, suponiendo que se trate de una excavación 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 la excavación queden bien verticales y en forma cilíndrica. 2. Se colocan contra las paredes de la excavación una piezas de 1.50 m de largo, llamadas costillas, ligeramente biseladas en sus borde, de modo que cada pieza se pueda considerar como una duela con juntas radiales correspondientes a las dimensiones de la sección circular de la excavación. Dichas piezas se mantienen en su sitio por medio de dos o más anillos de acero, generalmente despiezados en cuadrantes para que se puedan manejar y empalmar con pernos,. Las planchas cimentadas se calzan firmemente contra las paredes de la excavación por medio de cuñas de madera metidas entre las planchas y los anillos. 3. Tan pronto como se complete la primera serie de planchas, se profundiza la excavación otros 1.50 m, repitiendo las operaciones que acabamos de describir.


269



Profundidad y carácter de las excavaciones en el procedimiento de tableros. Por este procedimiento que acabamos de describir, se puede continuar la excavación indefinidamente y, con alguna frecuencia, se ha llegado hasta 30 m. En el caso de Cleveland Unión Passenger Terminal, se llevaron los pilares por este procedimiento hasta una profunidad de 74 m por debajo del nivel de la calle o 62.5 m por debajo de la subrasante de la vía de la estación. En muchos 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 a una carga unitaria menor que la carga unitaria de seguridad sobre el pozo maestro del pilar. Este procedimiento no es apropiado para arena suelta o arcilla que no tenga solidez bastante para que se mantengan verticales las paredes de la excavación durante el tiempo que media entre la ejecución de la excavación y la colocación de los tableros. En algunos casos en que se han encontrado estratos de arena movediza, se han atravesado por medio de una camisa cilíndrica de acero, impulsada por gatos, hasta un lecho inferior de arcilla impermeable; pero, en general, el éxito de este procedimiento depende de que exista un cuerpo continuo de material impermeable. Procedimiento de encajonado abierto o del brocal de pozo. Se emplea para pilares que tengan que alcanzar profundidades considerables y tiene ventajas sobre el procedimiento de tablestacas para ciertos materiales. Es una TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

270



variante del antiguo procedimiento de hundir en el terreno pozos de obra de fábrica y, en su forma moderna, consiste en una estructura que, provisionalmente, forma parte del mismo pilar y provista en su base de una cámara abierta que permite a los obreros excavar bajo la estructura y permitir que ésta asiente y descienda a medida que la excavación progrese. Es evidente que se debe dejar una chimenea o paso central en la estructura para la circulación de hombres y materiales. Detalles del procedimiento de cajón abierto. El procedimiento consiste en lo siguiente:primeramente se construye sobre la superficie del pilar. El paramento exterior de este brocal es generalmente vertical y está protegido por una plancha de acero que se extiende por debajo de la sección principal del brocal hasta formar en su parte inferior un saliente agudo o cortante que sirva para penetrar en el terreno ligeramente en avance de la excavación. Sobre esta pieza, se construye un muro de madera, hormigón u obra de fábrica dentro del que habilitará la llamada cámara de trabajo, que proporciona espacio para el obrero que se emplee en la excavación. Por encima de esta cámara, pueden continuar los muros hasta una altura correspondiente a la del pilar, dejando una chimenea central que se rellenará cuando se haya alcanzado la profundidad requerida, o se puede construir una cubierta sobre la cámara de trabajo y rellenar la sección transversal total del pilar con hormigón u obra de fábrica, excepto una pequeña chimenea central de dimensiones apropiadas para instalar un montacargas 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 haya alcanzado su altura definitiva y, a partir de ese momento, la excavación y la construcción del pilar avanza simultáneamente, contribuyendo el peso creciente de la estructura a hacer descender el pilar. Cuando la excavación llega a la roca o terreno firme, se detiene, y la cámara de trabajo y la chimenea central se rellenan de hormigón, quedando por último la estructura completa del pilar desde la roca hasta un nivel conveniente para colocar sobre él el emparrillado de acero o la construcción que vaya sobre el pilar. Ventajas del procedimiento de cajón abierto. Este procedimiento es ventajoso, porque los obreros 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 su superficie para recibir el relleno de hormigón. Si se encuentra una cantidad de agua, no muy grande, 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 encuentra grandes cantidades de agua. La construcción de los pilares es semejante a la del procedimiento de cajón abierto, pero la chimenea central y la cámara de trabajo tienen que permitir el manejo de una draga de cucharón de quijadas o draga a baldes y se deja que el agua alcance en ellos su nivel natural. Se puede aplicar este procedimiento ventajosamente, cuando se encuentra arena u otros materiales que contienen gran cantidad de agua, por encima de nivel de la roca u otro lecho firme de fundación. Cuando el dragado y el hundimiento de la estructura del pilar alcanzan la profundidad del estrato duro inmediatamente inferior, es posible, algunas veces, bombear el agua. Si no es practicable esto, pueden los buzos preparar el fondo para recibir el relleno de hormigón que se puede realizar a través del agua, teniendo cuidado, por medio de alguna disposición especial, de que el hormigón no se degrade por pérdida de su proporción de cemento. Procedimiento del excavado del pozo. Se usa, algunas veces, para hacer las excavaciones de los fosos bajo los muros, en casos de terrenos compactos. En este procedimiento, se soportan las paredes de la excavación con talones horizontales. La práctica del procedimiento es la siguiente: se practica una excavación superficial de la profundidad de un tablón, que puede hacerse por los procedimientos corrientes, y se fija una serie de cuatro tablones en las cuatro 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 laterales de 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 debajo del tabón ya colocado, colocando un nuevo tablón en su sitio y la tierra que se haya sacado se TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

271



apoya provisionalmente contra dicho tablón, Cuando se hayan colocado por este procedimiento los cuatro tablones de la segunda serie, se acuñan contra el banco los dos tablones laterales, colocados en el sentido de las paredes de la excavación y se emplean como puntales los otros dos. Estos últimos se sujetan con cuñas en su posición correcta y se clavan a los otros dos formado una armadura o bastidor resistente a la presión y soportando las 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 otros materiales que invadan la misma. Procedimiento del cajón neumático. Cuando hay que llevar los pilares o muros de fundación hasta profundidades considerables, a través de materiales que contenga agua y, especialmente, cuando se tropiece con grandes bancos de arena movediza, se debe emplear el procedimiento del cajón neumático, que se basa en el principio de la campana de buzo, y consiste en lo siguiente: el pilar se construye como en los procedimientos de cajón abierto y pozo dragado, pero la cámara de trabajo y la chimenea central tienen que ser herméticas y conectadas con un dispositivo llamado cierre de aire, que permite inyectar aire comprimido en la cámara de trabajo, con objeto de impedir la entrada en ella del agua, lo que se consigue según el principio, bien conocido, de la campana de buzo, manteniendo constantemente el aire comprimido a una presión que contrarreste la del agua al nivel del borde cortante de la cámara de trabajo. La presión del aire variará, naturalmente, con la profundidad del citado borde con 2 relación al nivel del agua. Una columna de agua de 1 cm de sección transversal, pesa 1 kg 2 por 10 m por cm sobre la presión normal. Si la columna de agua tiene 9 m de altura, pesará 1x9 2  0.9kg y para equilibrar esta presión se necesitará una presión de aire de 0.9 kg por cm 10 por encima de la presión atmosférica. Presión máxima del aire en el cajón neumático. La presión a que puede trabajar un hombre, 2 durante un corto tiempo, es de 3.5 kg por cm por encima de la presión atmosférica, que corresponde a una profundidad, bajo el agua, de unos 35 m. A tal profundidad, se trabaja en la obra por turnos de media hora. Se deben tener muchas precauciones en la descompresión desde las altas presiones a la atmosférica, porque los efectos fisiológicos del aire comprimido pueden ser de carácter grave. La enfermedad del buzo puede producir fuertes dolores de las articulaciones, 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 el Estado de Nueva York del 1 de agosto de 1929. El período de trabajo o turno es el tiempo que se está con presión y no se incluye el tiempo de entrada y salida de la cámara de trabajo. La presión máxima alcanzada en cualquier momento del turno es el factor que determina el número de horas de trabajo. Se hacen exámenes médicos a intervalos regulares a los obreros que trabajan bajo presión. 2 Al hundir el pilar de un puente en Vicksburg, Miss, se alcanzó la presión de 3.8 kg/cm . Los obreros trabajaban dos turnos de 25 minutos y el período de descompresión fue de 14 minutos 2 por kg/cm , 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 el aire 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, bien directamente o por medio de un forro hermético o extensión de la chimenea central. Esta cámara tiene dos puertas: una en el fondo, que se abre hacia abajo dentro de la chimenea, y otra en la parte superior, que también se abre hacia abajo y comunica directamente con el aire libre. 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 de la chimenea, que está siempre en comunicación directa con la cámara de trabajo. Si en estas condiciones se abre la puerta superior, el interior del cierre del aire quedará en comunicación directa con el aire libre y el aire contenido en el cierre quedará, evidentemente, a la presión atmosférica. Los obreros y materiales pueden entrar, entonces, en la cámara de aire. Para pasar a la chimenea y cámara de trabajo, es necesario, primeramente, cerrar la puerta superior y 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 cara inferior de la misma puerta y ésta se podrá abrir; la puerta superior queda firmemente cerrada TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

272



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, se practican las misma operaciones en sentido inverso; los hombres y materiales entran al cierre de aire por la puerta inferior abierta, que se cierra y mantiene firmemente contra su asiento; se invierte la válvula de equilibrio de modo que proporcione una conexión entre el aire de la cámara 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 la puerta suprior tendrá la presión atmosférica por sus dos caras y podrá abrirse, dando comunicación con el aire libre. Tabla XIII. Períodos de trabajo y descompresión fijados por las Leyes del Trabajo del Estado de Nueva York Turnos y descansos para cada período de 24 horas Presión de aire en Períodos de trabajo Mínimo de intervalos Salario por día oct. kg/cm2 por día de descanso al aire 1929, en dólares libre, horas 0 – 1.3 2 turnos de 4 hr. ½ 12.00 1.3 – 1.8 2 íd. de 3 hr 1 12.50 1.8 – 2.3 2 íd. de 2 hr 2 13.00 2.3 – 2.7 2 íd. de 1 ½ hr 3 13.50 2.7 - 3 2 íd. de 1 hr 4 14.00 3 – 3.4 2 íd. de ¾ hr 5 14.50 3.4 – 3.5 2 íd. de ½ hr 6 15.00 Períodos de descompresión Presión de aire en 2 kg/cm 0 – 0.7 0.7 – 1 1 – 0.4 1.4 – 1.8 1.8 – 2.1 2.1 – 2.5 2.5 – 2.8 2.8 –3.5

Número mínimo de minutos 1 2 5 10 12 15 20 25

Cálculo de los cajones neumáticos. La primera consideración será que la estructura final tenga un pilar suficiente para soportar la carga que se le superponga. Para llenar este requisito, la sección transversal del pilar en toda su longitud, del fondo al remate, debe ser capaz de soportar con seguridad la carga máxima. Como, generalmente, los pilares son de hormigón, la sección transversal se determinará para la carga admisible en dicho material. La sección transversal es, de ordinario, cuadrada o redonda para pilares, y para los muros, el cajón ha de tener por lo menos 1.80m de ancho, porque se hace difícil hundir cajones de menor anchura. Si el cajón se ha de llevar hasta roca firme, el apoyo sobre ella no necesita ser mayor que la sección transversal del pilar de hormigón, pero si la excavación no llega a roca firme, se recomienda a acampanar la base del pilar para reducir la carga sobre el lecho de fundación a una carga unitaria menor que la admisible en el hormigón. La operación de acampanar resulta difícil con algunos materiales; en los compactos se consigue, generalmente, sin serias dificultades. Pilares hundidos por el procedimiento del cajón neumático. Se construyen de varias combinaciones de materiales. Los muros laterales y techo de la cámara de trabajo se construyeron primeramente, con frecuencia, de madera. Actualmente se hacen en muchos casos de acero, pero, en los proyectos más TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

273



modernos, dicha cámara se construye de hormigón armado, siendo la única pieza de acero que 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, el mismo tamaño que al cámara de trabajo; por lo menos así sucede en los pilares hundidos para edificios. Cajón típico de hormigón armado. 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 trabajo formada por los muros DE y DE y la cubierta EE. Los muros laterales de hormigón están armados con varilla de acero unidas al borde cortante y extendiéndose hacia arriba en el cuerpo del pilar. La cubierta y cuerpo del pilar están armados para resistir a los esfuerzos originados por la construcción y el hundimiento. Al levantar la cámara de trabajo, se dispone el encofrado interior para soportar el hormigón con que se hace el techo. Este encofrado se retira después. Los encofrados exteriores pueden constituir una parte permanente de la estructura, en cuyo caso se llaman ataguías, o bien se retiran cuando el hormigón haya fraguado lo suficiente. En el centro del pilar, se deja una abertura que sirve como chimenea o conexión de la cámara de trabajo con el cierre de aire. Las paredes de esta abertura, o de su parte superior solamente, se revisten con una camisa hermética de acero. El extremo superior de esta comisa en su construcción puede terminarse antes de empezar la excavación. Sin embargo, comúnmente la construcción se detiene tan pronto como se haya construido la cámara de trabajo y de 1.50 a 3 m del pilar superpuesto; entonces se hace, sin emplear el aire comprimido, la excavación necesaria para llenar el borde cortante por debajo del nivel del agua. Esto se llama zanjar el cajón y se hace para que éste tenga algún ligero apoyo lateral del 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 y toda la estructura va hundiéndose, a medida que avanza aquélla, teniendo cuidado de retirar cualquier obstrucción que se encuentre por debajo del borde cortante. Durante el avance del hundimiento, se inyecta aire comprimido en la cámara de trabajo por medio del tubo nodriza G y el material procedente de la excavación se eleva por la chimenea F, que va provista de una escala para uso del personal. Detalles del hundimiento del cajón y del relleno. Al hundir el cajón y el pilar superpuesto, hay que 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 que queden por debajo del borde cortante de la alta se retirarán, al mismo tiempo que se les acumula por debajo de dicho borde en le lado opuesto. Sin embargo, este procedimiento es poco eficaz para cajones estrechos. En tal caso, la parte del cajón que quede encima del terreno se mantiene en posición por medio de guías u otros dispositivos, pero sucede, con frecuencia, que el cajón queda al final considerablemente desviado de su posición correcta y fuera de la vertical. En general, el tamaño del cajón debe ser mayor que el mínimo necesario para estar a cubierto de errores en su emplazamiento final. Cuando el cajón ha alcanzado la profundidad debida, se prepara el lecho de fundación para recibir el relleno de hormigón y se rellena con él la cámara de trabajo, teniendo cuidado de llenar totalmente todos los espacios vacíos y del contacto perfecto con la cubierta. Por último, se desmontan el cierre de aire y el forro 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 de apoyarse sobre el cajón. Altura de los pilares – cajones. La altura de los pilares no puede fijarse exactamente hasta que se sepa la profundidad que el cajón tiene que hundirse para llegar al lecho de fundación. Si la roca se encuentra a una profundidad mayor que la calculada, habrá que suplementar la parte superior del pilar después de que el cajón haya alcanzado su posición definitiva, pero si, por el contrario, se encuentra la roca antes de lo previsto, será necesario rebajar el pilar. Si la elevación definitiva del pilar tiene que estar por debajo del nivel de la excavación general, es corriente levantar la superficie exterior del pilar hasta la altura necesaria por medio de un compartimiento provisional llamado ataguía, cuya altura corresponde a la profundidad de la superficie definitiva por debajo del nivel de la excavación general. En el interior de la ataguía, se pueden poner emparrillados de acero.


274



Construcción de muros en ataguías por cajones neumáticos. Se construye un muro de ataguías en el perímetro del solar, hundiendo y asentando sobre la roca u otro estrato resistente una serie de cajones construidos reumáticamente.

Los cajones adyacentes no se hunden simultáneamente, porque esto envuelve el peligro del escape y pérdida de aire. Estando un cajón más bajo que otro y empleando, por tanto, una presión más elevada, el aire del cajón mas bajo puede pasar a través de arena y grava a la cámara de trabajo del otro. El peligro no consiste solamente en la pérdida repentina de aire, sino también en el arrastre del material dentro de la cámara de trabajo, lo que constituye un peligro doble para los obreros. Los cajones que hay de formar una ataguía se separan, por lo general, de 0.50 a 0.60 m aproximadamente. Los finales de los cajones van provistos de cierres, como se ve en la figura 137. Suponiendo que se hayan hundido en su lugar dos cajones adyacentes, lo primero que se hace para construir la junta es hincar tablestacas de acero a cada lado de los cajones, 3 ó 3.5 por debajo de la parte superior de los mismos, Este espacio se excava hasta el nivel del agua o un poco por debajo. Se debe despojar, en lo posible, a los cajones de sus encofrados exteriores. Entre los cajones se coloca un conducto rebajado y el resto del espacio entre los dos lados se rellena con hormigón. Se une con cierre de aire al conducto y se inyecta aire comprimido. Para hacer esta junta, solamente pueden trabajar uno o dos hombres. Empiezan por excavar 90 ó 120 cm y construir un encofrado entre los cajones. Después de haber excavado, colocan un segundo encofrado y construyen un pequeño muro de hormigón a cada lado y así van revistiendo el conducto a medida que avanza la excavación. Por último, se alcanza y se limpia la roca, después de lo cual se cierra y hormigona el conducto hasta el nivel debido. Cuando se han terminado las juntas entre todos los cajones, el muro de ataguías está terminado y puede continuar la excavación dentro de la ataguía hasta la profundidad que se desee.


275



Muros en ataguías en el Federal Reserve Bank de Nueva York. La figura 138 representa una sección transversal del muro en ataguías del Federal Reserve Bank de Nueva York. En la mayoría de los casos se encontró la roca a un nivel muy próximo al previsto. En la mayoría de los casos se encontró la roca a un nivel muy próximo al previsto. En este caso particular, el cajón se montó sobre una bolsada de roca; es decir, que se encontró la roca a un lado y otro del 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, apuntalar o apear los bordes cortantes por etapas, como se ve en la figura. A la terminación de este apuntalamiento, que resultó peligroso por causa de la presión elevada del aire, la delgadez de los muros de apuntalado y la falta de rigidez lateral, la cámara de trabajo hundida se cerro y hormigonó bajo aire. La chimenea se hormigonó después, completando así el cajón. Construcción de un muro en ataguía por el procedimiento de trinchera abierta. En ciertas circunstancias, 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 del material 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 vigas T en compartimientos rectangulares. La excavación, calafateado y arriostramiento de las tablestacas se hacen por compartimientos alternados, hasta llegar a la roca y, entonces, o bien se 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 entre él y el tablestacado exterior se rellena con hormigón. El éxito de este procedimiento depende de muchos factores, pero, en primer lugar, de poder hincar el tablestacado sin romper las uniones entre tablestacas en ningún punto para hincar el tablestacado sin romper las uniones entre tablestacas en ningún punto para obtener un cierre estanco. Hay en este procedimiento muchos contratiempos como, por ejemplo, la presencia inesperada de cantos rodados, que impiden la hinca del tablestacado o cualquier fallo en el cierre estanco o el arriostrado del tablestacado. 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 y peligros de esto son demasiado numerosos para discutirlos en este capitulo. El procedimiento de la trinchera abierta se ha extendido bastante y se ha practicado con mucho éxito. Se ha empleado reciente en sitios en que hace 10, 15 ó 25 años, se hubiesen creído necesarios los cajones neumáticos. Arriostramiento transversal y entibado provisionales y permanentes. Los muros permanentes en ataguía no está proyectados, generalmente, para actuar por su peso o como cantilevers para resistir al vuelco. Por lo tanto, es necesario sostener provisionalmente estos muros con puntales de madera o acero, colocados a medida que se va haciendo la excavación y mantener estos apoyos hasta que estén terminados los pisos estructurales permanentes del edificio, los cuales pueden entonces sostener los muros.


276



Si la excavación en el interior de la ataguía es relativamente superficial, se pueden emplear puntales inclinados o madera en diagonal apoyada sobre macizos de anclaje en el nivel inferior del terreno. Cuando la excavación en el interior de la ataguía tiene que ser de profundidad considerable, no se 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 obra permanente. Para vencer esta dificultad, se emplean riostras transversales, esto es, codales continuos horizontales de un lado a otro de la ataguía, como en la figura 139. Estos codales pueden ser de madera, de perfiles de acero o de una combinación de ambos materiales. Los codales se proyectan cojo columnas horizontales de resistencia suficiente para sostener los muros y deben disponerse de modo que no estorben a otras construcciones. Una vez colocados, se deben vigilar y fijar firmemente por medio de cuñas, de modo que no permitan ningún movimiento en los muros. Procedimiento de excavación por congelación. Este procedimiento algunas veces para hacer excavaciones. En este país, su empleo se ha limitado a uno de dos pozos de mina, pero en Alemania se ha empleado para excavar fundaciones de edificios. Se empieza por hincar en el terreno tubos de acero, cerrados por el fondo y conectados por su extremo superior con otros 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 una masa helada parecida a la piedra arenisca. Cuando la congelación progresa lo bastante para formar un muro sólido o ataguía rodeando a la excavación, se puede excavar el material comprendido dentro del muro helado. El procedimiento tiene la ventaja de que, teóricamente, se puede aplicar a excavaciones de cualquier profundidad. Con este procedimiento, hay que tener en cuenta muchas precauciones. En todo caso, por el momento, solamente debemos considerarlo como un procedimiento posible. Sistema compressol. Se llena de arena un tubo abierto u otro dispositivo análogo, formando pilotes que se puedan hacer penetrar en un material compresible. Se obliga entonces a la arena a salir del tubo y penetrar en los materiales que le rodean por medio de un gato, con el objeto de comprimirlos y hacerlos más rígidos. Este procedimiento se ha empleado en Francia con 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 terreno con golpes repetidos de un martillo pesado de acero, cuya masa de metal es aguazada en forma análoga a la de los plomos de las plomadas. En ciertas condiciones favorables, es un procedimiento lógico, pero parece que no se emplea en Estados Unidos. En México se emplea para corregir y reforzar cimentaciones el procedimiento de inyección, que consiste en inyectar a presión en el terreno y por debajo de los cimiento una mezcla terciada de cemento y arena por medio de una aguja inyectora, alrededor de la cual se forman asó bulbos resistentes esféricos. Cimentación por flotación. El Reglamento de México, además de las cimentaciones por superficie y por pilotes, considera la cimentación por flotación obra estanca que se construye a manera de barco bajo el nivel de las aguas freáticas y sostiene por el principio de Arquímedes el edificio. El rascacielos de la lotería Nacional está cimentado por este procedimiento. La subestructura 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 de la 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, dicho Reglamento indica las siguientes medidas: a) se procurará que el centro de gravedad del edificio quede abajo del lugar que ocupaba el centro de la masa de materiales extraídos; b) en los casos en que esto no se realice, deberá satisfacerse la condición de que el centro de gravedad de todo el edificio quede sobre la vertical que pase por el lugar que ocupaba el centro de gravedad de la masa de materiales extraídos; c) en toda obra comprendida en los casos 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 para reducir al mínimo los movimientos del terreno y APRA no variar el contenido de agua del terreno circundante. Es un tipo de cimentación costoso, y su mayor peligro consiste en que pueda hacerse en su zona algún drenaje artificial que haga descender el nivel de las aguas con resultados fatales para él. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

277



30. PROTECCIÓN DE LA ESTRUCTURAS COLINDANTES Consideraciones generales. En las prescripciones de las leyes y reglamentos, se hace responsable a las personas que practiquen una excavación de los daños que de ello puedan resultar en las propiedades colindantes. Las leyes incorporadas a los reglamentos de edificación de diversas ciudades pueden modificar o limitar.................. perjuicio posible para las

propiedades adyacentes. En los sitios en que no haya estructuras colindantes, será casi siempre suficiente dar talud a las paredes de la excavación, para evitar el deslizamiento de los materiales hacia el interior de ésta excavación, para evitar el deslizamiento de los materiales hacia el interior de ésta o entibar y arriostrar, al menos, dichas paredes; pero cuando haya que practicar una excavación a lo largo de una estructura existente hasta un nivel inferior a los cimiento de dicha estructura, será necesario emplear procedimientos especiales par protegerla. Tales obras se conocen por los nombres de apuntalados, sotomuros o apeados y protección 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 construcción de nuevos cimientos a niveles más bajos. Apuntalado. Cuando la excavación para el nuevo edificio no es mucho más profunda que los cimientos colindantes y cuando el material es regularmente sólido, suele bastar con transferir una parte de la carga del muro a cimientos provisionales. Esto se puede conseguir por medio de fuertes postes inclinados, llamados puntales, dispuestos de modo que actúen como columnas inclinadas. Cada puntal consiste en un poste cuyo extremo inferior descansa en una plataforma, compuesta, por lo general, de vigas y tablones, formando cimientos continuos provisionales. Esta plataforma se debe colocar a una profundidad tal que las operaciones subsiguientes 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 de sección transversal cuadrada de unos 30 x 30 cm y de longitud conveniente. Se debe prever la colocación de cuñas o gatos entre la plataforma y el extremo inferior del poste, de modo que cuando se maniobre, su acción elevadora pueda transferir parte del peso del muro desde sus cimientos 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 apoyo y el material sobre que descansa la plataforma se comprime y se hace tan compacto como es posible. Clases de puntales. Si el puntal ha de actuar principalmente por levantamiento, se coloca casi vertical, y recibe el nombre de puntal levantado. Si ha de actuar preferentemente, combinado el efecto anterior con un empuje horizontal, se le da un gran ángulo de inclinación con la vertical, y se conoce por el nombre de puntal de empuje o tornapunta. Al colocar estos puntales, se debe cuidar que tenga su nicho de apoyo próximo al nivel de uno de los pisos del edificio, porque de otro modo, la componente horizontal del empuje de los puntales puede pandear el muro. Número y dimensiones de los puntales. Si se trata de un muro de poco peso, es mejor emplear muchos puntales pequeños que pocos puntales grandes. Cuando el muro es de TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

278



altura considerable, hay que emplear dos o más puntales de distintas longitudes, colocados en el 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 a la plataforma provisional, se emplean cuñas o calzos de madera o de acero, gatos de tornillo o gatos hidráulicos o una combinación de cuñas y gatos. Las cuñas de madera se hacen de madera dura y, generalmente, se emplean en parejas colocadas simultáneamente. Las cuñas producen una acción elevadora potente, pero cuando se espera un gran asiento de la fundación provisional, es mejor usar gatos de tornillo que contrarrestan un asiento considerable.


279



Tipos y materiales de gatos de tornillo. Generalmente se fabrican de hierro fundido y con rosca sin desbastar de gran paso, para aumentar su empuje. Se fabrican también gatos de mejor clase de acero roscados a máquina con un paso pequeño. Estos gatos se pueden adquirir con capacidad elevadora hasta de 100 toneladas. Las figuras 140 y 141 representan dos 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 del gato. Dicho extremo se escuadra para acomodar la tuerca. Esta disposición se llama bomba y puede verse en la figura 142. Cuando se desea una acción elevadora mayor que la que puede producir un solo gato, se emplea una pareja y los dos gatos se conectan por medio de una viga corta llamada cabezal. La figura 143 representa este último dispositivo, que tiene la ventaja de que cuando se operan los gatos, se pueden colocar calces y cuñas entre la plataforma y el cabezal, de modo que el poste que descansa en éste tenga un apoyo sólido y directo sobre la plataforma. Por este procedimiento, se puede transferir la carga del muro a la plataforma por medio 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 gatos hidráulicos, 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 suele emplear para vencer la carga provisional durante el período de colocar los bloques y cuñas entre la cabeza transversal y el cimiento provisional. De este modo, se puede colocar y atender un gran número de puntales con una pareja de gatos hidráulicos. Ejemplo de apuntalado. La figura 144 representa el procedimiento empleado para apuntalar el ornamental muro frontal de un edificio pesado, aprovechando las numerosas y profundas ranuras que se ven en la sección. Con el objeto de evitar los nichos para las cabezas de los puntales, se colocan nueve bloques de madera dura, a, a, etc., en las ranuras de la obra de fábrica. Otros nueve bloque análogos se colocan en ranuras de la viga vertical VV y se sujetan con pernos tales como en b, b, etc, dejando espacios entre los bloques a y los b para colocar cuñas w,w, etc. Se enclavan y sujetan con pernos a VV tres cabezales, T 1, T2, T3, que transmiten el empuje hacia arriba de los tres puntales S 1, S2 y S3 a dicha viga VV. Cada puntal tiene una gato de tornillo de 60 toneladas en su base y se ajusta a éste con una bomba o pieza de extensión que se puede quitar y poner.

Agujas o flechas. Se emplean cuando una parte o todo el peso del muro ha de ser soportado, como, por ejemplo, cuando hay que quitar el primitivo cimiento y apear o hacer un sotomuro, 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:


280



1. La excavación general se lleva hasta unos cuantos centímetros del fondo del cimiento BB del muro W. 2. El pozo DDDD, conveniente entibado y tablestacado, se profundiza hasta el nivel aproximado de la excavación proyectada, teniendo la precaución de colocarle a una distancia conveniente del muro construido, para evitar daños a este último. Se el material del 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 del muro 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 por debajo 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, y sirve de apoyo para el extremo inferior de la aguja. Simultáneamente con la excavación del pozo citado, se hace otro en la parte interior del muro, para dar apoyo al extremo interior de la aguja, pero como esto lleva consigo la 3strucción del piso de sótanos y a tal distancia del muro que no estorbe la excavación del nuevo cimiento; también se puede emplazar la plataforma en el piso del sótanos y poner una línea de tablestacas LL. Bien arriostradas y emplazadas, de tal modo que se pueda hacer la excavación para el nuevo cimiento. Con esto suele bastar para evitar un asiento de consideración de la plataforma provisional 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 de tronillo. La aguja GG puede formarse con una o más vigas de madera o de acero I. En cualquier caso, hay que calcular la carga que actúe sobre la aguja, y su resistencia debe ser tal que soporte dicha carga con seguridad. Una vez que el peso del muro W se ha referido a las agujas y a la plataforma provisional par soportar la carga, la parte del muro que está por debajo de las agujas y la totalidad de los cimientos se pueden sacar y proceder 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 de ladrillo soportado por agujas. Si éstas soportan el peso total del muro, es evidente que al nivel de sus caras superiores se transferirá el peso total a través de las partes del muro que están inmediatamente encima de ellas y que el material que está arriba formará unas especies de ménsulas en ambas direcciones, como se indica en la figura 146 por la línea gruesa en zigzag TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KDDER - PARKER – UTEHA

281



AAAAA. El resto del muro que cae por debajo de esta línea estará soportado solamente por cohesión con la parte del mismo que está encima de ella. Un hombre práctico puede localizar dicha línea por medio del sonido de golpes de martillo en le muro. Todo el muro que cae por debajo de esta línea queda colgado y expuesto a caer si se suprime el apoyo del cimiento. Las partes colgadas del muro se puede quitar o suspender con barras y cadenas de las agujas. Si no 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 y apeado el nuevo muro en condiciones de recibir el antiguo, hay que preparar lo necesario para invertir la operación, es decir, para transferir la carga al nuevo sotomuro y al cimiento. Esta operación 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 con cuñas de acero. Cuando se hayan colocado estos bloques, se rellena el espacio comprendido entre la base del antiguo muro y la cara superior del bloque de acuñado con fábrica de ladrillo, procurando hacer compacto el mortero de la última junta, acuñándolo con ripios de trozos de pizarra introducidos penetre los ladrillos. Esta fábrica se debe hacer con mortero de cemento Pórtland, para que el fraguado sea lo más rápido posible. Cuando este fraguado se considera suficiente se introducen las cuñas lo que sea necesario, para que, por lo menos, una parte del peso del muro quede referida a los nuevos cimientos. Como consecuencia de lo que antecede, suele producirse un asiento en el nuevo cimiento y la carga vuelve a actuar sobre las agujas, para contrarrestar 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 esfuerzos en las agujas y por el hecho de que las cuñas permanecen bien ajustadas.


282



Operación de desmontar las agujas, etc. Cuando todo el peso del muro se ha transferido al cimiento y se muestra que éste es capaz de soportar dicho peso sin nuevo asiento, toda la obra provisional, incluyendo las agujas, se puede desmontar, rellenando con ladrillos los huecos para éstas y realizando en los sótanos del edificio colindante las reparaciones necesarias. 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 por ejemplo cuando la utilización del edifico colindante es de tal naturaleza que no permite colocar una viga – aguja que penetre en el espacio ocupado de los sótanos. En tales casos, se emplea el procedimiento número cuatro 8fig. 147). La aguja AB obra como cantilever. Una parte del peso del muro lo soporta el tornapuntas C y otra parte, aproximadamente igual, carga sobre la aguja 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 el muro que ha de ser soportado y también en un muro colindante. Se coloca una plataforma provisional tan cerca del muro W, que ha de soportar, como sea posible. El empuje del gato que tiende a levantar la aguja actúa sobre ambos muros, pero como está emplazado más cerca 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 tienen muchas ventajas, porque no solamente proporcionan soporte para el cimiento durante las operaciones que afectan a la estabilidad del muro, sino que también constituyen un apoyo permanente. La operación es como sigue: se practica en el muro de cimiento que ha de ser soportado un agujero o nicho de tal modo que el centro de dicho tubo caiga debajo del centro del muro y con una altura suficiente para poner un tramo de tubo y los medios auxiliares que se empleen para introducirle, lo que puede hacerse: 1) con gatos hidráulicos o de tornillo colocados entre el extremo superior del tubo y el muro (los procedimientos patentados Breuchaud y Pretest son perfeccionamientos de este procedimiento general); 2) con martillo mecánico de vapor o por aire comprimido; 3) en algunos casos, cuando el material es arena fina o arcilla, se puede emplear el procedimiento de inyección combinado con gatos o martillos mecánicos. 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 bastante estabilidad para constituir un buen soporte. El material que entra en el tubo se saca con un chorro 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 parte considerable de la base del muro que se ha de soportar. Estas vigas I hacen el mismo papel que 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, pero generalmente basta con revestir completamente el espacio comprendido entre la base del muro 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 antecede comprende el empleo de tubos cuyas dimensiones varía desde 6 a 20” de diámetro (152 a 508 mm), 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 en tramos unidos con juntas estancas. Se emplean generalmente cuando se encuentra agua o es necesario bajar el apeo hasta la roca a grandes profundidades. En estos casos, se hunden estos cilindros por el procedimiento del cajón neumático, aunque se ha dado casos en que el procedimiento de cajón abierto se ha empleado con éxito. Cilindros de éstos se han hundido hasta una profundidad de 21 m por debajo del nivel hidrostático; se han empleado de un diámetro de 1327 mm, y se han proyectado cilindros sencillos para soportar hasta 862 toneladas.


283



CIMENTACIONES PARA EDIFICIOS POCO PESADOS 1. Cimientos para edificios poco pesados Cada función o muro de carga, excepto los que hayan de apoyarse en roca forme, tiene que descansar en un cimiento o base de mayores dimensiones por ambos lados que la del muro. Cuando se trata de terrenos húmedos o muy compresibles, estos cimientos se deben construir con vigas de acero u hormigón armado, como hemos dicho en el Capítulo II, pero en suelos regularmente firmes o para edificios de dimensiones moderadas y no muy pesados, los cimientos se hacen generalmente de hormigón, piedra o ladrillo. Los cimientos tienen que llenar los dos requisitos importantes que siguen: 1. Repartir el peso de una estructura sobre una mayor área de la superficie de apoyo; de este modo se disminuye la carga por metro cuadrado sobre el lecho de fundación y la tendencia correspondiente a un descenso de asentamiento vertical. 2. Al aumentar el área de la base del muro, los cimientos contribuyen a su estabilidad, protegiéndolos contra el riesgo de que la construcción pierda su verticalidad por el efecto de fuerzas que pueden altura sobre él. Casi todas las leyes y reglamentos de construcción ordenan que todo pilar o muro de fundación y todo pilar o muro de sótano o basamento debe asentarse sobre un cimiento 30 cm más ancho por lo menos, este es, 15 cm a cada lado, que el grueso del pilar o muro, y que esta zarpa o resalto debe considerarse como un mínimo, salvo en casos raros en que haya razones especiales para hacerlo menor. En terreno firme y para edificios no muy pesados, un resalto de 15 cm a cada lado del muro reducirá generalmente la presión unitaria, esto es, la carga por metro cuadrado, a la carga de seguridad del terreno, pero es una medida de prudencia proporcionar los cimientos para una carga unitaria uniforme, cono se ha dicho en el Capítulo II. Para conseguir un efecto útil, los cimientos deben asentarse perfectamente y tener la suficiente resistencia transversal para resistir los empujes hacia arriba de las reacciones sobre los resaltos. Cimientos de piedra, o mampostería, para muros con caras ligeras. Los cimientos se construyen pocas veces de piedra, excepto en los casos de cargas ligeras y, por lo tanto, este género de cimientos ha caído en desuso, siendo substituido por el empleo del hormigón. La mayor parte de las leyes y reglamentos de construcción restringen el uso de piedra para la construcción de cimientos a las viviendas y otros edificios de poco peso, en los cuales los muros de sótano pueden ser de dicho material. Las leyes y reglamentos de algunas ciudades prescriben que todos los cimientos tengan, por lo menos, 15 cm de resalto cada lado del muro de sótano y una profundidad mínima de 30 cm, independientemente de la carga de seguridad sobre le terreno. En el caso de pequeñas cargas en casas de viviendas y edificios pequeños, las cargas por unidad sobre el lecho de fundación son frecuentemente muchos menores que la carga admisible sobre el terreno, y, en estos casos, es una práctica colocar el muro de sótano, de piedra, directamente sobre el lecho de fundación sin resalto alguno en el cimiento. Sin embargo, debe entenderse bien que el muro de piedra del sótano tendrá un espesor mínimo de 60 cm y que la hilada del fondo será de piedras sólidas y planas que se extiendan a través del muro y binen asentadas en mortero. Donde los reglamentos de construcción prescriben cimientos con resaltos o sean necesarios esto por las condiciones imprecisas de resistencia del suelo, los cimientos de piedra se deben proyectar escalonados en uno o varios escalones, calculando con cuidado la magnitud de cada resalto y la altura de cada escalón. Los cimientos deben construirse de piedras cuyo largo, si es posible, sea igual al ancho del cimiento y si esto fuese impracticable, por no tener piedras de dimensiones convenientes, se pueden usar dos piedras con su junta en la línea media del muro; en cualquier caso, cada hilada del cimiento debe penetrar bajo la hilada superior una distancia mínima igual a vez y media el resalto, pues, de no ser así, las piedras no transmitirán las cargas y reacciones convenientemente y las juntas tenderán a abrirse como en la figura 149. Los cimientos de piedra deben construirse con piedras duras, fuertes y resistentes a la acción del tiempo, colocadas sobre su lecho de cantera y asentadas sólidamente con mortero. La dificultad mas corriente que surge en el empleo de piedras de grandes dimensiones para los cimientos es conseguir un asiento TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

284



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, hasta que queden perfectamente asentados en su sitio. Cimientos de mampostería con zarpas unilaterales. Como hemos dicho, los cimientos de mampostería solamente pueden usarse para edificios de poco peso. En tales casos y cuando las cargas por metro cuadrado sobre el lecho de fundación sean mucho menores que las cargas admisibles sobre el terreno, la altura de cada hilada de piedra, o escalón, debe ser igual a vez y media su resalto exterior a la hilada superior, pero cuando el lecho de fundación sea de mala calidad o las cargas tengan alguna importancia, se debe emplear el hormigón para los cimientos y calcular la altura y la zarpa o resalto de los escalones por las fórmulas de flexión. Si las zarpas del cimiento son demasiado grandes para 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 de cimientos de edificios de gran peso, exceptuando los extraordinariamente pesados, y sobre todo para los construidos sobre terreno arcilloso. Si el hormigón se hace y se emplea convenientemente, llega a igualar la resistencia de la mayoría de las piedras y, como están exentos de juntas, actúa bajo los muros como una viga continua con resistencia bastante para salvar el vano de cualquier parte débil del lecho de fundación. Si se vierte en capas o tongadas de poco espesor y bien apisonado, queda formando un asiento firme y no hay posibilidad 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 hormigón hecho con cemento Pórtland, con un espesor mínimo de 20 cm, hasta para edificios de poco peso,. 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 los cimientos, de modo que el hormigón las llene totalmente. Cuando el lecho de fundación es de grava suelta o arena, es necesario, en general, hacer encofrados para contener al hormigón y construir las paredes de los cimientos. Estos encofrados se pueden mantener en su lugar por medio 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 empujando hacia arriba y se rellena el hueco con los escombros. Las proporciones y modo de hacer las mezclas 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 la mezcla 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 en caretillas y se vacía en las trincheras desde una altura que no debe exceder de 1.20 m por encima del fondo de ellas, porque la caída desde una altura mayor, favorece la separación de las partículas pesadas de las más ligeras. Una vez que se haya vertido el hormigón en las trincheras, se nivela y comprime con pisón de madera de unos 10 kilos, hasta que el agua del hormigón salga a la superficie. Hay que evitar que el hormigón se seque con demasiada rapidez y si transcurren 24 horas entre distintas coladas, se debe rociar con agua la superficie y 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, incluso en este caso. Los ladrillos que se empleen deben ser los más duros y sanos disponibles TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

285

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


286

asentados sobre mortero de cimiento Pórtland, bien fluido y que penetre por todas las juntas de modo que no queden vacíos en las mismas. Los cimientos deben reposar con una doble hilada sobre el lecho de fundación. La obra exterior debe ser colocada por completo a tizón y ninguna hilada debe resaltar más de una cuarta parte de la longitud de un ladrillo sobre la inmediatamente superior (Fig. 151).

2.

Muros de sótano y muros de basamento o subsuelo Definiciones. Estos términos se aplican generalmente a los muros que están debajo de la superficie del terreno o de las vías del primer piso. Soportan la superestructura y llegan hasta los muros de fundación propiamente dichos (véase Capítulo II). Los muros cuyo objeto principal sea contener un banco de tierra, tales como los muros que limitan la superficie, se llaman muros de contención (véase Capítulo IV). Materiales para muros de sótano y de basamento o piso bajo subterráneo. Estos muros se construyen de ladrillo, mampostería u hormigón. El ladrillo no es conveniente más que en terrenos muy secos o para un muro divisorio con un sótano de cada lado. El hormigón de cemento Pórtland es un buen material para muros de fundación y cada día se usa más para este objeto. El hormigón se debe colar en encofrados de madera, que no se retiran hasta que el cemento haya fraguado, o bien se emplean en bloques de forma apropiada para formar un muro 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 al día, 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 un muro resistente, sino que, si la construcción es buena, aguanta mejor los efectos de la humedad y la presión del terreno que un muro de ladrillo. Entre un buen muro de piedra y un de hormigón de cemento Pórtland, la elección es probablemente difícil, como no sea considerándolos desde el punto de vista económico, ya que el costo relativo de la mampostería y el cemento varía mucho, según las localidades. Un muro construido con piedras blandas o de formas muy irregulares y sin superficies planas, es muy inferior a otro de hormigón y hasta a uno de buen ladrillo duro, y solamente se debe emplear para edificios de viviendas o de poco peso. 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 deben rellenarse 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 2 cm de espesor, hecho con mortero de cemento a 1:2 ó 1:15. En terrenos de arcilla, conviene dar a los muros talud exterior, haciéndolos 15 ó 30 cm más gruesos en la base que en la coronación. Tabla I. Espesor de muros de sótano y basamentos Altura del edificio

Viviendas, hoteles, etc

Almacenes

Ladrillo cm

Piedra cm

Ladrillo cm

Piedra cm

30 a 40

51

40

51

Tres pisos

40

51

51

61

Cuatro pisos

51

61

61

71

Cinco pisos

61

71

61

71

Seis pisos

71

81

71

81

Dos pisos (panta baja y primero)

Espesores de los muros de sótano y de basamentos. Este espesor depende generalmente del de los muros de la supraestructura y de la profundidad del propio muro. Casi todos los reglamentos de construcción prescriben que el espesor de los muros del sótano y de basamento, para una profundidad de 3.50 m por debajo de la rasante del terreno, debe ser 10 cm más ancho que el de los muros superiores, si se trata de ladrillo; 20 cm más ancho, si se trata de piedra, y por cada 3 m más de profundidad o fracción se debe aumentar el espesor en 10 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.

TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA


3.


Muros de la supraestructura Muros de ladrillo y piedra. Se sabe muy poco acerca de la estabilidad de los muros de edificios, aparte las enseñanzas de la experiencia. Los únicos esfuerzos en una sección horizontal, que se pueden calcular con alguna exactitud, son el peso de los muros y las cargas que producen los pisos y la cubierta. La mayoría de los muros muestran tendencia a pandearse, por cuya causa hay que darles más espesor que el que sería necesario para contrarrestar solamente los esfuerzos directos de compresión. También se debe tener en cuenta la resistencia al fuego. La resistencia de un muro depende también de la calidad de los materiales que se empleen y del procedimiento empleado en su construcción. Un muro con una hilada a tizón cada 30 cm de su elevación, y con las juntas bien llenas de mortero rico, es tan resistente como otro no tan bien construido y de 10 cm más espesor. Los muros trabados con mortero de cal, y un muro de ladrillos que hayan sido bien humedecidos en el momento de su 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 grandes ciudades prescriben el espesor mínimo de los muros y, como estos requisitos se fijan generalmente con amplitud, los arquitectos se ajustan a ellos en sus proyectos de construcción en ladrillo. La tabla II da los espesores de muros de ladrillo para edificios comerciales en las principales ciudades de Estados Unidos y puede ser de utilidad porque los valores representan, por regla general, el criterio de profesionales autorizados. Los muros para casas de viviendas pueden ser, según las leyes, de un espesor 10 cm menor que los de los edificios para almacenes, pero sin embargo, en algunas ciudades se hace poca o ninguna distinción entre 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 banquetas y que los otros pisos son de una altura de 13 pies y 4 pulgadas (4 m), incluyendo el espesor del suelo, porque los reglamentos de Nueva York, Boston y de algunas otras ciudades dan la altura de los muros en pies, en vez de darla en pisos. Cuando la altura de los pisos exceda a las medidas citadas, se deberá, en algunos casos, aumentar el espesor de los muros. Las ordenanzas de Chicago (1,928) especifican que: “donde se empleen muros de 12” (30 cm), la altura de pisos no podrá exceder de 18´(5.49 m); donde se empleen de 16” (40.6 cm), la altura de 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 más diferencias de la que debería haber, se puede dar una regla general para edificios comerciales de 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 cm para el muro correspondiente a los tres pisos más altos, 51 cm para los tres inmediatamente más bajos, 61 cm para los tres que les siguen y 71 cm para los tres inmediatos. Para materiales 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 cinco pisos 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 el espesor en 10 cm por cada 7.50 m que exceda aquélla de 30 ó 38 m. Los espesores de la tabla, para Nueva York, se deben aumentar, para edificios que tengan un ancho mayor de 105´(32 m). Las tablas para las ciudades del Oeste, se han calculado para los edificios de almacenes de 125´(35 m) de anchura, que es la que suelen tener los solares en dicha región. 4. Los muros que tengan más de 33% de huecos deben tener más espesor.


287




288



5. Las medianerías o muros divisorios o de separación de edificios podrán tener 10 cm menos de espesor que los muros exteriores o de fachada, siempre que su longitud no sea mayor 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 por 18, según la dirección vertical, y por 20, según la horizontal. Se consideran como soportes los muros transversales y los pisos. Muros de fachada con sillares. “Al estimar el grueso de los muros, los sillares no deben considerarse, a menos que estos muros tengan un mínimo de 40 cm de grueso y el sillar 20 cm de grueso, o a menos que las hiladas se aparejen con alternaciones de, por lo menos, 10 y 20 cm para permitir su trabazón con el muro posterior. Los sillares deben ser sujetos a éste por anclajes 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 para viviendas y se pueden usar en otra clase de edificios que no tengan más de cuatro o cinco pisos 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 que los muros macizos. En lugar de estos muros huecos, se suelen emplear para la construcción los bloques huecos de barro cocido (terracota) o de hormigón. Los reglamentos de Boston prescriben que los muros abovedados, excluyendo los media cítara, tengan la misma cantidad de material que los muros macizos y que la obra en el interior del espacio de aire de los muros de más de dos pisos de altura debe ser por lo menos de un espesor de 20 cm, y que las partes en cada lado deben ser bien enlazadas con tirantes separados no más que 60 cm en cada dirección. Muros de bloques de hormigón. Se emplean con frecuencia bloques moldeados de hormigón de cemento Pórtland para la construcción de muros exteriores y de separación de edificios; son relativamente delgados y aguantan cargas ligeras. Se han concedido diferentes patentes sobre la forma de los bloques y las máquinas o procedimientos para fabricarlos y muchos edificios han sido levantados con muros construidos con estos bloques. La mayoría de ellos se moldean para formar muros huecos. Las construcciones de bloques de esta clase tienen una ventaja sobre los muros colados y fraguados sobre el terreno y es que los bloques están perfectamente fraguados y secos cuando se colocan en obra y no hay que tener ninguna precaución en cuanto a dilataciones y contracciones posibles. Este género de construcción se adapta mejor que el hormigón macizo a los muros ligeros y de poco espesor. Se economiza el costo del encofrado y se evita la tendencia a la ruptura y a que las superficies queden con un acabado defectuoso. Los bloques de hormigón pueden sustituir a cualquier clase de piedra o fábrica de ladrillo. Las leyes y reglamentos prescriben que el espesor de este género de muros de bloque huecos de hormigón no debe ser menor que el que exige para muros de ladrillo. Esta clase de muros no debe emplearse en muros de separación ni para muros exteriores en edificios de más de cuatro pisos. Muros de bloques huecos de tierra cocida. Los muros de carga exteriores de bloques de tierra cocida están permitidos ahora por la mayoría de los reglamentos de construcción, pero se limita su empleo a cuatro pisos o 12 m de altura. Los muros deben tener un espesor de 20 a 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 que los muros de bloques huecos, en residencias fuera de sitios con peligro de incendio, deben tener un espesor de 20 cm para los 6 m superiores, 25 cm para los 3 m inmediatamente inferiores, 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 un estuco de cemento de 2 cm de espesor. Los reglamentos de construcción no permiten generalmente 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 los últimos años, especialmente para residencias, garajes, pequeñas industrias y edificios para almacenes de venta al por menor. Se han patentado muchas formas especiales, que han salido al mercado con diversas ventajas en cuanto a resistencia, aislamiento, trabazón o facilidades de ajuste y aparejo. La colocación de los bloques con los espacios huecos o celdillas horizontales se llama construcción horizontal porque ésta presenta mejor base para el mortero de las juntas horizontales y mayor facilidad de aparejo. Se fabrican losetas especiales TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

289



para umbrales, soleras, alféizares y jambas y en la construcción horizontal para esquinas, con el objeto de que no queden a la vista las celdillas. Medianerías o muros de separación. Existe gran diversidad en los reglamentos de construcción respecto a las medianerías o muros de separación, pero todas las disposiciones están conformes en que tales muros deben tener un espesor mínimo de 30 cm. Aproximadamente la mitad de los reglamentos prescriben en estos muros deben tener el mismo espesor que los exteriores; los reglamentos restantes están divididos en cuanto a si las medianerías deben tener 10 cm más o menos que los muros de los costados independientes. Cuando los muros se han calculado previamente por la regla anteriormente dada, el espesor de las medianerías se debe aumentar en 10 cm por cada piso. La carga de los pisos sobre las medianerías es, evidentemente, el doble que sobre los muros de los costados, y la protección contra el fuego también tiene que ser mayor en las medianerías, o paredes medianeras, que en las otras. Construcción de muros de cierre de estructuras de acero. En los edificios del tipo de armadura o entramado, los muros exteriores de fábrica están soportados en cada piso por el entramado de acero y no tiene que resistir más qua a su peso propio. Estos muros pueden considerarse, por tanto, como de un solo piso de altura y se construyen, generalmente, con un espesor de sólo 30 cm en toda la altura de un edificio muy alto. Pueden se de fábrica de ladrillo o mampostería, aunque suele revestirse su interior con losetas metálicas o de terracota o también construirse con bloques huecos de terracota, revestidos con ladrillo o piedra exteriormente. Los edificios de hormigón armado se pueden hacer de este tipo, y en este caso los muros de cierre de cada piso se construyen, algunas veces, con bloques huecos de terracota, revocados con una capa exterior de estuco de cemento. Es muy interesante observar lo mucho que se reduce el espacio ocupado por la construcción con el procedimiento de entramado, sobre el anterior sistema de sustentación de los muros. Algunos de los primeros rascacielos se construyeron con muros que se sostenían por sí mismos a partir de los cimientos y solamente se utilizaron columnas para soportar los suelos de los pisos y aumentar la rigidez. “El edificio World de Nueva York, construido en 1890, es un buen ejemplo de construcción de un rascacielos con estos muros autosustentadores. La cubierta principal está a 33 m sobre el nivel de la calle, con 13 pisos principales, sobre los cuales hay un segundo cuerpo de 6 pisos, dando una altura total de 85 m sobre el mismo nivel. Los muros autosustentadores son de piedra arenisca, ladrillo y terracota o tierra cocida,; el espesor aumenta desde 30.5 cm en el último piso, hasta 3.5 m cerca de la base, en que los muros asientan sobre un cimiento de hormigón de 4.60 m de ancho; los paramentos exteriores de los muros son verticales y los espesores se hacen variar por escalones interiores, de tal modo que las columnas están cubiertas por los muros en la base, pero emergen y quedan visibles en parte en el coronamiento.”*

4.

Cementos naturales y morteros** Propiedades y aplicaciones de los cementos naturales. Los primeros cementos hidráulicos que se usaron eran cementos naturales fabricados por calcinación de calizas arcillosas con suficiente cantidad de sílice, alúmina y óxido de hierro, para comunicarles propiedades hidráulicas después de calcinadas, pulverizadas y mezcladas con agua. Estos cementos naturales se fabricaron y usaron bastante hasta hace pocos años, en que fueron prácticamente substituidos por completo por el cemento Pórtland. El color de los cementos naturales varía desde el amarrillo claro hasta el pardo oscuro, según la cantidad de óxido de hierro que contienen, y se diferencian del cemento Pórtland en que su composición y comportamiento no son uniformes. La composición química y características físicas de los diversos cementos naturales varían entre límites muy extensos, no sólo entre los cementos fabricados por diversas fábricas, sino también entre productos de la misma fábrica en diversas épocas. Los cementos naturales son más rápidos (fraguan más pronto) que los cementos Pórtland y son más lentos en aumentar su resistencia. El cemento natural se puede usar en obras en masa, donde es más importante el peso que la resistencia. Se emplea también en ciertos casos especiales, como la fabricación de cajas de seguridad y ciertas industrias que requieren un cemento de fraguado rápido. Si el factor más importante que hay que tener en cuenta es la economía, se debe hacer un estudio comparativo entre el cemento natural y una mezcla más ligera de cemento Pórtland que desarrolle la misma resistencia.


290



Peso. Las especificaciones de la American Society for Testing Materials fija un peso de 94 libras (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 las especificaciones de la American Society for Testing Materials, una resistencia mínima a la 2 tracción para el de cemento puro de 10.5 kg por cm después de una semana de puesto en 2 obra y 17.5 kg por cm al cabo de 28 días. Mezclado con tres partes de arena tipo Ottawa. 3.5 kg, al cabo de una semana, y 8.5 kg, a los 28 días. La resistencia del mortero de cemento natural 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 mezclar una parte, en volumen, de cemento con tres de arena para mortero para piedra sin labrar y fábrica 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 como la cal viva. Cuando se pulveriza este producto, fragua y se endurece lo mismo que un cemento hidráulico. En Europa, y especialmente en Francia y Bélgica se fabrican grandes cantidades 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 vetas que impiden que el material se calcine por igual; la parte de la roca adyacente a la veta de impurezas se sobrecalcina o quema, fundiéndose como escoria, mientras que las porciones más puras producen únicamente cal viva, y por tanto, la masa resultante se apaga parcialmente 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 la misma resistencia que el cemento Pórtland.

5.

Cementos y morteros artificiales Cementos artificiales. Estos cementos se usan en Estados Unidos y forman parte de esta clase 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 una mezcla 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 las proporciones de sílice, alúmina, óxido de hierro y cal deben estar en cierta relación, con un límite de tolerancia muy pequeño. En la región de Lehigh Valley, en Pensilvania, donde están instaladas algunas fábricas principales de cemento Pórtland de los Estados Unidos, las primeras 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 y arcilla; margas y arcilla, y también escorias de alto horno y caliza. Este último cemento no se debe confundir con el ordinario de escoria o puzolana, porque la escoria se usa solamente como primer materia para proporcionar al producto sílice, alúmina, óxido de hierro y cal y, con la excepción de que se usa la escoria para proporcionar los elementos citados, el proceso de fabricación y las propiedades son substancialmente las mismas que el proceso de fabricación y las propiedades son substancialmente las mismas que las de otros cementos Pórtland. Las materias primas mezcladas en una fábrica de cemento Pórtland. Las materias primas mezcladas en una fábrica de cemento Pórtland se analizan en la mayoría de los molinos varias veces cada hora, para que la composición del cemento tenga las proporciones debidas. Las primeras materias se pulverizan tan finamente como el producto terminado, se calcinan en hornos rotativos, empleando, en la mayoría de los casos, carbón pulverizado como combustible. El producto llamado clínica, sale semivitrificado de los hornos rotativos, y cuando se enfría, se le agrega sulfato cálcico en forma de yeso, para regular el secado, y por último se pulveriza y ensaca o envasa para llevarlo al mercado. La fabricación y propiedades del cemento Pórtland han sido objeto de un estudio detenido por la American Society for Testing Materials y por la American Society of Civil Engineers, y el resultado d este estudio está condensado en las especificaciones estándares tipo de la primera de dichas sociedades, que extractamos en los párrafos siguientes. Estas especificaciones son una buena guía par aceptar o rechazar las entregas de cemento y las han adoptado los principales ingenieros y


291

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


292

arquitectos. No estipulan ellas la composición química de los cemento y solamente limitan el contenido de magnesia (MgO) y anhídrido sulfúrico (SO3). La razón de lo que antecede es que con materias primas diversas se hace necesario, algunas veces, variar la proporciones de los componentes para proporcionar las propiedades físicas debidas al producto. Hay cementos muy diferentes que satisfacen los requisitos de estas especificaciones tipo, aunque difieren considerablemente 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, tales como óxido de hierro, magnesia y ácido sulfúrico, 7. Especificaciones tipo para cemento Pórtland.* Damos un extracto de los requisitos más importantes que debe llenar el cemento Pórtland: 1. Definición. El cemento Pórtland es un producto obtenido pulverizando finalmente la clínica producida por la calcinación hasta la fusión incipiente de una mezcla íntima y debidamente proporcionada de materiales calcáreos y arcillosos y con la sola adición, después de calcinados, 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 por centímetro) no debe exceder del 22% en peso. 4. Solidez. Una briqueta de cemento puro debe conservarse firme y dura, sin mostrar síntomas de distorsión, rotura, contracción o desintegración, cuando se la somete a la prueba de vapor para ensayar su solidez. 5. Tiempo de fraguado. El cemento no debe empezar a dar señales de fraguado antes de los 45 minutos, si se emplea la aguja Vicat. o de 60 minutos con la aguja Gilmore. El fraguado final deberá alcanzarse dentro de las 10 horas. 6. Resistencia a la tracción. La resistencia media a la tracción, en kilogramos por centímetro cuadrado, 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 que a los 7 días. 8. Ensacado o envase y marcas. El cemento se suministrará en sacos o barriles con el nombre y marca del fabricante en sitio bien visible, a menos que se embarque a granel, en cuyo caso, estos informes se acompañarán a los documentos de embarque que vayan con la expedición. Un saco americano de cemento contendrá 42.6 Kg netos y un barril 170 Kg netos. 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 poder inspeccionar e identificar cada cargamento, en edificios resguardados de los agentes atmosféricos para preservar a dicho material de la humedad. 10. Inspección. Se deben dar al comprador todas las facilidades para la inspección y toma de muestras en la fábrica o en la obra, según las especificaciones del comprador, al que se deben conceder 12 días, a partir de la toma de muestras, para el ensayo de los 7 días, y 33 días para el de 28. El cemento se ensayará por los procedimientos que se prescriben más 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 estas especificaciones.Puzolana o cemento de escorias. Estos cementos se emplean poco, y en ningún caso para obras de importancia. Su fabricación y propiedades son, en resumen, las siguientes: la escoria básica de los altos hornos se granula dejándola correr en las siguientes: la escoria básica de los altos hornos se granula dejándola correr en estado pastosos dentro de agua, lo que tiene el TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA



doble objeto de que se subdivida en partículas muy finas y de que su enfriamiento rápido mejore 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 en pasta), en la proporción de 15 a 25% de cal hidratada y 75 a 85% de escoria granulada. Este cemento, conocido por la denominación de cemento de escoria, es de fraguado y endurecimiento 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 considera apropiado más que para fundaciones bajo tierra en que no esté expuesto a la acción del aire o del agua corriente. Cementos que no manchan. Un cemento corriente, natural o Pórtland, mancha las piedras calizas, algunos mármoles porosos, granitos y otras piedras de colores claros. El mejor material exento de esta cualidad perjudicial es la cal o, mejo dicho, la cal que no tenga un exceso de óxido de hierro. Se producen cementos blandos Pórtland, o cementos que no manchan, y los de buena fabricación que esté exento o relativamente exento de óxido de hiero dan buenos resultados. Entre los de esta clase que se emplean mucho en obras de fábrica que deben entregarse limpias, se cuenta el La Farge, que ya hemos mencionado. Se fabrica en Teil, Francia, es de color claro y contiene una pequeña proporción de hierro y sales solubles. En el mercado de Estados Unidos hay otros cementos de este género, cuya resistencia 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 su lecho, 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 gran proporción que contienen de alúmina procedente de la bauxita, mineral de aluminio; se producen hace varios años en Europa y se ha introducido recientemente su empleo en Estados 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 compresión igual a la de los cementos corrientes a los 28 días. Sin embargo, como no empiezan a fraguar antes 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 con resultaos satisfactorios. El endurecimiento rápido produce una elevación considerable de temperatura, 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, que le 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 antes posible 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, en barriles, también se suministra en sacos de papel o yute o a granel. En las actuales circunstancias, los precios son muy variables y de nada serviría dar aquí un precio que variaría seguramente al poco tiempo. Proporción de agua para amasar los morteros de cemento. El buen cemento Pórtland necesita relativamente poco agua para hacer un buen mortero. El cemento puro requiere un 20 ó 22%, en peso de agua para una consistencia normal, necesitando más agua el cemento rápido que el de fraguado lento. Si se necesita más agua, eso indica la presencia de un exceso 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 requieren más agua que los cementos Pórtland. El exceso de agua ahoga el cemento, retarda el fraguado y debilita el mortero, pero también puede debilitarse y hasta inutilizarse un cemento por no poner agua en cantidad suficiente. Mortero de cemento Pórtland. Para un mortero de primera no se deben poner más de 3 partes de arena par 1 de cemento, en volumen. Se puede reemplazar un 10 o un 15% de cemento, 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 cal hidratada. Un mortero de 4 partes de arena y 1 de cemento es más apropiado y resistente para mampostería que un mortero de cal. Para la parte superior de pisos y pavimentos, la proporción debe ser de 1 ó 1.5 partes de arena para 1 de cemento. El mortero de cemento Pórtland 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 conseguir determinada resistencia que el hecho con arena gruesa.


293



Efectos del frío y las heladas en los morteros de cemento. La temperatura influye considerablemente en la velocidad de fraguado y endurecimiento de los morteros de cemento y la seguridad y la resistencia de una obra nueva depende, en gran parte, de la temperatura ambiente. Se deben proteger de las heladas los morteros de cementos naturales, para evitar perjuicios graves. Aunque las heladas retardan grandemente el endurecimiento de los morteros 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 se recubren de humedad no debe hacerse en tiempo de heladas, porque se agrietan. Por regla general, no se debe trabajar con mortero u hormigón durante las heladas, a no ser que se le proteja o caliente convenientemente, porque aumentan las dificultades de hacer la mezcla y de su empleo. Sin embargo, se han ejecutado con éxito obras de hormigón y mortero de cemento Pórtland a temperaturas más bajas que la del hielo. Cantidad de mortero necesaria para obra de fábrica y revocos *. Un barril de cemento Pórtland y 3 de arena, debidamente mezclados, componen 3.33 barriles o, si los barriles son 3 de Estados Unidos, 12 pies cúbicos (340 dm ) de buen mortero resistente. En los países del 3 sistema métrico se pueden emplear como equivalentes del barril americano, los de 100 dm , 3 netos, que en idéntica proporción darán 333 dm de mortero. Esta cantidad será suficiente 3 para colocar 1 m de piedra ordinaria o 750 ladrillos americanos (20.3 x 9.5 x 5.7 cm) con 2 juntas de 6 a 10 mm de grueso, o para cubrir 12 m de superficie con un espesor de 2.5 cm o 2 30 m con un espesor de 1 cm. Un barril de cemento natural y 2 barriles de cal, mezclados con ½ barril de agua, compondrán 3 230 dm de mortero, suficiente para 522 ladrillos ordinarios, con juntas de 6 a 10 mm, o para 3 0.75 m de mampostería ordinaria. Un barril de cemento Pórtland y 1.5 barriles de arena cubren 13 a 14 metros cuadrados de piso, 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, siendo preferible este último procedimiento cuando se trata de grandes cantidades. Cuando la mezcla se hace a mano, la operación se ejecuta sobre plataformas estancas, para evitar pérdidas de cemento. La plataforma debe estar bien limpia. Se mezcla en seco la arena y el cemento por pequeñas partidas en las proporciones debidas, y se agrega agua, removiendo la masa hasta que 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 pernos de anclaje. En un estrato de caliza firme, se hicieron catorce taladros, siete de un diámetro de 1 3/8 de pulgada (35 mm) y siete de 1 5/8 (41 mm) y todos ellos de 3.5 pies (1.07 m) de profundidad. Se prepararon siete pernos con tornillo y tuerca en un extremo y de ¾” (19 mm) y siete de 1” (25 mm). En el otro extremo todos los pernos eran rugosos en una longitud de 3.5 pies (1.07 m). Se anclaron cuatro con azufre, cuatro con plomo y seis con cemento puro, de modo que la mitad aproximada de cada tipo de tornillo se fijaron con cada uno de los tres materiales. Así quedaron hasta que trascurrieron dos semanas; entonces se tiró de los pernos con una palanca 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 cuatro desarrollaron su resistencia total, lo mismo que en el caso anterior. Uno de una pulgada, falló con 5900 kilogramos. Cemento. Cinco de los seis se rompieron sin salir. Uno de 1” empezó a ceder en el cemento al llegar a 11800 kilogramos, pero resistió la carga durante algunos segundos, antes de romperse. Aunque este experimento demostró la superioridad de cemento en cuanto a resistencia y facilidad de aplicación, no dio la resistencia por centímetro cuadrado. Para determinar este factor, 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” (2.54 cm) en los orificios de menor diámetro y de 2” 85.08 cm) en los otros,; la mitad de los pernos eran lisos y la otra mitad roscados en la parte embutida en el cemento. Se dejaron transcurrir 13 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 el roscado a los 9500. El liso de 2” empezó a ceder a los 15400 kilogramos y el roscado a los TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

294



14500. La fuerza se aplicó muy lentamente en todos los casos. Entonces, se hizo marchar la bomba a mayor velocidad y los bloques con pernos de 2” se partieron a 30400 kilogramos con el perno liso y a 27700, con el perno roscado. De lo que antecede, se deduce que el cemento es más conveniente, resistente y fácil de aplicación que el plomo o el azufre y que su resistencia es de 28 a 35 kilogramos por centímetro 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 resistencia que el plomo o que el azufre. El material que se empleó en el experimento fue un cemento Pórtland inglés.

6. Hormigón Propiedades y empleos del hormigón.* Probablemente, no hay material que se adapte mejor 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 apoyos interiores. Existen hoy, en todo el mundo, miles de edificaciones, cuyas estructuras están totalmente 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 que se han ido conociendo sus ventajas y propiedades. Se puede considerar el hormigón como una 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 se hace con buen cemento Pórtland, en proporciones convenientes, llega a ser tan duro y resistente que cuando se le rompe, la línea de fractura suele pasar a través de partículas de piedra, lo que demuestra que la adhesión del cemento a la piedra es mayor que la fuerza de cohesión de esta última. Agregados.*** Se debe tener especial cuidado en la elección de agregados para mortero y hormigón y hacer ensayos cuidadosos para determinar sus cualidades y la calidad necesaria para conseguir su compacidad máxima. Un coeficiente conveniente de la compacidad es la relación entre la suma de volúmenes de los materiales que entran en un volumen de hormigón y este volumen total. 1. Agregados finos. Suelen ser de arena, piedra triturada o grava cribada, clasificados desde finos 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, sin polvo, cieno, partículas blandas, tierra vegetal, material orgánica ni otras materias perjudiciales, 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 el grueso. Los agregados finos se deben ensayar siempre. En las grandes obras, se puede ensayar la calidad de las arenas por tamaños, con tamiz; por cieno, por decantación y por materia orgánica, con el ensayo calorimétrico. Los agregados finos tienen que ser de tal calidad que el mortero compuesto de una parte de cemento Pórtland y tres partes en peso de agregado fino, preparado en briquetas, tenga una resistencia a la tracción o compresión igual por lo menos a la del mortero de 1:3 de la misma consistencia, hecho con el mismo cemento y arena tipo Ottawa. Esta arena es la arena natural de Ottawa, I11., pasada por una criba de 20 mallas y retenida en una de 30 por pulgada lineal. Esta arena la prepara y proporciona 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 el agregado no fuese de buena calidad, se debe aumentar en el mortero la proporción de cemento para conseguir la resistencia debida. Si la resistencia desarrollada por el agregado en el mortero 1:3 fuera menor del 70% de la del mortero con arena Ottawa, se debe rechazar el material. Con el objeto de evitar el desprendimiento de cualquier revestimiento sobre los granos (lo cual puede afectar a su resistencia) las arenas de los bancos no deben secarse antes de utilizarlas para hacer le mortero, sino que deben contener la humedad natural. La proporción de humedad se puede determinar por desecación y peso de una muestra. Los morteros con arenas naturales y artificiales necesitan del 10 al 40% más de agua que los hechos con arena Ottawa tipo, para que produzca la misma consistencia. 2. Agregados gruesos. Estos agregados se componen de piedra triturada o grava, retenida en 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


295



del tiempo y sin materias perjudiciales. Los agregados que contienen polvo y partículas alargadas, planas o blandas no deben emplearse en obras importantes. Cualquier clase de piedra es a propósito para agregados gruesos, siempre que tenga tal resistencia que la del hormigón no quede limitada por la de la piedra. Mayor resistencia que este mínimo proporciona poca ventaja. Las piedras que más se emplean son el granito, la piedra 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 grandes puede variar y por ello debe tamizarse y volverse a mezclar en las proporciones necesarias. El tamaño máximo de los agregados gruesos lo determina el carácter de la construcción. Para hormigón armado y pequeños volúmenes de hormigón sin armar, el agregado tiene que ser lo bastante fino para producir con el mortero un hormigón homogéneo y de consistencia viscosa que pase fácilmente entre la armadura y la envuelva bien, llenando por todas partes los encofrados. Para hormigón ordinario en grandes masas, hay que emplear agregado grueso de mayor tamaño, aunque teniendo presente que el riesgo de separación entre mortero y agregado aumenta con el tamaño de este último. La aplicación que se haya de dar al hormigón determina el tamaño máximo del agregado grueso. Si se emplea la construcción de hormigón en masa, como en los grandes muros, el tamaño 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 dado mejores resultados en la práctica son: para fundaciones, 64 cm; para estribos y pilares, 5.1 cm; 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 de 1928, recomienda que el tamaño de los agregados no deba ser mayor que un quinto de las dimensiones más estrechas de los encofrados para la pieza en que se ha de emplear el hormigón, ni mayor de tres cuartos del espacio mínimo comprendido entre las varillas de la armadura. La mayoría de los reglamentos de construcción limitan el tamaño del agregado grueso 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, pero especifican que debe haber por lo menos 15 cm de mortero entre cada dos piedras o entre una piedra 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 regiones para 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 ser duras, bien quemadas, vítreas y limpias en lo posible de sulfuros, cenizas finas, carbón de coque sin quemar y materias extrañas. El azufre en cualquier forma corroe y destruye el metal de las armaduras. Las cenizas de antracita son preferibles a las de carbones grasos, porque estas últimas suelen contener estos sulfuros perjudiciales. Mixturas. A veces, se agregan al hormigón ciertas substancias, con el objeto de acelerar su fraguado, facilitar su trabajo, aumentar su impermeabilidad, endurecer su superficie o hacerle adquirir otras propiedades. Algunas de estas substancias están patentadas y se desconoce su composición. Debe prescindirse de tales patentes y emplear solamente compuestos químicos normales, 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 más frecuente. El cloruro cálcico acelera el fraguado del hormigón y endurece su superficie, y la cal hidratada y el caolín hacen que el hormigón se trabaje con más facilidad, reduciendo algo las condiciones requeridas para el agua de la mezcla. No se deben usar proporciones mayores del 3% de cloruro cálcico comercial, 8% de cal hidratada u 8% de caolín, entendiéndose que estas proporciones son con relación al peso del cemento. Si estos productos se usan en mayores proporciones, pueden reducir la resistencia del cemento. Han salido al mercado algunos compuestos integralmente impermeables y han dado buen resultado los revestimientos con mortero de cemento impermeable, cuando se han aplicado como un procedimiento para impermeabilizar superficies; sin embargo, son de poca eficacia para evitar el paso del agua a través de grietas, juntas o bolsas en grandes masas de hormigón. En general, es mejor solución para las construcciones de hormigón armado aumentar la proporción de cemento y no depender de productos químicos para incrementar su dureza o facilidad de trabajo, y prestar gran atención a las proporciones, mezcla y colado u hormigonado del hormigón, no confiando en la adición de compuestos para hacerlo impermeable. * TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

296



Agua para la mezcla de hormigón. El agua para la mezcla del hormigón debe estar exenta de aceites, ácidos, álcalis, materia orgánica y sal. Preparación y colada de hormigón Proporciones. ** Los materiales que se emplean en el hormigón se deben seleccionar cuidadosamente, ser de calidad uniforme y proporcionada para obtener una mezcla económica que se trabaje fácilmente y se acerque lo más posible a una densidad máxima. Unidad de medida. La unidad de medida debe ser el metro cúbico, 30 sacos de cemento de 3 50 kg, neto, se consideran equivalentes a 1 m . La medida de los agregados finos y gruesos debe 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 procedimientos para determinar las proporciones de los componentes del hormigón y este punto sigue siendo objeto de estudio. El más usado es el que recibe el nombre de proporciones arbitrarias, en el cual , el cemento, arena y agregados gruesos entran cada uno en determinadas proporciones de volumen, sin hacer referencia a las características de los agregados ni a la cantidad de agua empleada para la mezcla o ya contenida en dichos agregados. Así, una proporción en volumen de 1:2:4,o una parte de cemento, dos de arena y cuatro de agregado grueso, se considera que puede producir un hormigón de una resistencia a la rotura por compresión de 2 140 kg/cm 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 mayoría de los casos por un factor amplio de seguridad y no por una determinación científica. La facilidad para trabajar el hormigón y la fluidez necesaria se consiguen agregando agua, según el criterio del encargado de la obra o del constructor, sin considerar su influencia sobre la resistencia del hormigón. Aunque es evidente que el procedimiento no es ni exacto ni económico, 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 dos elementos 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 después de endurecida aglomera la masa total. Según esto, la resistencia de la mezcla depende directamente de la de la pasta, y si hubiese en ella un exceso de agua, la pasta sería fluida y acuosa, con perjuicio para su resistencia. La cantidad real de agua necesaria para hidratar completamente el cemento es muy pequeña, comparada con la que se necesita para la consistencia plástica conveniente para poder trabajar la mezcla con cierta facilidad. Estas consideraciones 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 reglamentos revisados de construcción de varias ciudades. Esta teoría se funda en el principio de que, para determinados materiales y condiciones, la resistencia del hormigón depende únicamente de la cantidad de agua de la mezcla en proporción a la de cemento, con tal que la masa tenga una plasticidad conveniente para trabajarla. El procedimiento de proporciones arbitrarias considera el hormigón como una masa de agregados, cuyos intersticios se rellenan con un mortero compuesto de arena y cemento y en que los intersticios se rellenan con un mortero compuesto de 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 es una masa de pasta de cemento y agua, en proporciones determinadas y que los agregados están 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 más pastoso cada vez y llegará un momento en que con más agregados adquirirá consistencia. La resistencia del hormigón permanece constantemente para una determinada relación entre el agua y el cemento, con independencia de la cantidad de agregado, como se ha demostrado por muchas series de ensayos. La cantidad de agregado varía con la consistencia, o mayor o menor facilidad para trabajarlo que se quiera dar al hormigón. Para grandes masas y poco armado, el hormigón debe ser más seco y consistente que cuando se trata de muros delgados o vigas con un sistema complejo de armadura, siendo la relación entre el agua y el cemento y por lo tanto la resistencia, la misma en ambos casos. La cantidad de agregado que se debe mezclar a la pasta de cemento, con una relación determinada de agua y cemento, depende también de los gruesos de la arena y agregado y de la relación entre dichos elementos. Teniendo en cuenta que el cemento es más caro que los agregados, el hormigón más económico es aquel que contenga la mayor proporción de agregado con relación a la pasta de cemento, compatible con la plasticidad necesaria para que se pueda trabajar fácilmente. Para conseguir esto, tanto la arena como el agregado grueso TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

297



deben ser bien clasificados de finos y gruesos, estudiando cuidadosamente la proporción entre ambos componentes. El exceso de arena resuelta caro y es causa de contracciones y si el agregado grueso está en grandes proporciones, el cemento que resulta es tosco, con cavidades y difícil de trabajar. Se ha deducido de numerosos ensayos que una proporción conveniente de arena es la de un tercio a un medio, con relación al volumen total del agregado. 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 los espacios entre el armado. Conocidas todas estas circunstancias, se pueden hacer diversas mezclas de ensayo de hormigón con una determinada relación de agua y cemento y con diferentes proporciones de agregados apropiados, grueso y fino, que se puedan adquirir económicamente, variando las mezclas hasta obtener buena consistencia para su trabajo y la separación mínima del agregado, durante y después de la colada, dentro de un costo razonable. Los ensayos resultan más útiles empezando con la proporción máxima de agregado grueso y agregando arena hasta que la mezcla dé la consistencia homogénea conveniente para su trabajo. Si la mezcla resultase demasiado seca, no se debe agregar agua, sino reducir la proporción de agregado. Al fijar la relación entre agua y cemento, se debe tener en cuenta la cantidad de agua libre que se mantiene sobre el agregado o la que absorbe 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 los agregados Por ciento, Material en peso Arena de calidad media 1.00 Guijo y piedra machacada 1.00 Roca basáltica y granito 0.50 Arenisca porosa 7.00

Tabla IV. Agua libre que llevan los agregados Material Litros por metro cúbico Arena muy mojada 100 a 134 Arena algo mojada 67 Arena húmeda 33 Grava y roca machacada húmedas 33

La cantidad de agua absorbida o libre que lleven los agregados, hay que deducirla de la cantidad 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 experimentos relativos al procedimiento de la relación entre cemento y agua para sus proporciones en el hormigón. Efecto de la proporción de agua sobre la resistencia del hormigón. La figura 152* es un gráfico de la relación entre la proporción de agua y la resistencia del hormigón a la compresión a los 28 días, para mezclas y consistencias muy variadas, y acusa una disminución muy pronuncia en la resistencia del hormigón a medida que crece la proporción de agua. La curva A se refiere a mezclas hechas en el 2 laboratorio, y la B, con 35 Kg/cm menos aproximadamente, se refiere a las resistencias presumibles en la obra. El American Concrete Institute publicó en 1925 una tabla de relaciones entre agua y cemento para la resistencia a la rotura del hormigón e hizo las recomendaciones que siguen en su Standard Building Regulations (tabla V). “El agua y humedad contenidas en los agregados hay que incluirla en la determinación de la relación entre agua y cemento”. “Todos los proyectos y planos sometidos a aprobación llevará la indicación de la resistencia del hormigón que ha de emplearse y la relación entre agua y cemento necesaria para conseguir TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

298

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


dicha resistencia, de acuerdo con la tabla siguiente. Se indicará bien claramente que en dicha cantidad de agua se incluye la que contienen los agregados”. Proporciones y consistencia del hormigón. Las proporciones y agregados al cemento, para el hormigón de cualquier relación entre agua y cemento, serán tales que lo que resulte se pueda trabajar 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 agregados combinados deben tener composición y tamaños tales que cuando se pasen por el tamiz tipo N° 4 el peso retenido en él no sea menor que la mitad ni mayor que los dos tercios del total; la proporción de agregados gruesos no debe ser tan elevada que produzca desigualdades en el colado ni una estructura tosca. Al desencofrar, deben quedar lisos y sin defectos todos los paramentos y esquinas de las piezas. Tabla V. Proporciones de agua en el cemento Relación entre agua y Resistencia de rotura prevista cemento. Litros de agua en el proyecto, kilogramos por por saco de cemento de centímetro cuadrado 50 kg

100 125 150 175 200

37.3 34.2 31.3 29 25

Resistencia a la compresión. Las leyes y reglamentos de la mayoría de las ciudades norteamericanas limitan el esfuerzo admisible de trabajo a la compresión para el hormigón a 35 kg por centímetro cuadrado para la compresión directa, y a 46 kg para la compresión debida a la flexión. Resulta, por tanto, despilfarrador de cemento y agregados intentar hacer un hormigón con una resistencia a la rotura de más de 150 kg por centímetro cuadrado, la cual da un coeficiente de seguridad que llena todos los requisitos. El reglamento de México dice: El concreto (hormigón) usual deberá tener una cantidad no menor 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. La fatiga máxima de ruptura a los 28 días, que puede suponerse en los cálculos a este concreto, 2 es de 125 kg/cm . 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 misma Dirección. Mezcla del hormigón. El procedimiento más conveniente para hacer la mezcla, aunque se trate de obras de poca importancia, es el de la mezcladora u hormigonera mecánica, que consiste en un tambor rotativo de paletas en su interior para agitar y mezclar entre sí el cemento, el agua y los agregados. El tambor se mueve con energía mecánica y gira con una velocidad periférica de 60 m por minuto, aproximadamente; una velocidad mayor produciría una mezcla defectuosa. Si hubiese que hacer la mezcla a mano, lo mejor sería empezar por hacer 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 se adicionan el agregado grueso y el agua y se sigue moviendo la masa, hasta que queda homogénea y de color uniforme. Las mezcladoras mecánicas se fabrican de varios tamaños y pueden ser del tipo continuo o intermitente. La mezcladora intermitente, en la que se mezcla y descarga en cada operación cierta cantidad de mezcla, se considera más eficaz que la mezcladora continua, en la que se cargan los materiales y se descarga el hormigón acabado de 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 deben medir 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 netos se 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 manejo del hormigón.


299



Transporte del hormigón. El hormigón se debe transportar desde el mezclador a su destino lo más rápidamente posible, procurando una separación mínima entre sus componentes. En obras poco importantes, se transporta el hormigón en carretillas, pero en construcciones de alguna envergadura, se emplean torres y elevadores que levantan el hormigón en cangilones hasta 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 se emplean canales, éstos se suspenden, con la pendiente adecuada, de cables que van desde la torre del elevador a una o más torres secundarias, o pueden hacerse oscilar en la dirección deseada 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 los cangilones en la parte superior de éste. En ambos casos se ruedan a mano las carretillas sobre 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 más 3 económico para obras de un volumen menor de 1500 m , y los canales, llamados también transportadores por gravedad, para edificaciones de más importancia. Procedimientos de colada para el hormigón. Los encofrados se deben limpiar perfectamente de astillas y virutas y a veces se mojan o aceitan un momento antes de llenarlos. El hormigón no se debe verter desde una altura tal que produzca la separación o segregación de sus componentes. En las grandes superficies horizontales, tales como las placas de piso, el hormigón se coloca en tongadas horizontales del mismo espesor en toda la superficie. Las vigas se cuelan por capas horizontales y las columnas se llenan en una sola operación hasta la parte inferior de las vigas o en los encajes de las placas. La armadura debe quedar completamente embebida en el hormigón y los encofrados hay que llenarlos en todos sus rincones, 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 de la jornada se debe parar en puntos predeterminados, de tal modo que las juntas de la construcción queden formando planos horizontales o verticales definidos en posiciones favorables. 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 lechada todas las superficies, remojarlas con agua y revestirlas con cemento puro. “Mezcla y colada del hormigón durante las heladas. Nunca se debe mezclar ni colar el hormigón a la temperatura del hielo, a menos que se tomen precauciones especiales para evitar el empleo de materiales que estén cubiertos con cristales de hielo o escarcha y para impedir 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 muy importante calentar este material hasta una temperatura muy superior al punto de congelación del agua”. El Joint Committee on Concrete informa que las reacciones químicas que se producen en el fraguado del hormigón se retardan o detienen en tiempo frío y que la temperatura del mismo se debe 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 procedimiento consiste en emplear corrientes de vapor de agua, conducidas a través de tubos a los tanques o barriles de agua y a las pilas de agregados. También se pueden hacer hogueras con leña, por las que se hacen pasar los tubos de conducción de agua, y los agregados pueden apilarse sobre tubos de saneamiento o planchas de metal, colocados a su vez sobre hogueras. Para proteger el hormigón recién colocado, se emplean cortinas de dril colgadas de las vigas exteriores y rodeando completamente las partes del edificio recientemente coladas; la calefacción se consigue con salamandras distribuidas por los pisos y próximas a la columnas exteriores. Al hormigón fresco que no esté protegido por bancos de tierra u obras de encofrado, 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, se pueden mejorar el valor de éstos y ejecutarlos más económicamente, empleando piedras limpias completamente embebidas en el hormigón y colocadas tan juntas como sea posible, cuando aun estén recubiertas por él”.


300



“Colada del hormigón bajo agua. En esta operación es esencial mantener tranquila el agua en el sitio de colada. Un buen procedimiento consiste en el empleo de tolvas, ** convenientemente construidas y manejadas. El agregado grueso tiene que ser menor que el que se emplea ordinariamente y nunca mayor de 2.5 cm de diámetro. La grava facilita la mezcla y contribuye al flujo de cemento a través de las tolvas. La boca de la tolva debe quedar enterrada 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 en contacto con el agua. La tolva debe quedar suspendida de tal modo que pueda bajarse rápidamente en caso de necesidad, para desatorarla o evitar un flujo o derrame de materiales demasiado rápido; el flujo o salida lateral no debe ser superior a 4.5 m. La corriente de materiales debe ser continua, para poder conseguir una masa monolítica y evitar la formación de lechada en el interior. En las grandes estructuras, hay que dividir la masa de hormigón en varios compartimentos y llenar uno cada vez. De esta manera se puede llegar a tan buenos resultados 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 reacciones necesitan agua y si ésta se evapora en los primeros días del fraguado, resultará un hormigón con menos resistencia que si hubiese tenido la cantidad de agua necesaria, y, por lo tanto, es indispensable 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 la evaporación, y las vigas, columnas y muros hay que rociarlos con agua desde el momento en que se retiren los encofrados. Este tratamiento es indispensable, muy especialmente, en la construcción de edificios, cuando sus partes sean relativamente delgadas y estén expuestas a corrientes de aire por todos lados y las superficies de muros y pisos sean extensas y de poco espesor. En las construcciones pesadas de características voluminosas, como presas, pilares y embalses, la humedad se evapora con mucha mayor lentitud. Contracción del hormigón y cambios de temperatura. La contracción debida al endurecimiento y cambios de temperatura produce grietas cuyas dimensiones dependen de las de la masa. Los esfuerzos que de ello resultan tienen mucha importancia en las construcciones monolíticas y deben tenerse muy en cuenta por el proyectista, aunque no se pueden contrarrestar por completo, pero sí disminuirse sus efectos. Las grandes grietas causadas 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 las grandes longitudes continuas de hormigón es mejor disponer juntas de contracción, si hay poco 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 cuerpos de poco espesor de hormigón no se deben unir a masas mayores o de mayor espesor son tomar disposiciones para la contracción en tales puntos. Son muy convenientes curvas de enlace semejante a las que se usan para la fundición de metales, pero de mayores dimensiones, para ir reduciendo gradualmente desde el cuerpo más grueso hasta el más delgado. 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, deben hacerse juntas de construcción siguiendo líneas horizontales y verticales y, a ser posible, en los puntos en que estarían si la construcción fuese de sillería. Las losas de cubierta, muros de antepechos y muros exteriores deben armarse especialmente contra los cambios de temperatura. Efecto del calor en el hormigón incombustible. Actualmente se han limitado los ensayos al fuego del hormigón y del hormigón armado porque la experiencia y los ensayos que se hicieron al principio demuestran que el hormigón es incombustible, a causa de que es mal conductor del calor y, por tanto, puede emplearse como seguridad contra incendios. La deshidratación del hormigón empieza, probablemente, a unos 260°C y se termina alrededor de 480°C, pero la experiencia enseña que la volatilización del agua absorbe calor de la masa que la rodea, lo que, junto con la resistencia de las celdillas de aire, tiende a aumentar la resistencia al calor del hormigón y el proceso de deshidratación se hace mucho más lento. El hormigón que realmente es afectado por el fuego se mantiene en posición y protege al que recubre. Varios ensayos demuestran que una temperatura de 870 °C en los paramentos del hormigón se reduce 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 el cuarzo. El espesor de la capa protectora necesaria depende de la duración probable de un incendio que pueda producirse en las estructura, y su cálculo ha de basarse en el coeficiente TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL DEL ARQUITECTO Y DEL CONSTRUCTOR – KIDDER - PARKER – UTEHA

301



302

de conductibilidad del calor. El problema de la conductibilidad del hormigón requiere un estudio e investigación previos, antes de concretar un coeficiente definido para las diversas clases de hormigón. Sin embargo, en condiciones ordinarias, se recomienda que el metal de las vigas maestras o carrera y columnas se proteja con un espesor mínimo de 5 cm de hormigón; 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. Las aristas de columnas, carreras y vigas se deben biselar o redondear, porque el fuego afecta más las esquinas vivas que las redondeadas. Hormigón impermeable. “Se recomienda muchos procedimientos para hacer el hormigón impermeable al agua en condiciones normales y también en ciertas condiciones de presión a que tiene que estar sometido en presas, embalses y conducciones de varias clases. Sin embargo, la experiencia enseña que si el hormigón tiene las proporcione debidas para obtener la densidad máxima posible con una baja relación entre agua y cemento y está bien curado, la obra que resulta es impermeable con presiones moderadas. Un hormigón de consistencia tosca es más o menos permeable y se usan compuestos de varias clases que se mezclan con el hormigón o se aplican a su superficie para hacerlo impermeable. Muchos de estos compuestos son eficaces solamente durante cierto tiempo y pierden con él su propiedad de impermeabilizar el hormigón. En el caso de pasos subterráneos, muros de contención de gran longitud y depósitos, siempre que el hormigón sea por sí mismo impermeable, se pueden reducir las grietas por medio de un armado horizontal y vertical debidamente proporcionado y situado, porque las pequeñas grietas que pueden producirse se rellenan bien pronto por sí misma s con limo. Los preparados de alquitrán de hulla suelen aplicarse en forma de mastique o como recubrimiento de fieltros y paños, se usan para la impermeabilización y resisten a la acción de líquidos y gases. Para muros de contención y otros análogos, en contacto directo con la tierra, la aplicación de una o dos capas de brea de alquitrán de hulla caliente a la total superficie seca del hormigón, constituye un procedimiento para evitar la penetración de la humedad 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 de construcción. 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 de antemano y antes del colado del hormigón, cómo han de acabarse dichas superficies, y debe conducirse el trabajo de modo que sea posible el acabado que se proyecta. En muchas formad 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 en frotar la superficie mientras está fresca, o en rasparla con carborundum o herramientas después de su endurecimiento; esta operación hace desaparecer la película de mortero y deja visibles 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 suele ser mala solución, aunque esté bien hecho, porque la acción del hielo o de los cambio de temperatura le agrieta y descascarilla”. Cantidades de materiales necesarias por metro cúbico de mortero de cemento. 3

Un barril tipo de cemento pesa 160 kg y tiene una capacidad aproximada de 100 dm . Se ha visto, por la experiencia, que 1750 kg de cemento producen un metro cúbico de masa de 3 consistencia normal para el trabajo. Un terncio de metro cúbico o 581 kg de masa y 1 m de arena ordinaria de construcción dan un metro cúbico de buen mortero de cemento 1:3. Según esto, 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 la mezcla no aumenta con relación al de la arena. Si se substituye 10% de cemento, en volumen por cal hidratada, como suele hacerse con frecuencia, para hacer que le mortero sea más fácil de trabajar, las cantidades necesarias para un metro cúbico de mortero 1:3 serán las que siguen, a base de sacos de cal, que pesen 25 kg.


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Arena Metros Kilogramos Sacos cúbicos 90 10 1:3 24 0.95 523 1.00 La 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 pro desperdicio: Tabla VI. Mortero necesario para colocar 1000 ladrillos Cemento %

Cal %

Cal

303

Proporción de arena

Cemento Kilogramos

Ancho del mortero en las juntas en centímetros Cantidades de mortero, decímetros cúbicos

0.3

0.6

1

1.25

1.6

2

127

255

382

509

637

764

Cantidades de material necesarias por metro cúbico de hormigón. Aunque el procedimiento de la relación de agua a cemento se va generalizando, en vez del procedimiento de la relación de agua a cemento se va generalizando, en vez del procedimiento empírico, este último 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 la aplicación 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 la primera cifra se refiere a la parte, en volumen, de cemento, la segunda representa la arena o agregados 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 se determina por la fórmula: 1334 Cemento  csg en que: c = número de partes de cemento; s = número de partes de agregado fino; g = número de 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 de agregados, fina y gruesa, con arreglo a sus proporciones en volumen. Las relaciones de la mezcla antes mencionadas darán los siguientes volúmenes de cemento y agregados para un metro cúbico de hormigón: Mezcla 1 : 2 : 4

1334  191 dm 3 ; arena o agregado fino 382 dm 3 ; grava o agregado grueso 764 dm 3 1 2  4 Mezcla 1 : 3 : 6

Cemento 

1334  133 dm 3 ; arena 399 dm 3 ; grava 798 dm 3 1 3  6 Mezcla 1 : 2.5 : 5

Cemento 

1334  157 dm 3 ; arena 393 dm 3 ; grava 785 dm 3 1  2.5  5 Mezcla 1 : 1.5 : 3

Cemento 

1334  242 dm 3 ; arena 363 dm 3 ; grava 726 dm 3 1  1.5  3 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 constructores tienen en cuenta cierto margen de tolerancia, cuando calculan los ingredientes necesarios para hacer un metro cúbico de hormigón de las proporciones determinadas. Con este objeto, se suele poner en todas las mezclas una proporción de un metro cúbico de agregado grueso y medio metro cúbico de agregado fino, variado solamente la proporción de cemento en las distintas 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 Cemento 


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


disminuyen las siguientes proporciones de cemento para mezclas de las siguientes relaciones”. 3 1:1.5:3 267 dm de cemento por metro cúbico 3 1:2:4 221 dm de cemento por metro cúbico 3 1:2.5:5 187 dm de cemento por metro cúbico 3 1:3:6 160 dm de cemento por metro cúbico 2. Relación de agua a cemento. En este procedimiento, la cantidad de cada material que entra en la mezcla, incluyendo el agua, se determina paro ensayos experimentales de muestras, o se toma de las tabls publicadas por Joint Committee on Standard Specifications for Concrete an reinforced Concret. El volumen del hormigón, mientras está en estado plástico, es igual a la suma de los volúmenes absolutos del cemento, los agregados y el agua. Los volúmenes se calculas del modo siguiente, teniendo en cuenta los pesos y densidades de los materiales.

Volumen absoluto 

peso densidad

Supongamos que la mezcla ha de consistir en un saco de cemento de 50 kg, 66 decímetros cúbicos de agregado fino y 123 decímetros cúbicos de agregado grueso, mezclado todo ello con 25 litros de agua por saco de cemento. Se pueden tomar para os pesos, además del saco 3 de cemento que pesa 50 kg y equivale a un volumen de 33 dm , que el agregado fino pesa 1.8 kg por decímetro cúbico, el agregado grueso, 1.6 kg por decímetro cúbico, y el agua, 1 kg por decímetro 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:

50 x 1 3.1 1.8 x 66 Agregado fino  2.65 1.6 x 123 Agregado grueso  2.65 1 x 25 Volumen de agua  1 Volumen total del hormigón 

Cemento

 16 dm 3  45 dm 3  74 dm 3  25 dm 3  160 dm 3

Para un metro cúbico de hormigón, se necesitarían:

1 x 1000  6.25 sa cos  206 dm 3  313 kg 160 66 x 1000 Agregado fino   412 dm 3 160 123 x 1000 Agregado grueso   769 dm 3 160 25 x 1000 Agua   156dm 3 olitros 160 Costos de hormigón. Los costos del hormigón están sujetos a grandes variaciones, según las regiones, pues dependen de factores tan variables como el costo del cemento, los agregados y la mano de obra. Al costo del cemento, arena y piedra machacada, entregados en el lugar de la construcción, hay que añadir los costos de descarga y almacenaje de los materiales y de la fuerza motriz y el agua. Deben deducirse créditos del costo del cemento por la devolución de sacos 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 emplean ahora hormigoneras mecánicas, excepto en labores muy pequeñas, y el tamaño de la Cemento




304



hormigonera mecánicas, excepto en labores muy pequeña, y el tamaño de las hormigonera depende de la cantidad de hormigón a colocar y la velocidad de esta operación. El hormigón puede transportarse en carretillas de mano hasta los encofrados o puede ser elevado hasta una torre y correr por conductos y canales hasta los mismos. El costo de una instalación con elevadores, torres y canales es elevado, pero reduce el costo de la mano de obra del colado del hormigón. Como ejemplo del costo en dólares de un metro cúbico de hormigón de 1:2:4, sobre el lugar del trabajo, se dan los siguientes cálculos: 3 Cemento, 0.190 m a $ 27.90 $ 5.30 3 Arena, 0.380 m a $ 1.05 3 Piedra, 0.760 m 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, el costo de calentar el agua y los agregados y el de protección del hormigón fresco. 3 El peso del hormigón varía desde 1760 a 2480 kg por m , según el material empleado. El 3 hormigón de las proporciones corrientes pesa de 2240 a 2400 kg por m . El de roca volcánica, 3 de 2370 a 2480 kg pro m ; 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 de carbonilla. En el cálculo de los agregados se emplean generalmente 1760 kg por metro cúbico para la arena, y 1600 kg por metro cúbico para la piedra machacada. Algunos ejemplos de hormigón de cemento Pórtland. De lo que antecede, se deduce que las proporciones de la mezcla para fundaciones del hormigón armado y del hormigón en masa varían 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, 2.5 de 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 3 (348 kg de cemento entran en 1 m 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, 3 partes de arena, 7 partes de piedra, rematado en la parte superior con fábrica de ladrillo, con 1 parte de cemento y 3 partes de grava. El profesor Baker dice que las fundaciones del monumento a Washington se hicieron con 1 parte de cemento Pórtland, 2 partes de arena, 3 partes de grava y 4 partes de piedra machacada, y que esta mezcla resistió, a los 6 meses de puesta en obra, 140 kg por centímetro cuadrado, o sea, 1400 toneladas por metro cuadrado.


305

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


1

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 la actividad 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 por lo tanto requiere un periodo de curado mas prolongado; sin embargo su resistencia final es aproximadamente la misma que la del cemento Pórtland Tipo I. c) Cemento Pórtland ASTM* Tipo II. Es un cemento que se usa cuando se requiere concretos resistentes al ataque moderado de sulfatos del terreno y/o agua. Este cemento genera poco calor en el proceso de hidratación del cemento y es aplicable también en construcciones de concreto masivo. d) Cemento Pórtland ASTM* Tipo V. Es un cemento que se usa en estructuras de concreto sometidas 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 manera de separar las bolsas del suelo. Deberá también evitarse que la humedad del ambiente, tales como la brisa marina y garúa impregnen las bolsas. Para evitarlo las bolsas deberán almacenarse juntas dejando la menor cantidad 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 al cemento es la C-150 AGREGADO GRUESO (PIEDRA) 1. El agregado grueso será grava ó piedra, ya sea en su estado natural triturado o partida, de grano compacto y de calidad dura. Debe ser limpio y estar libre de polvo, materia orgánica, greda u otras sustancias perjudiciales y no contendrán piedra desintegrada mica o calibre. Estará bien graduado desde 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 que aparecen en la tabla siguiente. Tamaño Nominal 2” 1 ½” 1” ¾

2” 35 –100 100 -

½” 3/8”

-

PORCENTAJES QUE PASAN LAS SIGUIENTES MALLAS 1 ½” 1” ¾ ½ 3/8 Nº 4 35 – 70 10-30 0-5 95 – 100 35 - 70 10 - 30 0-5 100 95 -100 20-25 0-10 100 90 –100 20 - 55 0-15

-

-

100 -

90-100 -

40 - 70 85 - 100

10-30

Nº 8 0-5 0-5

0-5 0 - 10

3.

El almacenaje de cada tamaño de agregado grueso se efectuara por separado y de tal manera de evitar segregación o contaminación con otros materiales o con otros tamaños de agregados. Las rumas de agregado serán formadas en base a capas horizontales no mas de un metro de espesor, 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 y duros, libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamoso, esquistos, álcalis ácidos, materia orgánica, greda u otras sustancias dañinas. TEMA: CONCRETO REFER: CONST. DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS – CAPECO



2. La arena de playa no debe ser usada sin tratamiento en la preparación del concreto. Ella contiene cantidades grandes de sal y debe ser lavada con agua fresca. El agua usada en el lavado debe drenarse de la arena. En la preparación de concreto masivo si es posible el uso de arena de mar sin lavar. Cuando se usa arena de playa o de desembocadura de ríos deberá usarse agua dulce en la preparación del concreto. 3. ALMACENAMIENTO. En el almacenaje del grano fino se efectuará de tal manera de evitar su 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 metro de 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.

TEMA: CONCRETO REFER: CONST. DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS – CAPECO

2



3

2. Las impurezas en el agua pueden interferir con la fragua inicial del cemento, afectar la resistencia del concreto, provocar manchas en su superficie y también, originar la corrosión de la armadura. 3. Se puede usar agua no bebible solo cuando mediante pruebas previas a su uso, se establezca que los cubos de mortero hechos con ella, dan resistencia iguales o mayores al 90% de la resisitencia de cubos similares elaborados con agua potable. 4. Cuando el agua contenga sólidos en suspensión se almacenara antes de usarla, de manera que los sólidos se sedimenten. 5. Cuando no haya otro recurso, se podrá usar agua de mar, excepto en concreto pretrenzado, 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 superficie del concreto terminado. c. El agua de mar incrementa el peligro de corrosión del refuerzo cuando el concreto esta expuesto a climas húmedos. Cuando el concreto esta permanente bajo agua dulce o salada, no existe riesgo de corrosión. 6. Las aguas naturales ligeramente ácidas son inofensivas; pero las aguas que contienen ácidos 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 c corresponde a la resistencia a la rotura por compresión a los 28 días de un cilindro estandar de 6” de diámetro y 12” altura, elaborado y curado en condiciones optimas 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 c. Este valor se establece a partir de la base que no mas de una de cada 10 pruebas de un valor debajo del especificado. ´ 3. El valor f c cuando se evalúa estadísticamente, mide el potencial de concreto utilizado. ´ 4. El concreto real de la estructura tiene una relación razonable con f c siempre cuando su transporte, colocación y compactación se efectúe adecuadamente. Cuando estos proceso son óptimos se logra usar el potencial total del concreto. ´ 5. Al determinar el valor promedio de f cR a obtenerse en una obra determinada debe ´ aumentarse el valor f c de los planos. De los contrario, por simple ley de probabilidades, la ´ ´ mitad de los resultados darán menos f c y la otra mitad mas de f c. ´ 6. El incremento necesario sobre f c dependerá de la calidad de construcción. Esta a su vez depende de: a. mano de obra, b. Equipo, c. Materiales y d. Control de la mezcla. ´ ´ ´ 7. Los factores K para el incremento de f c, de modo tal que f cR = K f c se pueden establecer conservadoramente de la tabla siguiente. CONDICIONES

K

-

Materiales de calidad muy controlada, dosificación por pesado, supervisión especializada constante.

1.15

-

Materiales de calidad controlada, dosificación por volumen, supervisión especializada esporádica.

1.25

-

Materiales de calidad controlada, dosificación por volumen, sin supervisión especializado.

-

Materiales variables, dosificación por volumen sin supervisión especializada.

1.35 1.50

8. Para concreto pre-mezclado se recomienda el valor 1.25, el que se puede reducir gradualmente al irse constatando esta posibilidad mediante los ensayos de testigos.


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


9. A manera de referencia, como punto de partida, se puede emplear la siguiente relación de proporciones agua/cemento (a/c). Ellas incluyen un coeficiente de seguridad constante de 2 aproximadamente 75 kg/cm y deberán afinando en el proceso constructivo. ´

2

f c (kg/cm )

A/c

175 210 245 280

0.67 0.58 0.51 0.44

DISEÑOS DE MEZCLAS 1. El método que se presenta es un método simplificado y conservador que no tiene en cuenta todas las variables que intervienen en el diseño de mezclas para concreto. 2. DATOS. Se requiere la siguiente información: ´ - f c. 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 c obtener la relación agua/cemento indicada en el acápite DOSIFICACIÓN DEL CONCRETO  resultado (1) b. Con el slump y el tamaño de máximo de agregado determinar el contenido de agua libre del cuadro siguiente  resultado (2)

slump

1/2" –2"

2" - 3"

3" - 5"

190

215

240

175

200

215

160

180

195

Tamaño máximo de agregado 1/2" 3/4" 1 1/2"

3

c.

Obtener el contenido de cemento en kg/M resultado Resultado  = 3 d. Obtener el contenido de agregados en Kg/M 2400 – Resultado  - Resultado  = e. Obtener el tipo de arena del cuadro siguiente. % que pasa malla 20

f

Resultado

Resultado 

Tipo de arena

20 – 45

I

46 – 65

II

66 – 90

II

más de 90

IV

Determinar la proporción de agregado fino usando el tamaño máximo del agregado grueso y el tipo de arena, usando el cuadro siguiente. Resultado 


4

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA Tipo de arena I

II

III

IV

60

50

40

35

50

40

36

25

35

26

23

Tamaño máximo de agregado 1/2" 3/4" 1 1/2"

9.

45

Determinar la cantidad de arena en kg/M

3

Re sultado 5 xREsultado 4    REsultado 7 100

i.

En resumen las proporciones serán:

Material

En kg/M3

En otras unidades

Cemento

Resultado 

Dividir por 42.5 para bolsas/M3

Agua

Resultado ②

Iguales en litros

Arena

Resultado ⑥

Dividir por 1600 para M3/M3

piedra

Resultado ⑦

Dividir por 1700 para M3/M3

EJEMPLO 2 Datos : f’c = 210 kg/cm Slump (consolidación por vibrador) = 3” Tamaño máximo de agregado grueso = ¾” Porcentaje arena que pasa malla 20 = 50 Resultado ①

  Agua / cemento  0.58

Resultado ②   contenido

agua libre  200 200 Resultado ③   contenido de cemento   345 kg / M 3 0.58 Resultado ④   contenido de cemento  2400  200  345  1855 kg / M 3 Tipo de arena II

  proporcion de agregado fino  40% 40 Resultado ⑥   arena x1855  742 kg 100 Resultado ⑦   piedra 1855  742  1113 kg Resultado ⑤

RESUMEN: Cemento

345kg / M 3  8 bolsas / M 3

Agua

200 litros   200 litros

Arena

742 kg   0.46 M 3

Piedras

1113 kg   0.65 M 3

RESISTENCIA QUIMICA


5

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


6

1. GENERALIDADES. El concreto es un material sumamente resistente al ataque químico, sin embargo, ciertas sustancias lo atacan gradualmente u otras corroen las armaduras cuando el concreto no esta bien compactado o esta fisurado. A continuación se clasifican efectos en una escala 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 enchapes resistentes 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. Para contenidos 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 ACIDOS Acético Aguas Ácidas ph < 6.5 Carbónico ppm > 0.9 Clorhídrico 10% ó más Láctico 5% ó más Nítrico 3% ó más Sulfúrico 10% ó más Sulfúrico 10% < y con presencia de humedad Sulfuroso SALES Y ÁLCALIS Bicarbonato Carbonatos Cloruros Cloruros en ciclos secos y mojados oxalatos Sulfato (ver protecciones B) DERIVADOS DEL PETROLEO Aceites lubricantes Aceites pesados Gasolina Kerosene

EFECTO III II II IV III IV IV

III IV I I I III I

I I I I

SUSTANCIA ACEITES VEGETALES En General GRASAS ANIMALES En el General AGUA DE MAR Y Suelos (Ver sulfatos) OTROS Azúcar Carbón Cerveza Coke Desagüe (ver ácidos sulfúrico) Escapes de motores Frutas Gas de cloro Granos Leche (ver ácido láctico) Lodo Miel Orina Soluciones de Zinc Soda Cáustica Tabaco Urea Vapor Vinagre Vino

EFECTO III III

I I I III I III III III I I III I II III I III I III II III

TRANSPORTE 1. El concreto puede ser transportado satisfactoriamente por varios métodos: carretillas, chutes, buggy, elevadores, baldes, fajas y bombas, la descripción de que método emplear depende 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. La segregación ocurre cuando se permite que parte del concreto se mueva más rápido que 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. TEMA: CONCRETO REFER: CONST. DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS – CAPECO

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


b.

No debe ocurrir perdida de materiales, especialmente de la pasta de cemento. El equipo debe ser estanco y su diseño debe ser tal que asegure la transferencia del concreto sin derrames.

c.

La capacidad de transporte debe estar coordinada con la cantidad de concreto a colocar, debiendo ser suficiente para impedir la ocurrencia de juntas frías. Debe tenerse en 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 la penetración del vibrador.

3. El bombeo es un método muy eficiente y seguro para transportar concreto. Debe tenerse en cuenta lo siguiente: a. No se puede bombear concreto con menos de 3” de slump: segregara y la tubería se obstruirá. 3 b. No se puede bombear concretos con menos de 7 sacos de cemento por m . el cemento es 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 mezcla muy rica en cemento o, alternativamente, una lechada de cemento y arena con un tapón que impida el flujo descontrolado. d. El bloqueo de la tubería puede ocurrir por: bolsón de aire, concreto muy seco o muy fluido, concreto mal mezclado, falta de arena en el concreto, concreto dejado demasiado tiempo en la tubería y escape de lechada por las uniones. COLOCACION ATENCIÓN EL CONCRETO SEGREGARA Y SUS COMPONENTES SE SEPARAN SI NO ES ADECUADAMENTE COLOCADO EN LOS ENCOFRADOS 1. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN LA PARTE ALTA DE UNA FORMA ANGOSTA a. CORRECTO. Descarga el concreto en una tolva que alimenta a su vez un chute flexible. De esta manera se evita la segregación, el encofrado y el acero que el concreto los cubra. b. INCORRECTO. Si se permite que el concreto del chute o del buggy choque contra el concreto el encofrado o rebote contra el encofrado y la armadura, ocurrirá segregación del concreto y cangrejeras en la parte inferior. 2. CONSISTENCIA DEL CONCRETO EN FORMAS PROFUNDAS Y ANGOSTAS a. CORRECTO: Utilizar un concreto cada vez mas seco (usando un slump variable) conforme sube el llenado de concreto en el encofrado. b. INCORRECTO: Si se usa un slump constante ocurre exceso de agua en la parte superior de la llenada, con perdida de resistencia y durabilidad en las partes altas. 3. COLOCACIÓN DEL CONCRETO A TRAVES DE ABERTURAS a. CORECTO: Colocar el concreto en un bolsón exterior al encofrado, ubicado junto a cada abertura, de tal manera que el concreto fluya al interior de la misma sin segregación. b. INCORRECTO: Si se permite que el chorro de concreto ingrese los encofrados en un ángulo distinto de la vertical. Este procedimiento termina, inevitablemente, en segregación.


7



4. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN COLUMNAS Y MUROS MEDIANTE BOMBA.

5. COLOCACIÓN EN LOSAS a. CORRECTO: Colocar el concreto contra la cara del concreto llenado.

b. INCORRECTO: Colocar el concreto alejándose del concreto ya llenado. 6. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN PENDIENTES FUERTES a. CORRECTO: Colocar una retención en el exterior del chute para evitar la segregación y asegurar que el concreto permanece en la pendiente. b. INCORRECTO: Si se descarga el concreto del extremo libre del chute en la pendiente, ocurre segregación y el agregado grueso va al fondo de la pendiente. Adicionalmente la velocidad de descarga tiende a mover el concreto hacia la parte inferior. 7. COLOCACIÓN DEL CONCRETO EN PENDIENTES SUAVES a. CORRECTO: Colocar el concreto en la parte inferior de la pendiente de modo tal que se aumenta la presión por el peso del concreto añadido. La vibración proporciona la compactación. 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 la llenada 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 sin alcanzar la llenada previa, se impide la obtención del monolitísmo del concreto. TEMA: CONCRETO REFER: CONST. DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS – CAPECO

8

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


9

9. BOLSONES DE AGRAGADOS GRUESOS a. CORRECTO: Cuando ocurre un bolsón de piedras, trasladarlas a una mas arenosa y compactar con vibración o con pisadas fuertes. b. INCORRECTO: Si se trata de resolver el problema añadiendo mortero al bolsón de agregado grueso. COMPACTACION CONSISTENCIA 1. El concreto tal como se coloca en el molde tiene una cantidad importante de aire atrapado. Si se 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 propiedades normalmente 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 colocado en 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 aleación requerido. 3. La Trabajabilidad es la propiedad de la mezcla de concreto que determina la facilidad con que se manipulado, compactado y terminado. Incluye características totales como la consistencia, la cohesividad y la fluidez. 4. Si bien la Trabajabilidad depende del tamaño, gradación y forma del agregado y de la proporción cemento- agregado, el control primario de la misma se realiza variando la consistencia a través de modificaciones del contenido de agua. 5. El método del cono de Abrahms – o mas comúnmente prueba de “slump” se utiliza para indicar la consistencia de las mezclas. Descripción de consistencia

Slump (en pulgadas)

Metodo de compactacion

Tiesa

0 – 1”

Tiesa-plastica

1–2

Compacatcion por vibración y presion

Plastica

3–4

Vibración normal

fluida

5-7

chuceado

6. La consistencia de la mezcla debe ser compatible con el quipo de compactación que se utilice. Si falta Trabajabilidad el concreto no se compactara adecuadamente. Si hay exceso de Trabajabilidad se estará empleando una mezcla mas costosa de lo necesario y, probablemente de inferior calidad. Mas aun, el exceso de Trabajabilidad va acompañado de inestabilidad 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 de consistencia fluida, que requieren energía de compactación muy pequeña, tal como el chuceado 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 debido a la alta relación agua/cemento necesaria.

pobre,

2. MECÁNICOS. El método de compactación mecánico mas usual es la vibración. La vibración se adopta especialmente a mezclas de consistencia tiesa – plástica, debiendo en cada caso suministra la cantidad de energía necesaria. VIBRACION 1. En términos simples la vibración consistente en cometer al concreto fresco a impulsos vibratorios rápidos, los que “licuefactan” el mortero reduciendo drásticamente la fricción interna. En esta condición el concreto se asienta, como un líquido, por acción de la gravedad. Al descontinuarse la vibración, la fricción interna se restablece. TEMA: CONCRETO REFER: CONST. DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS – CAPECO

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


10

2. El proceso de compactación por vibración consta de dos etapas que muchas veces ocurren simultáneamente. 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 hasta de 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 que visualmente se constante que no hay burbujas grandes. No es posible la remoción total del aire. 3. El movimiento de un vibrador sigue las leyes del movimiento armónico simple, caracterizados por que las partículas siguen ondas sinusoidales.

4. Cuando el vibrador es introducido en el concreto, la cabeza vibradora, bajo carga, tiene una amplitud menor que la amplitud libre. El concreto es sometido a impulsos vibratorios que producen 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

Aceleración (en gs)

Amplitud libre (en cm)

Radio de accion (en cm)

Ritmo de colocación el concreto (m3/h)

Menos de 15 cm -

Fuerza centrifuga (kg)

Plástica

Frecuencia (ciclos por segundo)

Tamaño de notas secciones

Diámetro de la cabeza (cm)

Consistencia del concreto

CONDICIONES DE VIBRACION

1 2

2–4 3–6

170 - 250 140 - 400

45-180 140-400

40 –200 40 – 200

0.04-0.08 0.05-0.10

8-15 13-25

0.8-4 23-8

Tiesa – plástica -

2

5–9

320 - 900

320-900

40 – 200

0.06-0.13

18-35

4.6-15

Tiesa - plástica

3

8 - 15

680 - 1800

680-1800

40 - 200

0.08-0.15

30-50

11-31

Plástica

concreto masivo

NOTAS: 1. Complemento para vibradores más grandes 2. Construcción en general. 3. Construcción pesada.


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


COLOCACIÓN ESPECIAL EN CLIMAS CALUROSO 1. La construcción ideal para concreto es un día cubierto, sin viento, húmedo y con una temperatura 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 peligros consecuentes de faltas de hidratación del cemento y fisuración del concreto. 3. El objetivo central al colocar concreto en climas calurosos caluroso debe ser colocar concreto que este frío y mantenerlo frió, con este propósito son recomendables las siguientes medidas: a.

Mantener los agregados cubiertos protegidos del sol directo, regalándolos continuamente.

b.

Obtener el agua mas fría posible y, en caso de agua de reservorio, mantenerlos cubiertos 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 mayor rapidez. El equipo necesario para este fin debe estar previsto y preparado de antemano.

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 la provisión 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 cuya temperatura sea menor de 5ºC. 2

2. si el concreto se hiela antes de alcanzar aproximadamente 35kg/cm deberá ser retirado. 3. el objetivo central de colocar concreto en climas fríos deberá ser conseguir que alcance la 2 resistencia de 35 kg/cm sin sufrir heladas, con este propósito son recomendables las siguientes medidas. a.

No deberá prepararse concreto con agregados cuya temperatura sea inferior a O’ C ó que contengan nieve o hielo.

b.

No deberá colocarse concreto a temperaturas menores de 0º C cuando la temperatura este 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 mayor rapidez. El equipo necesario para este fin debe estar previsto y preparado de antemano.

e.

El concreto recién colocado debe protegerse con mantos o cubiertas gruesas de platico colocados a unos 10 cms de la superficie del concreto, para crear una colchón aislante de aire que impida la perdida del calor de hidratación.

f.

Excepto en climas muy secos, no se requiere curado cuando la temperatura se mantiene por debajo de 10º C. En caso de requerirse curado se preferirá el curado con membranas.


11

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001 g.


En caso de climas muy fríos será necesario calentar los agregados y/o agua para preparar 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 cemento y el agua (hidratación del cemento). 2. la hidratación del cimiento es un proceso que toma un tiempo largo, medible en años; es inicialmente 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 debido tiempo a temperaturas por encima de 5º C. Por debajo de esta temperatura la hidratación del cemento es prácticamente nula. 4. además de la obtención de la resisitencia, el curado del concreto es necesario por los siguientes motivos. a.

se posterga la contracción de fragua. Si se permite que la superficie del concreto se seque antes de la fragua final al concreto se contrae produciéndose rajaduras.

b.

Se reduce la deformación diferida. Cuando el concreto es sometido a cargas ocurren deformaciones instantáneas y gradualmente, con el tiempo, deformaciones diferidas. Esta últimas, casi siempre mayores que las instantáneas, son ocasionadas por la falta de cristalización de algunos de los productos de la hidratación. El curado, al asegurar la 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 del agua. 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, el proceso debe iniciarse tan pronto como sea posible sin causar maltratos a la superficie del concreto. Esto ocurrirá entre 1 y 3 horas, después de la colocación, en climas calurosos y secos; 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 toda construcción 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 lo que es preferible evitar los procedimientos que requieren de atención y servicio constante. Este método es aplicable a la parte superior de elementos horizontales, como losas y pavimentos. No es aplicable a columnas o fondos y costados de vigas.

b.

Retención de agua. Se logra aplicando membranas impermeables, inicialmente liquidas, a la superficie del concreto. Este sistema se aplica en elementos verticales y en la parte lateral e infiero de elementos horizontales.

8. La resistencia del concreto continúa aumentando si hay humedad para hidratar el cemento.


12




13



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 cada proyecto en particular, exigiéndose su verificación durante la construcción. Otras cualidades, tales como durabilidad, reducida permeabilidad, moderada contracción al secarse, también son exigibles. Al respecto, es aceptada la directa relación entre las propiedades que caracterizan al concreto y su resistencia a la compresión; por lo tanto, se puede afirmar que los factores que aumentan la resistencia a la compresión mejorada otras propiedades 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 de concreto moldeadas en obra, de acuerdo a procedimientos normalizados. Los valores usuales de resistencia a la comprobación que se suele especificar en los 2 2 proyectos están comprendidos entre 140 kg/cm y 280 kg/cm 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, de modo 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 hasta su colocación en los encofrados. - Compactación de la mezcla en los encofrados. - Curado y protección del concreto luego de ser colocado, especialmente al inicio de su endurecimiento. Ha sido ya señalado que la resistencia suele juzgarse mediante ensayos de probetas; sin embargo, es preciso advertir que la resistencia final del concreto, como producto terminado y puesto en servicio, depende también de los procedimientos de transporte de la mezcla y de manera 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 los encofrados sin pérdida de homogeneidad.* La Trabajabilidad depende en gran parte dela consistencia de la mezcla; también de las dimensiones y forma de los encofrados y, asimismo, del espaciamiento de las barras de refuerzo. En efecto, una mezcla rígida o “seca” constituida por agregados gruesos, que es trabajable en encofrados amplios – zapatas, por ejemplo -, no podría colocarse y compactarse apropiadamente en encofrados de pequeño espesor que corresponda a elementos recargados de acero de refuerzo. La consistencia se refiere a la fluidez de las mezclas. Abarca diversos grados de fluidez: desde mezclas 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 y tamaño 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.

TEMA: CONCRETO REFER: EL MAESTRO DE OBRA – J. PACHECO Z. – SENCICO

14



Es recomendable, especialmente cuando se trata de losas, columnas y muros, trabajar con mezclas de consistencia plástica. Las mezclas plásticas son cohesivas, no se desmenuzan y fluyen sin segregación. En una mezcla plástica, hay suficiente cantidad de pasta de cemento de consistencia tal, que los agregados virtualmente flotan en la pasta. Esto permite la incorporación homogénea de los agregados 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 manera empírica 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 el método del asentamiento o “slump”, que consiste en llenar un molde de forma troncocónica, de 30 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 16 cm y la tercera en exceso, para luego enrasarla con el borde superior. Cada capa es compactada con una varilla de fierro liso, de 16 mm de diámetro y 60 cm de largo y terminada en punta semiesférica, aplicando 25 golpes, distribuidos uniformemente. La barra debe penetrar en la capa inmediata inferior. Una vez lleno y enrasado el molde, se levanta lenta y cuidadosamente. Luego se mide el asentamiento 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 grande revela una consistencia fluida. Consistencia Seca o rígida Medianamente plástica

Plástica

Fluida o suelta

Asentamiento (cm) 0a3 0a3

8 a 12

12 a 15

Observaciones Difícil de trabajar Apropiada para zapatas, encofrados amplios, pavimentos. Recomendable para Columnas, muros y Losas. compactación por chuceado.

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 se especifique otro tipo de cemento. - Tipo 2. Empleado en concreto expuesto a la acción moderada de sulfatos y/o donde se requiera bajo calor, generado en el proceso de hidratación del cemento.


15



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, por ejemplo – para tensiones perjudiciales debido a cambios de volumen en la masa de concreto. - 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 e adicionado de puzolana entre 15% y 45% Cemento Pórtland Puzolánico modificado tipo 1PM. Es el cemento que presenta un porcentaje adicionado de puzolana menor de 15% Generalmente el cemento es comercializado en bolsas, El Volumen de una bolsa de cemento es de u pie cúbico y pesa 42.5 Kg. El cemento en bolsas se almacenará en obra en lugares de preferencia techados, frescos y libres de humedad, sin contacto con el suelo. Se almacenará en pilas de hasta 10 bolsas y se cubrirá con material plástico u otros medios de protección. Desde luego, no deben aceptarse bolsas de cemento, cuya envoltura esté deteriorada o perforada. En obras grandes, el cemento es comercializado a granel y depositado en silos metálicos cerrados para garantizar sus propiedades e impedir cambios en su composición y características 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 menor que 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 los siguientes: 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, la cual se traduce favorablemente en la calidad del concreto. Los cantos rodados, provenientes de lechos de ríos, proporcionan resistencias a la compresión similares a las obtenidas con piedra triturada; sin embargo, cuando la resistencia a la flexión es requisito esencial, como es el caso de pavimentos, su empleo debe ser restringido porque, debido a las superficies lisas que presentan los granos, la adherencia entre agregado y 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 del proporcionamiento en obra, de acuerdo a la dosificación propuesta en cada proyecto en particular. 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 ningún reparo. -

8.3. DOSIFICACION DE LAS MEZCLAS 8.3.1. Dosificación. Las dosificaciones de las mezclas, es decir las cantidades e ingredientes que las conforman, son propuestas teniendo en cuenta principalmente la resistencia del concreto, prevista en cada proyecto en particular; y, también, la apropiada consistencia, a efecto de que la mezcla pueda ser colocada y compactada en los encofrados, sin segregación de componentes ni pérdida de homogeneidad.


16

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


8.3.2. Relación agua / cemento. El factor más importante que determina prácticamente la resistencia del concreto, es la relación agua / cemento, es decir, la cantidad de agua aportada en 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 menor sea 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 en volumen, Ejemplo: En peso

En volumen

Cemento 42.5 kg. Cemento 1 Arena 106 kg Arena 2.5 Piedra 160 kg Piedra 4 Agua 26 lt agua 26 Cabe señalar que es posible, conociendo los pesos específicos de los materiales, convertir dosificaciones expresadas en peso a dosificaciones en volumen.

8.4. MEDICIÓN DE LOS MATERIALES DE LAS MEZCLAS 8.4.1. 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 usual la 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 de un pie cúbico y 42.5 Kg. de peso; Esta circunstancia facilita la medición, tanto por peso como en volumen. 8.4.3. Medición de los agregados. La medición por peso puede realizase mediante balanzas de plataforma (romana). En obras que demandan grandes volúmenes de concreto y estricto grado de control se emplea plantas dosificadas. Naturalmente, cuando se usa balanzas debe agregarse el peso de las carretillas. Para facilitarte el control de las pesadas y agilizar el procedimiento, es conveniente incorporar tara a la carretilla que transporta el agregado de menor peso; de esta manera, la aguja de la balanza marcará el mismo peso, independientemente del agregado transportado. Para dosificarse en volumen se utiliza generalmente carretillas. Las cargas se controlan mediante 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 pie cuico; por ejemplo, si la dosificación es 1:2.5:4 (cemento, arena, piedra) se deposita en la carretilla el volumen de 2.5 pies cúbicos de arena, luego de enrasar el agregado, en el interior de la carretilla se marca con pintura la altura que alcaza el material; la carretilla debe identificar para evitar errores. Igualmente, se procede con el agregado grueso (piedra), también identificado 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 el usulmente empleado en obras pequeñas, mediante el cual la medición se realiza por simple apreciación de la carga de las carretillas. 8.4.1 Medición del agua. Ha sido ya señalado que la resistencia del concreto depende principalmente de la relación agua / cemento. Si la cantidad de cemento es debidamente controlada-por peso por volumen-, la medición del agua aportada para el mezclado constituye el factor esencial para lograr uniformidad de la resistencia. En efecto, una cantidad de agua mayor que la especificada en la dosificación dará como resultado menores resistencias que las previstas. Ciertamente, lograr la exacta cantidad de agua implica diversos factores, presentes en la práctica 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.


17

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


En esta condición los agregados no absorben ni ceden agua durante el mezclado. En la práctica, sin embargo, es probable que ello ocurra. Los agregados parcialmente secos absorberán parte del agua añadida, en tanto que los extremadamente húmedos aportarán el agua libre que contienen: en ambos casos, se modificará 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 de mezclado. De lo expuesto, se deduce la necesidad de evitar regar excesivamente los agregados antes del mezclado, 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 dispone generalmente de equipo apropiado y se aplican adecuados método cuidadosamente, este método ofrece relativa uniformidad de los resultados. El procedimiento consiste en marcar, en el interior de una lata. De capacidad apropiada. La altura hasta donde debe llegar el agua. Así, por ejemplo, si la dosificación indica una relación agua / cemento de 26 litros por saco de cemento, vertemos en la lata 13 litros (esto en razón del 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 la mezcladora dos latas con agua. Para evitar confusiones, las latas, calibradas de acuerdo a lo expuesto, serán marcadas con pintura, indicando la clase del concreto. Por su puesto, la eficacia del procedimiento descrito dependerá de la responsabilidad del operador de la mezcladora. Si en obra se realizan ensayos de asentamiento, variaciones notorias de la consistencia serán indicativas 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 los agregados 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 eje de 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 sustancial importancia, tanto en el rendimiento como en el control de la medición. Las mezcladoras de eje horizontal y provisto de tolvas de carga ofrecen mayores ventajas relativas; en efecto, en efecto, en este tipo de mezcladoras la carga se efectúa con carretillas y, además, mientras se realiza 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 aun mayores. La capacidad de las mezcladoras se refiere al volumen de descarga y la elección depende del volumen de concreto requerido por jornada de trabajo. No hay que cargar las mezcladoras más allá de su capacidad, ni operarlas a velocidades mayores que las estipuladas por los fabricantes. Los rendimientos aproximados de las mezcladoras convencionales son: Capacidad (pies cúbicos)

Volumen por tanda 3 (m )

Rendimiento por jornada de 8 horas 3 (m )

6 11 16

0.15 0.30 0.45

25 40 60

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 de un minuto y medio.


18



El tiempo mínimo se cuenta a partir del inicio del batido y cuando todos los materiales se encuentren en el tambor de la mezcladora. No es conveniente una duración exagerada de batido porque puede ocasionar el descenso de los agregados, en especial en mezcladoras de eje inclinado; igualmente, puede ser causa de pérdida de agua para evaporación y, en consecuencia, de modificación de la consistencia de la mezcla. 8.5.4. Consecuencia de carga de la mezcladora. Respecto a la secuencia de carga cabe distinguir entre 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) se efectúa en tolva. En este caso, primero se deposita en ella parte de la piedra y la arena, luego el cemento y, finalmente, la parte restante de la piedra. Cargada la tolva se procede a introducir en el tambor parte del agua, a continuación se carga el tambor y se añade la parte restante del agua. En las mezcladoras de eje inclinado es recomendable introducir en primer término una parte de la piedra y del agua haciendo girar el tambor. Luego se deposita el cemento, el resto del agua y 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 diversos equipos y métodos. La selección del equipo y procedimientos de transporte depende del volumen del concreto por transportar, de las características de la obra, de las condiciones ambientales previstas, entre otras. En la práctica es usual emplear una combinación de dos o más medios de transporte. 8.6.2. Consideraciones técnicas. El concreto deberá ser transportado, desde la mezcladora hasta su colocación, tan rápido como sea posible y adoptando medidas para mantener la uniformidad u homogeneidad de la masa de la mezcla, es decir, evitar la posibilidad de segregación o separación de sus componentes, especialmente cuando las mezclas son sueltas. Cuando el concreto es transportado en carretillas debe procurarse que las superficies de transito sean sensiblemente planas y libres de marcadas ondulaciones a efecto de evitar la separación de los materiales del concreto durante el acarreo. Respecto al transvase del concreto a tolvas o baldes y aun a las mismas carretillas es conveniente 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 de homogeneidad, ocupe totalmente los espacios de los encofrados y, desde luego, rodee íntegramente las barras de refuerzo a efecto de asegurar la adherencia entre las mismas y el concreto. La compactación de la mezcla puede hacerse por chuzeo o empleando vibradores. El chuzeo es aceptable si se trata de mezclas sueltas. En mezclas secas y pláticas el procedimiento más apropiado 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 salpicaduras de mortero endurecido. b) El concreto deberá colocarse lo más cerca de su posición definitiva. Evitar concertarlo en un determinado lugar obligando a posterior acarreo o corrimiento dentro del encofrado; esta practica deviene en segregación porque el mortero tiende a fluir más allá del material grueso. c) Por lo general, ha de vaciarse en capas horizontales de espesor uniforme que no exceda de 30 a 45 cm, cada capa debe compactarse adecuadamente antes de proceder al vaciado de la siguiente capa. Asimismo, cada capa deberá colocarse cuando la precedente aún se encuentre en estado plástico a fin de permitir la penetración del vibrador y así lograr una masa monolítica en toda su altura. d) En superficie de encofrados inclinados (rampas, escaleras, etc.) el vaciado debe iniciarse en la parte baja de la superficie, prosiguiéndose con el llenado hacia la parte superior.


19



e) En columnas y muros altos, la caída libre del concreto puede ocasionar segregaciones de los agregados. Acumulándose los de mayor tamaño en la parte baja. En estos casos es recomendable 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 particularmente recomendable para la compactar mezclas secas o plásticas. Consisten en someter el concreto fresco a impulsos vibratorios, permitiendo que, al momento de su colocación en los encofrados, fluya con facilidad. Ello es explicable porque la vibración reduce sustancialmente el rozamiento interno entre los áridos del concreto, comportándose entonces (la mezcla) como si fuera un liquido con partículas (los agregados) en suspensión. El tipo de vibrador comúnmente empleado en edificaciones es el de inmersión, es decir, que la aguja 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 potencia del motor u la frecuencia, es decir el número de impulsos vibratorios que emite la aguja o cabezote. Además, debe tenerse en cuenta la longitud del cable, el tamaño y la forma de la aguja vibratoria. 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 aun mayores. La frecuencia influye decisivamente en la eficiencia de los vibradores. Las bajas frecuencias ponen en movimientos los agregados gruesos, las latas frecuencias actúan en el mortero; por lo tanto los vibradores de baja frecuencia requieren mayor potencia. Por el contrario, cuando son seleccionados vibradores de alta frecuencia se consigue efectos similares con motores de menor 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 de consistencia 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 de homogeneidad en la masa del concreto y la formación de “cangrejas”. Respecto al procedimiento de operación de los vibradores deben tenerse en cuenta las siguientes recomendaciones. a) El equipo debe ser operado por personal responsable y suficientemente capacitado en su manejo. b) La aguja o cabezote debe insertarse verticalmente en la masa del concreto, evitando movimientos bruscos, tanto en la inserción como en la extracción; además, no debe utilizarse 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 compactación completa. 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 el desplazamiento 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. Al conjunto de acciones y precauciones que contribuyen en el propósito indicado se le designa “curado del concreto”. TEMA: CONCRETO REFER: EL MAESTRO DE OBRA – J. PACHECO Z. – SENCICO

20



La perdida de húmedad del concreto está vinculada con las condiciones ambientales presentes en cada obra en particular, principalmente los primeros días después de la colocación. El excesivo calor, la seguridad del aire, y los fuertes vientos contribuyen en la evaporación del agua incluida en la masa del concreto. Además de la disminución de la resistencia por efecto de perdida de la humedad, existe potencial riesgo de agrietamiento debido a reatracción. Una superficie desmenuzable o agrietada es indicativa de curado inicial inadecuado. El curado debe iniciarse tan pronto como sea posible sin ocasionar daños a la superficie del concreto. El lapso mínimo de curado recomendable es de siete días, debiendo mantenerse el concreto 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 sequen entre distintas aplicaciones de agua; Los ciclos alternados de humidificación y secado originan cuarteaduras y agrietamiento del concreto. Las superficies verticales (columnas y placas) deben cubrirse con mantas de yute o lonas de algodón, permanentemente humedecidas. En pavimentos y en losas de techos, el método de anegar o inundar las superficies es empleado a menudo. Para retener el agua en las superficies es usual formar pequeños diques de tierra (“arroceras”) en el contorno de las losas y pavimentos. Exceder arena en las superficies contribuye en mantener húmedas. Otros procedimientos también son empleados, tales como la aplicación de películas o membranas impermeables, las mismas que retienen el agua impidiendo la desecación. Las membranas o compuestos deben aplicarse lo más temprano posible para evitar la prematura pérdida de humedad; si ello no es factible, deberá mantenerse húmedo el concreto hasta la aplicación de las membranas. Es pertinente indicar que la aplicación de este método de curado requiere especificaciones precisas de los proveedores de estos productos y, desde luego, la aprobación del ingeniero residente o supervisor.

8.9.CONTROL DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO 8.9.1. Verificación de la resistencia. La resistencia del concreto (f‫י‬c) exigida en planos y especificaciones se refiere a la resistencia que de debe alcanzar el concreto a los 28 días a partir de su elaboración. La verificación de la resistencia se realiza mediante ensayos a compresión de probetas moldeadas en obra. Los ensayos se realizan a los 28 días de elaboradas las probetas, aunque en la práctica de obra se suele efectuar ensayos antes de este lapso; por ejemplo, a los 7 días o 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 los resultados 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; por tanto, es indicativa de la resistencia final. Además, los resultados de ensayos a los 7 días u otras edades brindan información útil para determinar los plazos de desencofrado.

8.9.2. Equipo y herramientas para la elaboración de probetas. Los moldes utilizados para la elaboración de las probetas son generalmente utilizados para la elaboración de acero, tienen la forma 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 de 5/8” (16 mm) de diámetro y 60 cm de longitud; uno de los extremos terminara en forma de semiesfera.


21



8.9.3. Las muestras de concreto. Una muestra es una porción del concreto cuya resistencia se trata de comprobar mediante el ensayo de probeta elaboradas con concreto proveniente de dicha muestra. 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 de verificar. No deben adoptarse criterios o métodos selectivos que desvirtúen el propósito del muestreo. Cuando se trate de concreto batido en mezcladora las muestras serán obtenidas a la mitad del lapso de la revoltura. En el caso de concreto premezclado deberá descartarse como muestras las 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 lapso comprometido entre la toma de las muestras y el moldeado de las probetas, periodo que no debe sobrepasarse de 15 minutos. 8.9.4. Moldeado y curado de probetas. Para moldearse las probetas deberá seleccionarse un sitio apropiado, 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 de asiento de los mismos. De igual manera, limpiar la superficie interior de los moldes, cuidando que no existan residuos de mezcla u otros elementos extraños. Finalmente, para desmoldar con facilidad es conveniente aplicar una ligera capa de aceite mineral a las superficies interiores de los moldes. Si es preciso, el concreto de la muestra puede ser remezclado con lampa antes de proceder al moldeado. El concreto es colocado en el molde en tres capas, cada una de un tercio de la altura del molde. Cada capa es compactada mediante la aplicación enérgica de 25 golpes de la barra descrita 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 del molde, sin agregar material. Durante la compactación de cada capa es conveniente golpear ligeramente las paredes del molde 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. La superficie terminada será plana, horizontal y uniforme. Los moldes serán identificados mediante tarjetas en las que se anotará el número de la probeta, 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. TEMA: CONCRETO REFER: EL MAESTRO DE OBRA – J. PACHECO Z. – SENCICO

22



Inmediatamente después de desmoldadas, las probetas deben ser sometidas a curado colocándolas en recipientes con agua potable. El agua debe cubrir completamente todas las caras de las probetas sin estar expuestas a corriente o goteo. Las probetas serán remitidas al laboratorio entre las 48 y 72 horas previas al ensayo. El envió será 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 los laboratorios en informes que indican, a demás del nombre del solicitante y la procedencia de las probetas, la clave de identificación de las mismas, la fecha del ensayo, y la edad de las probetas, 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 se anotarán 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 que corresponde 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 de calidad del concreto.


23



LA NATURALEZA DEL CONCRETO Y MATERIALES 1.

LA NATURALEZA DEL CONCETO

1.1

Definiciones preliminares

1.1.1 Material cementante Un material cementante es aquel que posee propiedades adhesivas y cohesivas las cuales hacen posible su ligazón con fragmentos minerales a fin de obtener una masa continua y compacta. 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 son mezclados 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 presencia del agua, formando compuestos prácticamente estables. 1.1.4 Cemento Es un material pulverizado que, cuando es combinado con el agua, forma una pasta capaz de endurecer 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 de calcio. Se admite la adición de otros productos que no excedan del 1% en peso total siempre que la Norma correspondiente establezca que su inclusión no afecte las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionados deberán ser pulverizados conjuntamente con el clinker. 1.1.7 Puzolana Nombre genético con que se designa a los materiales silíceos o silíco - aluminoso los cuales en el mismo poseen muy pequeño o ningún valor cementante, pero cuando están finalmente pulverizados reaccionan químicamente, en presencia del agua, con el hidróxido de calcio, producido durante la hidratación del cemento para formar compuestos que poseen propiedades cementantes y actúan como aglomerantes hidráulicos. 1.1.8 Propiedad puzolánica Es la propiedad de un material pulverizado de fijar hidróxido de calcio a la temperatura ambiente, 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 y puzolana. Si el porcentaje de puzolana adicionando es menor del 15% se obtiene el cemento puzolánico Tipo 1PM, y si el porcentaje adicionando varia entre 15% y 45% se obtiene el cemento 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 denominado agregado.

TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU

24



La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto. El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no están unidas o en contacto unas con otras, sino se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta endurecida. Las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se analiza la naturaleza del concreto.

1.3

Importancia del Concreto Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso. Sin embargo, si bien su calidad final depende en forma muy importante tanto de un profundo conocimiento del material como de la cal9idad profesional del ingeniero, del concreto en general es desconocido en muchos de sus siete grandes aspectos: naturaleza, materiales, propiedades, selección de las proporciones, proceso de puesta en obra, control de calidad e inspección y mantenimiento de los elementos estructurales. Las posibilidades de empleo del concreto en la construcción son cada día mayores, pudendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos. La única limitación a sus múltiples aplicaciones puede ser el desconocimiento por parte del ingeniero de todos los aspectos ya indicados; así como de l a importancia relativa de los mismos de acuerdo al uso que se pretenda dar al material.

1.4 Requisitos de las Mezclas Las mezclas de concreto deberán cumplir con los siguientes requisitos básicos: a. La mezcla endurecida deberá tener la Trabajabilidad, consistencia y cohesividad que permitan 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 calidad deseada. c. El costo de la unidad cúbica de concreto endurecido deberá ser el mínimo compatible de la calidad deseada.

1.5 Composición del Concreto El 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 elementos fundamentales: a. El gel, nombre en el que se le denomina al producto resultante de la reacción química e hidratación 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 la hidratación 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.


25



1.6.3 Propiedades de la Pasta Las propiedades de la pasta dependen de: a. Las propiedades físicas y químicas del cemento. b. Las proporciones relativas del cemento y agua en la mezcla. c. El grado de hidratación del cemento, dado por la efectividad de la combinación química entre éste y el agua. 1.6.4 Influencia de la Pasta en el Concreto a. El comportamiento del concreto como material de constricción está directamente influenciado por las características de la pasta y las propiedades finales de las mismas; sin desconocer el papel de agregado en las características finales del concreto. b. Para un cemento dado, las características y porosidad de la pasta dependen fundamentalmente de la relaciona agua-cemento y del grado de hidratación del cemento; siendo mejores las propiedades de concreto y menor su porosidad cuanto mas baja es la relación agua-cementos de una mezcla trabajando y cuanto mayor es el grado de hidratación del cemento.

1.7

El Gel

1.7.1 Concepto Se define como gel a la parte sólida de la pasta, la cual es el resultado de la reacción química del cemento con el agua durante el proceso de hidratación. 1.7.2 Proceso de formación a. En 1882 el investigador francés Le Chatelier sostuvo que los productos de la hidratación del cemento tenia una solubilidad menor que los compuestos originales, lo que daba lugar a que los hidratos se precipitasen formando una solución sobresaturada que presentaba cristales elongados y entrelazados, los cuales poseían alta cohesividad y propiedades adhesivas. b. En 1893 el investigador Michaelis enuncia la teoría coloidal, sosteniendo que el aluminado tricalcico, el sulfoaluminato de calcio y el hidroxilo de calcio dan la resistencia inicial de la pasta y que, a continuación, el agua saturada de cal ataca a los silicatos formando silicatos de calcio hidratado el cual, por ser casi insoluble, forma una masa gelatinosa. Debido a la perdida gradual de agua en la mezcla, ya sea por secado o por hidratación esta masa endurece gradualmente obteniendo cohesión. c. A partir de 1960 se acepta que ambas teorías contienen algo de verdad y s no son irreconciliables, en primer lugar no existen dudas en cuanto que los coloide, en cuanto a su condición de partículas de gran area superficial, gozan de propiedades diferentes a los sólidos usuales, ello implica que los comportamientos coloidales del esta será esencialmente función del area superficial de la misma y no de la irregularidad de la estructura interna de las partículas. d. Como consecuencia, en la actualidad se piensa que cuando el cemento se combina con el agua se produce muy rápidamente una solución sobre saturada de hidróxido de calcio, con concentración de silicato calcio hidratado en condición metastable. De acuerdo a Le Chatelier este hidrato se precipita rápidamente, correspondiendo el endurecimiento posterior a la perdida de agua del material hidratado, tal como lo enuncia Michaeñius. e. Presentándose el silicato de calcio hidratado en forma de cristales interconectados extremadamente pequeños, los cuales debido a sus dimensiones pueden ser definidos como gel, la aparente divergencia Le Chatelier – Michaelius se reducirá finalmente a terminología en la medida que el producto final es un gel consistente de cristales. 1.7.3 Composición a. En su estructura el gel es una aglomeración porosa de articulas sólidamente entrelazadas, en su mayoría escamosas o fibrosas, el conjunto de las cuales forma una red eslabonada que contiene material mas o menos amorfo. b. En su composición el gel comprende: b.1 La masa cohesiva de cemento hidratado en su estado de pasta más densa. b.2 Hidróxido de calcio cristalino y b.3 Poros gel. TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU

26



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 acepta que él interviene dos clases de adherencia cohesivas: Atracción física y adherencia química. 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 energía disponible en la superficie de las partículas de gel. Es una característica distintiva de éste el que 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 gel tiene capacidad de esponjamiento limitada, debido a que sus partículas no pueden ser dispersadas 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 adherencia química actúa únicamente sobre la pequeña fracción que corresponde a la zona de contacto de las partículas de gel. En cambio, la adherencia física actúa sobre un área mayor, dado que la superficie específica del gel del cemento es de cerca de dos millones de 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 resistir expansiones tixotrópicas ilimitadas. e. Por lo expuesto, aunque en la actualidad se sigue investigando sobre la importancia de la influencia relativa de las adherencias química y física no existe dudas sobre la importancia de 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 la magnitud 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 no contienen materia sólida aunque, bajo determinadas circunstancias, algunos de ellos podrían estar 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 rango de 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 aportada por los materiales y queda atrapada en la masa del concreto, no siendo eliminada por los procesos de mezclado, colocación o compactación. Los espacios que este aire forma en la masa de concreto se conocen como poros por aire atrapado. Son parte inevitable de toda pasta. Los poros por aire atrapado varían en tamaño desde aquellos que no son perceptibles a simple vista hasta aquellos de un centímetro o más de diámetro. Su perfil suele ser irregular y no necesariamente están interconectados.


27


b.

c.


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 se observan debajo del agregado grueso. Ellas han sido formadas por el agua que se almacene debajo de este y posteriormente se ha secado. Poros por aire incorporado Fundamentalmente por razones de incremento en la durabilidad del concreto, por incremento en la protección de la pasta contra los procesos de congelación del agua en el interior de la misma, 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 variables que corresponden a un valor promedio de 0.08 a 0.10 mm. Su volumen en la misma unidad cúbica del concreto puede ocupar hasta más del 5% de la misma, pudiendo en contarse en un concreto con 5% de aire incorporado valores del orden de 330 mil burbujas de aire por centímetro cúbico de pasta. La razón principal del empleo de las burbujas de aire incorporado es que este sistema de poros estrechamente espaciado permite un incremento significativo de la durabilidad del concreto al crear 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 a hielo contribuya a agrietar el concreto. Ventajas adicióneles incluyen en que los poros de aire incorporado tienden a incrementar la Trabajabilidad, plasticidad y fluidez de las mezclas; disminuyen la consistencia permitiendo la reducción de agua sin perdida de la consistencia original, reduce la segregación del agregado y disminuyen la exudación de las mezclas. El principal inconveniente de la presencia de burbujas de aire en la mezcla de concreto es que éstas, al incrementar la porosidad, tienden a disminuir las resistencias mecánicas en un 5% por cada 1% de aire incorporado. Esta disminución es más significativa en las mezclas ricas y tiende a disminuir conforme la mezcla es más pobre, ello principalmente debido a que al mejorar las propiedades al estado fresco permiten una reducción en el contenido de agua con la consiguiente reducción en la reducción de la relación agua-cemento. Poros capilares Se define como poros capilares a los espacios originalmente ocupados por el agua en el concreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han sido ocupados por el gel. El gel sólo puede desarrollarse en los espacios originalmente llenos de agua. Por tanto, si la relación agua-cemento es alta o el curado es pobre, la cantidad de espacios ocupables por el gel será alta y sólo una parte de ellos será ocupada por el gel durante el proceso de hidratación, 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 un sistema, 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. Conforme progresa la hidratación los capilares son separados por el gel al comenzar a ocupar éste los espacios originalmente llenos de agua. Pudiéndose llegar a un sistema parcialmente discontinuo, el cual definitivamente se presenta en la relación agua- cemento bajas. En la práctica nunca se llega a un sistema totalmente discontinuo aún en relaciones agua-cemento tan 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 el concreto. 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 de contener agua que puede congelarse. Esta agua al pasar al estado sólido debido a las bajas temperatura incrementa su volumen en un 9%, originando esfuerzos de tensión que el concreto


28



no está en capacidad de soportar, aumentando con ello las posibilidades de deterioro del mismo. d. Poros gel Durante el proceso de formación del gel quedan atrapados dentro de éste, totalmente aislados unos de otros, así como del exterior, un conjunto de vacíos a los cuales se les conoce con el nombre de poros gel. Estos poros se presentan en el gel independiente de la relación agua-cemento y el grado de hidratación 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 no congela 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 la nuclearización del hielo. Las partículas que conforman el gel son cuatro o cinco veces mayores que 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 químicamente combinada. b. En el caso de los poros por aire atrapado, estos tienen tan baja propensión a retener el agua que pueden virtualmente considerarse vacíos. c. Los poros de aire incorporados, cuyo rango de diámetros esta entre el de poros capilares y el de los poros gel, no retienen agua ni están interconectados, pudiéndoseles considerar como virtualmente vacíos. d. El contenido de agua de los poros capilares se incrementa o disminuye por humedecimiento o secado del concreto, siendo el agua más fácilmente removible por secado 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 a una combinación de una relación agua-cemento inicial muy baja y un curado muy prolongado, la porosidad capilar podría ser reducida a un mínimo. En la practica, la porosidad 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 del gel en si mismo. f. Adicionalmente debe tenerse en consideración que en el proceso de secado del concreto endurecido, los poros mayores que contienen agua tendrán a vaciarse mas rápidamente que los menores. En cambio, en el proceso de humedecimiento de un concreto seca, la alta capilaridad de los poros muy pequeños produce una gran fuerza de impulso para el movimiento del agua, el mismo que trata de ser impedido por la baja permeabilidad del sistema adyacente compuesto de poros muy pequeños, dando como resultado que los poros menores tienden a llenarse muy lentamente. Los macroporos tienen muy pequeña capilaridad y, por tanto, dan origen a una pequeña fuerza de impulso para el movimiento del agua. Adicionalmente, como suelen estar rodeados de un sistema poroso de permeabilidad restringida, ello se une a lo anterior para reducir la velocidad de movimiento del agua en los macroporos, excepto aquellos que se encuentran muy cerca de la superficie. Finalmente, es importante indicar que los macroporos de un elemento de concreto, incluyendo los 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 diámetro muy grande o muy pequeño.

1.10 El Agregado 1.10.1 Concepto


29



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 INTINTEC 400.011. b. Los agregados son la fase discontinua del concreto. Ellos son materiales que están embebidos 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 la corteza 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 de las 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 la desintegración natural de las rocas. c. Se define como agregado grueso a aquel queda retenido en el Tamiz No 4 es proveniente de la 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 la disgregación y abrasión natural de los materiales pétreos. Se le encuentra generalmente en canteras y lechos de ríos depositado en forma natural. La piedra chancada, o piedra triturada, es el agregado grueso obtenido por trituración artificial 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 le extrae 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, de desgaste, 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 fundamentalmente sobre la resistencia, durabilidad y elasticidad del concreto. b. Las características superficiales de las partículas, las cuales influyen especialmente sobre la Trabajabilidad, 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. Estas propiedades influyen fundamentalmente sobre las propiedades del concreto al estado no endurecido, 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 especialmente en los cambios de volumen debido a los procesos de humedecimiento y secado; a los procesos de calentamiento y enfriamiento; así como en el costo de la unidad cúbica de concreto. e. La porosidad y la absorción del agregado, las cuales influyen sobre la relación agua-cemento efectiva, 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 a espacios que están en el concreto fuera de los límites de los agregados. Sin embargo. TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU

30


b.

c.

d.

e.


Normalmente este es poroso y permeable, pudiendo variar el total de poros, de acuerdo a los diferentes tipos de roscas, entre el 0.3% y el 20% Algunas rocas presentan macroporos. Los cuales se definen como poros lo suficientemente grande como para que los efectos de la capilaridad en ellos sean muy pequeños o despreciables. 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 por inmersión de la roca en el agua. Sin embargo si tales macroporos están dentro del cuerpo de la roca y se encuentran separados de la superficie por una fina estructura porosa que no es fácilmente permeable, no deberán llenarse rápidamente por un proceso ordenado tal como una prolongada inmersión de agua. La dimensión promedio de los poros en las diversas rocas comprende de un amplio rango de tamaño. Usualmente las rocas que presentan una alta porosidad y poros relativamente grandes, tienen una lata permeabilidad al agua. Sin embargo, esta regla presenta excepciones encontrándose rocas, por ejemplo al horsteno, las cuales tiene una porosidad moderada a alta pero baja permeabilidad, lo que indicar poros de tamaño promedio pequeño. En este tipo de rocas el tamaño promedio de los poros podría estar en el rango del diámetro de los poros capilares presente en la pasta. La porosidad de los agregados naturales generalmente empleados en la preparación de concretos de peso normal, se encuentra usualmente por debajo del 10% y casi siempre por debajo del 3%, en contraste con el 30% o más de la porosidad total de las pastas. Se podrían esperar, a partir de estos valores, que la permeabilidad de los agregados usualmente 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 concreto pueden tener valores de permeabilidad en el orden de, o más altos que, aquellos que se encuentran 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 en promedio considerablemente mayores que los existentes en la pasta aún cuando aquellos se presentan en mucho menor proporción. Los pequeños vacíos presentes en el agregado, en forma similar a los poros capilares de la pasta, pueden bajo determinadas circunstancias ser parcial o totalmente que usualmente se da 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 esto podemos 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 en los poros mayores. Para los propósitos de un estudio sobre la naturaleza del concreto, el agua de los propósitos de un estudio sobre la naturaleza del concreto, el agua de los poros gel deberá considerarse como agua químicamente combinada, aun que desde el punto de vista de la físico-química podrían establecerse con razón, algunas diferencias. b. Los grandes poros tienen muy pequeña propensión a retener agua, por lo que en circunstancias 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 los poros gel, los poros capilares tienen una afinidad intermedia con el agua. Pudiendo su contenido 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 aquella presente en los diámetros mayor.


31



e. Los poros presentes en el agregado son generalmente mayores que los poros capilares presentes en la pasta, con las exenciones previamente ya indicadas, y por ello tienen una menor habilidad para tomar y retener agua. Sin embargo, los pequeños poros presentes en algunos agregados se comportan, en relación con el agua, en forma muy similar a los poros capilares 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 el agua disponible. En efecto, en el proceso de secado del agua contenida en el concreto, los grandes poros que contienen agua tenderán a secarse más fácilmente en tanto que los más pequeños lo harán con mayor dificultad. Por otra parte, en el humedecimiento de concretos secos, la entrada de agua en los poros estará determinada por dos tipos de acciones diferente: a. La alta capilaridad de los poros muy pequeños producirá un nivel de fuerzas muy alto para el agua en movimiento, pero tal movimiento será impedido por la baja permeabilidad del sistema de poros muy pequeño circundante con el resultado que estos últimos tendrán a llenarse 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 de permeabilidad restringida. Estas dos circunstancias se combinan para reducir la velocidad de movimiento del agua en los 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 grandes poros presentes en la masa de concreto, incluyendo los poros de aire incorporado, permanecen sin llenar aún concretos sumergidos en agua. Los poros de tamaño intermedio tienden 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, para formar la pasta se denominan genéricamente proceso de hidratación. Este proceso es extremadamente complejo, pudiendo continuar por meses p años. En este estudio sólo se contemplara algunos aspectos del mismo. 1.12.2 Los productos sólidos presentes en el gel son todos de naturaleza básica, pudiendo ser todos ellos atacados y descompuestos ácidos, aunque la velocidad de ataque puede ser significativamente baja para ácidos débiles o diluidos. Igualmente, los productos de la hidratación pueden ser atacados por el bióxido de carbono el cual en presencia del agua, forma ácido carbónico cuyo ataque puede ser severo o leve de acuerdo a las circunstancias en que actúa. 1.12.3 En general, los productos de la hidratación del cemento son estables frente a las aguas ordinarias 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, son estables frente a la acción de bases y soluciones. 1.12.4 El aluminato tricalcico, un compuesto indeseable pero inevitable de la pasta es fácilmente atacado por soluciones de sulfato, en presencia del hidróxido de calcio y la humedad, para formar sulfato aluminato de calcio. Los agentes más enérgicos son las soluciones de sulfatos de sodio y magnesio. 1.12.5 El proceso de hidratación, teniendo lugar mediante y por medio del agua, da por resultado la liberación de hidróxido de calcio el cual rápidamente forma una solución saturada de ésta sustancia en el agua contenida en los poros capilares y en los poros gel. Esta solución permanece en los poros capilares aun después de considerable secado del concreto endurecido y tiene una basicidad no menor a un pH de 12, siendo más alta debido a la presencia 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 de pH son de vital importancia en la prevención de la corrosión del acero de refuerzo.


32



1.13 Naturaleza Química del Agregado Aunque para depósitos prácticos el agregado normalmente es considerado químicamente inocuo, ello no siempre es cierto. Habiéndose encontrado que: a. Algunos agregados, naturales o artificiales, pueden entrar en reacción química con los constituyentes 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 los agregados carbonatos pueden, en algunas ocasiones, tener aplicación útil como agregados de sacrificio en concretos expuestos a ataques por ácidos débiles a medios, a fin de reducir el ataque de la pasta en si misma y así prolongar la vida del concreto en el cual tales agregados 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. Es por ello que el conocimiento de todas y cada una de ellas, es importancia para el ingeniero el cual debe decidir, para cada caso particular de empleo del concreto, la mayor o menor importancia de cada una de ellas. b. Al analizar las propiedades del concreto, el ingeniero debe recordar las limitaciones de las mismas en función de las múltiples variables que pueden actuar sobre el concreto modificándolo. En este análisis es importante que el ingeniero recuerde que el concreto, como cualquier material, puede experimentar adicionalmente modificaciones el tiempo y que pueden claudicar por fallas atribuibles a problemas de durabilidad, aun cuando su resistencia haya sido adecuada. c. En el análisis de las propiedades del concreto es importante recordar que ellas están íntimamente asociadas con las características y proporciones relativas de los materiales integrantes; para que la calidad, cantidad y densidad de la pasta es determinante en las propiedades del concreto; y que la relación agua-cemento lo es sobre las características de la 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 las resistencias mecánicas, durabilidad, propiedades elásticas, cambios de volumen, impermeabilidad, resistencia al desgaste y cavilación, propiedades térmicas y acústicas, a apariencia.

1.15 Importancia de la Selección de los Materiales 1.15.1 En la selección del cemento debe considerarse, para los Pórtland normales, la composición química y el tipo de cemento empleado, así como la influencia que estas características pueden tener sobre las propiedades del concreto. Si se trata de cementos combinados, debe tenerse en consideración las características de la puzolana, ceniza o escoria empleada. Igualmente la fineza y el tiempo de fraguado del cemento y 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 el agregado su perfil, textura superficial, granulometría, tamaño máximo, modulo de fineza, superficie especifica, dureza, resistencia, composición minerológica, limpieza y presencia de materia 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.


33



1.15.4 El empleo de aditivos modifica significativamente las propiedades del concreto. Su uso debe ser cuidadosamente 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, sino también ocupar los vacíos existentes entre partículas. Igualmente, la Trabajabilidad y consistencia del concreto deberán se las adecuadas para que la mezcla ocupe totalmente los encofrados y recura el acero de refuerzo y elementos embebidos. b. En el concreto endurecido las proporciones seleccionadas deberán permitir obtener las propiedades 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 que aquella que se requiere por hidratación del cemento; siendo ésta última conocida como agua de consistencia 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 relación agua-cemento. Desde que el agua libre ocupa espacios que después se transforman en poros capilares, la pasta de las mezclas de alta relación agua-cemento es más porosa que la de las mezclas 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 nuevo producto. 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 puesta en obra de la mezcla; de control de su calidad; y de economía de producción son en cierta forma, similares a aquellos que puedan presentarse en cualquier otro problema de fabricación. b. Adicionalmente debe tenerse en consideración que, debido a que el proceso de fabricar y obtener un concreto de calidad determinada no termina hasta la estructura es puesta en servicio, cada obra representa problemas particulares, especialmente aquellos referidos a la selección de las proporciones, proceso de colocación y curado del concreto. c. Durante el proceso constructivo el profesional responsable de la obra deberá siempre recordar que, independientemente de la calidad de la mezcla a nivel de los cálculos de oficina e inclusive de las mezclas de prueba en el laboratorio, las cualidades asumidas para la estructura no podrá ser obtenidas a menos que ellas sean alcanzadas en cada unidad cúbica 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 los materiales 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 a un costo razonable. El alcanzar ambas condiciones exige que la fase técnica del proceso de fabricación del concreto esté bajo la responsabilidad de un profesional que esté plenamente familiarizado 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 TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU

34



para lograr un balance adecuado entre todos los aspectos que intervienen en la preparación del concreto. Personal calificado y mano de obra especializada es indispensable si se desea que el producto 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 requisitos exigidos por el proyectista, si no se posee una adecuada preparación en la tecnología del concreto. Un concreto “malo”, es un producto de inferior calidad, es preparado con cemento agua y agregados. Son exactamente estos mismos materiales los ingredientes de un buen concreto. La diferencia únicamente radica en el cómo hacerlo, en la adecuada preparación profesional del ingeniero y personal a sus órdenes, así como en la atención que haya sido dada a todos los aspectos 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 del concreto 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 materiales locales 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 Limitaciones Entre 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. El concreto se contrae al secarse y se expande al humedecerse, con la consiguiente posibilidad de agrietamiento. d. Sus cambios de longitud debidos a que el concreto se expande con el calor y tiende a contraerse al enfriarse, con la consiguiente posibilidad de agrietamiento.

2.

MATERIALES

2.1 Cemento 2.1.1 El cemento empleado en la preparación del concreto deberá cumplir con algunos requisitos de las 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 INTITEC 334.044 2.1.2 El cemento empleado en obra deberá ser del mismo tipo y marca que el utilizado para la selección de las proporciones de la mezclas de concreto. Se requerirá cemento del mismo tipo y marca en aquellos casos en que en la determinación de la resistencia promedio se ha empleado concretos preparados con cemento de una misma marca. Si la desviación estándar se ha calculado basándose en resultados de ensayos de concreto preparados con cementos del mismo tipo pero de diferentes marcas, el criterio a ser aplicado en obra ya no será tan exigente.


35



2.1.3 No se aceptará en obras bolsas de cemento que se encuentren averiadas o cuyo contenido hubiese 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 peso especifico de 3.15. 2.2 Canteras 2.2.1 En aquellos casos en que fuere necesario, corresponde al Contratista la prospección que permite la ubicación de canteras de agregados; Así como la exploración, muestreo y certificación de la calidad de los depósitos disponibles. 2.2.2 La selección de las canteras deberá incluir estudios de origen geológico; clasificación petrográfica y composición mineral del material; Propiedades y comportamiento del material como agregado; Costo de operación, rendimiento en relación con la magnitud del proyecto, y posibilidades de abastecimiento del volumen necesario; y facilidad de acceso a la cantera y cercanía de ella a la obra. 2.2.3 Las canteras seleccionadas deberán ser apropiadas por la inscripción previa presentación por el 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 de calidad 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 los requisitos de la Norma ITINTEC 400.037 y los de las especificaciones técnicas especiales del proyecto. Si se emplea agregados livianos en la preparación de concreto estructural, estos deberán cumplir con los requisitos de la Norma ASTM 330. 2.3.2 Los agregados que no cumplan con alguno de los requisitos indicados, podrán ser utilizados siempre que el Contratista demuestre a la Inspección, mediante resultado de pruebas de Laboratorio o certificaciones de experiencia en obre, que bajo condiciones similares a la que se espera 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 por la inspección siempre que cumplan con aquellos ensayos normalizados que ésta considere convenientes. 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 pasado no garantiza un buen comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza un buen comportamiento bajo otras condiciones de obra u otras ubicaciones; por lo que siempre es recomendable emplear agregados que cumplan con los requisitos de las Normas o de las especificaciones 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; explosión prolongada a atmósfera húmeda; o en contacto con suelos húmedos; no deberán tener en composición 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 como equivalente de óxido de sodio (Na2O + 0.658 K2O), o cuando se adiciona a la mezcla materiales que han demostrado ser capaces de controlar las expansiones inconvenientes debidas a la reacción álcalis-agregado.


36

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


2.3.6 El ensayo de estabilidad de volumen, realizado de acuerdo a las recomendaciones de la Norma ITINTEC 400.037 o la ASTM C 88, sólo se efectuará en agregados que van a ser empleados en concretos sometidos a procesos de congelación y deshielo. El agregado sometido a cinco ciclos de ensayo de estabilidad de volumen deberá. a. En el caso del agregado fino, presentar una pérdida no mayor de 15% si se emplea como reactivo 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 como reactivo 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 de propiedades comparables, preparado con agregado del mismo origen, ha demostrado un comportamiento satisfactorio cuando estuvo sometido a condiciones del intemperismo similares a las que se espera; o cuando se obtuvo resultados satisfactorios en concretos sometidos a ensayos; o cuando se obtuvo resultados satisfactorios en concretos sometidos a ensayos 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 mayor del 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 de ser utilizado en la preparación del concreto. Los agregados expuestos a la acción directa de los rayos solares determinaran, si ello es necesario, enfriarse antes de ser utilización en la mezcladora. Si el enfriamiento se efectúa por riego, se deberá considerar la cantidad de humedad añadida el agregado a fin de corregir el concreto de agua de la mezcla y mantener la relación aguacemento seleccionada. 2.4 Agregado Fino 2.4.1 Se define como agregado fino aquel proveniente de la desintegración natural o artificial, que pasa 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 y resistente. El agregado fino deberá estar limpio de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas escamosas o blandas, esquistos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas. 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 retenidos en 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 siguientes límites. MALLA 3/8” No 4 No 8 No 16 No 30 No 50 No 100

% que pasa 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 TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU

37

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA 3

de cemento es mayor de 255 kg/m con aire incorporado cuyo contenido de cemento es mayor 3 de 300 kg/m , o si se emplea un aditivo mineral para suplicar la deficiencia. En el porcentaje que pasa estas mallas. 2.4.4 El modulo de fineza del agregado se mantendrá dentro del limite de mas o menos 0,2 del valor asumido para selección de las proporciones del concreto; Siendo recomendable que el valor asumido esté entre 2,35 y 3,15. Si se excede el limite indicado de 0,2 el agregado podrá ser rechazado por la inspección o, alternativamente, esta podrá autorizar ajustes en las proporciones de la mezcla para compensar las variaciones en la granulometría. Estos ajustes no deberán significar reducciones en el contenido de cemento. 2.4.5 Si el agregado fino no cumple con los requisitos de los acápites 3.4 ó 4.4, podrán ser empleados previa autorización escrita de la inspección si el Constructor demuestra que los concretos preparados con dicho agregado tiene propiedades por lo menos iguales a las de concretos de características similares preparados con un agregado fino que cumple con los requisitos indicados si: a. La coloración en el ensayo se debe a la presencia de pequeñas partículas de carbón, o partículas similares; b. Realizado el ensayo, la resistencia a los siete días de mortero preparados con dicho agregado no sea menor del 95% de la resistencia de morteros similares preparados con la otra porción de la misma muestra de agregados fino previamente lavada con una solución al 3% de hidróxido de sodio. El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado fino no deberá exceder de los siguientes límites. Lentes de arcilla y partículas deleznables

3%

Material mas fino que la malla Nº 200: a. Concretos sujeto a abrasión b. Otros concretos

3% 5%

Carbón: a. Cuando la apariencia superficial del concreto es importante b. Otros concretos 2.5

0.5% 1%

Agregado grueso

2.5.1 Se define como agregado grueso al retenido en el tamiz INTINTEC 4.75 mm (Nº 4) proveniente de la desintegración natural o mecánica de las rocas que cumple con los limites establecidos en la Norma INTINTEC 400.037. 2.5.2 El agregado grueso podrá consistir de grava natural o triturada, piedra partida, o agregados metálicos naturales o artificiales. Sus partículas serán resistentes, y de textura preferentemente rugosa. Las partículas deberán ser químicamente estables y deberán estar libres de escamas, tierra, polvo, lino, humus, incrustaciones superficiales, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas. 2.5.3 El agregado grueso deberá estar graduado dentro de los límites especificados en la Norma INTINTEC 400.037. Es recomendable tener en cuenta lo siguiente: a. La granulometría seleccionada será preferentemente continua. b. La granulometría seleccionada deberá permitir obtener la máxima densidad del concreto, con una adecuada Trabajabilidad en función de las condiciones de colocación de la mezcla. c.

La granulometría seleccionada no deberá tener más del 5% del agregado retenido en la malla de 1 ½” y no mas del 6% del agregado que pasa la malla de ¼”.

2.5.4 El tamaño máximo nominal del agregado grueso no deberá ser mayor de: a. Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrado; o b. Un tercio de peralte de las losas; o TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. RIVVA – ACI - PERU

38



c. Tres cuartos del espacio libre mínimo barras o alambres individuales de refuerzo, paquetes de barras, torones o ductos de preesfuerzo. En elementos de espesor reducido, o ante la presencia de gran cantidad de armadura, se podrá con la autorización de la inspección reducir el tamaño máximo nominal del agregado grueso, siempre que se mantenga una adecuada Trabajabilidad, se cumpla con el asentamiento requerido y se obtenga la resistencia en compresión especifica. Las limitaciones anteriores podrán igualmente ser obviadas si, a criterio de la inspección, la Trabajabilidad y los procedimientos de compactación utilizados en el concreto, permiten colocar el concreto sin formar vacíos o cangrejeras. 2.5.5 El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado grueso o deberá exceder de los siguientes valores: Arcilla Partículas deleznables Material mas fino que la malla Nº 200 Carbón y Lignito: a. Cuando el acabado superficial es de importancia b. Otros concretos

0.25% 5.00%

0.50% 1.00%

El agregado cuyos límites de partículas perjudiciales excedan a los indicados, podrá ser aceptado siempre que un concreto, preparado con el agregado de la misma procedencia, haya dado 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 tenga características satisfactorias cuando es ensayado en el laboratorio. 2.5.6 El agregado grueso empleado en el concreto para pavimentos, o en estructuras sometidas a proceso de erosión, abrasión o capitación, no deberá tener una pérdida mayor del 50% en el ensayo de abrasión realizado de acuerdo a las especificaciones INTINTEC 400.019 ó 400.020 ó a las Normas ASTM C 131. 2.5.7 El lavado de las partículas del agregado grueso se deberá hacer con agua perfectamente potable. De no ser así, el agua empleada deberá estar libre de sales, materia orgánica o materiales en suspensión. 2.6

Hormigón

2.6.1 El agregado denominado hormigón, es una mezcla natural, en proporciones arbitrarias, de agregado 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 para el agregado grueso y fino. 2.6.3 El hormigón deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones. partículas blandas o escamosas, sales, álcalis, materia orgánica u otras sustancias dañinas para el concreto. Su granulometría deberá estar comprendida entre la malla de 2” como máximo y la malla No 100 como mínimo. 2.6.4 El hormigón debe ser manejado, transportado y almacenado de manera tal que garantizar la ausencia 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 en 2 compresión hasta de 100 kg/cm a los días. Del contenido mínimo de cemento será de 225 2 kg/cm . 2.7

Agua

2.7.1 El agua empelada en la preparación y curado del concreto deberá cumplir con los requisitos de la 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 o descargas de desagües, aguas que contengan azucares o sus derivados. Igualmente aquellas


39



aguas que contengan porcentajes significativos de sales de sodio o de potasio disueltas, en todos aquellos casos en que la reacción álcali-agregado es posible. 2.7.3 Podrá utilizarse aguas naturales no potables, previa autorización de la inspección, únicamente si: 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 o elemento embebidos. Al seleccionar el agua deberá recordarse que aquellas con alta concertación de sales deberán ser evitadas en la medida que no sólo pueden afectar el tiempo de fraguado, la resistencia del concreto y su estabilidad de volumen, sino que, adicionalmente, pueden originar eflorescencias o corrosión del acero de refuerzo. b. La calidad del agua, determinada mediante el análisis del laboratorio, cumple con los valores que a continuación se indican; debiendo ser aprobadas por la inspección las excepciones a los mismos.

Cloruros Sulfatos Sales de Magnesio Sales solubles totales pH. Sólidos en suspensión Materia orgánica

Máximo 300 ppm. 300 ppm. 150 ppm. 1500 ppm. mayores de 7 1500 ppm. 10 ppm.

c.

La seleccione de las proporciones finales de la mezcla de concreto se basará en resultados de ensayos de resistencia en compresión en los que se ha utilizado en la preparación del concreto agua de la fuente elegida. d. Los ensayos de mortero preparado con el agua seleccionada y ensayada siguiendo las recomendaciones 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/o mezclado a fin de evaluar el contenido total de sustancias inconvenientes que pudieran ser dañinas 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, el contenido 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 Concreto armado con elementos de aluminio o de fierro galvanizado embebidos Concreto armado expuesto a la acción de cloruros Concreto armado no protegido que puede estar sometido a un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruros Concreto armado que deberá estar seco o protegido de la humedad durante su vida por medio de recubrimiento impermeable

0.60% 0.06% 0.10%

0.15%

0.80%

2.7.7 El agua de mar sólo podrá utilizarse en la preparación del concreto si se cuenta con la autorización escrita del ingeniero proyectista y la inspección. 3 Es recomendable que la mezcla tenga un contenido de cemento mínimo de 350 kg/m , una relación agua-cemento máxima de 0.5, consistencia plástica y un recubrimiento al acero de refuerzo no menor de 70 mm. Queda prohibido el empleo de agua de mar como agua de mezclado en los siguientes casos:


40



Concreto presforzado. Concreto cuya resistencia a la compresión a los 28 días sea mayor de 175 kg/cm2. Concretos en los que estén embebidos elementos de aluminio o de fierro galvanizado. Concretos vaciados en climas cálidos. Concretos con acabado superficial de importancia; concretos expuestos; 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 corrugado o liso; las mallas de alambre corrugado o liso; u los torones, alambres y barras para tendones en concreto presforzado, deberán cumplir con lo especificado en la Norma Técnica de Edificaciones 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 es utilizado 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 técnicas especiales 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, salvo autorización 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 podan obtener en el concreto las propiedades requeridas; Así como que ellos son capaces de mantener esencialmente la misma calidad, composición y comportamientos del concreto en toda la obra. 2.9.6 En la selección de la cantidad de aditivos por unidad cúbica de concreto se tendrá en consideración las recomendaciones del fabricante, las propiedades que se desee obtener en el concreto; Las características de os agregados; la resistencia a la compresión especificada; las condiciones ambientales y de trabajo en obras; el procedimiento de colocación del concreto y los resultados de los ensayos de laboratorio. 2.9.7 El contratista proporcionará a la inspección la dosificación recomendada dela aditivo a ser empelado, así como los efectos perjudiciales al concreto que pudieran esperarse de posibles variaciones en la misma; en la composición química dela aditivo; en el contenido de cloruros expresados como porcentaje en peso del ión cloruro; y en el contenido de aire incorporado de la mezcla. 2.9.8 Los aditivos incorporados de aire deberán cumplir con los requisitos de la Norma INTINTEC 339.086 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 INTINTEC 339.086 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 la Norma ASTM C 989. 2.9.11 Las escorias de alto horno finamente molidas, cuando se emplean como aditivo, deberán cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 989. Son empleadas en la misma forma que las cenizas y, en general, son empleadas con cemento Pórtland y, muy raras veces, con cemento combinados dados que estos ya vienen puzolanas o cenizas. Sin embargo, la combinación con cementos que cumplen con la Norma ASTM C 595 puede ser considerada en la colocación de concretos en grandes masas en los que se puede aceptar una lenta ganancia de resistencia y en los que el desarrollo de un bajo calor de hidratación es de especial importancia.


41



2.9.12 El cloruro de calcio, o los aditivos que contengan cloruros que no sean impurezas de los componentes del aditivo, no deberán empelarse en: Concreto presforzado. Concreto que tenga embebidos elementos de aluminio o fierro galvanizado. Concretos colocado en encofrado de metal galvanizado. 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 aditivos con contenidos de cloruros, deberá certificarse que el contenido total de ión cloruro en la unidad cúbica del concreto, expresado como porcentaje en peso del cemento, no excede los valores indicados 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, Enrique Rivva, 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.


42

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


43

PISO Y LOSAS 1. a)

b)

c)



PRINCIPIOS GENERALES Los pisos o las losas se componen de tres partes distintas: Las partes encargadas de la sustentación: viguetas de madera, vigas metálicas, y vigas prefabricadas de hormigón armado o pretensado así como los forjados de relleno; las losas de hormigón armado, macizas o con nervaduras, etc. El revestimiento, que constituye la pavimentación acabada y que descansa sobre el armazón o estructura de sustentación: embaldosado, parquet de madera, losas de diversas clases ejecutadas in situ, revestimientos sintéticos, etc. El cielo raso o techo realizado debajo del elemento de sustentación, enlucido con yeso, palcas prefabricadas de materiales de todas clases, etc. La parte portante debe resistir las cargas transmitidas por su propio peso y las sobrecargas previstas por los reglamentos en vigor. El peso propio comprende, además del peso del mismo elemento de sustentación, el peso del revestimiento y el techo o cielo raso. Las sobrecargas que hay que admitir en el cálculo de los pisos, están fijadas por los reglamentos según los valores siguientes: Suiza Francia Pisos de vivienda, habitaciones 2 2 particulares... 200 kg/m 175 kg/m 2 2 Locales de venta, tiendas 400 kg/m 400 kg/m Escaleras de casas de vivienda, 2 salas de colegios, balcones... 300 kg/m Despachos y oficinas particulares (público sólo 2 2 admitido aisladamente)... 200 kg/m 200 kg/m Terrazas accesibles (o peso de 2 2 la nieve)*... 200 kg/m 200 kg/m Para los pisos de terrazas, en Suiza, se calcula la sobrecarga de nieve, según las normas

H siguientes:Altura H en que está situada la construcción  800 m ; P niere  40     55 

2

(Pero 90 kg/cm2 como mínimo); Altura H a que está situada la construcción  800 m

 H  P niere  160  1,4    100 

2

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, una 2 sobrecarga suplementaria de 75 kg/m TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD –



Las aberturas denominadas tramoyas, abiertas en los pisos para el paso de chimeneas o conductos de humos, conductos de ventilación y escaleras, requieren la construcción de embrochalados que con frecuencia modifican las características del elemento portante. El revestimiento, por su misma naturaleza, debe presentar un pavimento adaptado a las exigencias 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 peso de la masa y con el empleo de materiales elásticos convenientemente dispuestos (contra los ruidos 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 flecha del 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 de construcción del piso depende, pues, en gran medida de las condiciones locales. Observación: Cuando una pieza descansa sobre más de dos apoyos su cálculo resulta hiperestático 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 dos apoyos.

2.

PISOS DE MADERA Actualmente los pisos de madera portantes desde una a otra pared son utilizados rarísimas veces en la construcción de inmuebles de varios pisos. Se prefieren las losas que, hechas con hormigón 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 en casas de campo, pabellones, vivienda particulares, etc.

TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD –

44



Las ventajas de la madera residen en la sencillez de su puesta en obra, en la facilidad de darle forma y en su escaso peso propio. Por otra parte la madera ofrece excelentes cualidades naturales de aislamiento térmico y acústico. Constituye un piso económico. En cambio su empleo ofrece escasa protección contra la humedad que causa su destrucción por putrefacción. El apoyo de las vigas, que requiere un cercenamiento o que trae consigo la debilitación de la sección de la pared, constituye un notable inconveniente para las construcciones de mucha plantas. La luz de los pisos de madera rara vez excede de 5 m. Los pisos de madera están constituidos por vigas portantes, de pino, que suelen distar de 30 a 60 cm. Dicha separación rara vez excede de 60 cm con el fin de evitar la flecha del piso que recubre 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 y sobrecargas aplicadas. La tabla 31 permite determinar la sección de las vigas por simple lectura, cuando se conocen a luz y la carga. La luz real de las vigas corresponde a 1,05 veces el hueco entre apoyos. El peso propio de un piso de madera es de 2 100 a 150 kg/m . En este peso van comprendidos el parquet, el forjado, la viguería y el cielo raso. Ejemplo: ¿Qué sección de vigas es necesario escoger para realizar un piso que descanse sobre paredes distantes 3,80m entre sí y con una sobrecarga admitida dde 2 250 kg/m ? Luz real: 1,05. 3,80 = 4,00 Peso propio admitido (o calculado) 100 2 kg/m 2 Sobrecarga fijada + 250 kg/m 2 Carga total del piso: 350 kg/m


45



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 kg y una luz de 4,00 m corresponde una sección de madera de 8 x 18 cm. Para recordar los cálculos, el momento resistente se obtiene mediante el cociente del momento flector por el valor de la solicitación admisible en la madera: 2  = 85 kg/cm M (cm.kg ) b.H 2 W (cm 3 )  ; W rectángulo  6  (kg / cm 2 ) El cálculo del momento de inercia necesario para las vigas sobre dos apoyos, uniformemente cargadas, se obtiene en función de la flecha admisible, por medio de la expresión siguiente:

f 

Q (kg ). l 3 (cm 3 ) l 5 ; J (cm 4 )  . 300 384 E (kg / cm 2 ). f (cm)


46

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


en la cual: Q = carga total sobre la viga: p.l E = módulo de elasticidad de la madera, que se 2 admite en 110 000 kg/cm l = luz de la viga

J  momento de inercia de la viga : 

b.H 3 H , osea W . 12 2

b = anchura de la viga H = altura de la viga. Por razones de economía interesa utilizar vigas altas de pequeña anchura. A fin de evitar el alabeo de las mismas se colocan riostras de tabla que impiden las torsiones (Véase fig. 469). El revestimiento de los pisos de madera por medio de “parquet” no presenta ninguna dificultad. El establecimiento 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 última precaución corta los peligros ocasionados por la fuerte humedad que puede subsistir sobre la madera después de la colocación del embaldosado. A fin de limitar el agrietamiento de la capa aglomerante, es conveniente prever en esta última un enrejado que haga las veces de armadura.

Mediante clavos es posible la colocación de la mayoría de tipos de cielos rasos existentes bajo los pisos de madera.

Al proyectar un piso de madera, es necesario tener en cuenta que la madera es un material vivo, susceptible de retracción y de hinchazón bajo el influjo de la humedad ambiente. A este efecto no hay que apretar nunca la madera entre hierros o aprisionarla en la obra; al contrario, hay que dejarle sitio para que pueda desarrollar sus movimientos dentro del medio que la rodea. TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD –

47



Cuando la luz de las vigas resulta excesiva, es posible disponer una jácena trasversal, de madera o de hierro laminado.

3.

PISOS METÁLICOS Los pisos metálicos se consideran en general como los más convenientes para las construcciones de armazón metálica. Estos pisos apropiados para grandes luces y fuertes cargas, presenta junto con un reducido volumen, excelentes soluciones para las construcciones industriales y los inmuebles destinados a oficinas. La utilización de dichos elementos en las casas de vivienda es poco corriente. Semejante tipo de construcción ofrece la ventaja de una ejecución rápida por el empleo de laminados de hierro, estandardizados, que se encuentran en el mercado. En esta clase de pisos es necesario procurar una protección eficaz de los hierros contra la oxidación: una pintura adecuada o un empotramiento en una masa de hormigón.

La fabricación de viguetas de hormigón pretensado crea una competencia grave a los pisos metálicos. En efecto, existe una gran semejanza de características dimensiónales entre uno y otro sistema. Los pisos metálicos están constituidos con viga laminadas de los tipos IPN, IPE, UPN, etc. La preferencia se inclina por los perfiles altos y ligeros. La separación de las vigas depende (como en el caso de la madera) del material de forjado utilizado como portante entre las mismas. Este puede ser de elementos cerámicos, de hormigón premoldeado o realizado in situ, etc. Las características de las viguetas a adoptar depende de su luz y de la carga. La Tabla 32 permite determinar el laminado conveniente en función de la carga y de la luz. El peso propio admitido en los cálculos debe determinarse en cada caso particular. La flecha máxima bajo la carga total autorizada, en Suiza, es de 1/400 de la luz y en Francia, de 1/350, para los edificios corrientes. Por otra parte, en Francia, por la sola acción de las sobrecargas, debe mantenerse por debajo del 1/600 de la luz. Sin embargo, frecuentemente, exigencias particulares obligan a adoptar valores más reducidos.


48

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Cuando la solicitación de utilización del acero es conocida y la altura del laminado ha sido ya 2 elegida, es fácil conocer la flecha que para un módulo de elasticidad de 2 100 000 k/cm 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/cm l = luz de la pieza en m h = altura del perfil en cm b)

2

f  0,992.

 real . l 2 h

Cara uniformemente repartida, viga en ménsula

f  2,38.

 real .l 2 h

Ejemplo: Determinar las características de las viguetas de un piso de 5,60 m de luz entre 2 paredes, con una carga (peso propio comprendido) de 2400 kg/m , la separación de las viguetas es de 85 cm. 5,60 . 1,05  5,88 m 2400.0,85 = 2040 kg; por la lectura en Tabla 32 se

Luz real Carga por m de vigueta halla: IPE 270;  = 1,360 T/CM

f  0,992 .

2

1,360 . 5,88 2  1,73 cm 27

1,73 1 1   588 340 400 Los pisos ligeros, realizados con palastro plegado, ofrecen interesantes posibilidades. Su empleo, de uso corriente en los EE.UU., no ese ha llegado todavía a extender en nuestras regiones. Los perfiles utilizados conducen a los tipos de pisos indicados en las figs. 486 y 487. El revestimiento aplicado sobre los pisos de elementos metálicos depende en gran medida del material 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


49



utilizados influyen la longevidad del elemento. La ejecución de los cielos rasos debe contribuir en gran medida a la mejora de las condiciones aislantes. A fin de reducir el peso de la vigueta, que aumentan rápidamente con la luz, es posible introducir uno o varios apoyos intermedios. Dichos apoyos están constituidos en este caso por vigas (jácenas). Estas se calculan de la misma manera que las viguetas: su carga unitaria corresponde a la reacción de apoyo de las viguetas del piso. Generalmente la luz de la jácena es superior a la de las viguetas. Para su realización se emplean laminados IPN, IPE, DIN, HEA, - B, - M, etc. que dejar de calcular la fecha de esos medios de apoyo (fig. 491). La realización de embrochalados implica con frecuencia uniones que exigen la intervención de especialistas: remaches, uso de pernos, soldaduras, etc.


50


4.

a) b)


PISOS O LOSAS DE HORMIGÓN ARMADO Los pisos o losas de hormigón armado hallan actualmente gran campo de aplicación en la construcción de inmuebles de varias plantas, así como en la de viviendas particulares. Este complejo de materiales permite, en efecto, realizaciones variadas y económicas en la mayor parte de los casos. Por otra parte, a causa de su condición monolítica ofrece las garantías de una excelente trabazón entre los elementos portantes. Numerosas investigaciones dirigidas a mejorar y facilitar la realización de estas construcciones han suscitado distintas soluciones. Se distinguen tres tipos característicos de losas a base de hormigón armado: Las losas realizadas enteramente en obra: el forjado (losa maciza), la losa nervada, la losa de piezas huecas, etc., que requieren la construcción de un encofrado; Las losas semprefabricadas, en las cuales los elementos prefabricados constituyen en cierto modo el encofrado y que traen de la sección comprimida del hormigón;


51


c)


Las losas completamente prefabricadas o acabadas a su salida de fábrica que constituyen el elemento portante completo. Cada uno de estos tres tipos ofrece particularidades interesantes e inconvenientes que conviene tener en cuenta en cada caso particular. Las ventajas que procura el pretensado del hormigón se valorizan y explotan en la mayor parte de los tipos citados. Las características de los hormigones y de los aceros empleados deben cumplir las normas y reglamentos en vigor en el sitio de la ejecución. A este efecto véase el Cap. XVII: Hormigón armado. Recuérdese que en Suiza rigen las “Normas de la SIA”, n°. 162, y en Francia la “Regla Ba”. Recuérdese también que la dosificación prescrita en Suiza es de 300 kg de cemento Pórtland, y en Francia de 350 kg de cemento por metro cúbico en las obras sin control a pie de obra, y de 300 kg de cemento por metro cúbico en las obras controladas. Para ofrecer las garantías de resistencia prescritas, los hormigones deben estar amasados a máquina (en hormigonera). La aplicación de las normas constituye la reglamentación del cálculo y de la puesta en obra del hormigón armado. La distancia libre entre la armadura y el encofrado debe ser de 2 cm como mínimo para las obras situadas al abrigo de la intemperie y de 2 cm como mínimo en los otros casos.

4.1. LOSAS O FORJADOS REALIZADOS EN OBRA a.

El forjado, losa maciza de hormigón armado, elemento portante sin nervaduras, constituye el sistema más sencillo. Se realiza sobre un encofrado de tablas a tope que recubre toda la superficie; las armaduras de hierro son sencillas y de fácil colocación. Las tolvas, aberturas y cajas diversas sólo son pequeños obstáculos para su realización. Por otra parte, el hormigón se coloca con facilidad. La losa maciza ofrece la ventaja de ser, en casi todos los casos, el sistema más económico para luces inferiores a 4,50 m. En cambio este sistema ofrece un conjunto pesado y presenta dificultades, una vez ejecutado, para el paso de conducciones eléctricas y tuberías. Con frecuencia, éstas tienen que hacerse pasar por encima del encofrado, antes de ser incorporadas en su emplazamiento definitivo dentro del hormigón. Los elementos dispuestos en la masa antes del hormigonado se sitúan sobre la capa inferior de hierros de la armadura.

La considerable masa de hormigón ofrece una inercia favorable a la absorción de los ruidos aéreos, absorción que es tanto mejor cuanto más débil es la compresión del hormigón. De la elección del revestimiento depende la mejora de su comportamiento ante los ruidos de golpes. El forjado de hormigón presenta un pobre aislamiento térmico. El estudio del revestimiento y del cielo raso es, pues, de gran importancia puesto que ambos elementos deben proporcionar el aislamiento indispensable para el “Confort”. Los casos indicados en las figrs. 489 y 490 pueden formar un conjunto favorable. TEMA: CONCRETO REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD –

52



Los forjados se calculan en gran número de casos como si sólo trabajasen en una sola dirección. 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 o vigas maestras. El cálculo estático de un forjado es sencillo (véase el Cap. XVII: hormigón armado). Las Tablas 33 y 34 permiten, por simple lectura, determinar el espesor que hay que dar y la sección de armadura que se necesita por metro lineal de losa en función de la luz y de la sobrecarga. No hay que olvidar la inclusión del peso del revestimiento en el valor de la sobrecarga accidental. El peso propio de la losa, en cambio, ya está incluido en los resultados propuestos.


53



Peso propio y armaduras de repartición de las losas macizas (según las normas suizas) H h Peso kg/m2 espaciados  6 4 150 5 e = 15 cm 8 6 200 6 e = 15 cm 10 8 250 6 e = 15 cm 12 10 300 8 y 6 altern. e = 15 cm 14 12 350 8 e = 20 cm 16 14 400 8 y 10 altern. e = 20 cm 18 16 450 10 e = 20 cm 20 18 500 10 e = 20 cm Según las normas suizas, la armadura de distribución perpendicular al sentido de los elementos portantes debe representar cuando menos el 0,2% de la sección del hormigón, en el caso de losas uniformemente cargadas. En Francia las armaduras transversales de una sección unitaria deben ser por lo menos iguales a: 0,25 sección unitaria de la armadura principal.


54


b.


A fin de reducir los peligros de agrietamiento del hormigón, es preferible disponer armaduras de pequeño diámetro pero con escasa separación antes que barras de gruesa sección más espaciadas, aun cuando la sección total sea la misma. La separación máxima de las armaduras principales de una losa maciza se fija, en Suiza, así: a en la cual a representar el e  10  4 espesor de losa en cm. La losa nervada o piso con forjado y nervadura es una construcción más ligera que requiere mayor altura, y se adopta cuando la luz excede a los 4 metros. Con un peso propio relativamente pequeño, este tipo de piso ofrece una gran inercia que permite reducir notablemente la cantidad de armadura. Esta losa puede realizarse con la ayuda de encofrados de serie que descansan sobre listones de madera. Esta ejecución permite ahorro en la madera de los encofrados, y puede recuperarse y usarse otra vez el encofrado de la nervadura. En cambio, la ejecución de encofrado resulta más complicada que el simple forjado, cuando hay que confeccionar embrochalados y acodalamientos varios. La colocación de las armaduras y la puesta en obra del hormigón exige también mayor trabajo. Las cuali dades de aislamiento térmico son mejores que en la losa maciza, gracias a su importante cámara de aire. Sin embargo, en lo que se refiere al aislamiento acústico, pueden formularse las mismas reservas que para el forjado. Conviene, pues, estudiar detenidamente qué clase de revestimiento se le dará. La realización del cielo raso exige la colocación de listones o carreras debajo de las nervaduras. Luego puede ejecutarse el cielo raso con cualquier material tradicional. Es prudente (para asociar todas las nervaduras al efecto de una carga concentrada así como para limitar el alabeo) disponer una nervadura perpendicular a las nervaduras principales: la armadura de tal nervadura se compone exclusivamente de barras inferiores rectas. 4 cm. La anchura de la cara inferior de la nervadura depende por una parte del diámetro de las armaduras que deben formar parte de ella, y por otra de la resistencia a los esfuerzos cortantes. Estos últimos requieren a veces coladas llenas (macizados) cerca de los apoyos. La armadura de las nervaduras (elemento portante) se calcula según prescriben las normas de resistencia a los momentos flectores a los esfuerzos cortantes que obran junto a los apoyos. El forjado debe


55



armarse (perpendicularmente al sentido de las nervaduras) con barras cuya separación no tiene que exceder de 20 cm. Paralelamente a las nervaduras, esa separación está fijada en un máximo de 33 cm por las “Reglas B.A. 60”. Con objeto de aumentar el aislamiento del elemento portante, el encofrado de las nervaduras, a base de plancha de acero o de madera, puede ser reemplazado con piezas huecas de cerámica o aglomerados ligeros a base de cemento. Estos elementos prefabricados, de formas variadas, constituyen el encofrado y pertenecen definitivamente al conjunto portante. Las cualidades de esas piezas huecas varían con los materiales utilizados y los sistemas realizados. Entre éstos conviene mencionar los elementos “Durisol” que, a base de virutas y aserrín de madera, hechos incombustibles, ofrecen interesantes características en cuanto a aislamiento acústico y térmico. Los elementos de cerámica, de formas diversas, presentan igualmente interesantes ventajas para 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 sobre un reticulado de pies derechos. Estos pies derechos, dispuestos según una trama regular, deben sin embargo ser distribuidos según las relaciones 0,5 ly  lx  21y (lo cual equivales a decir que la luz en un sentido no puede rebasar el doble de la luz en otro sentido). Estos pisos no llevan ni resaltados ni vigas ni nervaduras ni jácenas, con lo cual puede conservarse en el centro de los tramos una altura libre máxima. Generalmente están constituidos por losas macizas de hormigón con armaduras cruzadas, sólidamente ligadas a los píes derechos de hormigón armado por medio de un capitel que asegura la rigidez de la construcción. A veces también se hacen mediante losas de artesones (cargando igualmente en ambas direcciones sobre los apoyos) En el caso de un piso o techo fungiforme, el capitel presenta el aspecto de un tronco de pirámide o de un tronco de cono que sobresale de la cara inferior del techo.


56


a) b) c)


Los capitales en forma de seta de los pisos o techos fungiformes pueden ofrecer muchos aspectos: Según los reglamentos alemanes; Capitales o curvatura continua; Según las reglas B.A. 60.

El piso-losa comprende un tipo de capitel incorporado a la losa que, en consecuencia, presenta una cara inferior perfectamente plana. En el pido-losa, se puede realizar el capitel a base de hormigón 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:


57



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. La pendiente para la evacuación de las aguas no debe ser inferior al 1,5% (1,5 cm por metro)


58



El hormigón translúcido, mal aislante térmico, da lugar a condensaciones. Con una ventilación eficaz de la superficie subyacente de la losa, pueden reducirse el efecto de esas condensaciones; en caso necesario, no habrá más remedio que recoger el agua que allí se forma.

4.4. LOSAS SEMI-PREFABRICADAS Estos sistemas que tienen la apariencia de pisos de madera o metálicos, utilizan ingeniosas realizaciones de viguetas prefabricadas de hormigón armado u hormigón pretensado. A veces, se incorporan a esas viguetas elementos cerámicos destinados a reemplazar el encofrado de las losas.

Muchos de los tipos de pisos semi-prefabricados que existen actualmente en el mercado ofrecen interesantes propiedades de aislamiento térmico. En cualquier caso, resulta imprescindible el hormigonado en obra de la parte comprimida del elemento portante.


59



Gran número de empresas emplean el hormigonado pretensado para la confección de las viguetas. El conjunto portante queda completado con los forjados aislantes de materiales ligeros. Los diferentes fabricantes de estos sistemas indican generalmente las características mecánicas y de utilización necesarias para su empleo racional. La abundancia de tipos existentes no impide citarlos todos. A título de ejemplo, en las figs. 517 a 520 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 construcción necesarias a pie de obra, llegan al lugar de la misma a punto para su montaje. Después de la puesta en obra de esas viguetas ligeras de gran superficie, sólo queda por realizar una operación sencilla de rejuntado. La ventaja de este sistema reside no solamente en la rapidez de 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 es importante.

Las características mecánicas de aislamiento acústico y térmico varían enormemente según el sistema empleado. Las casas que cuidan de la producción de esos elementos proporcionan generalmente las piezas después de haber efectuado por sí misma los cálculos estáticos necesarios (véase las figs. 521 a 523).

5.

ENCADENADOS O LIGAZONES ANULARES Con el fin de asegurar la homogeneidad de una construcción o un edificio cualquiera, se disponen, en las paredes de carga y de fachada, una especie de tirantes horizontales destinados a ligar los elementos entre sí. Estos tirantes se colocan en general al nivel de los pisos.

Si se trata de pisos de madera, la cohesión de los elementos portantes se obtiene por medio de la colocación de un hierro plano anclado en la obra de fábrica por sus extremos y que descansa


60



sobre el apoyo de las vigas en el interior de la pared. Este tipo de atirantado o encadenado suele hallarse en ocasión de las transformaciones de construcciones antiguas, por ejemplo.

Actualmente, se prefiere efectuar esta ligazón por medio de la colocación de una armadura pequeña empotrada en el hormigón que forma el enrase bajo el envigado. Esta disposición es la utilizada en el caso de pisos de madera y metálicos. No suele calcularse la sección de un encadenado o cinturón de atirantado. Sus características se 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 de diámetro. El empleo de las losas de hormigón armado, de los tres tipos enunciados, implica la colocación de una pequeña armadura en el encadenado o atirantado. Esta armadura, situada debajo de las barras principales, da rigidez de apoyo a la losa, facilita la repartición de las reacciones de apoyo en la pared y cumple con la misión que se le exige de servir de ligazón. El diámetro se elige en relación con la armadura principal de la losa. Según las reglas B.A. 60, al nivel de cada piso, en todas las paredes de carga, la armadura del encadenado debe tener por 2 lo menos una sección de 3 cm de acero dulce. El empleo de acero de alta resistencia trae consigo la incorporación de una armadura cuya sección viene dada por una fórmula empírica. Observación: Las jácenas o vigas maestras, dispuestas perpendicularmente al sentido portante de las losas de hormigón armado, están calculadas en función de su luz y de la carga soportada. Estos elementos, destinados a reducir la luz de las losas, suelen presentarse frecuentemente en forma de vigas en T. Cuando la altura de una jácena es igual a la de las nervaduras de la losa se la llama jácena enrasada o viga maestra enrasada. Los pisos dispuestos sobre bóvedas se emplean muy raras veces en las construcciones actuales.

6.

ENLOSADO DE CEMENTO, CHAPA, REVESTIMIENTO O SOLADO Los enlosados de cemento se dividen generalmente en dos partes: la horma, o capa de cimentación, que es una especie de relleno que sirve para la distribución de las cargas o para la igualación de la superficie, y el revestimiento o solado propiamente dicho, que puede ser un enlucido de mortero denominado “chapa” o una superficie de baldosas o losas (embaldosado o enlosado). La cimentación u horma debe estar constituida por materiales cuya resistencia y densidad vengan determinadas por el destino que haya que darse al enlosado. Esta capa de cimentación contiene o proporciona el aislamiento térmico o acústico indispensable. En el caso de un enlosado de cemento construido sobre el suelo, la horma debe descansar sobre una capa de piedras o sobre un lecho resistente formado por un relleno de cascajos o desechos sin triar pero cuidadosamente apisonado y compactado. Esta capa está constituida por 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:


61



8 cm

para las losas de los garajes que admiten coches de turismo o una carga 2 uniformemente repartida de 200 kg/m . 2 12 cm para las losas destinadas a soportar cargas uniformemente repartidas de 500 kg/m cual es el caso de talleres, almacenes, etc. Dichos valores se aumentarán respectivamente hasta 10 y 15 cm para los enlosados situados 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 la 3 dosificación de cemento hasta 250 kg de C.P. por m 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 para poder ser apisonado enérgicamente. Cuando se establece un enlosado sobre un terreno húmedo, es prudente disponer un drenaje en la capa de piedra subyacente. La capa de cimentación en el caso de revestimientos situados en el interior de las construcciones, por ejemplo sobre losas de hormigón, puede estar constituida por materiales ligeros, con objeto de reducir su propio peso. Se utilizan a este efecto áridos ligeros: escorias de 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 de obtener una capa resistente a las deformaciones provocadas por la compresión. El empleo de hormigones ligeros debe proscribirse cuando las sobrecarga de pisos son elevadas.


62

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


PROBETAS DE CONCRETO DE LOS ENSAYOS DE COMPRENSIÓN La manera tradicional y práctica de evaluar la resistencia y uniformidad del concreto en las edificaciones, consiste en moldear probetas con el concreto empleado en obra, que luego son llevadas a rotura en una prensa, bajo cargas de comprensión. Los resultados de ensayo muestran la dispersión del concreto debido a la heterogeneidad de sus constituyentes 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 las diferencias producidas en las operaciones de moldeo, curado y ensayo. Para Obtener una resistencia representativa, la Norma Intintec determina los procedimientos a seguir en cada etapa de la preparación de las probetas; y el Reglamento Nacional de Construcciones señala el tamaño y número de la muestra de ensayo. Conviene efectuar correctamente el proceso de muestreo, preparación y curado de probetas para evitar resultados erróneos de resistencia, que pueden llevar al cuestionamiento de la calidad del concreto, la posible paralización de la obra y un dilatado proceso de evaluación. El costo de la buena preparación 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 siguientes elementos: 

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. La barra 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 mm de espesor y/o lamina de material plástico. Los moldes deben ser de material impermeable, no absorbente y no reactivo con el cemento. Su construcción debe darles rigidez, impidiendo escape lechada de cemento por las juntas. Los moldes normalizados se construyen de acero, eventualmente, se utilizan de material plástico duro de hojalata y de cartón parafinado. Las tolerancias admisibles en la geometría de los moldes con respecto a las generatrices son: rectitud 0.20 mm; planitud 0.15 mm. El plano de las orillas del molde deberá formar ángulos de 90º con el eje con tolerancia de + 1/8”.

MUESTREO La muestras deben ser obtenidas al azar, por un método adecuado sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. 2 Se deberá obtener una muestra por cada 120 metros cúbicos de concreto producido 6500 m de superficie llenada y en todo caso no menos de una al día. El volumen de la muestra no será menor de 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 contenido 2 en el tambor es menor de 0.5 m se tomara el material del centro de descarga. En caso de ser mayor el volumen, se formara una muestra compuesta con material correspondiente al 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, la muestra 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 que sea posible el mezclado antes de llenar los moldes. No deben transcurrir mas de 15 minutos entre las operaciones de muestreo y moldeo del pastón de concreto. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

63



Se deben preparar dos probetas de ensayo de cada muestra para evaluar la resistencia a la comprensión determinada edad; por el promedio. Sin embargo por una mayor precisión es recomendable 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 la prueba de resistencia. El moldeo de las probetas se efectúa sobre una superficie horizontal, libre de vibraciones y protegida del 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 un pastón 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, la que 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 capa precedente no. Mas de 1”. En la última se coloca material en exceso, para enrasar al tope con el borde 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 la plancha y luego se procederá a enrasar la superficie. En las mezclas fluidas, para evitar la exudación al término de la consolidación, el material en exceso se 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 una superficie plana, suave y perpendicular a la generatriz del cilindro. Ras inclinado, con proyecciones o depresiones mayores de 3 mm. Exigen una capa de refrenado de mayor espesor, disminuyendo la resistencia de la probeta. Luego de llenar los moldes se fijan en ellas tarjetas, debidamente protegidas, que los identifiquen con referencias 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 a lugares vecinas inmediatamente después de consolidadas, colocándose en espacios seguros o construcciones provisorias. Una ves llenos lo moldes, se protegerán con telas que deberán mantenerse permanentemente húmedas. Alternativamente, se podrán cubrir con placas de material plástico o películas de polietileno. En todos los casos, durante las primeras 24 horas, los moldes estarán a una temperatura ambiente de 16ºC a 27ºC, protegidos del viento y asolamiento. De ser necesario se utilizaran aparatos de ventilación y/o calefacción.

DESMOLDEO Las probetas se retiraran de los moldes entre las 18 y 24 primeras horas después de moldeadas. Se procederá soltando los elementos de cierre y, luego de un momento, se retirara cuidadosamente la probeta. Se marcaran en la cara circular de la probeta las anotaciones de la tarjeta de identificación del molde, utilizando lápiz de cara o un pincel con pintura negra. Las probetas deberán ser llevadas a mano a la cámara de curado. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

64



CURADO Después de desmoldar las probetas se colocan en la cámara de curado, en recipientes conteniendo una solución saturada de agua de cal, a temperatura de 23ºC + 2ºC. La saturación se puede obtener incorporando tentativamente 2grm de cal hidratada por litro de agua. El agua utilizada será potable y limpia, 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 Humedad relativa a temperaturas de 23ºC + 2ºC. Los valores de la temperatura y humedad serán observados y registrados durante el periodo de curado, 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 de siete 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 una estructura de concreto, deberán conservarse a pie de obra, en las mismas condiciones de protección y 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 entre las 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 estará revestido con plancha de Zinc. En la guía de remisión se indicara, además de las anotaciones efectuadas cara de cada probeta, las referencias adicionales que facilitan su identificación. Deberá solicitarse al laboratorio, que además de certificar su referencia establezca constancia del peso y dimensiones de la probeta; de la fecha y hora de ensayo; así como el tipo de curado y material refrendado. Se cuidara que el laboratorio, luego de la recepción de las probetas, las coloque de inmediato en las cámaras de curado.

TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

65



CURADO DEL CONCRETO El curado Para obtener un buen concreto, es necesario que en su primera edad se encuentre en un entorno que reúna 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, de manera que el espacio de la pasta ocupado inicialmente por agua, se llene con los productos de hidratación 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 culminación del proceso. Se ha comprobado experimentalmente que el desarrollo de la hidratación se cumple a máxima velocidad cuando el agua, produce en los capilares una presión de vapor superior a la que corresponde 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, por relaciones 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 conforme disminuya la temperatura. Resulta equivocado, por lo tanto, pensar, como ocurría tiempo atrás, que no es peligrosa la desecación del concreto cuando tiene agua en exceso.

Acciones previas Determinadas acciones adoptadas con anterioridad el curado, contribuyen a su eficiencia. Es recomendable aceitar los encofrados antes de la colocación del concreto y mantenerlos húmedos durante el servicio. En losas o pavimentos, en especial en climas secos o cuando se producen fuertes lluvias, es aconsejable suspender una cubierta sobre la superficie de concreto, evitándose de esta manera la evaporación 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 en determinadas estructuras aparentes para ello, por ejemplo: Pavimentos, losas y placas para alcantarillas, donde es factible formar un estanque de agua mediante un pequeño dique de tierra impermeable a lo largo del perímetro de la losa. El empleo de atomizadores rociadores de agua es conveniente cuando es posible mantenerlos en servicio continuo o no hay limitación para el gasto de agua. En estructuras verticales se han empleado con éxito mangueras agujereadas. Cubrir el concreto con textiles húmedos, con alta capacidad para retener el agua, como tejidos de algodón y yute. Los materiales polvorulentos, como la arena y la tierra mojada, son utilizados en el curado de elementos 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 de impedir su desecación. Este procedimiento tiene la limitación de no ser aportador de agua, como ocurre 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 hojas transparentes, blancas para climas cálidos y negras para climas fríos. La película plástica debe aplicarse lo más temprano posible sobre el concreto de manera que cubra todas las caras expuestas.


66



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 el concreto. Se ha utilizado el procedimiento de aplicar películas plásticas sobre textiles absorbentes humedecidos en la superficie del concreto. En el mercado se encuentran películas plásticas, reforzadas con fibra de vidrio Para 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 superficies blancas para reducir la absorción de calor. Las hojas de papel pueden reutilizarse, si mantienen su capacidad de retener la humedad, sin perjuicio 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 con disolventes 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: 2



El rendimiento de los compuestos varia entre 3.5 y 5.2 m 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 mayor productividad.



No es recomendable la aplicación de membrana sobre superficies que pueden recibir concreto adicional o pinturas que deban adherirse al soporte.



Los compuestos de membrana se aplican cuando el agua libre sobre la superficie del concreto 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 la obra.

Evaluación del curado: La evaluación de los procedimientos de curado se efectúa mediante la prueba de cilindros de ensayos 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 prueba en condiciones de obra, dan a la edad determinada el 85% o mas de la resistencia obtenida con especimenes similares curados en laboratorios. así mismo, si las resistencias de los cilindros curados a pie de obra exceden en mas de 35kg / cm la resistencia especificada, también se considera correcto curado. De no alcanzar los límites señalados anteriormente, se deberán proseguir con el curado y, en caso necesario, intensificarlo. En previsión de esta eventualidad, es recomendable curar en las mismas condiciones de la edificación dos series de cilindros de prueba.

Otros métodos de curado: Métodos de curado enérgico, se emplean generalmente en la industria del concreto prefabricado, o en condiciones de concretado en tiempo frío. Generalmente se aplica calor húmedo después de elevar la temperatura se potencializan las reacciones químicas de la hidratación, incrementándose las resistencias iniciales. Un método efectivo de curado es el empleo del vapor a presión atmosférica o el de vapor a alta presión.

Climas extremos: En los casos de concretado en clima cálido o excesivamente frió, es necesario adoptar precauciones espéciales 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.


67



Especificaciones a consultar 

Recommended Practice for Curing Concrete (ACI 308-71).



AASHTO 71-60 Standard Spefications for White Polyethylene Sheeting (film) for Curing Concrete.



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 tha Laboratory.



ASTM C 309-81. Standard Specifications for Liquid Membrane Forming Compounds for Curing Concrete.


68



EL ENSAYO DE CONSISTENCIA DEL CONCRETO Del principio del método El denominado ensayo de asiento, llamado también de revenimiento o “Slump test”, se encuentra ampliamente 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 finalmente en 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 para adaptarse al encofrado o molde con facilidad, manteniéndola homogéneo con un mínimo de vacíos.


69



La consistencia se modifica fundamentalmente por variaciones del contenido del agua de mezcla. En los concretos bien proporcionados, el contenido de agua necesario para producir un asentamiento determinado depende de varios factores: se requiere más agua con agregados de forma angular y textura 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 mas amplia 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 rigor como 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 molde El molde tiene forma de tronco de cono. Los dos círculos de las bases son paralelos entre si midiendo 20 cm y 10 cm los diámetros respectivos. Las bases forma ángulo recto con el eje del cono. La altura del molde es de 30 cm (]Fig. 2). El molde se construye con plancha de acero galvanizado, de espesor mínimo de 1.5 mm (Fig. 3). Se sueldan el molde esas y aletas de pie, para facilitar la operación. Para compactar el concreto se utiliza una barra de diámetro liso, de 16 mm de diámetro y 60 mm de longitud y punta semiesférica.

Muestreo Las muestras deben ser obtenidas al azar, por un método adecuado, sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. Se deberá obtener una muestra por cada 120 metros cúbicos de concreto producido o 500 2 m de superficie llenada y en todo caso no menos de una al día. El volumen de la muestra no será menor de 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 3 contenido en el tambor es menor de 0.5 m , se tomará el material del centro de la descarga. En caso de ser mayor volumen, se formará una muestra compuesta con material correspondiente al fin 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 muestra se 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 Ensayo El molde se coloca sobre una superficie plana y humedecida, manteniendo inmóvil, pisando las aletas. Seguidamente se vierte una capa de concreto hasta un tercio del volumen. El concreto se coloca moviendo la pala en torno del borde superior del molde, para asegurar la homogeneidad. Se apisona con la varilla, aplicando 25 golpes, distribuidos uniformemente. Enseguida se colocan otras dos capas con el mismo procedimiento a un tercio del volumen y consolidando, 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 le caso 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. Se estima que desde el inicio de la operación hasta el término no deben transcurrir más de 2 minutos; de los cuales el proceso de desmolde no toma más de cinco segundos. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

70



El asiento se mide con aproximación de 5 milímetros, de terminado la diferencia entre la altura del molde 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 las generatrices del cono, produciendo la caída del pastón. Con experiencia, la observación del comportamiento del concreto resulta de interés. Las mezclas bien dosificadas asientan lentamente sin perder su homogeneidad, revelando buena consistencia. Por el contrario, las mezclas defectuosas se disgregan y caen por separado (Fig. Nº 4).

Observación del Ensayo Es conveniente observar el comportamiento del pastón que, durante el asentamiento, permite inferir la calidad del concreto. Se han establecido tres tipos de asiento característicos, como sigue: (Fig. Nº 5). El denominado “normal” o verdadero, propio de mezclas ricas y con un correcto dosaje de agua, en este caso el concreto no sufre grandes deformaciones ni sus elementos se separan, debido al poder ligante 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 de aglutinar y aumenta su calidad lubricante de los áridos, por el que los asientos son mayores y se reduce el coeficiente de rozamiento. Ocasionalmente es asentamiento no es grande pero el corte es apreciable. Cuando el concreto es fluido y pobre en finos, es difícil que se mantenga unido y en lugar de asientos se produce rotura por derrumbamiento y algunas veces por corte. Cuando los ensayos no tienen la forma del asentamiento verdadero, es decir que la fuerza de deformación es supera al “limite plástico” del material, la prueba se considera sin valor.

Limitaciones de Aplicación El 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. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

71

SENCICO NOVIEMBRE 2001   

BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA 3

Cuando el contenido de agua es menor de 160 lts por m de mezcla. 3 En concretos con contenido de cemento inferior a 250 Kg/m . Cuando existe un contenido apreciable de agregado grueso, de tamaño máximo que sobrepasa las 2.5”.

Aplicaciones El Diseño de Mezclas Los métodos de proporcionamientos del concreto permiten definir mezclas apropiadas para determinadas resistencias, que únicamente se obtienen en la practica cuando el concreto se mantiene homogéneo y tiene aptitud de llenar los moldes con un mínimo de vació. El ensayo de asiento ha demostrado ser de utilidad para evaluar la aptitud de las mezclas en la consolidación en diferentes 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 Zapatas simples, cajones y muros Vigas y muros de concreto armado Columnas Pavimentos y losas Concreto masivo

8 8 10 10 8 5

2 2 2 2 2 2

Control de Homogeneidad En el proceso de producción del concreto, la prueba de asentamiento es de gran utilidad en el control de las variaciones en los materiales. En efecto, un cambio en el contenido de humedad de la arena o la variación del módulo de finura, son fácilmente advertidas en la prueba pues influyen en el valor del asentamiento.

Factores Externos La Trabajabilidad el concreto se modifica con el transcurso del tiempo. El valor del asentamiento medido al pie de la mezcladora será mayor que el obtenido luego de 15 minutos, pues los agregados absorben agua que, de esta manera, no contribuye a la plasticidad. En efecto, en el tiempo que los materiales 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 el asentamiento. Por ello, para mantener el asentamiento cuando el clima es más caluroso, habrá de requerirse de una aumento de la dosificación del agua (Fig. Nº 7).


72

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 características del 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 se clasifican como aditivos químicos. Los aditivos no reactivos, compuestos por partículas muy finas como 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 para producir un concreto de una consistencia dada y retarda el fraguado.



Aditivo plantificarte y acelerador, que reduce la cantidad de agua de mezclado requerida para producir un concreto de una consistencia dada y acelera su fraguado y el desarrollo de su resistencia 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 la selección de materiales más apropiados. En todo caso, debe realizarse un estudio cuidadoso del costo, para determinar la opción más ventajosa. Los aditivos por lo general afectan varias propiedades del concreto, tanto en su estado fresco como endurecido. 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 del aire, pero su resistencia disminuye. Los efectos de los aditivos sobre el concreto varían por las condiciones atmosféricas y factores intrínsecos del concreto como son: el contenido del agua, el tipo de cemento, la duración del mezclado, 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 el costo de los ingredientes de mezcla del concreto con o sin aditivo; establecer la diferencia de costos


73



de control de concreto, generalmente mayores en el caso de uso de aditivos y el costo de la colocación, 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 una mezcla 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 la comercialización 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, para aditivos 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, deberán efectuarse ensayos para evaluar su calidad antes de su uso. El usuario, en el caso de emplear los aditivos en elementos de concreto pretensado, deberá requerir del fabricante o su representante, constancia escrita del contenido de cloruros del aditivo expresado en 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 se venden 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 que recomienda agregar el aditivo cuando los materiales y gran parte del agua se encuentren en proceso de mezclado. Debe cuidarse que el aditivo se distribuya uniformemente en la mezcla. Para lograrlo debe 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 la exactitud 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 la relación 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 el mercado varios tipos de dosificadores, con diferente nivel de automatismo, pero en la mayoría de los casos, 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 cantidad y uniformemente repartidas en el concreto, mejorando la Trabajabilidad y durabilidad frente a la acción destructiva del congelamiento y deshielo; con eventual reducción de las resistencias mecánicas.



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 ciertas estructuras.


74

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


75

TABLA 1. – REQUISITOS FISICOS Reducción de agua Contenido de Agua. Máximo, % de referencia: Tiempo de Fraguado. Desviación permisible del valor de referencia, en hors minutos: Inicial, por lo menos: no más de: Final, por lo menos: no más de:

retardador

acelerador

95

1.0

antes ni 1.30 después 1.0 antes ni 1.30 después

1.0 después 3.30 después

1.00antes 3.30 antes

Reducción de Agua y Retardador

Reducción de Agua y Acelerador

95

95

1.00 después 3.30 después

1.00 antes 3.30 antes

1.00 antes 3.30 después

1.0

antes

3.30 después

resistencia a la Compresión, mínimo % de referencia 3 días: 7 días: 28 días: 6 meses: 1 año:

110 110 110 100 100

90 90 90 90 90

125 100 100 90 90

110 110 110 100 100

125 110 110 100 100

resistencia a la Flexión, mínimo, % de referencia 3 días: 7 días: 28 días:

100 100 100

90 90 90

110 100 90

100 100 100

110 100 100

100

90

100

100

100

135 0,010

135 0.010

135 0.010

135 0.010

135 1.010

80

80

80

80

80

Adherencia. % de referencia: 28 días: Cambio de longitud, acortamiento máximo (requisitos alternativos) % de referencia: aumento sobre el valor de referencia: Factor de Durabilidad Relativo. mínimo

   

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 de gas en el concreto fresco, disminuyendo apreciablemente la densidad una vez endurecido. Asimismo, los pigmentos, materiales inertes finamiento divididos que dan coloración a la superficie 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 de construcción. c) Para determinar la uniformidad entre diferentes lotes del producto. d) Para proporcionar datos que muestren que cualquier lote es igual a los suministrados previamente. El concreto con el aditivo ensayado comparativamente con el de referencia, deberá cumplir con los requisitos de la Tabla 1.


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


MEZCLADO DEL CONCRETO Principio de mezclado El mezclado del concreto tiene por finalidad cubrir la superficie de los agregados con la parte de cemento, produciendo una masa homogénea. El mezclado a maquina, en las denominadas mezcladoras, asegura concretos uniformes de manera económica. Las mezcladoras están constituidas, fundamentalmente, por un recipiente es metálico denominado tambor o cuba, provisto de paletas en su interior. La mezcla se efectúa, cuando cada una de las partes del concreto es elevada, vuelta a vuelta, por las paletas durante la rotación del tambor, de manera que en un cierto punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferior para mezclarse con las otras porciones, hasta constituir una masa homogénea.

Tipos de mezcladoras Las mezcladoras se clasifican en función de la posición del eje de rotación de la cuba, siendo dos tipos:  Mezcladoras de eje inclinado, de cuba basculante.  Mezcladoras de eje horizontal. Las concreteras de eje inclinado o tambor basculante pueden adoptar diferentes inclinaciones del eje para cada etapa del trabajo: sea llenado, amasado, o descarga. Esta operación se facilita mediante un volante, que hace pivotar el tambor alrededor de un eje horizontal 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 una característica 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 espacial para 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 inmediata y sin segregación. Las mezcladoras de eje horizontal se caracterizan por el tambor, de forma cilindro-cónica, que actúa girando alrededor de un eje horizontal con una o dos aspas o paletas que giran alrededor de un eje no conciente con el eje del tambor. Disponen, en la mayoría de los casos, de dos aberturas, una para cargar 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 se mezcla siempre en el fondo del recipiente. Las mezcladoras de eje horizontal se distinguen según la forma en que se realiza la descarga. Como el 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, se separan 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 la tolva: y al descargar, que no se produzca segregación o quede en el interior de la mezcladora agregado grueso. Las mezcladoras de eje horizontal son favorables para grandes volúmenes de concretado.

Capacidad de la mezcladora La tendencia moderna determina la capacidad de la s mezcladora según el volumen del concreto homogéneo y compactado que puede mezclar en una acción de amasada. Anteriormente se consideraba, para definir la capacidad, el volumen de los materiales los materiales componentes del concreto, 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.


76

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


77

El volumen geométrico del tambor es dado en algunas ocasiones. En estos casos, en condiciones normales de eficiencia, la relación entre el volumen de los materiales y el volumen geométrico es aproximadamente el siguiente: Mezcladoras basculantes: 0.7 Mezcladoras de eje horizontal: 0.4

Procedimiento para cargar la mezcladora No existe una norma que defina el procedimiento par cargar la mezcladora. Generalmente se acepta que 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% del agua. El 10% restante se termina de introducir cuando todos los materiales se encuentran en la mezcladora. En las mezcladoras basculantes se aconseja introducir el agregado grueso después de la arena y el cemento. En el procedimiento basculantes se aconseja introducir el agregado después de la arena y el cemento.

Duración del mezclado El tiempo para producir de manera continua una mezcla homogénea es una característica de cada tipo 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 concreto incluyendo 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 de vueltas 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 mezclado CAPACIDAD DE MEZCLADORA

TIEMPO (EN MINUTOS)

3

Yarda Cúbica

m Bureau of Reclamation

ASTM

1 2 3 4

0,75 1,5 2,3 3

1 1¼ 1½ 2

____ 1½ 2 2 1/3

Existe la tendencia a reducir el tiempo de mezclado para incrementar el rendimiento de la mezcladora. Para cada tipo de mezcladora existe una relación entre el viento de mezclado y la uniformidad 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 resistencia en menos afectada por el tiempo de mezclado, especialmente luego de los dos minutos. Es posible encontrar modernas mezcladoras de gran tamaño que producen concretos de buena calidad con tiempo de 1 a 1 ½ minutos. Las mezcladoras denominadas de alta velocidad son aquellas en las que el tiempo de mezclado puede ser inclusive inferior a 1 minuto.

Amasadoras Para mezcla de concreto secas, especialmente en prefabricación, se utilizan amasadoras de eje vertical, 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 requiere un 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 alta productividad y calidad, siendo de gran versatilidad, aplicables a cualquier tipo de mezcla. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM



Control de la mezcladora Al poner en servicio una mezcladora, cuando se considere necesario constatar su estado o verificar el tiempo 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, que puede considerarse exigente y que establece lo siguiente: De dos muestras que representen el concreto producido se establece la diferencia de los resultados de ensayos determinados que no deben exceder de las siguientes tolerancias: 2 1) Peso por metro cúbico, calculado en base a concreto libre de aire: 1,6 Mpa (16 kg/cm ) 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 muestras comparativas ensayadas, en porcentaje: 1,6%. 6) Resistencia promedio a la compresión a los 7 días para cada muestra, basado en la resistencia promedio d todas las probetas, en porcentajes: 7,5%.


78

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 partículas adheridas, o de manera externa, como los elementos con exceso de poros o partículas de diferente e expansión térmica. Los factores químicos se distinguen según actúen directamente sobre el cemento, como las impurezas orgánicas; o independientes de aglomerante, como los materiales solubles. La mayoría de los agregados presentan algún grado de contaminación, pero la norma determina el porcentaje máximo admisible. Los elementos perjudiciales que generalmente se encuentra en los agregados son: los muy finos, que exigen exceso de agua; los recubrimientos que afectan la adherencia; 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 orgánicas Los agregados eventualmente pueden estar contaminados con materias orgánicas, originadas por la descomposición de elementos vegetales, en forma de margas orgánicas. Estas impurezas puede afectar 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 de compuestos orgánicos nocivos, permitiendo así la realización de ensayos adicionales de mayor precisión. El procedimiento de ensayo consistente en comparar una solución de referencia, de color-patrón, con la 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 en agua. La solución de referencia, debe ser preparada, en cada caso, disolviendo bicromato de potasio 3 (K2Cr2O7) (grado 1,84) a razón de 0.250 g. Por 100 cm de ácido. Cuando el color del liquido de la muestra de ensayo mas oscuro que el color de referencia, se puede inferir la presencia de materia orgánica. En los casos en que el ensayo sea positivo, se establece una prueba adicional, consistente en comparar la resistencia de la compresión de morteros, fabricados con la arena cuestionada y otra reconocida como sana. En el caso de que la resistencia alcanzada con la arena patrón, no deberá emplearse el agregado, por inadecuado.

Partículas livianas Algunos materiales de baja densidad, como el carbón, los materiales fibrosos y la madera, pueden afectar 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 alta densidad. Los compuestos utilizados son los siguientes: Reactivo Tetrabromoetano Benceno Bromoformo Tetracloruro de carbono monobromobenceno


Densidad 1,97 0,88 2,88 1,58 1,49

79

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


La muestra de ensayo varia según el tamaño máximo del agregado dentro de los siguientes rangos: Tamaño máximo Peso en gramos Arena 200 19,00 mm 3,000 38,10 mm 5,000 76,10 mm 10,000 El procedimiento consiste básicamente en el introducir la muestra en un recipiente que contiene el liquido de ensayo, en un volumen por lo menos igual a 3 veces absoluto del agregado, agitando luego y 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 partículas decantadas y el peso de la muestra de ensayo.

Material más fino de 74 micrones El material muy fino, constituido por arcilla y limo, se presenta recubriendo el agregado grueso, o mezclado con la arena. En el primer caso, afecta la adherencia del agregado y la pasta; en el segundo, incrementa los requerimientos de agua de mezcla. En principio, un moderado porcentaje de muy 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 como un porcentaje de la masa de la muestra original y es expresada como la cantidad de material que para el tamiz. La muestra de ensayo deberá tener el peso que corresponde a la siguiente tabla: Tamaño nominal máximo (mm) 2,38 4,76 9,51 19,00 31,10 ó mayor

Peso mínimo (g.) 100 500 2,000 2,500 5,000

Partículas inestables Algunos elementos que contaminan los agregados no mantienen su integridad o experimentan en contacto con el agua expansiones destructivas. Tal es el caso de la pizarra y otras partículas de baja intensidad. En otros casos, inclusiones blandas, como el carbón, pueden hincarse y causar roturas en el concreto. La presencia de estas partículas se determina por la prueba de decantación en líquido denso. Las piritas de hierro presentan características expansivas, al reaccionar con el aluminato calcico del cemento. La mica pueda alterarse en el proceso de hidratación del cemento, además de requerir en un exceso de agua de mezcla.

Terrones de arcilla y partículas deleznables Este 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 agua pura por periodo de 24 horas. Las partículas que pueden desintegrarse con los dados hasta reducir a material 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”) 1000 9,51 mm (3/8”) a 19.0 mm (3/8”) 2000 19,0 mm (3/4”) a 38,1 mm (1 ½”) 3000 Mayor que 38,1 mm (1 ½”) 5000 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 el peso de las partículas deleznables tamizadas. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

80

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


81

Limite de Sustancias Perjudiciales y Requerimiento de Propiedades Físicas De Agregados Gruesos para Concreto (1)

Designación

15

25

35

45

15

Tipo o localización de la Construcción del Concreto Pisos, cimientos, columnas y vigas no expuestas a la intemperie, lozas de piso interior a ser cubiertas. Pisos interiores sin cubierta. Cimiento de pared por sobre el terreno, muros de contención, contrafuertes, espigones, carreras y vigas expuestas a la intemperie. Pavimentos, cubiertas de puentes, carreteras, senderos, patios, pisos expuestos y pórticos o estructuras contiguas a muelles, sujetas a constante humedecimiento. Concreto arquitectónico expuesto.

MÁXIMO PERMISIBLE Terrones de Horsteno Arcilla y (menos 2.40 Partículas densidad 550) desmenusables

Total de % Terrenos de arcilla y partículas desmenusables y Horsteno

Material mas fino 75 micrones

Carbón y Lignito

10.0

1.0

1.0

5.0

1.0

0.3

5.0

5.0

7.0

1.0

0.3

3.0

5.0

5.0

1.0

0.5

2.0

3.0

3.0

1.0

0.5

1.0

1.0

1.0

0.5

Regiones Climáticas Moderadas

1M

Pisos, cimientos, columnas y vigas no expuestas a la intemperie, lozas de piso interior a ser cubiertas.

10.0

Cimientos de pared por sobre el terreno, muros de

3M

4M

5M

Contención, contrafuertes, espingonas, carreras y vigas expuestas a la intemperie. Pavimento, cubiertas de puentes, carreras, senderos, patios, pisos de expuestos y pórticos o estructuras contiguas a muelles, sujetas a constante humedecimiento. Concreto arquitectónico expuesto.

5.0

8.0

10.0

1.0

0.5

5.0

5.0

7.0

1.0

0.5

3.0

3.0

5.0

1.0

0.5

Regiones Climáticas Suaves 1N

2N

Losas sujetas a abrasión del traficó, cubiertas de postes, pisos, veredas, pavimentos. Todos los otos tipos de concreto.

5.0

...

...

1.0

0.5

10.0

...

...

1.0

1.0




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, no se aplican a cascajo en el que predomina el horsteno. Las limitaciones de estabilidad de tales agregados deben estar basadas en registros de comportamiento en el ambiente en el que ha de emplearse. 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 porcentaje puede ser incrementado a 1,5; b): Si se sabe que la fuente del agregado fino a emplearse en el concreto contiene menos que la cantidad máxima especificada que pase la malla 75 micrones (tala 1) el porcentaje límite (L) de la cantidad 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 un cálculo de pesaje diseñado a limitar la masa máxima que pasa la malla 75 micrones en el concreto a la que sería obtenida si tanto el agregado fino como el grueso fuesen suministrados al porcentaje máximo 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 el producto del promedio anual del número de días de ciclo de congelamiento y el promedio anual de la precipitación pluvial en el invierno, en pulgadas (o centímetros). Un día de Ciclo de Congelamiento es 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 a la diferencia entre la media del número de días en los que la temperatura mínima fue 32°F ( 0 °C) ó mas 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 medida mensual de la precipitación (pluvial) corregida durante el periodo entre e incluyendo la fecha normal de la ocurrencia de la primera congelación (32 °F, 0 °C) en el otoño y la fecha normal de la última ocurrencia de congelamiento (32 °F, 0 °C) en la primavera. La precipitación pluvial en invierno es igual al total de la precipitación menos en décimo del total de la precipitación de nieve, cellisca y granizo. La caída de lluvia para una porción del mes prorratea.


82



CARACTERISTCAS FISICAS DE LOS AGREGADOS ABSORCION DEL AGREGADO Los 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 el interior del agregado, sin canales de conexión con la superficie, a la que alcanza mediante fluidos bajo presión. Cuando un agregado seco se introduce en un recipiente con agua, sus poros abiertos se llenan total o parcialmente, 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. Si además la humedad se mantiene en la superficie, se le conoce como saturado superficialmente húmedo. En el caso de que se seque al aire, o artificialmente en horno, el contenido de humedad disminuirá, denominándose agregado seco al aire, o completamente seco. La capacidad de absorción del agregado se determina por el incremento de peso de una muestra secada 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 AGREGADO En los cálculos para el proporcionamiento del concreto se considera el agregado en condiciones de saturado superficialmente seco, es decir, con todos sus poros abiertos llenos de agua y libre de humedad superficial. Esta situación, que no es correcta en la práctica, conviene para fines de clasificación. Como se sabe, el contenido de agua de la mezcla influye en la resistencia y otras propiedades del concreto. En consecuencia, es necesario controlar el dosaje de agua. Si los agregados están saturados 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 el concreto. En estos casos es necesario reajustar el contenido de agua, sea agregando o restando un porcentaje adicional al dosaje de agua especificado, a fin de que el contenido de agua resulte el correcto.

PESO ESPECÍFICO El peso especifico de los agregados, que expresa también como densidad al sistema Internacional de Unidades, adquiere importancia en la construcción, cuando se requiere que el concreto tenga un peso límite, sea máximo o mínimo. Además, el peso específico es un indicador de calidad, en cuanto que los valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que el peso específico bajo generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles, caso en el que es recomendable realizar pruebas adicionales.

DEFINICIONES Peso especifico (densidad).- Es la relación, a una temperatura estable, de la mas del mismo volumen de agua destilada, libre de gas. Peso especifico (densidad aparente).- Es la relación, a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volúmen unitario de material, a la masa en el aire de igual densidad de un volumen de agua destilada libre de gas. Si el material es un sólido, el volumen es aquel de la porción impermeable. Peso especifico (densidad de masa).- Es la relación, a una temperatura estable, de la amasa en el aire 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 agua destilada libre de gas. Peso especifico (densidad)de masa saturado superficialmente seco).-Es lo mismo que peso específico 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 24 horas en esta. Se expresa como porcentaje del peso.


83

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


PROCEDIMIENTO EN EL CASO DE AGREGADOS GRUESOS La muestra de ensayo se forma con aproximadamente 5000g. Del agregado por el método de cuarteo. Se lavan los componentes de la muestra, eliminando el polvo o material adherido y se sumerge en agua durante 24 horas. Luego se saca la muestra del recipiente de inmersión y se envuelve en una toalla, eliminando las películas visibles de agua de la superficie. En estas condiciones, saturada y seca superficialmente, se pesa con una aproximación de 0.5 g. Seguidamente se coloca la muestra en una canasta de alambre con dimensiones aproximadas de 20 cm de diámetro y 20 cm de altura provista de aberturas comprendidas 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. Se deja 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

Dn  Da 

P P  Pi

P Ps  Pi

Ps P  Pi

% de absorción 

Ps - P X 100 P

PROCEDIMIENTO EN EL CASO DE AGREGADOS FINOS: La muestra de ensayo se forma con aproximadamente 1000 g. Del agregado, por el método de cuarteo. De acuerdo al procedimiento normalizado, se sumerge totalmente en un recipiente con agua durante 24 horas, luego de lo cual se extiende la muestra sobre una superficie no absorbente y se expone a una 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 cual se 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 intervalos frecuentes, 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. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

84

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


De la muestra se toman 500g. Que se introducen en una probeta, a la cual se agregan previamente unos 100 cm3 de agua y luego se completa hasta cerca de 500 cm3, girando la probeta hasta eliminar la burbuja de aire. La probeta se coloca en baño maría a 20º C y se mantiene en él aproximadamente 1 hora; luego se llena con agua, a la misma temperatura, hasta 500 cm3. Se pesa el conjunto (probeta, arena y agua) y se determina por diferenciar la masa de agua añadida, con aproximación 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.

CALCULOS Deben 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:

Dn 

P (V - Pa) - (500 - P)

Peso específico (densidad) aparente. Se determina por la siguiente ecuación:

Da 

P V  Pa

Absorción. Se determina por la siguiente ecuación:

500  P X 100 P PESO VOLUMETRICO DEL AGREGADO % de absorción 

Se 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 del tamaño 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 a norma, definiendo si la determinación corresponde al agregado suelto o compactado, según el procedimiento utilizado. Debe tenerse en cuenta que el peso volumétrico determinado en laboratorio no siempre corresponde al 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 un procedimiento 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 de las 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. El agregado se coloca en el recipiente, correspondiente a tres capas de igual volumen aproximadamente, hasta colmarlo.


85



Cada una de las capas se empareja con la mano y se apisona con 25 golpes de varilla, distribuidos uniformemente 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 atraviese solamente la capa respectiva. Una vez colmado el recipiente se enrasa la superficie usando la varilla como regla y se determina la masa 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, hasta colmarlo. Se coloca el recipiente sobre una base firme y se inclina hasta que el borde opuesto al punto de apoyo diste unos 5 cm de la base. Luego se suelta, con lo que se produce un golpe seco y se repite la operación inclinando el recipiente por el borde opuesto. Estos golpes alternados se ejecutan 25 veces 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 partes salientes se compensen con las depresiones en relación al plano de enrase y se determina la masa en Kg. Del paciente lleno. El peso unitario del agregado suelto se aplica para agregados de tamaño nominal 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 no mayor 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 salientes se compensen con las depresiones en relación al plano de enrase y se determina la masa en Kg. Del recipiente lleno.

Expresión de resultados La 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 por ciento (1%) Nota: Consultar normas A.S.T.M.: C. 127-CI; C. 128.7j: C. 70.79; C. 29.78.


86



TESTIGOS DEL CONCRETO ENDURECIDO Aplicación: Para evaluar la resistencia del concreto en una estructura, en especial cuando la resistencia de los cilindros normalizados, modelados al pie de obra es baja, se recomienda extraer probetas, (también llamados corazones) del concreto endurecido. Eventualmente, este procedimiento puede emplearse en diferentes casos, por ejemplo. Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción, fallas de curado, aplicación temprana de cargas, incendio, estructuras antiguas, o no se cuenta con registros de resistencia, etc.

Criterios Generales: Los testigos cilíndricos para ensayos de compresión se extraen con un equipo sonda provista de brocas diamantadas, cuando el concreto ha adquirido suficiente resistencia para que durante el corte no se pierda la adherencia entre el agregado y la pasta. En todos los casos, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado. Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de resistencia que este por debajo de la resistencia a la compresión especificada del concreto (FĆ).

De la extracción: La extracción debe realizarse en forma perpendicular a la superficie, cuidando que en la zona no existan juntas, ni se encuentren próximas a los bordes. Deberán descartarse las probetas dañadas o defectuosas.

Geometría de las probetas: El diámetro de los testigos será por lo menos tres veces mayor que el tamaño máximo del agregado grueso usado en el concreto. La longitud del espécimen deberá ser tal que, cuando esté refrendado, sea prácticamente el doble de su diámetro. No deberán utilizarse testigos cuya longitud cantes del refrendado sea menor que el 95% de su diámetro. Podrán emplearse testigos de 8.75 cm. De diámetro o más, para agregados mayores de una pulgada.

Preparación, curado, refrendado: Los testigos deben tener sus caras planas, paralelas entre ellas y perpendiculares al eje de la probeta. Las protuberancias o irregularidades de las caras de ensayo deberán ser eliminadas mediante aserrado cuando sobrepasen los 5 mm. El A.C.I. recomienda que si el concreto de la estructura va a estar seco durante las condiciones de o servicio, los corazones deban sacarse al aire (temperatura entre 15 y 30 C, humedad relativa menor del 60%), durante 7 días antes de la prueba, y deberán probarse secos. Si el concreto de la estructura va a estar superficialmente húmedo en las condiciones de servicio, los corazones deben sumergirse en agua por lo menos durante 48 horas y probarse húmedos. Antes del ensayo de compresión, la probeta deberá ser refrendada en ambas caras, de manera de obtener superficies adecuadas. En este caso son de aplicación los métodos: ASTM C 17 y astm c 192. La medida de las probetas diamantinas deberá ser hecha con una aproximación de 0.01 pulg. (0.25 mm) cuando sea posible, pero nuca con menos aproximación que de 0.1 pulg. La norma ASTM establece, a diferencia del criterio del ACI, que las probetas serán curadas en húmedo, por 40 hrs. Antes de la rotura.

De los resultados y su corrección: En los casos que los especimenes tengan una relación entre longitud y diámetro, menor de 2 , se deberá ajustar los resultados del ensayo de compresión , para corregir el efecto de “zunchado” que se produce en el proceso de aplicación de las cargas. Para los efectos de ajustar la resistencia a un equivalente de la probeta normal, podrán utilizarse los coeficientes normalizados. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

87


Longitud diámetro 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00

BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA ASTM 1.00 0.98 0.96 0.93 0.87

88

BSI 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92

Consideraciones Adicionales: Se estima que la resistencia de los testigos es, en general, inferior a la que podría obtenerse de cilindros moldeados, con el mismo concreto, al pie de obra y curados por el método. Esto se explica porque 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 la profundidad, la resistencia se incrementa hasta un cierto límite. Se recomienda de ensayo sean realizados 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: 2

La resistencia sobre las probetas diamantinas deberá expresarse con aproximación de 0.1 Kg/cm cuando el diámetro se mide con aproximación de 0.25 mm, y de 0.5 cuando el diámetro es medido con aproximación de 2.5 mm. Deberán registrarse la longitud de la probeta, las condiciones de humedad antes de la rotura y el tamaño máximo del agregado en el concreto. Del mismo modo, se registra la dirección en la aplicación de la carga de rotura con relación al plano longitudinal 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 lo menos igual al 85% de la resistencia especificada (fć) y ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% de la resistencia especificada (fć). A fin de comprobar la precisión de las pruebas, se pueden volver a probar zonas representativas de resistencias erráticas de los corazones.


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


89

CONCRETO PESADO 3

Los concretos pesados se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m , a diferencia de 3 los concretos normales, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m . 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 entre 3.5 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 y compatibilidad con el cemento Pórtland. Generalmente se usan agravados como las varitas, minerales de fierro como la magnetita, limonita y hematitra. También, agregados artificiales como el fósforo de hierro y partículas de acero como subproducto industrial. La aplicación de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares. También se utiliza en paredes de bóvedas o cajas fuertes, en pisos industriales 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 lo cual 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 especial cuando se le adicionan materiales como boro para absorber los neutrones térmicos, el concreto cumple las tres condiciones expuestas. Si bien el concreto normal puede emplearse en escudos de protección, el concreto denso se utiliza en las 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 contener una 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 agua combinada como libre dentro de su masa; eventualmente, el agregado puede aportar agua de cristalización. El contenido de hidrógeno en un concreto seco es de aproximadamente 0.25 % del peso. 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 que deben ser persistas para evitar fallas. Las tensiones térmicas se originan, no solo por la energía absorbida, si no también por el enfriamiento de las superficies y las propiedades intrínsecas del concreto.

El concreto en el nuclear El instituto Peruano de Energía Nuclear edifica en la meseta de Huarangal, en la provincia de Lima, el centro Nuclear de Investigaciones del Perú, construyendo en concreto el Block del Reactor RP-10. El concreto se ha diseñado para actuar como elemento estructural y de blindaje biológico contra la acción de radiaciones nucleares. Las características de la edificación son las siguientes: 3  El cemento pesado tiene una densidad seca mínima de 2.7 gr/cm , una resistencia a la 2 compresión a los 28 días de 280 kg/cm , 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 en consideración su pequeño porcentaje de aluminato tricalcico, el cual garantizaba un lento y bajo desarrollo de calor de hidratación. Los estudios efectuados en el laboratorio de Ensayos de Materiales – UNI, garantizaron el cumplimiento de las especificaciones de resistencia dentro de los niveles de calor de hidratación deseados.  Como agregado fino se emplea una arena natural de cantera, limpia, la cual cumple con las especificaciones de la norma C 33 del ASTM y los requisitos especiales.


SENCICO NOVIEMBRE 2001 










Se emplea como agregados grueso el mineral de hierro clasificado como magnetita, proveniente de 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 de radiaciones Gamma. La magnetita seleccionada cumple con las recomendaciones de las normas 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 sin pérdida de resistencia; y un súper plástico, para garantizar fluidez de la mezcla durante el tiempo de colocación. La dosificación de la mezcla se ha hecho para proporciones de peso. Las proporciones seleccionadas fueron comprobadas primero en el LEM-UNI y luego ajustadas en obra por la firma contratista. En la selección de la resistencia promedio se considero que no más de una en cada 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 concreto en función del flujo de radiaciones Gamma del reactor. Para el control de calidad del concreto pesado se han establecido especificaciones muy rigurosas, 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 resistencia en compresión, él modulo de elasticidad y la perdida de resistencia después de exposición a una temperatura determinada.


90

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


APLICACIONES DIVERSAS DEL CONCRETO Las propiedades del concreto permiten que este material sustituya o reemplace en una diversidad de elementos a otros materiales tradicionales, sea por su carencia, por constituir una alternativa económica o por brindar mejor comportamiento. Como se sabe, el concreto es un material moldeable a temperatura ambiente, lo que permite su adecuación a distintas formas. Presenta elevada resistencia a la compresión y gran capacidad de adherencia con otros materiales, como el acero, que le comunica la necesaria resistencia a la tracción. Tiene un comportamiento elástico y plástico que puede ser aprovechado en situaciones especiales. Es incombustible, además, es económico, sus insumos son nacionales y requiere de mano de obra no especializada. En nuestro país, el empleo del concreto en usos diferentes a la construcción es todavía limitado. Sin embargo, se utiliza en diversos elementos, sustituyendo a otros materiales tradicionales, con ventajas significativas. En los grabados que se acompañan a continuación se muestran algunas aplicaciones en postes de alumbrado, elementos para cercos, ductos y tapas para buzones de desagüe.

Una aplicación de mayores requerimientos técnicos es la de durmientes para ferrocarril, hechos con concreto armados o pretensados. Esta tecnología que data de la segunda guerra mundial, fue aplicada inicialmente en nuestro país en el año de 1961, en el ferrocarril centra. Posteriormente, ha tenido importante utilización en los ferrocarriles del Sur, con un total de 26 Km. De vía y 40,000 durmientes instalados.


91



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 o vegetales.



Recorrido de vías más silenciosas y reducción del riesgo de descarrilamiento.



Disponibilidad permanente.


92



AGUA DE AMASADO Y CURADO PARA CONCRETO En las mezclas de concreto podrán emplearse, como aguas de amasado y curado, todas aquellas reconocida como potables o sobre las que se posea experiencia por haber sido empleadas para tal fin, con resultados satisfactorios. El agua empleada para amasar y curar el concreto será de propiedades colorantes nulas, clara, libre de glucidos (azucares) y de aceites. Además, no deberá contener substancias que puedan producir efectos desfavorables sobre el fraguado, la resistencia o la durabilidad del concreto o sobre las armaduras. La norma ITINTEC 339,088 considera para el amasado y/o curado de concretos y morteros, el agua cuyas propiedades y contenido en sustancias disueltas estén comprendidas dentro de los límites siguientes: 

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 en Na HCO2 será menor de 1 g/1 (1000 ppm).

Como requisito opcional considera que si la variación de color es una característica que se desea controlar, 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 realizar ensayos 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 ensayos reducibles. Dichos ensayos se realizaran, de preferencia con el mismo cemento que será usado y consistirán 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 hasta 25%, 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 sola muestra de agua puede no ser representativa si existen variaciones de composición en función del tiempo, 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 encuentre próximo a la costa) o por otros motivos. En el caso de no ser representativa las muestras, conforme se ha indicado, podrá tomarse muestras periódicas a distintas horas y días o eventualmente a la misma hora en lugares distintos. También cuando 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 tratarse de 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 toma de muestras. En general el lugar o lugares se determinaran de acuerdo a la información que desee obtenerse 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 el recipiente a la profundidad en que se colocara la boca de toma de la instalación de extracción, dejando que el agua se introduzca en él.


93



En el caso de aguas subterráneas se empleará una bomba de extracción, la que se hará funcionar por 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 color claro, 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 cierre será hermético. Los envases se llenarán completamente sin dejar algún vació que se prevea cambios de volumen por elevación de temperatura en cuyo caso se dejará un volumen libre de aproximadamente 1% del volumen del recipiente. Inmediatamente después de realizada la extracción, los envases serán convenientemente tapados y sellados. Los recipientes serán convenientemente acondicionados y embalados, para evitar su rotura. Las tapas 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


94



VIGENCIA DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO La vigencia y el buen comportamiento de los pavimentos de concreto han sido confirmados recientemente en un seminario que, con esta denominación, congrego a los más destacados especialistas 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 la aceptación por el usuario. En el Perú, los pavimentos de concreto se vinculan al inicio del proceso de urbanización de la gran Lima, en la década del 20. Las calzadas de las Avenidas Alfonso Ugarte, y las Urbanizaciones denominadas Santa Beatriz y Lobaton han sido mudos testimonios durante muchos años de la durabilidad de este material, apreciada por el habitante de la ciudad. Así mismo, la avenida del Progreso ( hoy Venezuela), construida en el año 1924, sirve de ejemplo de la permanencia de este tipo 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 aumento del 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 baja inversión que ellos exigen.  La construcción puede realizarse con equipo de tamaño reducido, que generalmente se encuentra disponible en empresas de diferente magnitud, utilizando mano de obra no especializada y materiales locales, o fácilmente disponibles.  Recogen un constante desarrollo tecnológico, tanto en el diseño como en la aplicación, referido a 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, que facilita 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 tienen bajo consumo de combustible fósil. Las ventajas enumeradas, que no son todas, suelen ser apreciadas por el sentido común del vecino de la ciudad. Se da el caso generalizado de que cuando los propietarios de inmuebles ordenan directamente la construcción de su calzada, sea individual o colectivamente, se deciden por los pavimentos de concreto. Hecho que es fácil advertir al recorrer algunas urbanizaciones y los denominados pueblos jóvenes.


95

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


EL CONCRETO PREMEZCLADO El término “concreto premezclado “se aplica al concreto preparado en planta, en instalaciones fijas y transportado hasta el lugar de utilización por camiones especiales, denominados camiones mezcladores o agitadores, según el caso. La industria del concreto premezclado tiene amplio auge en los países desarrollados, en los cuales la casi 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 VENTAJAS Entre las ventajas que posee el concreto premezclado, sobre aquel que se fabrica en obra, podemos señalar:  La capacidad de producción de una central de concreto premezclado es muy superior a cualquier instalación clásica de producción en obra, de esta manera se puede incrementar la colocación diaria de concreto y disminuir los plazos de ejecución.  El constructor puede dedicarse a su actividad fundamental: la construcción, sin aumentar su personal innecesariamente. 3  El costo del m del concreto premezclado es plenamente conocido por el usuario, mientras del costo de fabricación del concreto producido en obra es difícil de conocer previamente con precisión.  Economía en materiales de fabricación en almacenamiento y en gastos para mantenimiento del concreto en obra.  Precisión en la dosificación de mezcla y regularidad de control de las materias primas y el concreto.

BASES CUANTITATIVAS PARA LA COMPRA La unidad de medida para la compra deberá ser el metro cúbico de concreto recién mezclado y sin endurecer 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 partir del 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 peso neto de la mezcla en el momento de la entrega. El peso por metro cúbico deberá determinarse a partir del promedio de por lo menos tres mediciones realizadas, en una muestra diferente, usando un 3 recipiente de 14 dm (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 CONCRETO El 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, se deberá 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, deberá especificar 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 de ensayo del laboratorio que garanticen la calidad de los materiales de acuerdo con el tipo de concreto que 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 la mezcla de concreto, deberá especificar: TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

96

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


La resistencia requerida a la compresión, determinada en muestras tomadas de la unidad transportada en el lugar de descarga, en base a ensayos normalizados. A menos que se especifique de 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 cuenta los requisitos de Trabajabilidad, colocación, durabilidad, textura superficial y densidad, además de los necesarios para el diseño estructural. ALTERNATIVA No 3 Cuando el comprador requiera que el fabricante asuma toda la responsabilidad por la dosificación de la mezcla de concreto y además se requiera un contenido mínimo de cemento deberá especificarse lo siguiente: La resistencia requerida a la compresión, determinada en muestras tomadas de la unidad de transporte en el lugar de descarga, en base a los ensayos normalizados. A menos que se especifique de 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 esté alrededor del mismo valor del que normalmente exige la resistencia, tamaños de los agregados y asentamiento especificados. Al mismo tiempo, el contenido mínimo de cemento que se requiera debe ser una cantidad suficiente para asegurar la durabilidad del concreto bajo las condiciones de servicios esperadas, lograr una textura superficial y densidad satisfactoria, y obtener con ella la resistencia especificada.

INFORMACIÓN COMPLEMETARIA A solicitud del comprador, y antes de la entrega real del concreto, el fabricante deberá proporcionar una declaración indicando: Origen, pesos específicos y pesos unitarios saturados con superficie seca y granulometría de los agregados. El fabricante suministrará además información sobre marca y tipo de cemento; tipos y nombres de los aditivos (si se emplean) y cantidad de agua por metro cúbico de concreto. También proporcionará información de que los materiales que se usarán y la dosificación seleccionada, producirán un concreto de la calidad especializada. Las dosificaciones correspondientes a las alternativas anteriores para cada entrega de concreto deberán constar con una tarjeta de entrega que contenga la información especificada. Tanto el fabricante 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 las siguientes: 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 el momento de empezar las descargas, durante un periodo de 15min, exceptuando la primera y última cuarta 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 al destino 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 y descarga; y el comprador deberá asumir la responsabilidad total por las condiciones del concreto de allí en adelante. En el caso de mezclas con alto contenido de cemento y desde 350kg. De cemento por m3 de concreto, 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 con una frecuencia de no menos un ensayo por cada 120 m3. en cada día de entrega de concreto, se hará al menos un ensayo de asentamiento y resistencia por cada clase. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

97

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Si el asentamiento no cumple con lo especificado, se deberá hacer inmediatamente un ensayo sobre otra porción de la misma muestra. Si este segundo ensayo de valores no satisfactorios, se considera que 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 edad especificada. El representante del comprador conseguirá y registrará el número de la guía de entrega y la ubicación exacta 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 la especificada, excepto en el caso de que haya acuerdo previo entre fabricante y comprador para cumplir con lo siguiente: Para el concreto de estructuras diseñadas por el método de esfuerzos de trabajo, no más del 20% de los ensayos de resistencia podrá tener valores menores que la resistencia especificada (f’c) y el promedio de cualquier grupo de 5 (cinco) ensayos consecutivos, será igual o mayor que la resistencia especificada. Para el concreto en estructuras diseñadas por el método de la resistencia a la rotura y para estructuras 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 mayor que la resistencia especificada. Cuando el número de ensayos de cualquier clase de concreto suma cinco o menos, el promedio de todos los ensayos debe ser igual que la siguiente: N° de ensayos 1 2 3 4 5

Resistencia promedio requerida de ensayos consecutivos 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 las recomendaciones de la buena práctica.

ARBITRAJE: En el caso de que el concreto no cumpla con los requisitos de resistencia, el fabricante y el comprador convendrán para determinar si se alcanza un acuerdo para que se haga el ajuste, si lo hay. Sin no se llega a un acuerdo , se deberá tomar un decisión por medio de arbitraje de tres ingenieros calificados , uno de los cuales será designado por el comprador , otro por el fabricante y el tercero seleccionado por estos dos miembros del penal y su decisión será obligatoria.

DE LA INSCRIPCIÓN El fabricante facilitará en la inspección el acceso conveniente para hacer las revisiones de la producción y obtener las muestras de ensayo, que efectuaran sin interferir con la elaboración y entrega 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.


98

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


99

EL BLOQUE DE CONCRETO EN ALBAÑILERÍA La construcción de muros con bloques de concreto es un procedimiento de construcción acreditado en los últimos 50 años que cumple en especial con las condiciones técnico-económicas para ser empleado en la construcción de viviendas de bajo costo. En efecto, además de su costo reducido por metro cuadrado de muro, ofrece las siguientes ventajas económicas:  El empleo de bloques de concreto permite una reducción apreciable en la mano de obra con relación a otros sistemas, tanto por el menor número de unidades a colocar (12 1/2 bloques por 2 m de pared), como por la simplificación de tareas.  El muro de bloques de concreto requiere menor cantidad de mortero, lo que significa economía de mano de obra y de materiales.  Los paramentos de la albañilería de bloques resultan lisos y regulares, por lo cual no exigen necesariamente revesticimiento. Eventualmente se puede mejorar el aspecto con pintura de cemento. En caso que se especifique revestimiento, el censor del revoque es reducido, por lo que 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 y acústico. En el Perú la primera planta de bloques inició su producción en 1928 y sus productos se utilizaron en la construcción del primer barrio obrero del Callao. Posteriormente se instalaron dos fábricas más importantes, ubicadas, una en la antigua Chancadora del puente del ejército, y la otra en el Jr. Tingo María. El auge de la construcción urbana en Lima. Luego de la segunda guerra mundial, significó el desarrollo de la industria de bloques de concreto.

EL BLOQUE SEGÚN LA NORMA El bloque de concreto se define según Norma como la unidad de albañilería, cuya dimensiones mínimas 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 sus extremos y cuyos ejes son paralelos a una de las aristas. El bloque está construido por cemento Pórtland; agregados como arena, piedra partida, granulados volcánicos, escorias, u otros materiales inertes y agua.

CARACTERÍSTICA GEOMÉTRICA Las características geométricas del bloque están dadas por sus dimensiones reales, que corresponden 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. Se obtiene 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 Designación

Dimensiones modulares Dimensiones de Fabricación en centímetros en centímetros Ancho

Bloques para muros y tabiques

10 15 20 25 30 35

Alto 20 20 20 20 20 20

Largo 40 40 40 40 40 40

Ancho 9 14 19 24 29 34

Alto 19 19 19 19 19 19


Largo 39 39 39 39 39 39

Largo de esquineros 39.5 39.5 39.5 39.5 39.5 39.5

bloques

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


100

El tipo de bloque más generalizado es el que tiene como dimensiones nominales 20cms de altura y 40 cms de longitud o portantes; y de 15cms para muros interiores; y de 10 cms para determinada tabiquería. Asimismo, se fabrica medios bloques esquineros utilizándose en los encuentros de paredes o en vanos, y bloques en forma de “U” para la construcción de dinteles y vigas soleras. Los agujeros de los bloques se corresponden verticalmente en el muro, dando lugar a la formación de conductos que se utilizan para formar columnas con refuerzo de acero o para pasar tubería de instalaciones eléctricas o de agua.

ESPECIFICACIONES El requisito obligatorio para el bloque de concreto es de resistencia a la compresión y se establece por 5 tipos normalizados en la Tabla II Tabla II TIPO BI B II B III B IV BV

2

Resistencia mínima a la rotura por compresión en cla N/cm * Promedio de 3 unidades

Individual

40 50 70 100 120

35 40 55 80 95

CRITERIOS DE EMPLEO Con relación a la durabilidad se prescribe que, para superficies que no están en contacto directo con lluvia 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 los tipos II y III. En el caso de que, además de las condiciones de uso expuestas anteriormente, la obra se encuentre en ambientes salinos y/o puedan presentarse temperaturas que lleguen a la congelación del agua, se utilizará 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 ENSAYOS Los bloques que deban ser probados en comprensión, por lo menos 24 horas ante el ensayo, se alisan y se hacen paralelas las caras de carga mediante la aplicación de una capa de mortero plástico, compuesta de cemento Pórtland y yeso calcinado en partes iguales (en volumen), de espesor no superior a 3mm. En la prueba de absorción de agua, de no disponerse de comodidad para secar o pesar una unidad entera, los especimenes pueden ser fracciones de una unidad de albañilería cuyo peso no sea menor que el 10% de la unidad entera y que tenga la altura total de la misma. Antes de proceder al ensayo se deben alisar los bordes rugosos y puntiagudos. El procedimiento consiste en sumergir completamente los especimenes secos en el recipiente lleno de agua a temperaturas ambiente manteniéndolos durante 24 horas asegurando que la temperatura o o del baño esté comprendida entre 15 C y 30 C. Transcurrido el tiempo indicado, se retiran los especimenes del baño del agua y se seca al agua superficial con un trapo húmedo y se pesa La absorción de agua se expresa en porcentaje y se calcula dividiendo el peso del agua absorbida entre 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 de resistencia y absorción.

Control de calidad; criterio de aceptación Para los efectos de control de calidad, se considera como lote cada uno de los conjuntos de 2,000 unidades de albañilería o fracción, de igual medida y tipo en que se fracciona la partida, en el proceso de recepción y muestreo. En el momento de la inspección previa, de cada lote se extraerán al azar 10 unidades de albañilería para verificar los requisitos de dimensiones y aspecto. Si se encuentran 2 defectuosos, se deberán extraer una segunda muestra formada por otras 10 unidades de albañilería. Si en esta muestra TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM



adicional se encuentran otros 2 defectuosos, se rechazará el lote del que fueron extraídas la muestras. En el caso de que no se encuentre ningún espécimen defectuoso en el segundo lote, se deberá hacer una tercera muestra de 10 unidades de albañilería, no debiéndose presentar ningún defecto para aceptar 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 compresión y 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 absorción de agua no cumplen con los requisitos, o más de un espécimen de la nuestra no cumple con algunos de los requisitos establecidos. Si la resistencia promedio a la compresión y la absorción de agua de la muestra cumplen con los requisitos de la norma, pero sólo un espécimen no cumplió con alguno de los requisitos, se ensayará una 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 la compresión y la absorción de agua en el total de 9 especimenes, cumplen con los requisitos correspondientes y siempre que todos los especimenes de la muestra adicional cumplan con todos los requisitos de la norma. (Nota: En todos los casos en que se menciona “absorción de agua”, este requisito debe entenderse como opcional).


101



EL CEMENTO PORTLAND Y SU APLICACIÓN EN PAVIMENTOS El Cemento Pórtland ha contribuido decisivamente a ala revolución tecnológica que se produce e en la validad en la segunda mitad del siglo pasado, modificando las características de los pavimentos y los elementos de protección y drenaje. El cemento Pórtland interviene en los diferentes elementos que constituye la estructura de los pavimentos, variando según el rol que desempeña y distinguiéndose generalmente por la cantidad de aglomerante utilizado. En la sub-rasante capa superficial que sirve fundamento, el cemento se utiliza para mejorar el material superficial desde el punto de vista de diseño y/o transitabilidad. Con el mismo propósito participa 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 subbase, pero dotada de características estructurales y de durabilidad superiores. El empleo extensivo del cemento se produce en la capa de rodadura, nombre genérico que denomina la 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 circulación de 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 estructura distribuya 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 reducida cohesión, los mismos que presentan una baja rigidez a flexión, permitiendo la transmisión de mayores niveles de esfuerzos en profundidad, por acción de las cargas aplicadas sobre su superficie. El prototipo está constituido por los pavimentos asfálticos. Los pavimentos rígidos tiene como elemento estructural principal una losa de concreto de cemento Pórtland, 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 reducir enormemente el nivel de esfuerzos en profundidad por acción de las cargas aplicadas sobre su superficie.

APLICACIONES DEL CEMENTO 1.

Suelos modificados.- Es un suelo tratado “in situ” con una cantidad relativamente baja de cemento, con el fin primordial de reducirle la plasticidad, la permeabilidad, los cambios e incrementarle la capacidad de soporte y la resistencia al corte. El grado de modificación y mejoría 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 en las 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 plasticidad y son desechados para conformar capas de bases y/o sub-base de pavimentos de vías urbanas, carreteras y aeropuertos. Los suelos que tiene un contenido de limo y arcilla superiores al 35% son comúnmente denominados finos. No son usados para conformar capas de relleno y sub-rasante, así como conformar 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 mecánica apropiada 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 de Construcciones lo prescribe como tipo C de pavimento.


102



Mediante estudios de los suelos que se pueden estabilizar con cemento es muy amplio y sólo existe una restricción de empleo con aquellos que presentan un contenido alto de materia orgánica, ya que inhiben las reacciones de hidratación del cemento. Incluso los suelos limosos de difícil estabilización pueden estabilizarse con asfalto, previo pre-tratamiento con cemento Pórtland. 3.

Gravas Cemento.- Se trata de una mezcla de agregados, naturales o artificiales de granulometría continua y reducida cantidad de finos y cemento Pórtland en proporciones del 3 al 6%, la misma que permite conformar capas de base y refuerzo en pavimentos rígidos y capas de base y refuerzo en pavimentos asfálticos sujetos a tránsito medio o pesado. La compactación se realiza generalmente con rodillos vibratorios y su curado se efectúa con un riesgo de emulsión asfáltica, o la colocación de un tratamiento superficial cuando el tránsito es intenso.

4. Concretos Porosos.- El concreto poroso se ha introducido recientemente y tiene por finalidad crear una nueva capa drenante en el pavimento. Se prevé que el agua que pasa a través de la base llegue a una capa que no es sensible al agua, por la cual escurre hasta los drenajes naturales. Para evitar la segregación, que puede ocurrir si la consolidación se realiza por vibrado interno, es posible compactar con rodillos. El curado se efectúa preferentemente con membranas 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 agregados de baja calidad, cuando están disponibles localmente, proporcionado pavimentos de bajo costo o capas de base de pavimentos asfálticos. Los pavimentos de económetro pueden ser considerados como rígidos, de acuerdo al contenido de cemento y el módulo de elasticidad. Generalmente se consideran como semi rígidos los pavimentos de concreto con proporciones cemento / agregado del orden 1:20 al orden 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 proporciones 1:12 a 1:24.

6.

Adoquines de concreto.- En este tipo de pavimento la capa de rodadura está conformada por varios elementos: los adoquines, que son bloques macizos, con forma de prisma recto, cuyas bases son polígonas con una forma tal que permiten conformar una superficie completa. Se colocan sobre una capa delgada de arena, la misma que sirve para rellenar las juntas existentes 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 sistemas generalmente utilizados para la compactación mediante equipos pesados de rodillos vibrantes y/o reumáticos. La denominación de seco compactado se debe a su bajo contenido de humedad, entre el 4 y el 7 en peso de la masa total; el necesario para que se produzca la hidratación del cemento, por lo 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 los convencionales, para obtener la misma performance y permitir que en sus construcción se utilicen procedimientos constructivos de gran rendimiento, empleando equipos propios de las tecnologías de pavimentos asfálticos y movimientos de tierras. Puede estimarse que el costo de concreto compactado con rodillos es del orden del 80% del concreto 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 una mezcla de agregados gruesos, cemento y agua, con dosificaciones seleccionadas en el diseño, 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.


103



104 2

El concreto para las losas presenta resistencias a la comprensión hasta de 350 y 60 Kgf/cm 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, lo convierte en el material por excelencia para pavimentos.

Eventualmente, las losas de concreto de los pavimentos rígidos llevan refuerzo de acero, como son: 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 en las mezclas asfálticas en caliente. En general, las condiciones de calidad de tales mezclas pueden resumirse en tres: estabilidad, flexibilidad y durabilidad, en las cuales el cemento gravita significativamente, cumpliendo tres funciones principales: actuando como material de relleno 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 de pavimentos fallados, la incorporación de cemento Pórtland en el material de base granular y rodadura 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 las heladas. La economía obtenida es obvia, dada la reducción de los costos de transporte, por culminación material existente y colocación del nuevo material, además del año que causa dicho transporte a vías anexas y el problema de desmonte que ocasiona.




MUROS DE CONTENCIÓN CON BLOQUES DE CONCRETO En nuestro medio generalmente los muros de contención del tipo de gravedad son construidos usando 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 de concreto, cuyas dimensiones son de 0.35x0.35x0.55 m. Con pesos del orden de 155Kg. Por bloque y que disponen de un agujero central para su manipulación. Estos bloques son colocados por simple apilado, es decir sin usar montero de asentado, con el solo amarre 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 por ingenieros 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 económicamente competitiva 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, se pudiera efectuar un desmoldado inmediato, sin deformaciones y sin la necesidad de recurrir al uso de aditivos que encarecerían el producto.

FABRICACIÓN DE LOS BLOQUES Los bloques se producen por un sistema de pre-fabricación que resulta competitivo a los de tipo convencional, requiriendo para ello un volumen mínimo de producción. El concreto empleado es de consistencia seca, de asentamiento “O”, permitiendo el desmoldado 3 inmediato. Factor importante es la consolidación con densidades mayores de 2.3 ton/m obteniendo 2 2a resistencias superiores a los 100 kg/cm en un día y de los 300 kgs/cm los 28 días. El llenado del molde articulado se efectúa con una capa de mortero de superficie que recubre al espécimen de concreto. Para esto se utiliza una funda metálica que tiene la misma forma del molde y que calza dentro de esta con un espacio de 1 ½ . e vierte entonces dentro de esta funda la mezcla de concreto seco y entre el molde y dicha funda una mezcla de mortero seco . De esta forma al extraer la funda, las mezclas quedan zonificadas, evitándose así que exista agregado grueso en contacto con las caras del molde y logrando 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 llegue uniformemente 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 una pluma 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 el relleno 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 fricción entre 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 deslizamiento simultaneo 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 inclinación siendo auto estable hasta una altura máxima de 3 m. Que también es usual en los muros de gravedad convencionales. TEMA : CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

105



Estos muros son recomendables para empujes de tierras moderadas, que no contemplan en su parte posterior sobrecargas de importancia. Por la naturaleza de su construcción no requieren de juntas de contracción ni de construcción. Así mismo 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 ventajas frente 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, el movimiento de tierras detrás del muro es menor.



Los trabajos de compactados se pueden iniciar inmediatamente después de terminada su colocación 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 climas severos. Tampoco requiere de ductos de evaluación de filtraciones (ductos a través del muro).



Su acabado es muy estético.

TEMA : CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

106



EL CONCRETO FAST TRACK EN REPARACION Y REHABILITACION DE PAVIMENTOS I.

INTRODUCCIÓN El Concreto Fast Track, constituye una tecnología adecuada para la rehabilitación y refuerzo del pavimento, con una reducida alteración del tráfico. Mediante el proporcionamiento apropiado del concreto y técnicas de curado, es posible obtener resistencias que permiten la puesta en el servicio del pavimento a las 24 horas o menos. El pavimento resultante es de excepcional 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 y endurecimiento del concreto, frente a la rápida ejecución y apertura al transito del pavimento de asfalto. Con el CTF esta desventaja desaparece. En la actualidad, el CFT ha sido utilizado y probado en 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 pavimentos de aeropuertos, reduciendo considerablemente el tiempo de inoperatividad de las líneas. En los proyectos recientes se emplea en la pavimentación secuencial en la reconstrucción de pistas de aterrizaje. También en casos específicos como son las intersecciones que se encuentran en el medio campo y en las pistas de taxeo. En vías urbanas, en especial en aquellas que sirven de acceso a los sectores comerciales e industriales, 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 paralización del tráfico se reduce al fin de semana. En autopistas con peaje, elimina los problemas concernientes a la desviación del tráfico, pues las obras pueden ejecutarse en un solo día, y se minimiza el lucro cesante de los administradores de la vía. En el caso de la reconstrucción de intersecciones, la experiencia demuestra que la solución con CTF es sumamente operativa.

III.

MATERIALES El CTF es producido con cementos, aditivos y agregados, que respondan ala normalización y que se encuentran en cualquier localidad. Su diseño se basa en los procedimientos convencionales. Sin embargo, es indispensable efectuar estudios de laboratorio para asegurar las propiedades requeridas.

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 aditivos que aceleran el endurecimiento. La resistencia inicial en los cementos Pórtland depende básicamente del contenido en silicato tricálcico C3S y en menor medida el aluminato tricalcico C3A. Los álcalis del cemento también influyen débilmente. Además, la mayor finura del cemento favorece la resistencia inicial especialmente en las fracciones menores a los 10 micrones.

TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO- BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

107



La diferencia sustantiva entre los cementos tipo III se encuentra en la finura, que en el cemento tipo III fluctúa entre 4500 a 6000 cm2/gr, mientras en los otros cementos varía de 3400 a 4000 cm2/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 del 10% del peso del cemento. La ceniza volante es un residuo finalmente dividido, resultado de la combustión del carbón, que se obtiene generalmente como subproducto de las plantas térmicas. La ceniza volante más utilizada en CTF es la que corresponde al tipo F de las norma ASTM C 618-91, 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 de la norma precitada. Debe considerarse que los cementos Pórtland puzolánicos del tada. Debe considerarse que los cementos Pórtland del tipo IPM tienen generalmente un porcentaje de adición del 10% al 12%.

3.

Aditivos Dos aditivos han sido generalmente empleados en la práctica norteamericana con pavimentos de CTF: Imcorporadores de aire y reductores de agua. Los agentes incorporadores de aire han sido consideradosen obras ubicadas en zonas geográficas en las cuales hay que preservar la durabilidad del concreto por efecto del proceso de las heladas y del deshielo. En la experiencia norteamericana se ha utilizado aditivos reductores de agua del tipo a de la norma ASTM C 494-90, conocidos también como plastificantes. El propósito ha sido utilizar el incremento de trabajabilidad, que permita reducir significativamente el agua de la mezcla entre el 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 de endurecimiento, para permitir un mayor lapso que faculte la buena colocación y terminación del pavimento. Los aditivos súper plastificantes son más efectivos que los reductores de tipo A, permitiendo duplicar 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 ha requerido aditivos que aceleren el endurecimiento. Los aditivos acelerantes más comúnmente empleados empleados, en los concretos sin esfuerzo, tienen como producto de base el cloruro de 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 de resistencia 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 la resistencia exentos de cloruros, del tipo de los componentes orgánicos solubles, como la trietanolamina y el formiato de calcio.

5.

Agregados En el CFT pueden ser utilizados todos los agregados que cumplan con la norma, debiendo tener 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 huso granulométrico, 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.


108



El incremento del agregado intermedio mejora las siguientes características:

6.

7.



Reduce el requerimiento de agua de mezcla e incrementa la resistencia al disminuir la cantidad de mortero necesaria para resistencia al, disminuir la cantidad de mortero necesaria para llenar los vacíos.



Aumenta la durabilidad al aumentar la compacidad.



Disminuye el desgaste en las mezcladoras y equipo.

Agua Para incrementar la resistencia del CTF, se ha utilizado la incorporación del agua de mezcla a temperaturas 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 la formación de productos de hidratación del cemento. Esta opción es factible cuando se trata de obras pequeñas . como la acción de la temperatura del agua en la mezcla solo actúa algunas horas, el procedimiento es efectivo únicamente cuando se protege el concreto con cobertores aislantes. Diseño de mezclas Los procedimientos de diseño de mezcla en el CFT son los convencionales de la tecnología del concreto. De la revisión de la experiencia en los Estados Unidos, se advierte el empleo de una diminuta relación a/c de aproximadamente 0.4, un alto contenido de cemento, de 380 kg/m3 y proporcionamiento similar de agregado fino y grueso. La tabla siguiente recoge el proporcionamiento del CFT de más reciente empleo con resultados exitosos. 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 de la vigueta, son las siguientes: TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO- BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

109


Resistencia a la flexion (psl)

IV.


110

12 horas

24 horas

7 dias

485

645

850

CONSTRUCCION La experiencia en la construcción de pavimentos de CTF ha demostrado que no se requiere de equipo especial para la ejecución del pavimento, pudiéndose utilizar equipo normal de fácil disponibilidad. Sin embargo, el pavimento de CFT requiere un conveniente planificación de la secuencia de construcción, pues el margen de error admisible es mucho menor que en concreto convencional. 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 la necesidad de acelerar las operaciones.

1.

Mezclado y colocación El CFT ha sido producido en plantas centrales de mezcla y dosificación, también con equipo de mezclado 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 la pavimentadora de moldes fijos, constituida con un equipo múltiple, compuesto por una distribuidora de concreto, una vibradora y una terminadora superficial (tren de pavimentación). Si bien no hay experiencia, nada impide que en pequeños tramos puede realizarse el pavimento 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 vías interestatales y de gran volumen de tránsito se especifica esta última. Cuando las operaciones se efectúan en un mínimo de espacio se utilizan cepillos con cerdas de plástico y también flejes 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 los convencionales en pavimentos de concreto. En el aserrado de juntas de contracción no rigen los plazos generalmente aceptados en pavimentos tradicionales. El lapso requerido para efectuar la operación de aserrado en CFT depende del proceso de endurecimiento, tipo de cemento y temperatura ambiente. En los CFT se han utilizado procedimientos de aserrado-húmedo es conveniente cuando se trata de pavimentos urbanos, para evitar la gran cantidad de polvo que ocasiona la limpieza del aserrado en seco. No existe experiencia en la ejecución de juntas en fresco, procedimiento más lento que exige además 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 pavimentos convencionales pues, la ganancia inicial de resistencia y la diminuta relación agua cemento reducen la humedad de las paredes laterales de la junta, requisito de algunos productos de sellado. En el CFT las juntas deben sellarse lo antes posible y en todo caso no más allá de las 24 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 el aprovechamiento del calor de hidratación.




Para evitar la pérdida del agua de mezcla por evaporación superficial, a fin de incrementar la resistencia y evitar la figuración temprana, se pulveriza la superficie del pavimento con productos 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 con rapidez 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 el mercado, es necesario efectuar experiencias previas. Un procedimiento de curado adicional generalmente utilizado, especialmente en climas fríos o cuando se producen variaciones de temperatura lo constituye el aislamiento del concreto del entorno, para mantener una temperatura uniforme. A este efecto, se han utilizado materiales aislantes, constituidos por los denominados cobertores de curado que se colocan apropiadamente sobre el pavimento, después de la aplicación del líquido de curado. Los cobertores de curado que se colocan apropiadamente sobre el pavimento, después de la aplicación del líquido de curado. Los cobertores están constituidos por una capa de espuma de poli estireno de célula cerrada, protegida en uno de sus 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 calor desarrollado durante la hidratación del cemento, basado en el principio que el aumento de temperatura acelera la formación de productos de hidratación, con el consiguiente incremento de la resistencia.

V.

PUESTA EN SERVICIO Un aspecto de gran interés en el CFT es la determinación del momento en el que el pavimento puede abrirse al tránsito.


111

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 el diseño y control de calidad en todo tipo de obras y en especial las estructuras hidráulicas y de pavimentación. Sin embargo en razón de que los métodos de ensayo a la tracción aparecen tardíamente, en la década de los cincuenta, la resistencia a la comprensión mantiene su hegemonía como indicador de la calidad, principalmente por el largo tiempo de aplicación que ha permitido acumular valiosa experiencia. Inicialmente la determinación de la resistencia a la tracción del concreto se efectúo por ensayos de flexo tracción. Posteriormente, se han desarrollado dos métodos de prueba conocidos como ensayos de 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 un espécimen, cilíndrico o prismático, de relación de h/d, entre 1.6 a 1.8 resultante del aserrado de las extremidades 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 que contienen varillas de tracción, centradas y articuladas mediante rótula, las mismas que se sujetan a los 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 una operación 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 tipo normalizado para el ensayo de comprensión, entre los cabezales de una prensa, según generatrices opuestas. Este método fue desarrollado con Lobo Carneiro y Barceles en Brasil en 1943, cuando verificaban el comportamiento del concreto, destinado a rellenar cilindros de acero a utilizarse en el desplazamiento de una antigua iglesia. En el mismo año en Japón T. Azakawa, realizó una tesis de doctorado desarrollando el método.


112

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


Ensayo de tracción por hendimiento En el estudio de la distribución de tensiones principales de tracción y composición en una pala circular bajo la acción de fuerza diametralmente opuestas, distribuidas a lo largo de dos generatrices situadas en el mismo plano diametral (estado plano de deformaciones). Ha sido efectuado originalmente 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, que tiene como valor:

1 

 2P   DL  

1



 1 1   r / D 1 r / D  

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 las generatrices de contacto. Sin embargo, en la práctica, esto produce en una banda de contacto con la platina de los cabezales de la maquina de ensayo, en un ancho “a”, de donde resulta, una perturbación local y el valor máximo de la tensión principal de compresión es de:

P a L Además a todo lo del plano diametral donde están situadas las generatrices sobre las cuales actúa la compresión, las tensiones normales de tracción se distribuyen uniformemente y son iguales a:

2

2 P  DL

Sin embargo, la tensión principal de tracción decrece en la vecindad de la banda de contacto, resulta nula y cambia de signo transformándose en una tensión de compresión (Fig. 3).


113



Estos valores son validos hasta el momento de la rotura, que no se encuentra en el dominio de la teoría de la elasticidad pase a la existencia de una tensión principal de compresión la rotura se produce por separación, según un plano normal a la tensión principal de tracción, en el momento que 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 siguientes factores: 

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 tiene regular.

Como limitación, podemos señalar que sus resultados son superiores a los que se obtiene por el ensayo de tracción directa, en razón que en el ensayo de compresión diametral, existe una zona de fractura pre-determinada, que no revela las fallas que pueden presentarse en otro lugar del espécimen.

Condiciones de ensayo La norma establece las condiciones que rigen el procedimiento de ensayo, debemos incidir en algunas disposiciones significativas: a.

Luego del curado de los especimenes de ensayo y antes de la prueba, debe procederse a determinar su longitud, por el promedio de tres medidas y el diámetro por el promedio de dos medidas. Asimismo, deberá marcarse las caras del espécieme, determinando las generatrices de carga.

b.

Si las dimensiones de las placas de apoyo de la maquina de compresión, son menores que la longitud del cilindro, debe interponerse una platina suplementaria de acero maquinado, de por lo menos 50 mm de ancho y espesor no menos que la distancia entre el borde de las placas.


114



EVALUACION DEL CONCRETO POR EL ESCLERÓMETRO

La evaluación de las estructuras de concreto en sitio, además de los métodos de extracción de testigos y pruebas de carga, se pueden realizar mediante ensayos no destructivos, que tienen la ventaja 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 su economía y facilidad de ejecución, entre ellos el método del esclerómetro es empleado por el mayor número de piases. El esclerómetro fue diseñado por el Ing. Suizo Ernest Schmidth en 1948, constituyendo una versión tecnológicamente más desarrollada que los iniciales métodos de dureza superficial generados en la década del veinte.

Campo de Aplicación Originalmente, fue propuesto como un método de ensayo para determinar la resistencia a la comprensión 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 le emplea 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 método Un esquema del aparato está dado en la figura 1, según la información del fabricante, en el que se singulariza los siguientes elementos:

1. Percutor, 2. Concreto, 3. Cuerpo exterior, 4. Aguja, 5. Escala, 6. Martillo, 7. Botón de fijación de 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 un acierta distancia, la cual se indica por una aguja en una escala graduada. La lectura de la posición de la 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, que impacta la superficie de una masa de concreto, produciendo una redistribución de la energía cinética inicial. Parte de la energía es absorbida como fricción mecánica en el instrumento y otra parte como energía 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 masa de concreto sea prácticamente infinita con relación a la masa del percutor del aparto, lo que se da en TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

115



la mayoría de las estructuras. En consecuencias, el rebote del esclerómetro es un indicador de las propiedades 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 para el 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 resistencia del concreto en obras de grandes dimensiones y para el examen de calidad de carreteras y pistas de aeródromos 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 o impresión de cada uno de los resultados de ensayo, evitando que el operador deba detenerse para tomar 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 la superficie, incrementando gradualmente la presión hasta que el martillo impacte y se tome la lectura.



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 en más de 7 unidades del promedio, serán descartadas. Si fueran más las que difieren se anulará la prueba.

Los ensayos son influenciados por la característica del concreto en la zona de impacto, los vacíos o la presencia 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 del concreto.

Información adicional al análisis de resultados Los resultados de ensayo deberán ser registrados y ser sujetos a análisis estadístico, cuando fuera el 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 encofrado de 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.

TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

116



Factores que inciden en la prueba Además de los factores intrínsecos, los resultados de los ensayos reciben la influencia de los siguientes 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 ensayo Para obtener resultados válidos y reproductibles conviene tener en cuenta las siguientes disposiciones: 

El método concreto sometido a prueba está fijo en la estructura, teniendo mínima dimensión 100mm, de espesor. Los especimenes más pequeños deberán ser sujetados rígidamente. En el caso 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 pruebas comprenderá aproximadamente una circunferencia de 150 mm de diámetro.



Deberá efectuarse el pulido superficial en la zona de prueba de los especimenes, hasta una profundidad de 5mm, en los concretos de más de 6 meses de edad, en texturas rugosas, en las húmedas y cuando se encuentran en proceso de carbonatación.



A efecto se utilizará una piedra abrasiva de carburos de silicio o material equivalente, con textura de 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 altos actuando hacia abajo y más bajos hacia arriba.



El accionar angular dará resultados intermedios.

TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

117

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


PRUEBA DE CARGAS DE ESTRUCTURAS Las pruebas de cargas de estructuras terminadas se realizan generalmente por una o más de las siguientes 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 su parte 6 referente a la Evaluación de Estructuras, el procedimiento para efectuarse ensayos de carga en las edificaciones. Este dispositivo tiene como antecedente las disposiciones del Reglamento de las construcciones de Concreto Reforzado del Instituto Americano del concreto (ACI). La norma señala que la prueba da cargas es indicada cuando existen dudas razonables respecto de la seguridad de la estructura, de alguno de sus elementos o si se necesita información para fijar los límites 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 elementos estructurales cuestionados. En todos los ensayos debe solicitarse una parte suficiente de la construcción, para obtener el efecto total 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 manera que 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 ensayo tenga por lo menos 56 días de edad. La prueba puede efectuares a una menor edad, cuando el propietario de la estructura, al contratista y todas las partes involucradas estén de acuerdo.

Carga de prueba La prueba de la estructura seleccionada para aplicar la carga, debe recibir una carga total que incluya las cargas muertas (CM) que ya están actuando, equivalente a 0,8 (1.5 CM-1.8 CV). La determinación de 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 aproximadamente iguales, sin ocasionar impacto a la estructura. Las cargas deben disponerse de manera tal que no se produzca el efecto de arco. (Fig. 1). En todos los casos las cargas deben ubicarse por separado, sobre cada superficie unitaria y una distancia que permita la libre circulación del personal. Para cumplir con los requisitos establecidos anteriormente es recomendable utilizar recipientes cargados con agua, considerando los medios para medir el nivel.


118



Otro procedimiento es cargar con plataformas conteniendo pesos que sean múltiplos de la carga prevista, utilizando unidades de albañilería, sacos de cemento o arena. Las plataformas deberán ser alcanzadas 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 el efecto de aquella porción de las cargas muertas que aún no están actuando, debiendo permanecer aplicadas 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 deflexión inicial. Las lecturas de la deflexión final se tomarán 24 horas después de haberse retirado la carga de prueba.

De los instrumentos de medida Para efectuar la medición de la deformaciones se recomienda utilizar deformó metros acústicos, de cuerda vibrante o deflectómetros mecánicos, que amplifiquen las deformaciones y que en algunos modelos están provistos de un mecanismo de relojería para registrar las deflexiones. (Fig 2).


119



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 los requerimientos de seguridad de la estructura), se considera que la estructura no ha pasado satisfactoriamente la prueba. Se considera como una indicación de un comportamiento satisfactorio, cualquiera de los dos criterios siguientes: a)

Si la deflexión máxima medida de una viga, piso o techo es menor de:

L2/20 000 h

Siendo h el peralte del elemento y L la distancia a ejes de apoyo, o la luz libre entre apoyos más el peralte del elemento la que sea menor. b)

Si se excede la condición anterior deberá cumplirse: que la recuperación de la deflexión dentro de las 24 horas siguientes al retiro de la carga de prueba sea por lo menos el 75% de la deflexión 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 al extremo 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, pueden volverse 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 muestra evidencia visibles de falla y la recuperación de la deflexión causada por esta segunda carga de pruebas 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.


120



121

LA FORMA DE LOS AGREGADOS La forma de los agregados incide en el comportamiento del concreto. La experiencia ha demostrado que 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 que aquellos de forma aplanada o alargada. La forma de los agregados está condicionada por la estratificación de las rocas en el yacimiento, el plano 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 mayor superficie con relación al volumen, que origina mayor frotamiento interno. Asimismo, en las dificultades 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)

LG E (1)

Como quiera que la determinación de la forma de los agregados por la medida con un vernier de sus tres dimensiones predominantes, es un proceso largo y tedioso, raramente se efectúa en la práctica. La normalización internacional ha considerado diferentes sistemas de evaluación, por métodos rápidos y prácticos. La norma peruana de requisitos de agregados considera el índice de espesor, que expresa la relación G/E.

El factor “G” está determinado por el paso de los agregados por una parilla, de barras redondas paralelas, que separa los elementos inconvenientes cuando la relación es mayor que 1.5*8. Los agregados son separados por la parrilla en la que la luz libre entre barras establece una relación G/1,58, que viene a significase el salto de una dimensión de la serie (Fig. 2).

10 10 cuando pasade G a G / 1.58 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 de agregado natural y de 35 para grava triturada.


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


122

TABLA 1 – RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN Resistencia a la Penetración

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


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


EL FRAGUADO EN EL CONCRETO Resulta útil poder mesurar la pérdida de trabajabilidad del concreto y en especial definir, aunque sea arbitrariamente los parámetros del denominado fraguado, de gran interés para la puesta en obra y la consolidación. 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 de fraguado. La norma peruana 339-082, que tiene como antecedentes la ATSM C 403, especifica un método de ensayo para la determinación del tiempo de fraguado del concreto por la resistencia que ofrece a la penetración. El procedimiento ha sido objeto de discusión, pero tiene la virtud de haber recuperado información por más 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 de materiales 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 coloca en un recipiente y se almacena a temperatura ambiente especificada. A intervalos regulares de tiempo 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 los tiempos de fraguado inicial y final. El inicio del fraguado se determina por el tiempo transcurrido, luego del contacto inicial del cemento y el agua para que el mortero alcance una resistencia a la penetración de 500 si (3.5 Mpa) y el tiempo de fraguado final por el tiempo transcurrido para que el mortero alcance una resistencia a la penetración de 400 psi. (27.6 Mpa).

Aparato El aparato está compuesto por los siguientes elementos principales: El contenedor Será rígido, impermeable, no absorbente, no aceitado, de sección cilíndrica o rectangular. La dimensión mínima lateral 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 2 (645,323,161,65,32 y 16mm ) 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 resultados Se 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 abscisas usando una escala que 500 si (3.5 MPa), y una hora será representada por una distancia de por lo menos ½ pulgada (13mm) . Para determinar el tiempo de fragua por análisis de regresión lineal de los logaritmos de los datos, se usan un papel logarítmico log-log, la resistencia a la penetración en las ordenadas versus tiempo en minutos 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 a 10,000 min. Se Grafica los valores de penetración como una función de tiempo.

Ejemplo ilustrativo La 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.


123

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


La curva 1 es el ploteo de los datos y fue dibujada a mano con ayuda de un elemento flexible que aproxima visualmente, las intersecciones de la curva con la línea horizontal definen los tiempos de fraguado, 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 una relación lineal entre los logaritmos de resistencia a la penetración y tiempo transcurrido. La línea recta se obtiene por análisis re regresión lineal usando los logaritmos de la 3ra, y 4ta. Columna de la tabla. La ecuación es: Log (PR) = - 14.196 + 6.871 Log (t) Donde: PR = resisitencia a la penetración t = tiempo transcurrido y el coeficiente de correlación es 0.999 para obtener el t de fragua se despeja

log(t) 

Log ( PR )  14.196 6.871

para el t. Inicial se sustituye el valor de PR

log(t) 

Log 500  14.196 6.871

luego: t =(10)

2,458



2.699  14.196  2.458 6.871

=287 min.

Para final: Log (t ) 

log 4000  14.196



3.602  14.196

6.871

Luego t = 10

2,590

 2.590

6.871

= 389 min.


124

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


SUPER PLASTIFICANTES Los nuevos super-plastificantes, denominados también “superfludicantes”, constituyen la reciente novedad de aditivos para el concreto que se han desarrollado en los últimos 10 años. Su aplicación permite obtener una alta fluidez en concretos secos sin asentamiento, evitando además la segregación y exudación. La gran trabajabilidad que se obtiene3 con este tipo de aditivos puede ser usada para efectuar importantes reducciones de la relación agua/cemento, de forma que se pueden alcanzar resistencias elevadas.

TIPOS DE SUPER-PLASTIFICANTES: Los aditivos de este grupo que se encuentres en el mercado están constituidos básicamente por los siguientes materiales químicos:  Sales de formaldehído - melina sulfonato  Sales ácidos formaldehído naftaleno sulfonicos  Lignosulfanatos modificados  Otros compuestos orgánicos Los productos basados en materiales del primer tipo fueron en Alemania, a nivel comercial, en 1964, logrando un uso extensivo, de tal manera que al cabo de 10 años estos productos se utilizaban 3 anualmente en aproximadamente 2 millones de M de concreto. Los productos basados en materiales del segundo tipo se desarrollaron en Japón, ingresando al mercado en 1964. Se calcula que en los primeros catorce años se utilizaron en aproximadamente 25 millones de metros cúbicos. En los Estados Unidos, algunos calificados organismos estatales como el Bureau of Reclamation, adoptaron inicialmente una posición conservadora en la especificación de esta clase de aditivos. Sin embargo, en la actualidad, se estima que la aplicación de súper-plastificantes comprende el 2% del total del concreto producido, utilizando principalmente productos del tipo de los sulfanatados de naftaleno-formaldehído.

DESARROLLO La primera generación de súper-plastificantes actuaba por su naturaleza aniónica, por lo cual las partículas de cemento se cargan negativamente, repeliéndose mutuamente y reduciéndose la fricción. La segunda generación actúa además cubriendo la superficie de las partículas de cemento e incide sobre los procesos de hidratación, permitiendo su empleo en temperaturas extremas del concreto, incrementando la reducción del agua de mezcla y ampliando el periodo en que el concreto fresco se mantiene plástico. Los aditivos de tercera generación han aumentado a su vez el rango de plasticidad y permiten mantener las características de fraguado, similar a los concretos normales, en diferentes temperaturas de concreto.

APLICACIONES: La aplicación de los súper-plastificantes se da principalmente en el siguiente tipo de obras:  Elementos congestionados de refuerzo de acero, de difícil acceso y reducida posibilidad de vibración  En los casos en que se requiere superficies de concreto uniforme y compacta.  Concreto colocado en baldes por medio de grúas.  Incremento de resistencia  Concreto bombeado  Concretado en climas cálidos.

RECOMENDACIONES DE EMPLEO Cuando se utilizan aditivos súper plastificantes, además de las recomendaciones de tipo general, se deberán adoptar los siguientes controles:  Perdida de asentamiento después del mezclado.  Efectos del modulo de finura. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

125



 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.

ECONOMIA Los súper plastificantes tienen un mayor costo que los plastificantes y en ambos casos se incrementa el costo de producción de concreto. Sin embargo, las mejoras obtenidas pueden ser cuantificadas económicamente 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.

NORMAS El 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 fragua denominada tipo G. Estas especificaciones se encuentran dentro la norma general para todos los tipos de aditivos ASTM C 494.


126

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO Los diversos tipos de pavimentos de concreto pueden ser clasificados, en orden de menor a mayor costo inicial, de la siguiente manera: a. Pavimentos de concreto simple a.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 para transferencia de cargas. En ellos, el concreto asume y resiste tensiones producidas por el transito y el entorno, como las variaciones de temperatura y humedad. Este tipo de pavimento es aplicable en caso de tráfico ligero y clima templado y generalmente se apoyan sobre la sub-rasante. En condiciones más severas requiere de sub bases tratadas con cemento, colocadas entre la subrasante y la losa, para aumentar la capacidad de soporte y mejorar la transmisión de carga. Están constituidos por losas de dimensiones relativamente pequeñas, en general menores de 6 m. De largo y 3.50m de ancho. Los espesores varían de acuerdo al uso previsto. En calles de urbanizaciones residenciales de 10 y 15 cm, en las denominadas colectores entre y 17 cm .En carreteras se obtienen espesores de 16 cm. En aeropistas y autopistas más solicitadas de 20 cm o más.

Pavimentos de Concreto Simple, con Pasadores (Fig. 2) Los pasadores son pequeñas barras de acero, que se colocan en la selección transversal del pavimento, en las juntas de contracción. Su función estructural es transmitir las cargas de una losa a la losa contigua, mejorando así las condiciones de deformación en las juntas. De esta manera se evitan los dislocamientos verticales diferenciales (escalonamiento). Este tipo de pavimentos es recomendable par tráfico diario que exceda ejes equivalentes a 8.2t. con espesores 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 juntas con y sin pasadores. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO – BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

127



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 su finalidad es resistir las tensiones de contracción del concreto en estado joven y controlar loa agrietamientos. Reduciendo la cantidad de juntas que constituyen un factor d debilitamiento de la calzada de concreto, es posible diseñar losas de mayor longitud que en los pavimentos sin refuerzo con el uso de pasadores. Con este diseño se han logrado losas de 9 y 12 m. De largo entre juntas transversales de contracción. 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 de temperatura, por lo cual se eliminan las juntas de contracción, quedando únicamente las juntas de construcción 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 para admitir una fina red de fisuras que no comprometan el buen comportamiento del pavimento.


128



Esta técnica se ha extendido con éxito desde 1960 en los Estados Unidos y si bien exige una apropiada tecnología constructiva, no requiere de mayor conservación, manifestando poca sensibilidad 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 pavimentos deteriorados 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 estructural En estos pavimentos el refuerzo de acero asume tensiones de tracción y comprensión. De esta manera, 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 junta transversal para evitar la aparición de fisuras. En las juntas longitudinales que el refuerzo pasa la junta, generalmente aparecen fisuras. En principio, cuanto mayor es el tamaño de la losa mayor es el riesgo de fisuras.

Pavimentos de concreto Pretensado El desarrollo de los pavimentos de concreto pretensado es limitado, habiéndose aplicado principalmente 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.


129



ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO Y AGREGADOS EN OBRA La buena disposición que se adopte para el almacenamiento de los insumos del concreto, contribuye a 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 la construcción, 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 envase estancos o en ambientes de temperatura y humedad controlada, su duración será indefinida. En las obras se requiere adoptar disposiciones adecuadas para que el cemento se mantenga en buenas condiciones, por un espacio de tiempo determinado. Lo esencial es conservar el cemento seco, para lo cual debe cuidarse que no sea afectado por la acción 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 tiempo considerable, se deberá proveer una bodega, de tamaño adecuado sin aberturas ni negritas, que pueda mantener el ambiente lo más seco posible. En los casos en que sea previsible la presencia 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 el paso 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 un espacio 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 altura de doce bolsas. Para mayores periodos de almacenamiento el límite recomendado es el de ocho bolsas, para evitar la compactación del cemento. Las bolsas de cemento se dispondrán de manera que se facilite su utilización de acuerdo al orden 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 que manifiesten señales de endurecimiento del cemento. En obras pequeñas, o cuando el cemento va a estar almacenado en periodos cortos de no más de 77 días, puede almacenarse con una mínima protección, por ejemplo, sobre una base afirmada 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 evitar que sea levantada por el viento. En todos los casos el piso deberá estar separado del terreno natural y asegurar que se mantenga 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 arcillosos o sustancias orgánicas. TEMA: CONCRETO REFER: CEMENTO- BOLETÍN TÉCNICO – ASOCEM – ASOCEM

130



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 concreto preesforzado con alambrones de acero, torones o barras de aleación. Es fundamental analizar las características y el comportamiento de los materiales bajo carga para comprender el comportamiento del concreto estructural y para diseñar estructuras de concreto en forma segura, económica y funcional. En este capítulo se presenta apenas un breve resumen sobre los fundamentos del comportamiento del material, y a la vez una descripción de los tipos de barras de refuerzo y de aceros de preesfuerzo más comunes, ya que se supone que el lector ha realizado estudios previos sobre este tema. Se incluyen bastantes referencias a manera de guía 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 necesarias para unir agregados inertes y conformar una masa sólida de resistencia y durabilidad adecuadas. Esta categoría de materiales tecnológicamente importante incluye no sólo el cemento propiamente dicho sino también limos, asfaltos y alquitranes, como los aprovechados en construcción de carreteras y en otras utilizaciones. Para la fabricación del concreto estructural se utiliza exclusivamente los llamados cementos hidráulicos. Se requiere la adición de agua para completar el proceso químico (hidratación) mediante el cual el polvo de cemento se fragua y endurece para convertirse en una masa sólida. De los diferentes cementos hidráulicos desarrollados, el cemento Pórtland, patentado por primera vez en Inglaterra en 1824 es el más común de todos. El cemento Pórtland es un material grisáceo finamente pulverizado, conformado fundamentalmente por silicatos de calcio y aluminio. Las materias primas usuales a partir de las 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 hasta obtener el llamado clinker, que a su vez se enfría y se muele para lograr la finura requerida. El material es despachado a granel o en bultos que contienen 94 libras de cemento. Los concretos hechos con cemento Pórtland requieren generalmente dos semanas para alcanzar la resistencia suficiente para poder retirar las formaletas de vigas y losas y aplicar cargas razonables; estos concretos alcanzan su resistencia de diseño después de 28 días y continúan ganando resistencia de ahí en adelante a una tasa decreciente. Para los casos en que se requiere acelerar la construcción se han desarrollado cementos de alta resistencia inicial; estos cementos son más costosos que el Pórtland común, pero alcanzan entre los 7 y los 14 días la resistencia que tendría el cemento Pórtland al cabo de 28 días. Ellos tienen la misma composición básica de los cementos Pórtland pero han sido mezclados en forma más cuidadosa y molidos hasta obtener partículas más finas, tanto antes como después del proceso de cocción. Cuando el cemento se mezcla con el agua para formar una pasta suave, ésta se rigidiza en forma gradual hasta convertirse en una masa sólida. Este proceso se conoce como fraguado y endurecimiento. Se dice que el cemento se fragua cuando ha ganado suficiente rigidez para resistir una presión arbitrariamente definida, punto a partir el cual continúa endureciendo durante un largo periodo, es decir, sigue ganando resistencia. El agua en la pasta disuelve el material en la superficie de los granos de cemento y forma un gel que aumenta gradualmente en volumen y rigidez. Esto conduce a una rápida rigidización de la pasta entre 2 y 4 horas después de que se le agrega agua al cemento. La hidratación continúa profundizándose dentro de los granos de cemento a velocidad decreciente junto con la rigidización y el endurecimiento continuos de la masa. En concretos comunes, el cemento probablemente nunca termina el proceso de hidratación, la estructura gelatinosa de la pasta endurecida parece ser la razón principal para los cambios de volumen que se producen en el concreto ante variaciones de humedad, como la retracción que ocurre en el concreto cuando se seca. Según H. Rüsch, para completar la hidratación de determinada cantidad de cemento se requiere químicamente una cantidad de agua equivalente aproximadamente a 25% del peso de TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

131



cemento, es decir, una relación agua – cemento de 0.25. sin embargo, una cantidad adicional de agua debe estar presente durante el proceso de hidratación para proporcionar movilidad al agua misma dentro de la pasta de cemento, de manera que ésta pueda alcanzar las partículas de 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 0.40 a 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, produce poros en la pasta de cemento. La resistencia de la pasta endurecida disminuye en proporción inversa a la fracción del volumen total ocupado por los poros. Dicho de otra manera, debido a que 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 resistencia aumenta en proporción directa a la fracción del volumen total ocupada por los sólidos. Por esta razón la resistencia de la pasta de cemento depende principalmente, y disminuye de manera directa, con el incremento en la relación agua – cemento. El proceso químico desarrollado en el fraguado y el endurecimiento libera calor, conocido como calor de hidratación. Cuando se funden grandes masas de concreto, como en le caso de las presas, este calor se disipa muy lentamente, lo cual lleva a un incremento de la temperatura y a una expansión del volumen de concreto durante el proceso de hidratación con el enfriamiento y la contracción posteriores. Para evitar el intenso agrietamiento y el consecuente debilitamiento que 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 el 75% del volumen de la masa endurecida. El resto está conformado por la pasta de cemento endurecida, agua no combinada (es decir, agua no utilizada en la hidratación del cemento) y vacíos. Evidentemente, los últimos dos no contribuyen a la resistencia del concreto. En general, en cuando pueda empaquetarse el agregado con mayor densidad, mejor será la solidez, la resistencia a la intemperie y la economía del concreto. Por esta razón, resulta de fundamental importancia la gradación del tamaño de las partículas en los agregados, con el fin de producir este empaquetamiento compacto. También es importante que el agregado tenga buena solidez, durabilidad y resistencia a la intemperie; que su superficie esté libre de impurezas como arcillas, limos o materia orgánica, las cuales pueden debilitar la unión con la pasta de cemento; y que no se produzca una reacción química desfavorable entre el agregado y el cemento. Los agregados naturales se clasifican, en general, en finos y gruesos. Un agregado fino o arena es cualquier material que pasa el tamiz N° 4, es decir, un tamiz con 4 aberturas por pulgada 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 dos o tres grupos de diferente tamaño para las arenas y en varios grupos de diversa magnitud para las gravas. Estos, con posterioridad, pueden combinarse de acuerdo con las tablas de gradación que permiten obtener un agregado densamente empaquetado. El tamaño máximo de agregado grueso para concreto reforzado está controlado por el requisito de que éste debe entrar 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 un tercio del espesor de las losas, ni tres cuarteos de la distancia mínima entre las barras de refuerzo. La norma ASTM C33, la Standard Specification for Concrete Aggregates, presenta los requisitos para los agregados de buena calidad; la referencia 2.1 incluye información bien fundamentada sobre propiedades de agregados y su influencia en las propiedades del concreto, 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 piedras 3 naturales, varía aproximadamente entre 140 y 152 libras por pie cúbico (lb/pie ) y por lo 3 general, puede suponerse igual a 145 lb/pie . los concretos livianos, por un lado, y los concretos pesados, por otro, se han venido utilizando cada vez con mayor frecuencia para propósitos especiales. Existen varios tipos de agregados livianos. Algunos agregados no procesados como la piedra pómez 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; TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

132



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 agregados en hornos rotatorios a altas temperaturas (generalmente superior a los 2,000 °F). Los requisitos para agregados ligeros de buena calidad se encuentran en la norma ASTM C330, la Standard Specification 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 50 3 lb/pie ; concretos de resistencia moderada cuyos pesos unitarios varían aproximadamente 3 2 entre 60 y 85 lb/pie , cuyas resistencias a compresión están entre 1,000 y 2,500 lb/pug y se utilizan principalmente como relleno, por ejemplo sobre paneles de entrepiso de lámina delgada 3 de acero; y concretos estructurales con pesos unitarios entre 90 y 120 lb/pie y con resistencia a la compresión comparable a la obtenida para los concretos de piedra. Las similitudes y diferencias en las características estructurales de los concretos livianos y los concretos de piedra 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 en reactores nucleares e instalaciones similares, para estructuras de protección y para propósitos especiales como contrapesos en puentes levadizos. Para estos concretos se utilizan agregados 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 pesados 3 con agregados naturales de roca pesada varían aproximadamente entre 200 y 230 lb/pie ; si se agregan fragmentos de hierro a los minerales de alta densidad pueden alcanzarse pesos hasta 3 3 de 270 lb/pie . el peso puede llegar casi hasta 330 lb/pie si utilizan únicamente minerales de hierro 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 resulta tenga una resistencia adecuada, una manejabilidad apropiada para su vaciado y un bajo costo. Este último factor obliga a la utilización de la mínima cantidad de cemento (el más costoso de los componentes) que asegure unas propiedades adecuadas. En cuanto sea mejo la gradación de los agregados, es decir, en tanto que sea menor el volumen de vacíos, menor será la pasta de cemento necesaria para llenar estos vacíos. Además del agua requerida para la hidratación, se necesita agua para humedecer la superficie de los agregados. A medida que se adiciona agua, la plasticidad y la fluidez de la mezcla aumentan (o sea que mejora su manejabilidad), pero disminuye su resistencia debido al mayor volumen de vacíos creados por el agua libre. Par reducir el agua libre y mantener la manejabilidad, es necesario agregar cemento. De esta manera, desde el punto de vista de la pasta de cemento, la relación agua-cemento es el factor principal que controla la resistencia del concreto. Para determinada relación agua-cemento, se selecciona la mínima cantidad de cemento que asegure la manejabilidad deseada. La figura 2.1 muestra la decisiva influencia de la relación agua-cemento sobre la resistencia a la compresión del concreto. Se observa que su influencia sobre la resistencia a la tensión, medida a través de la resistencia nominal a flexión o módulo de rotura, es pronunciada pero mucho menor TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

133



que su efecto sobre la resistencia a la compresión. Esto parece ser así porque, además de la relación de vacíos, la resistencia a la tensión depende en gran medida de la resistencia de la unión entre el agregado grueso y el mortero de cemento (es decir, la pasta de cemento más los agregados finos). De acuerdo con ensayos realizados en la Universidad de Cornell, la resistencia 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, en volumen o en peso, del cemento a la arena y a la grava, por ejemplo 1:2:4. Este método se refiere únicamente a los componentes sólidos y, a menos que la relación agua-cemento se especifique en forma separada, es insuficiente para definir las propiedades del concreto que resulta bien sea en su estado fresco o cuando se fragua y endurece. Para una definición completa de las proporciones ahora es usual especificar el peso de agua, arena y agregado grueso por bulto de cemento de 94 libras. De esta manera, una mezcla puede definirse así: 45 libras de agua, 230 libras de arena y 380 libras de agregado grueso (para un bulto de cemento de 94 libras). Como alternativa, las cantidades para una mezcla se definen con frecuencia en términos del peso total de cada componente necesario para fabricar una yarda cúbica de concreto húmedo, es decir, 517 libras de cemento, 300 libras de agua, 1,270 libras de arena seca y 1,940 libras de agregado grueso seco. Se utilizan varios métodos de dosificación para obtener mezclas con las propiedades deseadas a partir de los cementos y agregados disponibles. Uno de éstos es el llamado método de mezcla tentativa (trial – batch meted). Con una relación agua – cemento a partir de la información que aparece en la figura 2.1 se pueden producir pequeñas mezclas tentativas con diferentes cantidades de agregados para obtener la resistencia, la consistencia y otras propiedades requeridas con una cantidad mínima de pasta. La consistencia del concreto se mide con mayor frecuencia mediante el ensayo de asentamiento (slump test). Un molde metálico sin fondo con la forma de un cono truncado de 12 pulgadas de altura se llena cuidadosamente con concreto fresco de una manera especificada. Una vez lleno el molde, éste se levanta y el asentamiento del concreto se mide como la diferencia de altura entre el molde y la pila de concreto. El asentamiento es una buena medida de la cantidad total de agua en la mezcla y debe mantenerse tan bajo como sea compatible con su manejabilidad. Los concretos utilizados en la construcción de edificios tienen asentamientos que varían generalmente entre 2 y 6 pulgadas. El llamado método de dosificación del ACI utiliza el ensayo de asentamiento en conexión con un conjunto de tablas para lograr un estimativo de las proporciones que dan como resultado las propiedades deseadas (véase la referencia 2.4) para diferentes condiciones (tipos de estructuras, dimensiones de los elementos, grados de exposición a la intemperie, etc). Estas proporciones seleccionadas preliminarmente se revisan y ajustan mediante mezclas de prueba para obtener al final el concreto con la calidad deseada. Las propiedades de resistencia de un concreto con una dosificación determinada varían de manera inevitable de mezcla en mezcla. Por tanto, es necesario seleccionar las proporciones que aseguren una resistencia promedio suficientemente mayor que la resistencia especificada de diseño, para que incluso las mezclas accidentalmente bajas de resistencia resulten de una calidad adecuada (para detalles, véase la sección 2.6). Un estudio detallado de los métodos prácticos de dosificación del concreto está por 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, el Código ACI incluye un método conservador para la dosificación del concreto con base en la relación agua – cemento. Además de los principales componentes del concreto generalmente se utilizan aditivos con propósitos especiales. Existen aditivos para mejorar la manejabilidad, para acelerar o retardar el fraguado y el endurecimiento, para ayudar en el curado, para mejorar la durabilidad, para adicionar color y para proporcionar o modificar otras propiedades. Los efectos benéficos de algunos aditivos son bien conocidos, pero las exigencias de otros deben analizarse con cuidado. Los agentes incorporadores de aire en la actualidad son los aditivos más importantes y los más ampliamente utilizados. Ellos producen la inclusión de aire en el concreto en forma de pequeñas burbujas dispersas. Esto mejora la manejabilidad y la durabilidad, principalmente aumenta la resistencia la congelamiento y al deshielo y reduce la segregación durante el vaciado. Con estos aditivos de densidad del concreto disminuye puesto que aumenta la relación de vacíos y, por consiguiente, educe su resistencia; sin embargo, esta disminución puede TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

134



balancearse de modo parcial mediante la reducción del agua de mezcla sin que la pierda manejabilidad. El principal uso de los concretos con aire incorporado s hace en pavimentos, pero también se utilizan en estructuras, en particular para elementos expuestos. Los plastificantes y los llamados superplastificantes se utilizan cada vez más, especialmente en concretos de alta resistencia (véase la sección 2.11), puesto que permiten una reducción significativa del agua que mantiene asentamientos altos, los cuales son necesarios para un vaciado apropiado y una adecuada compactación del concreto. Información útil de diseño relativa a agentes incorporadores de aire, plastificantes y otros aditivos, se encuentra en las referencias 2.7 y 2.8. En todos los trabajos, excepto los mas pequeños, el mezclado se lleva a cado en plantas dosificadoras especiales. Tolvas independientes contienen el cemento y las diferentes fracciones de agregado. Las proporciones se controlan por peso, mediante escalas indicadoras operadas manual o automáticamente y conectadas a las tolvas. El agua de mezclas se controla bien sea mediante tanques calibrados o con medidores. El principal propósito del mezclado es producir una mezcla sólida entre el cemento, el agua, los agregados finos y gruesos y los posibles aditivos, y lograr así una consistencia uniforme para las distintas mezclas. Esto se logra con la utilización de máquinas mezcladoras del tipo tambor 3 rotatorio. El tiempo mínimo de mezclado es de 1 minuto para mezcladoras de hasta 1 yd de 3 capacidad y 15 segundos más por cada ½ yd adicional. El mezclado puede prolongarse durante 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 espacios disponibles, se instalan y operan plantas portátiles de mezclado en el sitio mismo de construcción. Por otro lado, en construcciones urbanas congestionadas, en trabajos más pequeños 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 camión mezclador. El concreto debe descargarse del camión agitador hora y media después de agregar 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 se realiza en baldes con vaciado de fondo, con carretillas o mediante bombeo a través de conductos metálicos. El principal peligro durante el transporte es la segregación. Los componentes individuales del concreto tienden a segregarse debido a su poca similaridad. En concretos humedecidos en exceso y que permanecen en contenedores o en las formaletas, los componentes de grava más pesados tienden a asentarse y los materiales más livianos, en particular el agua, tienden a subir. Los movimientos laterales, por ejemplo el flujo, dentro de las formaletas tienden a separar el agregado grueso de los componentes finos de la mezcla. El peligro de la segregación ha hecho descartar algunos medios de transporte muy comunes antes, 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 sitio final de depositación en las formaletas. Antes de iniciar el proceso, debe removerse el óxido suelto del refuerzo, limpiarse las formaletas y depurar y tratar en forma adecuada las superficies endurecidas del concreto previamente colocado. El vaciado y la compactación son actividades decisivas en el efecto que tienen sobre la calidad final del concreto. Una colocación adecuada debe evitar la segregación, el desplazamiento de las formaletas o del refuerzo y las adherencias deficientes entre capas sucesivas de concreto. Una vez que se termina la colocación, el concreto debe compactarse con herramientas de mano o vibradores. Esta compactación evita la formación de vacíos, asegura un mejor contacto con las formaletas y con el refuerzo, y sirve como solución parcial a una posible segregación previa. La compactación se puede lograr mediante apisonado a mano con una variedad de herramientas especiales, pero ahora 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 tipo externo, que se sujetan a las formaletas. Son preferibles los primeros aunque deben TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

135



complementarse con los segundos cuando se utilizan formaletas. on preferibles los primeros aunque deben complementarse con los segundos cuando se utilizan formaletas muy delgadas o 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. El diseño estructural se fundamenta, por lo general, en la resistencia a 28 días, de la cual aproximadamente 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 y temperatura durante este periodo inicial. El mantenimiento de las condiciones adecuadas durante este tiempo se conoce como curado. El 30 % o más de la resistencia puede perderse por secado prematuro del concreto; cantidades similares pueden desperdiciarse si se permite que la temperatura del concreto baje a 40 °F o menos, durante los primeros días, a menos que después de esto el concreto se mantenga continuamente húmedo durante un buen periodo. El congelamiento 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 menos durante siete días y, en trabajos más delicados, hasta 14 días. Cuando se utilizan cementos de alta resistencia inicial, los periodos de curado pueden reducirse a la mitad. El curado puede lograrse manteniendo continuamente húmedas las superficies que estén expuestas mediante rociado, empozamiento, con recubrimiento de láminas de plástico o con la aplicación de componentes sellantes que, utilizados de manera apropiada, forman membranas retardantes de la evaporación. Adicionalmente al mejoramiento de la resistencia, un curado húmedo adecuado permite un mejor control de la retracción de fraguado. Para proteger al concreto de bajas temperaturas en climas fríos, se puede calentar el agua de mezcla y ocasionalmente los agregados; es probable emplear métodos de aislamiento térmico cuando sea posible o utilizar aditivos especiales, en especial, cloruros de calcio. Cuando las temperaturas ambientales son muy bajas, puede requerirse el suministro de calor, además del aislamiento térmico (véase las referencias 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, especificado usualmente por las normas pertinentes de ASTM. En contraste el concreto es producido en o muy cerca del sitio de construcción y su calidad final se ve afectada por los factores ya analizados brevemente. Por tanto el control de calidad sistemático debe establecerse en el sitio de 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 altura igual a dos veces su diámetro, por lo general, de 6 x 12 pulgadas. Los moldes impermeables con esta configuración se llenan con concreto durante el proceso de vaciado siguiendo el procedimiento especificado por las normas ASTM C172, Standard Meted of Sampling Freshly Mixed Concrete, y la ASTM C31, Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Los cilindros se curan húmedos a 70 °F, aproximadamente, en general durante 28 días y después se ensayan en el laboratorio a una tasa de carga especificada. La resistencia a la compresión obtenida de estos ensayos se conoce como la resistencia del cilindro fć y es la principal propiedad estipulada para propósitos de diseño. Para garantizar la seguridad estructural es necesario un control continuo que asegure que la resistencia del concreto suministrado coincida en forma satisfactoria con el valor especificado por el diseñador. El Código ACI estipula que deben ensayarse un par de cilindros por cada 150 3 2 yd de concreto o por cada 5,000 pie de área superficial realmente vaciada, pero no menos de uno al día. Como se mencionó en la sección 2.4, el resultado de los ensayos de resistencia de diferentes mezclas con dosificaciones idénticas muestra una dispersión inevitable. Esta variabilidad puede reducirse mediante controles más estrictos pero no es posible evitar que ocasionalmente en los ensayos se obtengan resultados por debajo de la resistencia especificada del cilindro. Para asegurar una resistencia adecuada del concreto, a pesar de esta dispersión, el Código ACI estipula que la calidad del concreto es satisfactoria si (1) ningún 2 resultado de un ensayo de resistencia individual (el promedio lb/plug , y (2) el promedio de todos los conjuntos de tres ensayos de resistencia consecutivos es igual o mayor al valor requerido de fć. Es evidente que si se dosificara el concreto de manera que su resistencia media fuera solamente igual a la resistencia requerida fć, éste no cumpliría con estos requisitos de calidad TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

136



pues aproximadamente la mitad de los resultados de ensayos de resistencia estarías por debajo del valor requerido de fć. Por consiguiente, es necesario dosificar el concreto de manera que su resistencia media fć utilizada como base para la selección de proporciones satisfactorias, sobrepase la resistencia que se requiere f´ c en una cantidad suficiente para garantizar el cumplimiento de los dos requisitos mencionados. La resistencia media que se requiere 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 los resultados de los ensayos. Con base en análisis estadísticos se han desarrollado requisitos que sirven de guía para una dosificación adecuada del concreto en planta, de manera que la probabilidad de obtener una resistencia deficiente en el sitio de construcción sea significativamente baja. La base para estos requisitos se ilustra en la figura 2.2, ésta presenta tres curvas normales de frecuencia con la distribución de resultados de ensayos de resistencia. La resistencia especificada de diseño es fć. Las curvas corresponden a tres grados diferentes de control de calidad; la curva A presenta el mejor control, es decir, la menor dispersión, y la curva C el peor control, o sea, la mayor dispersión. El grado de control se mide con datos estadísticos de la desviación estándar  (a para la curva A, b para la curva B y c para la curva C), que es relativamente pequeña para el productor A y grande para el productor C. Las tres distribuciones tienen la misma probabilidad de que la resistencia sea menor que el valor especificado fć, o sea que todas tienen la misma fracción del área total bajo la curva a la izquierda de fć. Para cualquier curva de distribución normal, esta fracción se define con el índice s, un multiplicador que se aplica a la desviación estándar; s es el mismo para las tres distribuciones de la figura 2.2. Se aprecia que, con el fin de satisfacer el requisito de que, por ejemplo, un ensayo en 100, vaya a ser inferior a fć (con el valor de s determinado de esta manera), la resistencia media fćr del producto A,, que tiene el mejor control de calidad, puede estar mucho más cercana al valor especificado fć, que la del productor C con un control de menor calidad en la operación. Con base en estos estudios, el Código ACI exige que las instalaciones para producción de concreto mantengan registros que sirvan de fundamento para determinar 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 llegar cuando se dosifica el concreto, debe exceder la resistencia especificada f´ c, que depende de la desviación 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 tres ensayos 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 la 2 resistencia especificada fć en más de 500 lb/pulg . De acuerdo con el Código ACI, si no existen registros adecuados del comportamiento de la planta de concreto, la resistencia 2 2 promedio debe superar el valor de fć al menos 1,000 Ib/pul para un fć igual a 3,000 Ib/pulg ; 2 2 2 al menos 1,200 Ib/pulg para un fć entre 3,000 y 5,000 Ib/pulg , y en 1,400 Ib/pulg para un fć 2 superior a 5,00 Ib/pulg .

TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

137



Puede observarse que este método de control reconoce el hecho de que ocasionalmente son inevitables algunas mezclas deficientes. Los requisitos garantizan (1) una pequeña probabilidad de que las deficiencias en resistencia, cuya presencia ha sido limitada, sean tan grandes como para representar un serio peligro y (2) una probabilidad igualmente pequeña de que una porción considerable de la estructura, representada por tres ensayos de resistencia consecutivos se construya con concreto de resistencia deficiente. A pesar de los avances científicos, la construcción en general y la fabricación de concreto en particular, mantienen algunos de los elementos propios de un arte. Ellos dependen de muchas habilidades e imponderables. El objetivo de la inspección sistemática es asegurar una correspondencia entre los planos, las especificaciones y la estructura terminada. Un ingeniero competente, preferiblemente quien produzca el diseño o su representante directo, debe llevar a cabo la inspección durante la construcción. Las principales funciones del inspector con relación al control de calidad de los materiales son el muestreo, el examen y el ensayo de materiales en campo, el control de calidad de los materiales son el muestreo, el examen y el ensayo de materiales en campo, el control de la dosificación del concreto, la inspección del proporcionamiento, el mezclado, el transporte, el vaciado, la compactación y el curado, y la supervisión en la preparación de los cilindros para los ensayos de laboratorio. Además, el inspector debe inspeccionar la cimentación, la formaletería, la colocación del acero de refuerzo y otros aspectos pertinentes al progreso general del trabajo; debe mantener registros de todos los aspectos inspeccionados y preparar informes periódicos. Debe subrayarse la importancia de una inspección hecha a cabalidad para lograr una claridad óptima y adecuada de la estructura terminada. Esta breve descripción de la tecnología del concreto representa un simple esbozo de un tema tan importante. La persona que en la práctica sea verdaderamente responsable de cualquiera de las fases de producción y vaciado del concreto debe familiarizarse con los detalles con mucha 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 relaciones esfuerzo 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 utiliza principalmente en compresión, resulta de interés fundamental su curva esfuerzo-deformación unitaria a la compresión. Esta curva se obtiene mediante mediciones apropiadas de la deformación unitaria en ensayos de cilindros (véase la sección 2.6) o en la zona de compresión de vigas. La figura 2.3 presenta un conjunto representativo de estas curvas para concreto de densidad normal y de 28 días de edad, obtenidas a partir de ensayos en compresión uniaxial que se realizaron a velocidades normales, relativamente moderadas, de carga. La figura 2.4 señala las curvas correspondientes para concretos livianos 3 con densidad de 100 Ib/pie . Todas las curvas tienen características similares. Constan de una porción inicial relativamente elástica y lineal en la cual el esfuerzo y la deformación unitaria son proporcionales, luego comienzan a inclinarse hacia la horizontal hasta alcanzar el esfuerzo máximo, o sea la resistencia a la compresión, al llegar a una deformación unitaria que varía aproximadamente de 0.002 a 0.003 para concretos de densidad normal y aproximadamente entre 0.003 y 0.0035 para concretos ligeros (véase las referencia 2.14 y 2.15), donde los mayores


138



valores en cada caso corresponden a las mayores resistencias. Todas las curvas muestran un tramo descendente después de que se alcanza el esfuerzo pico; sin embargo, las características de las curvas después del esfuerzo pico dependen en alto grado del método de ensayo. Si se siguen procedimientos especiales en el ensayo para asegurar una tasa de deformación constante mientras que la resistencia del cilindro disminuye, pueden obtenerse largos 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 de esfuerzo pico, en particular, para los concretos de mayor resistencia, que son generalmente más frágiles que los de baja resistencia.

En la práctica actual, la resistencia a la compresión especificada fć para concretos de densidad 2 normal fundidos en el sitio está comúnmente en el intervalo de 3,000 a 5,000 Ib/pulg y puede 2 llegar caso hasta 6,000 Ib/pulg para elementos de concreto prefabricado y preesforzados. Las resistencias para concretos livianos generalmente están un poco por debajo de estos valores. 2 Los concretos de alta resistencia, con valores de fć hasta de 12,000 Ib/pulg , se utilizan cada vez con mayor frecuencia, en particular para columnas muy cargadas en edificios de concreto de 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 secciones transversales de los elementos (véase la sección 2.11). 2 Se observa que el módulo de elasticidad Ec (en unidades Ib/pulg ), es decir, la pendiente del tramo recto inicial de la curva esfuerzo – deformación unitaria, aumenta con la resistencia del 2 concreto. Para concretos con resistencias aproximadamente de 6,000 Ib/pulg , puede calcularse con suficiente precisión a partir de la siguiente ecuación empírica estipulada por el Código ACI:

Ec  33w1c.5

f ć

Donde wc es el peso unitario del concreto endurecido en Ib/pie3 y fć es la resistencia en 2 Ib/pulg . la ecuación 2.3 se determinó mediante el ensayo de concretos estructurales con 3 valores de wc entre 90 y 155 Ib/pie . Para concretos normales de arena y piedra con wc = 145 3 Ib/pie , el valor de Ec puede calcularse como:

Ec  57,000

f ć


139


BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA 2

Para resistencias a la compresión en el intervalo de 6,000 a 12,000 Ib/pulg , la ecuación del Código ACI sobrestima el valor de Ec hasta en un 20%, tanto para materiales de peso normal como para materiales livianos. Con base en una investigación reciente en la Universidad de Cornell (véase la referencia 2.14 y 2.15), se recomienda aplicar la siguiente ecuación para los 2 concretos de densidad normal con fć en el intervalo de 3,000 a 12,000 Ib/pulg , y para 2 concretos livianos entre 3,000 y 9,000 Ib/pulg . 1.5

w  Ec  (40,000 f ć  1,000,000)  c   145 

Donde los términos y las unidades son iguales a los definidos anteriormente para las ecuaciones de Código ACI. La información relativa a las propiedades de resistencia del concreto, como la presentada anteriormente, se obtiene con frecuencia mediante ensayos realizados sobre muestras de 28 días de edad. Sin embargo, el cemento continúa su hidratación y, en consecuencia, el concreto sigue con su endurecimiento durante mucho tiempo a una tasa decreciente. La figura 2.5 presenta una curva representativa al aumento en la resistencia del concreto de acuerdo con la edad para concretos hechos con cemento tipo I (normal) y cemento tipo III (alta resistencia inicial), 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 inicial producen un aumento más rápido en la resistencia a edades tempranas, aunque la tasa de aumento de resistencia disminuye en general para edades mayores. Los concretos con cemento tipo III se utilizan usualmente en plantas de prefabricación y su resistencia fć se especifica 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 importantes variaciones al considerar varios concretos con la misma resistencia del cilindro y aun para el mismo concreto sometido a diferentes condiciones de carga. Un ejemplo de esto aparece en la figura 2.6 donde se presentan las curvas para diversos especimenes del mismo concreto cargados a diferentes tasas de deformación unitaria, desde una que corresponde a una aplicación de carga relativamente rápida (0.001 pulg/pulg por minuto) hasta otra que corresponde 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 del material, 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 máximas alcanzadas, 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 en dirección transversal a la de aplicación del esfuerzo. La relación entre la deformación unitaria transversal y la longitudinal se conoce como relación de Poisson y depende un poco de la resistencia, 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.


140


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 la carga, por lo menos para los intervalos usuales de cambios de esfuerzos, temperaturas y otras variables. En contraste, la figura 2.6 ilustra la pronunciada influencia del tiempo, en este caso relacionado con la velocidad de aplicación de la carga, sobre el comportamiento del concreto bajo carga. La principal razón para esto es que el concreto fluye plásticamente al estar sometido a carga, mientras que el acero no presenta dicho flujo en las condiciones que predominan en edificios, puentes y construcciones similares. El flujo plástico es la propiedad mediante la cual el material se deforma continuamente en el tiempo cuando está sometido a esfuerzo o carga constante. La naturaleza del proceso de flujo plástico se presenta en forma esquemática en la figura 2.7. Este concreto, en particular, fue sometido a carga después de 28 días obteniéndose una deformación unitaria instantánea 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. Si la carga se retira, como aparece en la curva punteada, la mayor parte de la deformación


141

SENCICO


NOVIEMBRE 2001

142

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 de flujo plástico vuelven a desarrollarse tal como se indica. Para determinado concreto las deformaciones por flujo plástico son casi proporcionales a la magnitud del esfuerzo aplicado; para un esfuerzo dado, los concretos de alta resistencia presentan 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 un valor final que, según la resistencia del concreto y otros factores, alcanza aproximadamente de 1.2 a 3 veces la magnitud de la deformación unitaria instantánea. Si, en lugar de aplicar la carga de manera rápida y luego mantenerla constante, ésta se incrementa lenta y gradualmente como en muchas estructuras durante y después de la construcción, las deformaciones unitarias instantánea y de flujo plástico ocurren de modo simultáneo. Este efecto es el que se exhibe en la 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 el resultado de la deformación por flujo plástico del concreto. Para esfuerzos que no exceden cerca de la mitad de la resistencia del cilindro, las deformaciones unitarias por flujo plástico son directamente proporcionales al esfuerzo. Puesto que las deformaciones unitarias elásticas iniciales también son proporcionales al esfuerzo en este intervalo, se puede definir el coeficiente de flujo plástico (creep coefficient):

C cu 

cu ci

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 flujo plástico taimen puede expresarse en términos del flujo plástico específico cu, definido como la 2 deformación unitaria adicional, dependiente del tiempo, por unidad de esfuerzo (Ib/pulg ). Puede demostrarse fácilmente que:

Ccu  Ec cu Además del nivel de esfuerzo, el flujo plástico depende de la humedad ambiente relativa promedio, siendo más del doble para el 50 que para el 100% de humead (véase la referencia 2.4). La razón es que, en parte, la reducción en volumen con carga sostenida se produce por la migración del agua libre de los poros hacia el exterior, para evaporarse en la atmósfera circundante. Otros factores de importancia incluyen el tipo de cemento y agregados, la edad del concreto cuando se carga por primera vez y la resistencia del concreto (véase la referencia 2.19). El coeficiente del flujo plástico es mucho menor para concretos de alta resistencia que para concretos de baja resistencia. Sin embargo, para concretos de alta resistencia los esfuerzos con cargas sostenidas tienden a ser mayores, de manera que las deformaciones por flujo 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 alta resistencia con base en investigaciones resistentes en la Universidad de Cornell, son valores representativos en condiciones promedio de humedad para concretos sometidos a carga a la edad de siete días. Tabla 2.1 Parámetros representativos de flujo plástico Resistencia a la compresión Ib/pulg

2

3,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Flujo plástico específico cu -6

MPa

10 por Ib/pulg

21 28 41 55 69

1.00 0.80 0.55 0.40 0.28

2

-6

10 por MPa 145 116 80 58 41

Coeficiente de flujo plástico Ccu 3.1 2.9 2.4 2.0 1.6

2

Como ilustración, si el concreto en una columna con fć = 4,000 Ib/pulg está sometido a una 2 carga que actúa a largo plazo con un esfuerzo sostenido de 1,200 Ib/pulg , después de varios años bajo carga el valor final de la deformación unitaria por flujo plástico va a ser


SENCICO


NOVIEMBRE 2001 -6

aproximadamente 1,200 x 0.80 x 10 = 0.00096 pulg/pulg. Por consiguiente, si la columna tuviera 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 último coeficiente de flujo plástico Ccu. En la referencia 2.17, Branson sugiere la siguiente ecuación:

Cct 

t 0.60 10  t 0.60

C cu

Donde t = tiempo en días después de la aplicación de la carga. En muchas situaciones especiales, por ejemplo para elementos o pórticos esbeltos o para construcción preesforzada, el diseñador dee tener en cuenta el efcto combinado del flujo plástico y de la retracción de fraguado (véase la sección 2.10). en estos casos, en lugares de sujetarse a los valores estipulados en la tabla 2.1, debe obtenerse información mas precisa sobre los parámetros del flujo plásticos, como los que se presentan en ls referencias 2.17 ó 2.20. Las cargas sostenidas afectan no sólo la deformación unitaria sino también la resistencia del concreto. La resistencia del cilindro fć se determina mediante ensayos con velocidades 2 normales de aplicación de la carga (aproximadamente 35 Ib/pul por segundo). Ensayos realizados 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 significativamente menor que fć en el orden del 75 al 85% de fć, para cargas que se mantienen por un año o más. De esta manera, un elemento sometido a una sobrecarga sostenida que causa esfuerzos de compresión de, por ejemplo, el 85% de fć, puede fallar después de cierto tiempo aunque la carga no se haya aumentado.

c)

Fatiga Cuando se somete el concreto a cargas fluctuantes en vez de que sean sostenidas, su resistencia a la fatiga, al igual que para otros materiales, es considerablemente menor que su resistencia estática. Cuando el concreto simple se somete a esfuerzos de compresión que varían 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 de Goodman (véase la referencia 2.20). Para otros tipos de aplicación de esfuerzo como el esfuerzo de compresión por flexión de vigas de concreto reforzado o de tensión por flexión en vigas no reforzadas o en el lado de tensión de vigas reforzadas, el límite de fatiga parece ser aproximadamente el 55% de la resistencia estática correspondiente. Sin embargo, estas cifras deben usarse sólo como guías generales. Se sabe que la resistencia a la fatiga del concreto no sólo depende de su resistencia estática sino también de las condiciones de humedad, de la edad 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 la compresión, su resistencia a la tensión también es de importancia en varias situaciones. La formación 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. También ocurren esfuerzos de tensión en el concreto como resultado de cortante, torsión y otras acciones, y en la mayor parte de los casos el comportamiento del elemento cambia después de ocurrido el agrietamiento. Como resultado de lo anterior, es de fundamental importancia poder predecir con suficiente precisión la resistencia a la tensión del concreto. La determinación de la resistencia real a la tensión del concreto presenta considerablemente dificultades experimentales. En los ensayos de tensión directa, pequeños desalineamientos y concentraciones 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 de rotura fr, el esfuerzo de tensión por flexión calculado a partir de la carga de fractura de una viga de prueba hecha en concreto simple. Puesto que este esfuerzo nominal se calcula con el supuesto de que el concreto es un material elástico y a que este esfuerzo de flexión está localizado 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 a la tensión axial real sin ser idéntica. TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

143



144

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. Un cilindro de concreto de 6 x 12 pulgadas, similar al utilizado para los ensayos de compresión, se introduce en al máquina para ensayos de compresión en posición horizontal, de manera que la compresión 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 de uniformizar y distribuir la presión. Puede demostrarse que en un cilindro elástico sometido a carga de manera, se genera un esfuerzo de tensión aproximadamente uniforme y de magnitud 2P/ dL en dirección perpendicular al plano de aplicación de la carga. En consecuencia, los cilindros sometidos a este ensayo se dividen en dos mitades a lo largo de este plano con un esfuerzo f ct que puede calcularse a partir de la expresión anterior. P es la carga de compresión aplicada cuando ocurre la falla, y d y L son el diámetro y la longitud del cilindro, respectivamente. Debido a las condiciones locales de esfuerzo en las líneas de carga y a la presencia de esfuerzos en dirección perpendicular a la de los esfuerzos de tensión mencionados anteriormente, los resultados y los ensayos de tensión indirecta no son idénticos a la resistencia a la tensión axial real (pero se cree que son una buena medida de ésta). Los resultados de todos los tipos de ensayos para determinar la resistencia a al tensión demuestra una dispersión considerablemente mayor que la de los ensayos a compresión. La resistencia a la tensión determinada con cualquiera de los ensayos anteriores no presenta una buena correlación con la resistencia a la compresión f´ c. En apariencia, la resistencia a la tensión para concretos de arena y gava depende principalmente de la resistencia de la unión entre la pasta de cemento endurecida y el agregado, mientras que para concretos livianos depende ampliamente de la resistencia a la tensión de los agregados porosos. Por otro lado, la resistencia 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 raíz cuadrada de la resistencia a la compresión. Por ejemplo, la resistencia a la tensión directa f ć para concretos, con todos los agregados livianos. varía aproximadamente entre 3 y 5 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. En 2 estas expresiones, fć está expresada en unidades de Ib/pulg y la resistencia a la tensión que 2 resulta también se obtiene en Ib/pulg . Tabla 2.2 Intervalos aproximados de resistencia a la tensión del concreto

Resistencia a la tensión directa f´t

Concreto de peso normal, 2 (Ib/pulg ) 3 a 5 f ć

Concreto de 2 peso liviano (Ib/pulg ) 2a3

f ć

Resistencia a la tensión indirecta fct

6a8

f ć

4a6

f ć

Módulo de rotura fr

8 a 12

f ć

6a8

f ć

Estas expresiones aproximadas demuestran que las resistencias a la tensión y a la compresión no son de ningún modo proporcionales y que cualquier incremento en la resistencia a la compresión, como el que se logra con la disminución de la relación agua – cemento, está acompañado 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

f ć 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 f ć y 5.6 f ć 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, la mayor parte del concreto está sometido en forma simultánea a esfuerzos de compresión y TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL



cortante, y en losas y zapatas éste se encuentra sometido a esfuerzos de compresión en dos direcciones perpendiculares y cortante. Mediante los métodos bien conocidos del estudio de la mecánica estructural, cualquier estado de esfuerzos combinados sin importar qué tan complejo, sea puede reducirse a tres esfuerzos principales perpendiculares entre si en un cubo elemental orientado adecuadamente en el material. Alguno o todos los esfuerzos principales pueden ser de 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 a compresión simple o a tensión simple. En la mayor parte de los casos las propiedades de resistencia uniaxial del material obtenidas en ensayos simples se conocen sólo como la resistencia del cilindro fć y la resistencia a la tensión fć. Para predecir la resistencia de estructuras en las cuales el concreto se somete a un estado de esfuerzos biaxial o triaxial, sería aconsejable 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 la resistencia del concreto bajo esfuerzos combinados. Se han adaptado varias teorías de resistencia la concreto como la del esfuerzo máximo, la de la deformación máxima, la de MohrCoulomb y la del esfuerzo cortante en un octaedro, que se analizan en los textos de mecánica estructural (véase las referencia 2.24 a 2.28), aunque con ninguna de ellas se ha tenido éxito completo. 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 la referencia 2.29). Hasta el momento, ninguna de estas teorías ha sido aceptada en forma general y muchas tienen obvias contradicciones internas. La principal dificultad para el desarrollo de una teoría de resistencia general y adecuada radica en la naturaleza altamente heterogénea del concreto y en el grado en que comportamiento, cuando está sometido a altos esfuerzos y en la fractura, está influido por la microfisuración y otros fenómenos de discontinuidad (véase la referencia 2.30). Sin embargo, diferentes ensayos permiten establecer adecuadamente la resistencia del concreto, 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 la figura 2.8, que muestra la resistencia en la dirección 1 en función del esfuerzo aplicado en la dirección 2. Todos los esfuerzos se han normalizado en términos de la resistencia a la compresión 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 al esfuerzo a la compresión uniaxial, donde la magnitud del incremento depende de la relación de f2 a f1. En el cuadrante de tensión biaxial, la resistencia en la dirección 1 es casi independiente del esfuerzo en la dirección 2. Cuando se combina tensión en la dirección 2 con compresión en la dirección1, la resistencia a la compresión se reduce casi en forma lineal y viceversa. Por ejemplo, una compresión lateral de aproximadamente la mitad de la resistencia a la compresión uniaxial reducirá la resistencia a la tensión a casi la mitad con relación a su valor uniaxial. Este hecho, por ejemplo, es de gran importancia para predecir el agrietamiento a tensión diagonal de vigas de gran altura o muros de corte. Son pocas las TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

145



investigaciones experimentales relacionadas con la resistencia triaxial del concreto, debido fundamentalmente a la dificultad práctica de aplicar carga de manera simultánea en tres direcciones sin introducir restricciones significativas con el equipo de carga (véase la referencia 2.33). A partir de la información disponible en el momento, pueden obtenerse las siguientes conclusiones tentativas con relación a la resistencia triaxial del concreto: (1) en un estado de compresión 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 con esfuerzos iguales en dos direcciones, combinada con una compresión menor en la tercera dirección, puede esperarse un incremento superior al 20% en la resistencia y (3) para estados de 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 puede predecirse en forma segura con base en la figura 2.8. De hecho, la resistencia del concreto sometido a esfuerzos combinados todavía no puede calcularse en forma racional, e igualmente importante, en muchas situaciones en estructuras de concreto resulta imposible calcular todos los esfuerzos que actúan con sus respectivas direcciones; éstas son dos de las principales razones para seguir confiando en los ensayos experimentales. Debido a esto el diseño de estructuras de concreto reforzado sigue fundamentándose más en la amplia información experimental que en una teoría analítica consistente, en particular para muchas situaciones en que se presentan esfuerzos combinados.

2.9. EFECTO DE LA RETRACCIÓN DE FRAGUADO Y DE LA TEMPERATURA

a)

Las deformaciones unitarias analizadas en la sección 2.7 eran inducidas por esfuerzos ocasionados 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 el volumen. De éstas, las más importantes son la retracción de fraguado y las consecuencias por los cambios de temperatura. Retracción de fraguado Como se analizó en las secciones 2.2 y 2.4, cualquier mezcla de concreto manejable contiene más agua que la requerida par hidratación. Si el concreto está expuesto al aire, la mayor parte de esta agua libre con el tiempo se evapora, en cuyo caso la tasa y grado de secado dependen de 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 que permanece en el concreto. En cambio, si el concreto seco se sumerge en agua, se expande y recupera la mayor parte del volumen perdido en la retracción ocurrida. La retracción de fraguado, que continúa durante varios meses a una tasa decreciente, puede ser una propiedad perjudicial del concreto en varios aspectos, que depende de la configuración del elemento. Cuando no se controla de manera adecuada, puede causar grietas en losas, muros, etc., poco agradables a la vista y, en general perjudiciales. En estructuras estáticamente indeterminadas (como en la mayor parte de las estructuras de concreto), la retracción de fraguado puede causar esfuerzos grandes y peligrosos. En concreto preesforzado, conduce a pérdidas parciales en el preesfuerzo inicial. Por estas razones, es esencial minimizar


146



y controlar la retracción de fraguado. Según la naturaleza misma del proceso resulta claro que el principal factor que determina la cantidad 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 unidades de 0.001 pulg/pulg para diferentes cantidades de agua de mezcla. En todos los ensayos se utilizaron 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 magnitud de la retracción de fraguado, en comparación con el efecto del contenido de agua; esto se hace evidente al observar la pequeña amplitud de la franja que incluye todos los resultados de los ensayos para la amplia variación en los contenidos de cemento. A partir de lo anterior, es evidente que la principal manera para disminuir la retracción de fraguado es reducir el contenido 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 de fraguado. Para concretos normales, los valores de la retracción de fraguado final están generalmente en -6 -6 el orden de 400 x 10 a 800 x 10 pulg/pulg, que dependen del contenido inicial de agua, de la temperatura y humedad ambientes y la naturaleza de los agregados. Los valores de la retracción de fraguado de concretos con agregados altamente absorbentes, como areniscas y pizarras, pueden ser dos y más veces mayores que los obtenidos con materiales menos absorbentes como los granitos y algunas limolitas. Los concretos producidos con algunos agregados livianos, de alta porosidad, alcanzan fácilmente valores de retracción de fraguado mucho mayores que los concretos normales. Para algunos propósitos, como la predicción de pérdida de las fuerzas con el tiempo en vigas de concreto preesforzado, es importante estimar la magnitud de la retracción de fraguado en función del tiempo. Estudios a largo plazo (véase la referencia 2.17) señalan que para concretos curados en ambiente húmedo, la retracción de fraguado ocurrida un tiempo t después de los 7 días iniciales, puede predecirse en forma satisfactoria mediante la ecuación: t sh.t  sh.u 35  t

b)

Donde Єsh.t es la deformación unitaria por retracción de fraguado en el tiempo t en días, y Є sh.u es el último valor después de un largo periodo. La ecuación (2.9) se aplica a las condiciones estándares, es decir, para condiciones de humedad por debajo del 40% y para un espesor promedio del elemento de 6 pulgadas, según la referencia 2.17, tanto para concretos de peso normal como APRA concretos livianos. Para condiciones no estándares deben aplicarse coeficientes de modificación y para elementos curados al vapor se presentan otras ecuaciones. Efecto de los cambios de temperatura Como muchos otros materiales, el concreto se expande con un aumento en la temperatura y se contrae con una disminución en la misma. Los efectos de cambios en el volumen son similares a los causados por la retracción de fraguado, es decir, la contracción por temperatura puede ocasionar agrietamientos objetables, en particular cuando se superpone a la retracción de fraguado. Para estructuras indeterminadas, las deformaciones por cambios de temperatura pueden causar esfuerzos altos y ocasionalmente dañinos. El coeficiente de expansión y contracción térmica varía un poco pues depende de los tipos de -6 agregados y de la riqueza de la mezcla. Generalmente se encuentra en el intervalo de 4 x 10 -6 a 7 x 10 pulg/pulg por °F. Para efectos del cálculo de esfuerzos y deformaciones unitarias causados por cambios de temperatura se acepta generalmente como satisfactorio un valor de -6 5.5 x 10 (véase la referencia 2.4).

2.10. CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA Durante 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 con 2 resistencia a la compresión uniaxial en el intervalo de 6,000 a 12,000 Il/pulg o más. Estos concretos pueden fabricarse utilizando cemento, arena y piedras ampliamente disponibles pero seleccionados de manera meticulosa; algunos aditivos, que incluyen agentes reductores de agua, ceniza volante y microsílica; además de un control de calidad muy cuidadoso durante la producción. Con lo anterior, además de lograr una mayor resistencia a la compresión, se mejoran casi todas las demás propiedades para ingeniería. El módulo de elasticidad al igual TEMA: CONCRETO REFER: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO – NILSON – WINTER – MC GRAW HILL

147



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 a la abrasión que los concretos normales. La aplicación más común del concreto de alta resistencia ha sido en las columnas de edificios altos 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 que también resulta más económica que aumentar la cantidad de acero de refuerzo. Concreto hasta de 12,000 Ib/pulg2 se especificó en las columnas del piso inferior del 311 South Wacker Drive, en Chicago, en la actualidad el edificio aporticado de concreto más alto del mundo con una altura total de 946 pies. Para el caso de puentes también se presentan ventajas significativas mediante la utilización de secciones transversales menores, con la reducción resultante en carga muerta que permite mayores luces. El mayor módulo elástico y el menor coeficiente de flujo plástico originan reducidas deflexiones instantáneas y a largo plazo, y en el caso de puentes preesforzados se logran pérdidas menores en la fuerza de preesfuerzo tanto inicialmente como con el tiempo. El puente East Huntington, que aparece en la figura 1.10, se construyó utilizando concreto de 2 8,000 Ib/pulg y otos puentes se han construido reciente con rsistencias hasta de 12,000 2 Ib/pulg . 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 en peso, en tanto que para mezclas de alta resistencia puede ser tan baja como 0.25. Con el fin de 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. Las cenizas volantes, un subproducto de la combustión del carbón en plantas generadoras de potencia, 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 una porción del cemento Pórtland en general hasta del 8 al 12% en peso aproximadamente. Las fumarolas de sílice, también un subproducto, se generan de la producción de ciertas aleaciones de silicona, especialmente ferrocromo y ferromanganeso. Están divididos en partículas extremadamente finas y son en alto grado cementantes. Éstas también se utilizan como reemplazo del cemento Pórtland hasta del 10 al 12% en peso aproximado. La adición de fumarolas se sílice contribuye principalmente en una ganancia inicial de resistencia entre los 3 y los 28 días, mientras que las cenizas volantes mejoran la resistencia fundamentalmente para edades 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 de la 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 las características de ingeniería de los elementos estructurales construidos con la utilización de este nuevo material (véanse las referencias 2.35 a 2.37). En la actualidad existe gran cantidad de 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 que aparecen en las figuras 2.3 y 2.4 ilustran diferencias importantes en comparación con el concreto normal, que incluyen un mayor módulo de elasticidad y un intervalo más extenso de respuesta 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. La resistencia 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 la durabilidad y la resistencia a la abrasión. En la medida en que se gane experiencia en las aplicaciones prácticas y en que los códigos de diseño ahora disponible se actualicen gradualmente para reconocer las propiedades del concreto de alta resistencia, se puede esperar un uso mucho más amplio de los concretos de alta resistencia.


148



CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOS MATERIALES PARA SU 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 y moldeable, y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, 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 o menor grado las características de los componentes, que bien proporcionados, aportan una o varias de sus propiedades individuales para constituir un material que manifiesta un comportamiento particular y original. En consecuencia, para poder dominar el uso de este material, hay que conocer no sólo las manifestaciones 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 sus posibilidades, por lo que responde perfectamente a las leyes físicas y químicas. Luego pues, la explicación a sus diversos comportamientos siempre responde a alguna de estas leyes; y la no obtención de los resultados esperados, se debe al desconocimiento de la manera como actúan en el material, lo que constituye la utilización artesanal del mismo (por lo que el barco de la práctica sin el timón de la ciencia nos lleva a rumbos que no podemos predecir) o porque durante su empleo no se respetaron u obviaron las consideraciones técnica que nos da el conocimiento científico sobre él.

2.1. LA TECONOLOGÍA DEL CONCRETO – CONCEPTOS FUNDAMENTALES Es el campo de la Ingeniería Civil que abarca el conjunto de conocimientos científicos orientados 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 bastante amplio sobre los parámetros que participan en un fenómeno, en la Tecnología del Concreto cada elemento que interviene, bien sea el cemento, el agua, los agregados, los aditivos, y las técnicas de producción, colocación curado y mantenimiento, representan aspectos particulares a estudiar y controlar de modo que puedan trabajar eficientemente de manera conjunta en la aplicación práctica que deseamos. Generalmente tenemos una serie de limitaciones en cuanto a modificar a nuestra voluntad las características de los factores que intervienen en el diseño y producción del concreto, por lo que cada caso supone una solución particular, en la que tiene importancia preponderante la labor creativa de los profesionales que tienen a su cargo definirla e implementarla en la práctica, 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 tarea simple el diseñar y producir concreto de buena calidad. En este punto, es necesario establecer que el concreto de buena calidad es aquél que satisface eficientemente los requisitos de trabajabilidad, colocación, compactación, resistencia, durabilidad y economía que nos exige el caso singular que estemos enfrentando. Afortunadamente, la acumulación a nivel mundial de casi un siglo de conocimientos científicos sobre el concreto y sus componentes, nos provee de las herramientas para afrontar y solucionar la mayoría de problemas de la construcción moderna. Si tenemos la curiosidad de acceder a la gran cantidad de bibliografía disponible procedente de instituciones como el American Concrete Institute, el Comité Europeo del Concreto y el Japan Concrete Institute entre otros, apreciaremos que el mayor esfuerzo se centra hacia seguir investigando en este campo, con igual o mayor énfasis que sobre los métodos de análisis y diseño 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 del desarrollo de las necesidades humanas. TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE TECNOLOGÍA Y CONCRETO – E. PASQUEL C.

149



Una idea errada en cuanto a la Tecnología del concreto en nuestro medio reside en suponer que 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 que cualquier profesional de la Ingeniería Civil involucrado directa e indirectamente con la construcción, debe experimentar, profundizar y actualizar sus conocimientos en este campo para asegurar una labor técnica y eficiente.

2.2. LOS COMPONENTES DEL CONCRETO La 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 la práctica moderna mundial estos constituyen un ingrediente normal, por cuanto está científicamente demostrada la conveniencia de su empleo en mejorar condiciones de trabajabilidad, resistencia y durabilidad, siendo a la larga una solución mas económica si se toma 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 propiedades de los componentes del concreto, pero debemos puntualizar que de todos ellos, el que amerita un 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 en que el cemento es el ingrediente activo que interviene en menor cantidad, pero sin embargo es el que define las tendencias del comportamiento, por lo que es obvio que necesitamos profundizar en este aspecto que está muy ligado a las reacciones químicas que se suceden al entrar en contacto con el agua y los aditivos. Pese a que en nuestra formación en Ingeniería Civil todos asimilamos los conceptos básicos de química, no es usual que entre los colegas exista mucha afición hacia este campo (como es también el caso nuestro), sin embargo es necesario tener el conocimiento general de las consecuencias de las reacciones que se producen, por lo que durante el desarrollo de estos temas insistiremos en los aspectos prácticos antes que en el detalle de fórmulas y combinaciones 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%

TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE TECNOLOGÍA Y CONCRETO – E. PASQUEL C.

150

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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 adquiriendo propiedades resistentes y adherentes (Ref. N° 3.1). Como ya se mencionó en el Capítulo 1, el nombre proviene de la similitud en apariencia y el efecto publicitario que pretendió darle en el año 1824 Joseph Apsdin un constructor inglés, al patentar un proceso de calcinación de caliza arcillosa que producía un cemento que al hidratarse adquiría según él, la misma resistencia que la piedra de la isla de Pórtland cerca del puerto de Dorset. Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cemento Pórtland moderno que con algunas variantes persiste hasta nuestros días y que consiste en moler rocas calcáreas con rocas arcillosas en cierta composición y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300 °C produciéndose lo que se denomina el clinker, constituido por bolas endurecidas de diferentes diámetros, que finalmente se muelen añadiéndoseles yeso para tener como producto definitivo un polvo sumamente fino.

3.1. FABRICACIÓN DEL CEMTNO PÓRTLAND El punto de partida del proceso de fabricación lo constituye la selección y explotación de las materias primas para su procesamiento consiguiente. Los componentes químicos principales de las materias primas para la fabricación del cemento y las proporciones generales en que intervienen son (Re. 3.2):

95%

5%

Componente Químico

Procedencia Usual

Oxido de Calcio (CaO) Oxido de Sílice (SiO2) Oxido de Aluminio (Al2O3)

Rocas Calizas Areniscas Arcillas

Oxido de Fierro (Fe2O3)

Arcillas, Mineral de Hierro, Pirita

Oxidos de Magnesio, Sodio, Potasio, Titanio, Azufre, Fósforo y Manganeso

Minerales varios

Los porcentajes típicos en que intervienen en el cemento Pórtland los óxidos mencionados son: Oxido Componente

Porcentaje Típico

Abreviatura

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 So3 MgO K2OyNa2O

61% - 67% 20% - 27% 4% - 7% 2% - 4% 1% - 3% 1% - 5% 0.25% - 1.5%

C S A F

En las Fig. 3.1 a), b), c) y d), (Ref. 3.3) se puede apreciar un esquema general del proceso moderno de fabricación en le sistema denominado “por vía seca”, que es el mas económico pues necesita menos energía, y es el de mayor empleo en nuestro medio, sin embargo hay que tener en cuenta que cada fabricante tiene una disposición de equipo particular en función de sus necesidades.

TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. PASQUEL C.

151



Se inicia con la explotación de las canteras de materia prima para someterlas a un proceso de chancado primario en que se reduce su tamaño a piedras del orden de 5” y luego se procesa este 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 molidos individualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvo fino impalpable, siendo luego dosificados y mezclados íntimamente en las proporciones convenientes para el tipo 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 longitudes entre 18 a 150 m. El horno tiene una ligera inclinación con respecto a la horizontal del orden TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. PASQUEL C.

152

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


153

del 4% y una velocidad de rotación entre 30 a 90 revoluciones por hora. Dependiendo del tamaño del horno, se pueden producir diariamente de 30 a 700 Toneladas. La fuente de calor se halla en el extremo opuesto al ingreso del material y pueden obtenerse mediante inyección de carbón pulverizado, petróleo o gas en ignición, con temperaturas máximas entre 1,250 y 1,900 °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 la fusión del alrededor de un 20% a 30% de la carga y es cuando la cal, la sílice y la alúmina se vuelven a combinar aglomerándose en nódulos de varios tamaños usualmente de ¼” a 1” de diámetro de color negro característico, relucientes y duros al enfriarse, denominados “clinker de cemento Pórtland”. n la etapa final del proceso, el clinker es enfriado y es molido en un molino de bolas conjuntamente con yeso en pequeñas cantidades (3 a 6%) para controlar el endurecimiento 12 violento. La molienda produce un polvo muy fino que contiene hasta 1.1 x 10 partículas por kg. Y que pasa completamente por un tamiz N° 200 (0.0737 mm, 200 aberturas por pulgada cuadrada). Finalmente el cemento pasa ser almacenado a granel, siendo luego suministrado en 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 mayor consumo de energía para poder eliminar el agua añadida. El proceso a usarse depende de las características de las materias primas, economía y en muchos casos por consideraciones de tipo ecológico ya que el proceso húmedo es menos contaminante que el seco. Durante todos los procesos el fabricante ejecuta controles minuciosos para asegurar tanto la calidad y proporciones de los ingredientes como las temperaturas y propiedades del producto final, para lo que existen una serie de pruebas físicas y químicas estandarizadas, así como equipo 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 es posible obtener los componentes para fabricar cemento, en que se aprecia la gran variedad de posibilidades existentes en la naturaleza para poder producir este material. Tabla 3.1. FUENTES DE MATERIAS PRIMAS USADAS EN LA FABRICACIÓN DE CEMENTO PÓRTLAND (Ref. 3.3) CAL CaO

HIERRO Fe2O3

SÍLICE SiO2

ALUMINA Al2O3

Aragonita Arcilla Arcilla Calcárea (Marga) Calcita Conchas Marinas Deshechos Alcalinos Escorias Mármol Piedra Caliza Pizarras Polvo Residuo de Clinker Roca Calcárea Tiza

Arcilla Ceniza de Altos Hornos Escoria de Pinta Laminaciones de Hierro Mineral de Hiero Pizarras Residuos de Lavado de mineral de hierro

Arcilla Arcilla Calcárea (Marga) Arena Areniscas Basaltos Cenizas volátiles Cenizas de cáscara de arroz Cuarcita Escorias Piedras Calizas Pizarras Roca Calcárea Silicato de calcio

Arcilla Arcilla Calcárea (Marga) Baloxita Cenizas volátiles Deshechos de Mineral De aluminio Escoria de cobre Escorias Estaurocita Granodoritas Piedra caliza Pizarras Residuos de lavado de mineral de aluminio Roca Calcárea

YESO MAGNESIA CaSO4 2H2O MgO Anhidrita Sulfato de Calcio 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 siguientes compuestos establecidos por primera vez por Le Chatelier en 1852, y que son los que definen el 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 de hidratación.

b)

Silicato Dicálcico (2CaO.SiO2 -- C2S -- Belita).Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de hidratación.




c)

Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3) -- C3A).Aisladamente no tiene trascendencia en la resistencia, pero con los silicatos condiciona el fraguado 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 estos produce 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 de hidratación. Oxido de Magnesio (MgO).Pese a ser un componente menor, tiene impotancia pues para contenidos mayores del 5% trae problemas de expansión en la pasta hidratada y endurecida.

e)

f)

g)

Óxidos de Potasio y Sodio (K2O2Na2O -- Álcalis).Tienen importancia para casos especiales de reacciones químicas con ciertos agregados, y los solubles en agua contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcáreos. Óxidos de Manganeso de Titanion(Mn2O3,TiO2).El primero no tiene significación especial en las propiedades del cemento, salvo en su coloración, que tiende a ser marrón si se tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo (Ref. 3.2) El segundo incluye en la resistencia, reduciéndola para contenidos superiores a 5%. Para contenidos menores, no tiene mayor trascendencia. De los compuestos mencionados, los silicatos y aluminatos constituyen los componentes mayores, pero no necesariamente los mas trascendentes, pues como veremos posteriormente algunos de los componentes menores tienen mucha importancia para ciertas condiciones de uso 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 base a 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 potencial de cualquier cemento Pórtland normal no mezclado. A continuación estableceremos las fórmulas de Bogue debiendo tenerse claro que se basan en las siguientes hipótesis:  Los compuestos tienen la composición exacta. (no es del todo cierto pues en la práctica tienen impurezas).  El equilibrio se obtiene a la temperatura de formación del clinker y se mantiene durante el enfriamiento. (en la práctica, las fórmulas sobrestiman el contenido de C3A 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 C3A = 2.65Al2O3 – 1.692Fe2O3 C4AF = 3.04Fe2O3 Si Al2O3/Fe2O3  0.64 se forma (C4AF+C2AF) y se calcula: (C4AF+C2AF) = 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 C3A por lo que la resistencia a los sulfatos es alta el C2S se calcula igual).


154



Las variantes sen cuanto a las proporciones de estos compuestos son las que definen los tipos de cementos que veremos mas adelante, y la importancia práctica de las fórmulas de Bogue es que permiten evaluar cual será la composición potencial probable y compararla con los valores estándar par cada tipo de cemento, pudiendo estimarse las tendencias de comportamiento en cuanto a las características que nos interesan desde el punto de vista del concreto, como son desarrollo de resistencia en el tiempo, calor de hidratación, resistencia a la agresividad química etc.

3.4. MECANISMO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO

a)

b)

c)

d)

Se denomina hidratación al conjunto de reacciones químicas entre el agua y los componentes del cemento, que llevan consigo el cambio del estado plástico al endurecido, con las propiedades inherentes a los nuevos productos formados, los componentes ya mencionados anteriormente, 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 del cemento e inversamente proporcional al tiempo, por lo que inicialmente es muy rápida y va disminuyendo 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 de cemento sino que cada partícula se dispersa en millones de partículas de productos de hidratación 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 cemento que reaccionan, se pueden definir los siguientes estados que se han establecido de manera arbitraria para distinguir las etapas del proceso de hidratación: Plástico. Unión del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuanto menor es la relación Agua/Cemento, mayor es la concentración de partículas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura de los productos de hidratación es mucho mas resistente. El primer elemento en reaccionar es el C3A, y posteriormente los silicatos y el C4AF, caracterizándose el proceso pro la dispersión de cada grano de cemento en millones de partículas. La acción del yeso contrarresta la velocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina el periodo latente o de reposo en que las reacciones se atenúan, y dura 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 incrementar notablemente la alcalinidad de la pasta que alcanza un Ph del orden de13. Fraguado inicial. Condición de la pasta de cemento en que se aceleran las reacciones químicas, empieza el endurecimiento y la pérdida de la plasticidad, midiéndose en términos de la resistencia a deformarse. Es la etapa en que se evidencia el proceso exotérmico donde se genera el ya mencionado calor de hidratación, que es consecuencia de las reacciones químicas descritas. Se forma una estructura poros llamada gel de Hidratos de Silicatos de Calcio (CHS o Torbemorita), con consistencia coloidal intermedia entre sólido y líquido que va rigidizándose cada 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 que van 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 en formación. Fraguado final. Se obtiene al término de la etapa de fraguado inicial, caracterizándose por endurecimiento significativo y deformaciones permanentes. La estructura del gel está constituida por el ensamble definitivo de sus partículas endurecidas. Endurecimiento. Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen e incrementan con el tiempo las características resistentes. La reacción predominante es la hidratación 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 composición del cemento. Los sólidos de hidratación manifiestan su muy baja solubilidad por lo que el endurecimiento es factible aún bajo agua. Hay dos fenómenos de fraguado, que son diferentes a 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, produciéndose de deshidratación parcial del producto resultante, por lo que al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una cristalización y endurecimiento aparente durante los 2 primeros minutos de


155



mezclado, pero remezclando el material, se recobra la plasticidad, no generándose calor de hidratación ni ocasionando consecuencias negativas. El segundo fenómeno es el del “fraguado violento” que ocurre cuando durante la fabricación no se ha añadido la suficiente cantidad de yeso, lo que produce un endurecimiento inmediato, desarrollo violento del calor de hidratación y pérdida permanente de la plasticidad, sin embargo es muy improbable en la actualidad que se produzca este fenómeno, ya que con la tecnología moderna el yeso adicionado se controla con mucha precisión.

3.5. ESTRUCTURA DEL CEMENTO HIDRATADO

a)

b)

c)

Durante el proceso de hidratación, el volumen externo de la pasta se mantiene relativamente constante, sin embargo, internamente el volumen de sólidos se incrementa constantemente con el tiempo, causando la reducción permanente de la porosidad, que está relacionada de manera inversa 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 la reacción 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 del curado, que consiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso se complete. 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 de agua y cemento que los originan debido a que por combinación química el volumen de agua disminuye en alrededor de un 25%, lo que trae como consecuencia la contracción de la pasta endurecida. Los productos de hidratación necesitan un espacio del orden del doble del volumen de sólidos de cemento para que se produzca la hidratación completa. Otro concepto importante que hay que tomar en cuenta es que está demostrado que el menor valor de la relación Agua/Cemento para que se produzca la hidratación completa del cemento es del orden de 0.35 a 0.40 en peso para condiciones normales de mezclado 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 la pasta de cemento y de la distribución del agua, distinguiéndose las siguientes partes: 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 por ser intrínseca de la reacción química. Poros de Gel. Espacios tan pequeños entre los sólidos de hidratación que no permiten la formación en su interior de nuevos sólidos de hidratación. El agua contenida dentro de estos poros se llama el agua de gel, que puede evaporarse bajo condiciones especiales de exposición. Poros Capilares. Conformados por los espacios entre grupos de sólidos de hidratación de dimensiones 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 la estructura de la pasta de cemento hidratado, estableceremos algunas relaciones que nos permitirán calcularlos en un caso particular, para lo cual vamos a considerar inicialmente un sistema en el que no hay pérdida de agua por evaporación ni ingresa agua adicional por curado: Sea: Pac = Peso del agua de combinación


156



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 los componentes de la estructura de la pasta de 100 gr. de cemento con diversas cantidades de agua 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 se detiene por falta de agua para hidratar totalmente la cantidad de cemento disponible, quedando cemento 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 espacio para que se desarrollen mas sólidos de hidratación. TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. PASQUEL C.

157

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


158

Sin embargo, si proveemos agua extra (por ejemplo con curado) sólo se hidratará la cantidad de 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 se producirá 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 del orden de 0.42, y si se provee agua de hidratación extra, la relación mínima es del orden de 0.38. Con los valores de Tabla 3.2 se han elaborado las Fig. 3.3, 3.4 y 3.5 donde se gráfica a título explicativo 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 DE CEMENTO EN FUNCIÓN DEL AGUA DISPONIBLE PARA LA HIDRATACIÓN CEMENTO DISPONIBLE

PESO (Gr)

VOL (Cm3)

AGUA DIS PO NI BLE VOL (Cm3)

100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 31.7 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 40.0 42.0 44.0 46.0 48.0 50.0

RELA CIÓN A/C EN PESO

0.20 0.22 0.24 0.28 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50

CEMENTO A HIDRATARSE

PESO (Gr)

VOL (Cm3)

VOL HIDR AT (Cm3)

47.6 52.3 57.1 61.8 66.6 71.3 76.1 80.9 85.6 90.4 95.1 99.9 100.0 100.0 100.0 100.0

15.1 16.6 18.1 19.6 21.1 22.6 24.2 25.7 27.2 28.7 30.2 31.7 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 46.6 48.9 49.0 48.0 49.0 49.0

% DE HI DRA TA CION

AGUA DE GEL

CEMENTO SIN HIDRATARSE

CAPI LAR VACI OS

CEMENTO EXTRA POSIBLE DE HIDRATARSE

CEMENTO QUE NO PODRA HIDRAT

VOL (Cm3)

PESO (Gr)

VOL (Cm3)

VOL (Cm3)

PESO (Gr)

VOL (Cm3)

VOL HIDR AT (Cm3)

PESO (Gr)

VOL (Cm3)

% MAX DE HI DRA TA CIÓN

47.6 52.3 57.1 61.8 66.6 71.3 76.1 80.8 85.6 90.4 95.1 99.9 100.0 100.0 100.0 100.0

9.1 10.0 10.9 11.8 12.7 13.8 14.5 15.4 16.3 17.2 18.1 19.0 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 4.6 0.1 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 1.5 0.0 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 5.5 5.7 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 4.9 0.1 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 1.5 0.0 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 2.4 0.1 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 0.0 0.0 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 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

53.1 58.5 63.8 69.1 74.4 79.7 85.0 90.3 95.7 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

Hay que tener presente, que pese a que para relaciones Agua/Cemento inferiores a las que producen el 100% de hidratación, aún queda cemento sin hidratar, la estructura es mas compacta con menor cantidad de vacíos, por lo que se obtienen en la práctica características resistentes mas altas pese a no contarse con toda la pasta hidratada; sin embargo para lograr la hidratación máxima que es posible alcanzar con elaciones Agua/Cemento muy bajas, se necesitan condiciones de mezclado especiales que ameritan incremento de presión y energía en la compactación ya que de otro modo no se logra hidratar lo previsto. En la práctica, con las condiciones de mezclado normales se consigue llegar a relaciones Agua/Cemento mínimas en la pasta del orden de 0.25 a 0.30 dependiendo del tipo de cemento y las condiciones de temperatura, humedad, presión y técnica de mezclado. Bajo condiciones especiales, se han llegado 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 está normada por requisitos específicos son (Ref. 3.5):





159



Tipo I. De uso general, donde no se requieren propiedades especiales. Tipo II. De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de hidratación. Para emplearse en estructuras con ambientes agresivos y/o en vaciados masivos Tipo III. Desarrollo rápido de resistencia con elevado calor de hidratación. Para uso en clima frío 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) significa que 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 hornos referido al peso total. Tipo ISM. Cemento al que se ha añadido menos de 25% de escoria de altos hornos referido al peso total. Tipo IP. Cemento al que se le ha añadido menos de 25% de escoria de altos hornos referido al peso total. Tipo IPM. Cemento al que se le ha añadido puzolana en un porcentaje hasta del 15% del peso total.


160



Todos estos cementos tienen variantes en que se les añade aire incorporado (sufijo A), se induce resistencia moderada a los sulfatos (sufijo M), ó se modera el calor de hidratación (sufijo H). Las puzolanas son materiales inertes silíceos y/o aluminosos, que individualmente tienen propiedades aglomerantes casi nulas, pero que finamente molidas y al reaccionar químicamente con hidróxidos de Calcio y agua adquieren propiedades aglomerantes. Las puzolanas se obtienen por lo general de arcillas calcinas, tierras diatomáceas, tufos y cenizas volcánicas, y de residuos industriales como cenizas volátiles, ladrillo pulverizado, etc. La particularidad del reemplazar parte del cemento por estos materiales, estriba en cambiar algunas de sus propiedades, como son el aumentar los tiempos de duración de los estados mencionados 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 y mejor comportamiento frente a la agresividad química. Hay que tener muy presente que la variación de estas propiedades no siempre será conveniente 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 las variaciones 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 un peso específico del orden de 3,150 kg/m3 y los cementos puzolánicos son mas livianos con peso 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).


161

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


162

En la Tabla 3.3 y 3.4 (Ref. 3.5) se pueden apreciar los requisitos físicos y químicos de fabricación 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 las diversos tipos de cemento normales en U.S.A. e Inglaterra, donde se concluye pues en que la elasticidad 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 DESCRIPCIÓN Contenido de aire en % (max. Min) Fineza con turbiámetro en m2/kg min. Fineza por permeabilidad de aire en m2/kg min. Expansión en autociave Resistencia en compresión en Mpa A1 día A3 días A7 días A28 días Fraguado inicial (Gillmore) mínimo en min. Fraguado final (Gillmore) máximo en min. Fraguado inicial (Vicat) mínimo en minutos Fraguado final (Vicat) máximo en minutos Fraguado falso (penetración final) % mínimo Calor de hidratación máx. a 7 días en cal/g Calor de hidratación máx. a 28 días en cal/g Resistente en compresión min. A 28 días en Mpa Expansión con sulfatos a 14 días % máximo

TIPO I

TIPO IA

TIPO II

TIPO IIA

TIPO III

TIPO IIIA

(12 N/A)

TIPO IV

TIPO V

(22,16)

(12, N/A)

(22,16)

(12 N/A)

(22,16)

(12, N/A)

(12, N/A)

180

180

180

280

280

280

180

180

180

280

280

280

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

1.80

12.40 19.30

10.00 15.50

10.30 17.20

8.30 13.80

0.80

0.80

12.40 24.10

10.00 18.30

8.80

6.30 15.20 20.70

80

80

80

80

80

80

80

80

800

800

800

800

800

800

800

800

45

45

45

45

45

45

45

45

375

375

375

375

50

50

50

50

375 375 375 375 REQUISITOS FISICOS OPCIONALES 50

27.80

50

22.10

50

50

70

70

80

58

58

70

27.80

22.10


0.04

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


163

TABLA 3.4 REQUISITOS QUÍMICOS STANDARS DE ASTM C – 150 PARA CEMENTOS TIPO I TIPO TIPO II TIPO IIA TIPO III TIPO IIIA IA SIO2, % mínimo 20.00 20.00 AL2O3, % máximo 6.00 6.00 Fe2O3, % máximo 6.00 6.00 MgO, % máximo 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 SO3, % máximo 3.00 3.00 3.00 3.00 3.50 3.50 Cuando C3A es  0 = 3% 3.50 3.50 N/A N/A 4.50 4.50 Cuando C3A es  8% Perd. Por Ignición, % máximo 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 R insoluble, % máximo 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 C3S, % máximo C2S, % máximo C3A, % máximo 8.00 8.00 15.00 15.00 [C4AF + 2(C3A)] ¿ [C4AF + C2F] REQUISITOS QUÍMICOS OPCIONALES C3A, % máximo, para mediana 8.00 8.00 resistencia a sulfatos C3A, % máximo, para alta 5.00 8.00 resistencia a sulfatos (C3S + C3A), % máximo 58.00 58.00 Álcalis, (Na2O + 0.658K2O),% max. 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 DESCRIPCIÓN

TIPO IV 6.50 6.00

TIPO V

2.30 N/A 2.50 0.75 35.00 40.00 7.00 -

2.30 N/A 3.00 0.75 5.00 25.00

-

-

-

-

0.60

0.60

6.00

TABLA 3.5 VARIACIÓN EN COMPOSICIÓN DE ALGUNOS CEMENTOS PÓRTLAND NORTEAMERICANOS ASTM CaO MgO Al2 Fa2 SIO2 TIO2 Na2 K2O SO3 CaO C4 C3 A C3 S C2 S Tipo O Libre AF I 63.8 3.7 5.6 2.4 20.7 0.23 0.21 0.51 1.6 0.4 7 11 55 18 63.1 2.5 4.7 3.0 22.1 0.21 0.06 1.30 1.7 0.2 9 7 47 28 65.8 1.1 4.7 2.1 22.2 0.30 0.04 0.19 1.6 1.6 8 9 54 23 62.8 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 26 64.9 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 10 63.3 4.3 5.1 2.0 20.3 0.21 0.19 0.28 2.5 1.9 8 10 51 19 IV 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 49 V 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 48 83.3 1.2 3.3 4.7 23.1 0.08 0.37 1.7 14 1 49 30 TABLA 3.6

Ordinario

VARIACIÓN EN COMPOSICIÓN DE ALGUNOS CEMENTOS PÓRTLAND BRITANICOS CaO Mg Al2 O3 Fe2 O SIO2 TI82 Na2 O K2 O SO3 CaO C4AF C3A O Libre 65.6 0.70 4.31 2.55 23.73 0.24 0.31 0.66 1.00 1.0 8 7 65.5 1.23 5.90 1.59 22.76 0.33 0.43 0.50 1.60 1.4 5 13 64.4 0.89 5.36 3.27 21.19 0.34 0.36 0.58 2.53 1.9 10 9 64.6 0.56 7.64 3.30 19.09 0.34 0.25 0.57 2.19 0.6 10 15 54.5 0.97 6.85 2.30 20.54 0.35 0.16 0.76 1.54 2 7 14 63.1 0.82 6.28 3.59 20.56 0.37 0.27 0.58 2.59 1.7 11 11

C3S

C2S

47 41 45 53 48 39

32 34 27 15 22 30

Endurecimiento Rápido

64.5 65.4 63.0 64.3

1.28 0.51 1.46 1.27

5.19 5.00 6.07 4.74

2.91 4.31 2.67 2.15

20.66 20.04 20.21 22.37

0.30 0.42 0.33 0.36

0.08 0.48 0.12 0.18

0.70 0.78 0.94 0.53

2.66 1.47 2.10 1.82

2.0 1.4 1.5 2.3

9 13 8 7

9 6 12 9

50 64 46 42

21 9 23 32

Resistente a los Sulfatos

63.8 0.92 64.5 0.89

4.07 3.13

4.65 5.23

21.09 22.14

0.28 0.21

0.13 0.18

0.67 0.45

2.56 2.06

2.9 1.5

14 16

3 0

58 54

17 22

Bajo calor de Hidratación

61.8 1.69 62.0 1.59

4.60 4.54

2.07 2.06

25.08 25.80

0.25 0.23

0.19 0.20

0.77 0.65

2.57 1.87

0.7 0.9

6 6

9 9

17 15

59 63

3.7. LO61.8S CEMENTOS PERUANOS Y SUS CARACTERÍSTICAS En la actualidad se fabrican en el Perú los cementos Tipo I, Tipo II, Tipo V, Tipo IP y Tipo IPM. TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. PASQUEL C.

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


164

En la tabla 3.7 se pueden observar las características físicas y químicas de los cementos de fabricación nacional suministradas por los fabricantes, con excepción del Cemento Rumi, cuyo productor no accedió a proporcionarlas, pese a nuestra insistencia, por lo que se consigna un análisis efectuado a solicitud del autor en la Universidad Católica del Perú con ocasión del empleo 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 deben tomarse con reserva pues sólo representa una muestra. TABLA 3.7 a CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS SOL ATLAS ANDINO ANDINO ANDINO YURA YURA YURA PACAS- PACAS- RUMI TIPO I TIPO I TIPO IP TIPO II TIPO V TIPO I TIPO TIPO MAYO MAYO TIPO I ELEMENTO (*) (*) (*) (*) (*) (*) IP IPM TIPO I TIPO V (**) (*) (*) (*) (*) CaO 63.20 53.65 64.18 63.83 64.60 65.90 46.30 53.80 63.02 62.92 44.19 SIO2 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 1.56 Fe2O3 2.82 4.84 3.23 3.11 4.28 2.41 1.98 2.04 3.30 5.14 5.01 K2O 0.96 1.07 0.65 0.54 0.56 0.70 0.68 0.72 Na2O 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 1.09 MgO 3.16 2.76 0.96 0.97 0.92 1.24 1.30 1.37 2.13 2.10 1.06 Cal Libre 0.52 0.29 0.59 0.40 0.55 1.20 1.10 P. Ignición 0.80 1.63 1.24 1.46 1.08 0.96 1.60 1.87 2.30 1.93 2.85 R. Insoluble 0.62 10.21 0.42 0.59 0.57 0.48 26.70 15.69 0.50 0.68 2.99 C3S C2S C3A C4AF

54.18 15.87 11.53 8.57

51.33 23.95 7.28 9.82

48.73 27.98 5.89 9.45

58.64 20.30 0.81 13.01

(*) Información proporcionada por el Fabricante

60.00 19.70 6.92 7.33

54.85 14.52 10.85 10.03

60.44 13.18 2.09 15.63

(9.21) 69.08 (4.34) 15.25

(**) Análisis particular

TABLA 3.7 b ELEMENTO

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS SOL ATLAS ANDINO ANDINO ANDINO YURA YURA YURA TIPO I TIPO IP TIPO I TIPO II TIPO V TIPO TIPO TIPO (*) (*) (*) (*) (*) I IP IPM (*) (*) (*)

P. Específico Fineza Malla 100 Fineza Malla 200 S. Especif. Blaine

3.11 0.04 4.14 3.477

3.03 0.03 0.38 4.472

3.11 0.34 5.66 3.300

3.11 0.10 4.71 3.400

3.18 0.20 2.58 3.400

Contenido Aire Exp. Autociave Fraguado Inic. Vicat Fraguado Fin. Vicat. Fć a 3 días Fć a 7 días Fć a 28 días

9.99 0.18 1:49 3:29 254 301 357

9.82 0.15 1:59 3:41 235 289 349

6.50 0.02 2:50 3:45 204 289 392

5.35 0.01 3:15 4:30 160 205 320

5.22 (0.01) 2:15 3:45 184 243 362

Calor Hidrat. 7 días Calor Hidrat 28 días

70.60 84.30

60.50 78.40

64.93

63:89

59.02

(*) Información proporcionada por el Fabricante

PACASMAYO TIPO I (*)

PACASMAYO TIPO V (*)

3.11

2.86

2.95

3.59 7

4.08 6

3848

3.400

3.300

0.20 2:00 4:00 242 335 388

0.11 2:00 4:10 140 222 316

0.26 2:10 4:10 240 299 367

10.50 0.22 2:29 5:10 168 210 273

10.10 0.14 2:40 5:20 154 196 258

RUMI TIPO I (**)

(**) Análisis particular

En las Fig. 3.8 a 3.13, se han graficado las Resistencias vs Tiempo para los diferentes cemento peruanos en base a la información suministrada entre Enero y Abril de 1,993.





165




166



Es interesante anotar que en general los cementos nacionales siguen los comportamientos típicos 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 los análisis y gráficos mostrados nos permite afirmar que las propiedades a corto plazo no siempre mantienen parámetros constantes, por lo que nunca debe confiarse a priori en ellas sin efectuar pruebas de control para el caso de obras de cierta importancia. TEMA: CONCRETO REFER: TÓPICOS DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO – E. PASQUEL C.

167



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 concreto dado que muy rara vez recopilan estos datos, o hacen investigación en concreto, por lo que es muy poca la información que pueden aportar en ese sentido y además, hay usualmente reticencia para suministrar resultados de sus controles de calidad en forma rutinaria. Sin embargo debemos agradecer la colaboración prestada por los productores que accedieron a suministrar e incluir en el presente libro los datos proporcionados. No existe información periódica publicada por los fabricantes sobre aspectos básicos como la variación del desarrollo de la resistencia en el tiempo, variación de la hidratación en función de las condiciones ambientales, características de las puzolanas que emplean en los cementos mezclados estadísticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc., información que sería sumamente útil para los usuarios é investigadores, evitando muchas situaciones en que se espera un comportamiento por extrapolación con información foránea o local incompleta y se obtiene otro por falta de datos confiables. Como comentario adicional habría que decir que la introducción de los cementos Puzolánicos y Puzolánicos 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 al reemplazar cemento por puzolana abarata sus costos y los precios de venta experimentan alguna reducción, pero estas ventajas no son del todo aprovechadas por cuanto no ha habido suficiente investigación, difusión y labor didáctica en cuanto a las consideraciones para su dosificación, 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 agua que 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 con lo que a la larga la supuesta economía no es tanta. En l Apéndice, se incluyen copias de los datos originales suministrados por los fabricantes en 1,993 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 necesidad de tratar en lo posible de hacer en obra un seguimiento estadístico del tiempo y condiciones de almacenaje, así como de la calidad del cemento que se emplea. Una buena práctica la constituye el ejecutar análisis químicos en un laboratorio confiable cada 500 toneladas de cemento para el caso de obras grandes, y solicitar regularmente a los fabricantes certificados con resultados de su control de calidad. En ningún caso de muestra que se obtenga debe ser menor de 5 kg. En cuanto a las condiciones de almacenaje, es recomendable limpiar con frecuencia los silos metálicos de depósito sobre todo en climas de humedad relativa alta, pues se produce hidratación parcial del cemento adherido a las paredes, y que con el uso del silo ocasiona que se desprendan trozos endurecidos y se mezclen con el cemento fresco causado problemas en la 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 el retenido, el cual referido al peso total, nos da un orden de magnitud de la porción hidratada. El porcentaje retenido sin haber hidratación oscila usualmente entre 0 y 0.5%.


168



Si recordamos los conceptos referidos al mecanismo de hidratación podemos estimar que si usamos cemento parcialmente hidratado, estaremos sustituyendo en la práctica una parte del agregado por cemento endurecido con características resistentes inciertas y definitivamente inferiores a la de la arena y la piedra, que causará zonas de estructura débil, cuya trascendencia será mayor cuanto mayor sea la proporción de estas partículas. Se puede estimar que el empleo de cemento hidratado en un 30% referido al peso total, con gránulos no mayores de ¼” trae como consecuencia una reducción en la resistencia a 28 días del orden del 25%, dependiendo del cemento en particular. Es obvio que porcentajes hidratados mayores, con partículas de tamaño superior a ¼” ocasionarán perjuicios mas negativos en la resistencia y durabilidad. Finalmente hay que aclarar que en cuanto al almacenaje, el criterio correcto para evaluar la calidad del cemento no es el tiempo que ha estado almacenado sino las condiciones de hidratación del cemento al cabo de ese período, por lo que lo aconsejable es tomar las previsiones para evitar o retrasar la hidratación desde un inicio, en vez de dejar pasar el tiempo sin ninguna precaución y entrar luego en las complicaciones de evaluar si estará apto o no para usarse.


169

BANCO-TEMATICO-DE-ENCOFRADOS-FIERRERIA-TOMO-II.pdf

Recommend Documents