Apuntes - Materiales Para Ingenieria Civil[1]

Perfil del Egresado “El “El inge ingeni nier ero o civi civill es el prof profes esio iona nall con con la capa capaci cida dad, d, los los conocimientos necesarios para participar en la planeación, el diseño, la construcción, la operación y el mantenimiento de las obras para el desarrollo urbano, industrial, habitacional y de la infraestructura del país, país, considera considerando ndo los aspectos aspectos metodoló metodológico gicos, s, social, social, económic económico, o, técn técnic ico o y ecol ecológ ógic ico, o, bajo bajo una una pers perspe pect ctiv iva a étic ética a y busc buscan ando do el aprovechamiento optimo de los recursos existentes en el lugar de la obra“ CURSO: MATERIALES PARA INGENIERIA CIVIL OBJETIVO OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: ASIGNATURA: El alumno alumno será capaz partiendo de las relaciones relaciones entre la estructura de los materiales y sus propiedades de identificar usos y  tran transf sfor orma maci cion ones es en dond donde e el proc proces esam amie ient nto o se cont contro role le para para obte obtene ner  r  materiales de construcción con aplicaciones a productos útiles de ingeniería con diversas propiedades, en una obra de ingeniería civil. El alu alumn mno o ident dentiific ficará ará la estru struct ctur ura a de los los mate aterial riale es, pre predeci decirá rá su comport comportami amient ento o mecáni mecánico, co, selecc seleccion ionara ara su utiliz utilizaci ación ón o transfor transformac mación ión para hacer realidad un proyecto de ingeniería. DATOS DE PROGRAMACIÓN UNIDAD I.I.- ESTRUCTURA DE MATERIALES Y PROPIEDADES MECANICAS OBJETIVO.OBJETIVO.- ANALI ANALIZAR ZAR LAS PROPIE PROPIEDAD DADES ES DE LA ESTRUC ESTRUCTUR TURA A MICRO MICROSC SCOPI OPICAS CAS Y RELACIONADAS TEMAS 1.1. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES Tiempo 1.2.- PROPIEDADES MECANICAS destinado: 2 ½ semanas UNIDAD II.II.- CONTROL DE CALIDAD CALIDAD EN LOS LOS MATERIALES MATERIALES OBJETIVO.- NORM NORMAT ATIV IVID IDAD AD PARA PARA ASEG ASEGUR URAR AR E INFE INFERI RIR R LA CALI CALIDA DAD D DE LOS LOS MATERIALES UTILIZADOS UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN Y EDIFICACIÓN TEMAS 2.1. CERTIFICACIÓN Y NORMATIVIDAD Tiempo 2.2. CONTROL ESTADÍSTICO DE PROCESOS destinado: 1 ½ semana UNIDAD III.III.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN OBJETIVO.- CONO CONOCE CER R LAS LAS ESPE ESPECI CIFI FICA CACI CION ONES ES Y NORM NORMAS AS APLI APLICA CADA DAS S A LOS LOS MATERI MATERIALE ALES S UTILI UTILIZAD ZADOS OS EN LOS PROYEC PROYECTOS TOS DE INGENI INGENIERI ERIA A PARA PARA ASEGU ASEGURAR RAR E INFERIR SU CALIDAD. TEMAS 3.1.ROCAS y SUELOS 3.2.AGLOMERANTES. 3.3.CONCRETO HIDRÁULICO Y ASFÁLTICO (dosificaciones (dosificaciones de mezclas). 3.4.METALES 3.5.CERAMICA Y VIDRIO 3.6.MADERA. 3.7.PRODUCCION DE POLIMEROS Tiempo destinado: 3.8. MATERIALES COMPUESTOS. 12 semanas

PRACTICAS PRACTICAS PROGRAMA PROGRAMADAS DAS PARA EL CURSO CURSO:: CIVIL.

MATERIALE MATERIALES S PARA PARA INGENIE INGENIERIA RIA

Semana Objetivo Bibliografía 1. Estr Estruc uctu tura ra de - Determinar la densidad relativa de los los materiales, masa volumétrica materiales seca y masa volumétrica natural  de dos Materiales 2. Propiedades - Ensaye a compresión en mecánicas en especimenes de roca y suelo. -------materiales Comparar los esfuerzos a compresión, y gráficas esfuerzo-deformación 3. Propiedades Determinación del RQD Manual CFE en agregados % de desgaste método los Ángeles Normas SCT, Tomo IX minerales. parte I 4. Propiedades Obtener la curva granulométrica en NMX C – 73 físicas de gravas y arenas NMX C –77 agregados Determinación del MF en arenas y  NMX C – 165 minerales contenido de materia orgánica. 5. Propiedades Mezcla de agregados pétreos para físicas de cumplir con los requisitos de la norma N-CMT-4-04-03 de la SCT  agregados Materiales Pétreos para carpetas minerales asfálticas 6. Aglomerantes Agua de consistencia normal y  Tomo IX parte II SCT, Determinación de la resistencia a NMX-C-061 ONNCCEcompresión en cementantes 2001. hidráulicos. 7. Concreto Elaboración de especímenes Marshall  Tomo IX Parte Primera, asfáltico y ensaye de cubos de cementantes Normas de Construcción hidráulicos de la S.C.T., Pag. 354365. 8. Propiedades Ensaye de cubos de cementantes de mezclas con hidráulicos aglomerantes. Determinación de estabilidad y flujo Estructura en mezcla de materiales 9. Dosificación Procedimiento teórico. de concreto  ACI-318 hidráulico 10. Dosificación Dosificación de mezcla de concreto NMX-C- 156 de concreto hidráulico, propiedades en estado NMX-C-161 asfáltico fresco. 11. Me Metales Revisión de de pr propiedades me mecánicas en en NOM B – 434 acero NOM B –310 Ensaye a tensión en placa de acero 12. Cerámicas Revisión de propiedades físicas y  Tomo IX parte I Normas mecánicas de cerámicos tradicionales. SCT  13. Madera – Ensaye a tensión, cortante y  Polímeros compresión en madera Tomo IX parte IV Normas Revisión de propiedades mecánicas en SCT  madera-polímeros 14. Concreto Ensaye a compresión de especímenes NMX C – 109 y 83 Hidráulico de concreto NMX C – 191 Endurecido Ensaye a flexión y tensión en NMX C – 163 especímenes de concreto

ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES. El conocimiento de la estructura de un material permite prever, hasta cierto punto, su comportamiento. comportam iento. También permite optimizar el material para la aplicación prevista o incluso encontrar nuevas aplicaciones La estructura íntima de la materia, las características de sus uniones atómicas y cristalinas, constituyen la base sobre la cual se puede entender los materiales y diseñar sus propiedades con un fin determinado. Los materiales sólidos sólidos poseen una estructura estructura interna compleja compleja debido a las interacciones interacciones fuertes que se establecen entre sus átomos y moléculas. Su estudio científico data de fines del siglo XIX. A fines del ese siglo Röetgen descubre los rayos X (o rayos Röetgen) y comienza su febril aplicación al estudio de los materiales. La mayor parte de los materiales tienen una estructura interna ordenada, ordenada, en la forma de cristales. Todos ellos producen un espectro, al ser estudiados con rayos X, característico de esa estructura cristalina o aún de su ausencia. El próximo avance fue la invención de los microscopios electrónicos de barrido focalizados por lentes magnéticas de modo de producir imágenes de altísima definición. El siguiente avance ha sido los microscopios de fuerza atómica, iónico, de efecto de campo, etc.. Todos basados en la extraordinaria capacidad de la microelectrónica actual actual para posicionarr sondas de análisis en las inmediaciones de las superficies de los materiales. posiciona  Todas esas técnicas contribuyen en su medida al estudio microscópico de los materiales. La estructura interna de los mismos, sus defectos, los aleantes, los precipitados, impurezas,, etc., impurezas Como es sabido toda la materia esta formados por átomos que se hallan constituidos por núcleos pesados, conformados por neutrones y protones, y electrones, mucho más livianos, orbitando a relativamente grandes distancias del núcleo. Como hay tantos electrones como protones los átomos son naturalmente neutros, dado que electrones y protones poseen cargas eléctricas iguales y de signos opuestos. Además los electrones no conforman una nube informe alrededor de los núcleos sino que se disponen en órbitas bastante bien definidas con distancias variables, dependiente del número de electrones que posee el átomo. cristalinos) tienen pocos electrones en sus órbitas exteriores. En Los metales (Sólidos cristalinos) esas condiciones, cuando se hayan conformando un sólido con otros átomos iguales, tienden a satisfacer su neutralidad compartiendo compartiendo esos electrones con sus vecinos en una nube electrónica que se mueve más o menos libremente en todo el sólido. Ante el menor campo eléctrico externo estos electrones tienden a moverse rápidamente rápidamente y por eso los metales son buenos conductores eléctricos. amorfos) en cambio tienen sus órbitas exteriores pobladas por Los no metales (Sólidos amorfos) varios electrones (3, 4 o 5) y tienden a combinarse formando compuestos en los cuales las uniones son muy direccionales y los electrones se hayan muy localizados y amarrados a átomos individuales. Los campos eléctricos aplicados son generalmente no suficientes para arrancarlos de sus posiciones y estos materiales constituyen buenos aislantes eléctricos. La disposición de los átomos de un cristal metálico muestra un arreglo periódico embebido en un mar de electrones siempre dispuestos dispuestos a flotar libremente por todo el cristal. En esas

condiciones las uniones no son para nada direccionales y ante una tensión aplicada en una condiciones grieta los átomos deslizan entre sí y la grieta se ensancha en forma dúctil. En cambio la estructura de los cerámicos posee uniones muy fuertes que prefieren, ante una solicitación externa en una grieta, romperse antes que deslizar. La grieta tiende a progresar catastróficamente catastróficamente y a atravesar el material de una forma característica de una rotura frágil. Así como ésta, muchas propiedades pueden explicarse por medio de argumentos, más o menos complicados, basados en el conocimiento íntimo de los materiales. Ese conocimiento conocimien to permite llevar la aplicación de los materiales a límites insospechados. insospechados.

PROPIEDADES MECANICAS. Una clasificación parcial de las propiedades de los materiales de ingeniería se presenta en el cuadro siguiente: Clasificación de las propiedades de los materiales de ingeniería. CLASE Físicas

Químicas

Mecánicas

Térmicas

Eléctricas y Magnéticas Acústicas Ópticas

PROPIEDAD Dimensiones y forma Densidad o gravedad específica Porosidad Contenido de humedad Oxido o composición composición compleja Acidez o alcalinidad Resistencia a la corrosión o a la intemperie Resistencia: tensión, compresión, cortante, flexión, impacto, tenacidad Rigidez Elasticidad y plasticidad Ductilidad y fragilidad Dureza y resistencia al desgaste Calor específico Expansión Conductividad Conductividad Permeabilidad magnética Acción galvánica  Transmisión del sonido Reflexión del sonido Color  Transmisión de la luz Reflexión de la luz

Las propiedades mecánicas pueden definirse como aquellas que tienen que ver con el comportamiento de un material bajo fuerzas aplicadas. Las propiedades mecánicas se expresan en términos de cantidades que son funciones del esfuerzo o de la deformación o ambas simultáneamente. Las propiedades mecánicas mecánicas fundamentales son la resistencia, la rigidez, la elasticidad, la plasticidad y la capacidad energética.

La resistencia de un material se mide por el esfuerzo según el cual desarrolla alguna condición limitativa específica. Las principales condiciones condiciones limitativas o criterios de falla son la terminación de la acción elástica y la ruptura. La rigidez tiene que ver con la magnitud de la deformación deformación que ocurre bajo la carga; dentro del rango del comportamiento elástico, la rigidez se mide por el módulo de elasticidad. elasticidad. La elasticidad se refiere a la capacidad de deformación en el rango elástico de un material, esto es la capacidad de recuperar sus características iniciales al retirar el esfuerzo. El término plasticidad se usa para indicar la capacidad de deformación plástico sin que ocurra ruptura. La capacidad de un material para absorber energía elástica depende de la resistencia y la rigidez; por ejemplo, la capacidad energética en el rango de acción elástica se denomina resiliencia; la energía requerida para romper un material se denomina denomina tenacidad. En el ensayo mecánico de probetas preparadas hay cinco tipos primarios de cargas: tensión, compresión, compresión, cortante, torsión y flexión. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN El esfuerzo se define como la magnitud de las fuerzas internas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. Esta en términos de fuerza por unidad de área. Existen tres clases básicas de esfuerzos: Tensión, compresión y corte. La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad humedad o a otras causas. La deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se mide la deformación cómo un ángulo de torsión entre dos secciones especificadas. especificadas. Cuando la deformación se define como el cambio por unidad de longitud en una dimensión lineal de un cuerpo, se denomina deformación unitaria. e = e / L donde, e : es la deformación deformación unitaria e : es la deformación deformación L : es la longitud del elemento

Relación entre la deformación unitaria y la deformación. Si un cuerpo es sometido a esfuerzo de tensión o compresión en una dirección dada, no solo ocurre deformación en esa dirección (dirección axial) sino también deformaciones deformaciones unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformación (deformación lateral). Dentro del rango elástico la relación entre las deformaciones deformaciones lateral y axial en condiciones de carga uniaxial es denominada relación de Poisson. DEFORMACIÓN ELÁSTICA Y PLÁSTICA Cuando una pieza se somete a un esfuerzo, se produce una deformación del material. Si el material vuelve a sus dimensiones originales cuando la fuerza cesa se dice que el material ha sufrido una DEFORMACIÓN ELASTICA. El número de deformaciones elásticas en un material es limitado l imitado ya que aquí los átomos del material son desplazados de su posición original, pero no hasta el extremo de que tomen nuevas posiciones fijas. Así cuando la fuerza cesa, los átomos vuelven a sus posiciones originales originales y el material adquiere su forma original. Si el material es deformado hasta el punto que los átomos no pueden recuperar sus posiciones originales, se dice que ha experimentado una DEFORMACIÓN PLASTICA ELASTICIDAD La elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud vir tud de la cual las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al retirarles dicho esfuerzo. Algunos materiales, como el hierro fundido, el concreto, y ciertos metales no ferrosos, son imperfectamente imperfectamente elásticos aun bajo esfuerzos relativamente reducidos, reducidos, pero la magnitud magnitud de la deformación permanente bajo carga de poca duración es pequeña, de tal forma que para efectos prácticos el material se considera como elástico hasta magnitudes magnitudes de esfuerzos razonables. Una medida cuantitativa de la elasticidad de un material podría lógicamente expresarse como el grado al que el material puede deformarse dentro del límite de la acción elástica; pero, pensando en términos de esfuerzos, un índice práctico de la elasticidad es el esfuerzo que marca el límite del comportamiento comportamiento elástico. Para medir la resistencia elástica, se utiliza el concepto de proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación conocido como Ley de Hooke. RIGIDEZ La rigidez tiene que ver con la deformabilidad relativa de un material bajo carga. Se le mide por la velocidad del esfuerzo con respecto a la deformación. deformación. Mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformación dada, dada, más rígido se considera que es el material. Bajo un esfuerzo simple dentro del rango proporcional, la razón entre el esfuerzo y la deformación deformación correspondiente es denominada denominada módulo de elasticidad (E). En términos del diagrama de esfuerzo y deformación, deformación, el módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama de esfuerzo y deformación en el rango de la proporcionalidad del esfuerzo y la deformación. deformación.

Existen tres módulos de elasticidad: el módulo en tensión, el módulo en compresión y el módulo en cortante. Bajo el esfuerzo de tensión, esta medida de rigidez se denomina módulo de Young; Bajo el esfuerzo de cortante simple la rigidez se denomina módulo de rigidez. RESISTENCIA ÚLTIMA El término resistencia última está relacionado con el esfuerzo máximo que un material puede desarrollar. La resistencia a la compresión es el máximo esfuerzo de compresión que un material es capaz de desarrollar, la resistencia a la tensión es el máximo esfuerzo de tensión que un material es capaz de desarrollar. La figura muestra, esquemáticamente, esquemáticamente, las relaciones entre esfuerzo y deformación para un metal dúctil y un metal no dúctil cargado hasta la ruptura por tensión:

Diagramas esquemáticos de esfuerzo y deformación para materiales dúctiles y no dúctiles ensayados a tensión hasta la ruptura. Con un material quebradizo quebradizo la falla en compresión es por ruptura, y la resistencia a la compresión posee un valor definido. En el caso de los materiales que no fallan en compresión por una fractura (materiales dúctiles, maleables o semiviscosos), semiviscosos), el valor obtenido para la resistencia a la compresión es un valor arbitrario que depende del grado de distorsión considerado como falla efectiva del material. La figura muestra diagramas característicos de esfuerzo y deformación para materiales dúctiles y no dúctiles en compresión:

Diagramas esquemáticos de esfuerzo y deformación para materiales dúctiles y no dúctiles, ensayados a compresión hasta la ruptura. PLASTICIDAD La plasticidad es aquella propiedad que permite al material sobrellevar deformación permanente sin que sobrevenga la ruptura. Las evidencias de la acción plástica en los materiales estructurales se llaman deformación o flujo plástico. Otra manifestación de la plasticidad en los materiales es la ductilidad. La ductilidad es la propiedad de los materiales que le permiten ser estirados a un grado considerable antes de romperse y simultáneamente simultáneamente sostener una carga apreciable. Se dice que un material no dúctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe con poco o ningún alargamiento. Las propiedades mecánicas que son de importancia en ingeniería y que pueden deducirse del ensayo tensión – deformación son las siguientes: 1. Módulo de elasticidad 2. Límite elástico 3. Resistencia máxima a la tensión 1. Módulo de elasticidad elásticamente, o sea En la primera parte del ensayo de tensión, el material se deforma elásticamente, que si se elimina la carga sobre la muestra, volverá a su longitud l ongitud inicial. Para metales, la máxima deformación deformación elástica es usualmente menor a un 0.5%. En general, los metales y aleaciones muestran muestran una relación lineal entre la tensión y la deformación en la región elástica en un diagrama tensión – deformación que se describe mediante la ley de Hooke: El módulo de Young tiene una íntima relación con la fuerza de enlace entre los átomos en un material. Los materiales con un módulo elástico alto son relativamente rígidos y no se deforman fácilmente. Nótese que en la región elástica del diagrama tensión – deformación el módulo de elasticidad no cambia al aumentar la tensión. 2. Límite elástico Es la tensión a la cual un material muestra deformación deformación plástica significativa. Debido a que no hay un punto definido en la curva de tensión – deformación donde acabe la deformación elástica y se presente la deformación plástica se elige el límite elástico el ástico cuando tiene lugar un 0.2% de deformación plástica, como se indica en la figura.

3. Resistencia máxima a la tensión La resistencia máxima a la tensión es la tensión máxima alcanzada en la curva de tensión – deformación. deformación. Si la l a muestra desarrolla un decrecimiento localizado en su sección (un estrangulamiento estrangulamiento de su sección antes de la rotura), la tensión decrecerá al aumentar aumentar la deformación hasta que ocurra la fractura puesto que la tensión se determina usando la sección inicial de la muestra. Mientras más dúctil sea el metal, mayor será el decrecimiento en la tensión en la curva tensión-deformación después de la tensión máxima. La resistencia máxima a la tensión de un material se determina dibujando una línea horizontal desde el punto máximo de la curva tensión – deformación hasta el eje de las tensiones. La tensión a la que la línea intercepta al eje de tensión se denomina resistencia máxima a la tensión, o a veces simplemente simplemente resistencia a la tensión o tensión de fractura.

CONTROL DE CALIDAD CALIDAD: Grado en el que un conjunto de características (o parámetros de medición), cumplen con la necesidad o expectativa establecida, generalmente implícita u obligatoria (Norma ISO 9000: 2000 Fundamentos y Terminología de los Sistemas de Gestión de la Calidad) NORMA: Son Son docum document entos os que que ela elabo bora ra un organ organism ismo o nacio naciona nall de norm normali aliza zació ción n o secretarias de estado, estado, que prevé para un uso uso común y repetitivo, repetitivo, reglas, especificaciones, especificaciones, atributos, métodos de prueba, directrices, características o prescripciones aplicables a un producto producto,, proceso, proceso, instalaci instalación, ón, sistema, sistema, actividad actividad,, servicio servicio o método método de producci producción ón u operación, así como aquellas relativas a terminología, embalaje, marcado y etiquetado (ART: 3 Ley Federal sobre Metrología y Normalización LFMN) Son estableci establecidas das por consenso consenso de las partes partes interesad interesadas as (fabrican (fabricantes, tes, consumi consumidore dores, s, organ organism ismos os de invest investiga igació ción n cient científi ífica ca y tecno tecnológ lógica ica,, labora laborator torios ios y, asocia asociacio ciones nes profesion profesionales) ales);; y aprobado aprobadoss por organism organismo o reconocid reconocido o Sectorial Sectorial// Nacional Nacional / Regiona Regionall / Internac Internaciona ional; l; ofrecen ofrecen un lenguaje lenguaje común común de comunic comunicación ación,, establece establecen n un equilibr equilibrio io socioeconómico socioeconómico entre los distintos agentes que participan en las transacciones comerciales y son un patrón necesario necesario de referencia para para el cliente y el proveedor. La Ley Federal de Metrología y Normalización contempla dos tipos tipos de norma: NOM y NMX NOM Normas oficiales Mexicanas, a cargo del ejecutivo federal y que son regulaciones técnicas federales obligatorias para productos o servicios que comprometan un cambio en los ecosistemas y salud de seres vivos. (Cap. II Sección I Art. 40, 41) NMX Normas mexicanas voluntarias o comerciales, a cargo del sector privado que se refieren a la calidad de bienes y servicios. (Cap. II Sección II Art. 51) NORMALIZACIÓN. Es una actividad actividad colectiva colectiva encamin encaminada ada a establecer establecer solucion soluciones es a situaciones repetitivas, consiste en la elaboración, difusión y aplicación de normas. En general las escriben dependencias de gobierno. ORGANISMOS QUE EMITEN NORMAS: NACIONALES: Organismo Nacional de Normalización y Certificación para la construcción y edificaci edificación ón ONNCCE ONNCCE (Secretar (Secretaria ia de Economia Economia), ), Centro Centro Nacional Nacional para la Prevenció Prevención n de Desastres (CENAPRED), Dirección General de Norma (DGN), SCT, CFE, PEMEX. EXTRANJERAS: Sociedad Americana para Pruebas de Materiales Materiale s ASTM, Instituto Americano de estandarización ANSI, Asociación Francesa de Normalización AFNOR, Asociación Española de Normalización y Certificación C ertificación AENOR, Asociación Americana de Ingenieros Civiles ASCE, Sociedad Americana para la Enseñanza de Ingeniería ASEE,

Asociación Americana de Ingeniería del cemento ASHRAE, Sociedad Americana de la Calidad ASQC, Institución Británica Británica de Estandarización Estandarización BSI; Comité Europeo Europeo de Estandarización. COMPONENTES GENERALES DE UNA NORMA EMITIDA POR EL ONNCCE: a) Nombre Prefacio: Empresas que integran el comité y que participan en la elaboración de la b) Prefacio: Norma. c) Objetivo y/o aplicación. d) Referencias. e) Definiciones f) Equipo, aparatos e instrumentos g) Preparación y acondicionamiento de las muestras. h) Procedimientos. i) Bibliografía  j) Concordancia con normas internacionales k) Vigencia ESPECIFICACIÒN. ESPECIFICACIÒN. Definición en forma precisa y ordenada con individualidad de una cosa, objeto o material que se pretende utilizar en un proyecto. La escriben los dueños de un proyecto, diseñadores, proyectistas, constructores o vendedores. vendedores. CERTIFICACIÓN. CERTIFICACIÓN. Procedimiento por el cual una tercera parte asegura por escrito que un producto, proceso, servicio o sistema satisface los requisitos establecidos por una norma o en un documento normativo. Las actividades de certificación incluyen: evaluación de la conform conformidad idad con documen documentos tos normativo normativos, s, evaluación evaluación de los sistemas sistemas constru constructivo ctivos, s, certif certifica icació ción n de los sistem sistemas as de calidad calidad de normas normas mexican mexicanas as (NMX-C (NMX-CC C / ISO ISO 9000, 9000, información sobre normas y bienes. ACREDITACIÓN. ACREDITACIÓN. El acto por el cual un organismo externo reconocido, considerando una norma de referencia aplicable, reconoce la competencia técnica y confiabilidad de una empresa, institución o individuo para la evaluación de la conformidad. conformidad.

CONTROL ESTADÍSTICO DE PROCESOS Definición de Procesos La forma general de definir un proceso es: “ conjunto de actividades necesarias para la transformación de insumos en productos o resultados agregándole un valor ". Los insumos y recursos son las fuentes de variación de los procesos, estos pueden ser: materiales, procedimientos, equipos, medio ambiente y recurso humano. La importancia de conocer un proceso es que este se pueda controlar. Una vez controlado el proceso se debe mejorar, esto es, reducir la variabilidad para que se generen artículos o servicios lo más uniforme posible. Un requisito de la mejora de los procesos es lograr la uniformidad de los procesos mediante la reducción de la variación. La reducción de la variación permite hacer predicciones y planes de los acontecimientos, comportamientos y desempeños futuros basados en el proceso y el conocimiento profundo de los componentes y variables que afectan al proceso. El uso de técnicas de muestreo y análisis estadístico, en ambientes de producción, tiene como finalidad la reducción sistemática de la variabilidad. Es importante que un proceso se encuentre en control estadístico ya que es en ese estado cuando un proceso se puede mejorar y disminuir su variabilidad. Los gráficos de control o cartas de control son una importante herramienta utilizada en control de calidad de procesos. Básicamente, una Carta de Control es un gráfico en el cual

se representan los valores de algún tipo de medición realizada durante el funcionamiento funcionamiento de un proceso contínuo, y que sirve para controlar dicho proceso.

El propósito de una gráfica de control es determinar si el comportamiento comportamiento de un proceso mantiene un nivel estadístico de control, así como también el de proporcionar información de prevención, o anticiparse a la pérdida de control estadístico. La línea central corresponde a la media de las medias muestrales, mientras que las líneas superior e inferior a los límites de control. Los puntos graficados corresponden a las medias de pequeñas muestras tomadas a través del tiempo, durante el proceso. En general, si un punto cae fuera de los límites de control es un indicativo de que existe una causa especial de variación, la cual debe ser buscada y corregida para regresar al estado de control estadístico. Incluso si todos los puntos se hallan dentro de los límites de control, pero éstos se comportan de manera sistemática o no aleatoria, esto indicará que existen causas especiales de variación, por lo que el proceso no estará en un estado de control.

ROCAS Y SUELOS PERFILES ESTRATIGRÁFICOS Son representaciones esquemáticas que nos indican la composición de un terreno en capas o estratos que se formaron en el transcurso del tiempo.

0-2

. . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .NTN ............. ............. ... . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . ................................................................. ............ NAF

Arena Grava con Arena

NTN: Nivel del terreno Natural

NAF: Nivel de Fragmentos con Aguas Freáticas La representación por medio de perfilesArcilla estratigráficos se obtiene a partir de métodos 5-5.5 (muestreo y ensaye de materiales) o métodos indirectos (estudios, geofísicos o directos Roca Sana sísmicos), presentando presentando información cuya finalidad es:

2-5

a) b) c) d)

Indicar cómo la historia historia geológica geológica influye influye sobre sobre las características del terreno terreno Dar valores valores típico típicoss sobre sobre las propiedad propiedades es de las rocas rocas y/o suelos suelos Mostrar Mostrar la variabilid variabilidad ad del comport comportamie amiento nto del suelo suelo con la profund profundidad idad Historia Historia de presio presiones nes o esfuerz esfuerzos os a los que que se sometió sometió un suelo. suelo.

CICLO DE FORMACIÓN DE LAS ROCAS

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS Las Las roca rocass está están n invo involu lucr crad adas as en much muchos os proy proyec ecto toss de inge ingeni nier ería ía civi civil, l, sus sus propiedades propiedades son consideradas en la fase de exploración, diseño, construcción y servicio del proyecto. La roca se considera intacta o masiva. a)

ROCA INTACTA ó SANA: no presenta discontinuidades como juntas y plegamientos, SE DESC DESCRI RIBE BE EN TÉRM TÉRMIN INOS OS GEOL GEOLÓG ÓGIC ICOS OS DE ACUE ACUERD RDO O A LA DESC DESCRI RIPC PCIÓ IÓN N MINERALÓGICA, TEXTURA, ETC.

 b)

ROCA MASIVA: es interrumpida por discontinuidades o bloques de roca intacta, Por el tamaño de sus partículas se divide en fragmentos de roca (de 0.75 m a 2.0 m de diámetro) o fragmentos de roca chicos (de 7.5 cm a 20 cm).

FORMAS COMERCIALES DE LA ROCA 1. DE CANTERA CANTERA monumentos o piezas de ornato

2. PIEDRA PIEDRA BRAZA cimentaciones cimentacione s

4. EN

5. POLVO DE ROCA Roca masiva sin clasificación de tamaños

3. BALDOSADA BALDOSADA Fahadas

GREÑA Para pisos

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE LAS ROCAS •

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COLOR. Es debido a los minerales que la componen estos se clasifican respecto al color en dos grupos: · los minerales idiocromáticos · los minerales alocromáticos. Se llama idiocromaticos a los minerales que tienen colores característicos relacionados con su composición, en este caso el color es útil como medio de identificación. identificación. En los minerales alocromaticos no se presenta un color característico. FRACTURA. Es la manera irregular de separarse dos o más cristales no coincidiendo coincidiendo con un posible plano cristalográfico, cristalográfico, al aplicarles una fuerza. La fractura puede ser: - Concoidea o concoidal, se generan superficies cóncavas – convexas y se pueden apreciar ondas concéntricas en torno al punto de impacto. - Irregular, cuando se rompe según superficies bastas e irregulares - Fibrosa o astillosa, el mineral se rompe según fibras o astillas. CLIVAJE. Es la forma de separación de los cristales de un mineral, también al apli aplica carl rle e una una fuer fuerza za y se dife difere renc ncia ia de la exfo exfolia liaci ción ón por por gene genera rarr plan planos os de separación menos perfectos. En función de estos se habla de grados de clivaje, siendo siendo el grado 1: clivaje clivaje perfecto perfecto (límite superior superior con la exfoliación) exfoliación);; grado 2: clivaje bueno; grado 3: clivaje medio; grado 4: clivaje imperfecto y grado 5: clivaje absolutamente absolutamente imperfecto (limite con la fractura). DUREZA. Se llam llama a dure dureza za al grad grado o de resi resist sten enci cia a que que opon opone e una una roca roca a la deformación mecánica. Depende de la composición química de los minerales que la conforman y también de la disposición de sus átomos. Cuanto más grandes son las fuerzas de enlace, mayor será la dureza del mineral y por ende de la roca. LUSTRE – BRILLO. El brillo en una roca es debido a la capacidad de sus minerales de reflejar la luz incidente. FLUORESCENCIA O FOSFORESCENCIA. FOSFORESCENCIA. Las rocas fluorescentes se hacen luminiscentes luminiscentes cuando están expuestos a la acción de los rayos ultravioleta, X o catódicos. Si la luminiscencia continua después de haber sido cortado la excitación se llama al fenómeno fenómeno fosforescencia y a la roca con tal característica mineral fosforescente. Las fluoritas de color intenso intenso son rocas fosforescentes, fosforescentes, que muestran luminiscencia luminiscencia al ser expuestas a los rayos ultravioleta. RQD. Índice de calidad de la roca permite estimar discontinuidades microscópicas e interismo a diferentes profundidades. Datos para los cálculos: Profundidad Profundidad de perforación Longitud de los núcleos perforados

 RQD =

∑ longitudes _ de _ nucleos≥ 1 0cm x10 0  profundida d  _ d e _  perforacio n

RQD 0-25 26-50 51-75 76-90 91-100 •

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Designación de la Calidad DESCRIPCIÓN Muy mala Mala Regular Buena Excelente

COEFICIENT COEFICIENTE E DE EXPANSIÓN EXPANSIÓN.. Propieda Propiedad d térmica térmica que indica la capacida capacidad d de cambiar el volumen con respecto a la temperatura % DE DESG DESGAS ASTE TE POR POR ABRA ABRASI SIÓN ÓN.. Resist Resistenc encia ia a degra degrada darse rse ante ante carga cargass abrasivas, se realiza por medio de la máquina de los ángeles.

W  si W  sf  t  ep o  _  r a b r a s i ó n x1 0 % _ d e _ d e s g a s _  W  si −

=

W si  si :

Peso seco inicial W sf  sf : Peso seco final

si % de desgaste por abrasión >50%, puede ser utilizada la roca para fabricar concreto •

PERD PERDID IDA A EN PESO PESO POR POR INTE INTEMP MPER ERIS ISMO MO ACELERADO. Pérdida en peso de la estructura sólida ante sustancias acidos o sulfatos ejem. Sulfato de sodio.

RANGOS DE LAS PROPIEDADES BÁSICAS DE LAS ROCAS ENS SID IDAD AD PORO ROSI SIDA DA RESISTENCIA (kg/cm 2) TIPO DE ROCA DEN D COMPRESIÓ TENSIÓN CORTANTE N qu T S ÍGNEAS 2.2-3.1 0.1-1.5 1000-3500 70-350 140-600 SEDIMENTARI 2.0-2.7 1.0-3.0 50-2500 20-250 30-500 AS METAMÓRFIC 2.6-3.0 0.1-2.0 500-3000 50-300 150-600 AS RCDF --4% Máximo 100-150  AGREGADOS MINERALES. SON PARTÍCULAS DE ROCA TRITURADA, GRAVA Y ARENA (TRITURADA O NATURAL) Y PRODUCTOS ARTIFICIALES INORGÁNICOS DEL TAMAÑO DE ARENA Y GRAVA, UTILIZADOS SOLOS O EN COMBINACIÓN DE OTRO MATERIAL (AGLOMERANTES) PARA UN FIN CONSTRUCTIVO, CONSTITUYENDO LA MAYOR PARTE DE LA ESTRUCTURA EN QUE INTERVIENEN; COMO POR EJEMPLO: • • • •

Arena y grava para concreto asfáltico, constituyen aproximadamente el 90% en peso. Arena y grava para concreto hidráulico, constituyen aproximadamente el 85% en peso. Suelos con calidad de Sub-bases y Bases, para la estructura de un pavimento, constituyen el 100% en peso. Rellenos y Filtros de estructuras, constituyen constituyen el 100% en peso.

Los aglomerantes aglomerantes son sustancias sustancias para unir fragmentos fragmentos ó elementos heterogéneos, heterogéneos, los principales aglomerantes son: cemento Pórtland, cal, yeso, cemento asfáltico, resinas

naturales o artificiales. Se denominan aglomerados a la masa resistente y dura formada con con agre agrega gado doss mine minera rale less cohe cohesi sion onad ada a físi física ca,, quím químic ica a o me mecá cáni nica came ment nte e por por un aglomerado. En la descripción de agregados minerales se utilizan términos como: a) FUEN FUENTE TE DE ORIGE ORIGEN N •

• •

NATURALES: de ríos o arroyos conglomerados, se separan arena y grava por cribado cribado en diverso diversoss tamaños tamaños (3”, (3”, 1 ½”, 3/8”, 3/8”, No. No. 4”, pasa pasa No. 4) para elimin eliminar ar limos y arcillas. También se utilizan escorias de origen volcánico de tipo pumítico (tepojal) TRITURADOS: Fragm Fragment entos os de roca roca tritur triturad ados os y criba cribado doss hasta hasta alcan alcanza zarr los tamaños deseados  ARTIFICIALES: como unicel, plástico, fragmentos de acero, desperdicio de altos hornos (escoria y fly Ash), etc.

b) TAMA TAMAÑO ÑO MÁXI MÁXIMO MO De acuerdo a valor de la abertura de la criba en la cual pasa el 100% del material, se define únicamente únicamente para las gravas y se define en pulgadas (2”, 1 ½”, 1”, ¾”, 3/8”) c) FORMA De acuerdo a los valores de esfericidad y redondez. Las partículas equidimesionales presentan menor área superficial por unidad de volumen y se empacan mejor que las partículas alargadas alargadas y planas, así que requieren menor cantidad de aglomerante. La redondez afecta directamente al contenido de vacíos, a mayor redondez menor contenido de vacíos. CLASIFICACIÓN DE LA FORMA DE DESCRIPCIÓN LA PARTÍCULA ANG ANGULAR LAR Bord Bordes es bien ien def defin inid ido os en en la la in inters ersecc ección ión de de car cara as rugosas y tres dimensiones dimensiones iguales ALAR ALARGA GADA DA Part Partíc ícu ulas las ang angu ulare laress con con una una rrel elac ació ión n lar largo go/a /anc ncho ho >3 PLANA Partículas con relaciones largo/ancho < 3 IRREGULAR De forma natural irregular por desgaste, con bordes redondeados REDO EDONDE NDEADA ADA Desg esgaste ste sever evero, o, trid ridimen imenssion ional y sin sin bordes rdes claros d) TEXTU TEXTURA RA SUPER SUPERFIC FICIAL IAL Es el grado en que una partícula puede ser medida de acuerdo a la altura y separación de sus asperezas en su superficie. La textura superficial afecta la adherencia de las partículas y el aglomerante, Las partículas tersas se empacan mejor que las partículas rugosas y por lo tanto requieren menor cantidad de aglomerante aglomerante CLASIFICACIÓN DE LA TEXTURA SUPERFICIAL DE DESCRIPCIÓN LA PARTÍCULA ÁSPERA Fractura cco on gr granos fi finos a medianos di difíciles de ver a simple vista LISA Desgastada po por ag agua o por fr fractura de de ro rocas laminadas GRANULAR Fractura con granos uniformes aproximadamente redondos PANALOIDE Cavidades y poros visibles

CRISTALINA

Partes cr cristalinas fá fácilmente d diistinguibles

GRANULOMETRÍA. Distribución Distribución de frecuencias del tamaño de sus partículas apropiada para cada uso. ARENAS , que esta Existen parámetros de calidad como MODULO DE FINURA EN ARENAS, definido como la suma del porcentaje retenido acumulado de la malla No. 4 a la No. 100 dividido entre 100. Un valor entre 2,30 y 3,10 es apropiado. La importancia practica de la curva granulométrica es la de mantenerla tan constante como sea posible para disminuir las variaciones de las propiedades físicas y mecánicas del ma mater terial ial,, se deberá deberá determ determina inarr la cantid cantidad ad de susta sustanc ncias ias perju perjudic dicial iales es en las muestras de materiales. La cantidad de arcilla determina el comportamiento de los agreg agregado adoss miner minerale aless y se consid considera eran n susta sustanc ncias ias perjud perjudici iciale aless en los siguie siguient ntes es aspectos: Mayor cantidad: aumenta la plasticidad, el potencial de expansión y/o contracción, agrietamiento, cohesión y compresibilidad. Mayor consumo de cemento reduce la estabilidad y adherencia de la mezcla, incrementan la demanda de agua, aparición de grietas en la superficie MEZCLA DE DOS O MÁS AGREGADOS MINERALES Por lo general no se tiene una sola fuente de agregados que proporcione los requisitos granulométricos granulométricos para concreto asfáltico, material de base ó sub-base, sub-base, por lo que es necesario mezclas dos o más materiales. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Un procedimiento gráfico para mezclar dos materiales consiste en: Trazar Trazar un cuadro cuadro de 10 divisio divisiones nes por lado lado Marcar Marcar el porcentaje porcentaje que pasa pasa cada tamiz tamiz de cada agregad agregado o en los ejes verticales verticales para para el suelo A (grueso) y suelo B (fino) Para cada cada tamaño tamaño unir unir con una una línea recta recta los dos dos agregad agregados os Marcar Marcar los limites especif especificad icados os en cada recta utiliza utilizando ndo los ejes horizon horizontales tales Trazar Trazar una una línea línea ve vertica rticall entre entre estos estos limite limitess Determina Determinarr el porcenta porcentaje je requerido requerido para para cada cada agregado agregado..

Esté método se puede aplicar realizando la mezcla para dos materiales, posteriormente la nueva granulometría granulometría se utiliza para mezclar un tercer material

Relación fino/total (%) %

100 100

80

60

40

20

0 100

q u e

80F 

80

6 0 N

I

60

 p a s a

O 4 0

40

% q u e  p a s a

G R  U E S O

20

20

0 0

20

40

60

80

0

grueso/total (%) Relación grueso/total Generalmente se realizan mezclas de materiales para cumplir con alguna granulometría para agregados minerales empleados como sub-base, base, material para elaboración de carpeta asfáltica, las granulometrías de dichos materiales se muestran en las siguientes tablas

AGLOMERANTES. Un aglomerante es una sustancia utilizada para unir fragmentos de agregados minerales o elementos heterogéneos. En la construcción, un aglomerado es una masa cohesionada física, química o mecánicamente por medio de una sustancia, tiene las propiedades de resistencia y dureza, formada con arena, grava, piedra, entre otros (p. Ejem: aditivos, agregados agregados artificiales, pigmentos) Clasificación de los aglomerantes: aglomerantes: 1. Aglomera Aglomerantes ntes pétreos. pétreos. Son aquello aquelloss que al ser mezclado mezcladoss con agua toman consiste consistencia ncia plástica y al endurecer toman características pétreas, en esta clasificación se tienen dos grupos: -

-

Aglomerantes aéreos: endurecen con el aire, ejemplos: arcilla, yeso, cal aérea viva y cal aérea hidratada. Se utilizan en acabados (revoques finos), si se coloca en lugares confinados tardara mucho en fraguar o quizá no fraguara lo que significa que no endurecerá. Tienen capacidad de adherencia y se aceptan proporciones en volumen de 1: 3.5 mínimo y de 1: 6 máximo (aglomerante – agregados) Aglomerantes hidráulicos: endurecen con el agua e incluso debajo del agua, con o sin sin pres presen enci cia a del del aire aire,, requ requie iere ren n peri period odos os de hidr hidrat atac ació ión n para para alca alcanz nzar ar su resistencia máxima, ejem: cemento, cal hidratada, cemento de albañilería. Se usan en lugare lugaress confin confinado adoss y ma mamp mpos oster tería, ía, dond donde e se requie requiera ra resist resistenc encia ia y poca poca capacidad de adherencia. Se acepta que la suma de los volúmenes de aglomerantes y la suma de los volúmenes de los agregados debe mantener una relación mínima de 1: 2.25 y máxima de 1: 3

La clasificación de los aglomerantes en base a su capacidad de resistencia de mayor a menor es la siguiente: cemento portland, cemento de albañilería, cal hidráulica, cal aérea y yeso. En base a su capacidad adherente, para las cales, la cal hidráulica aérea es más adherente que la cal hidráulica. 2. Aglomerantes Hidrocarbonatados: Hidrocarbonatados: Son materiales materiales que que endurecen endurecen por evaporación evaporación o enfriamiento de los disolventes que lo forman. ejem: asfalto, resinas (polímeros) Definiciones importantes: -

Pasta: mezcla de aglomerante + agua Mortero: mezcla de aglomerante + agua + arena ó aglomerante hidrocarbonatado hidrocarbonatado + arena Concreto: mezcla de grava + arena + aglomerante + aditivos + agua (aglomerante pétreo) Fraguado: Fraguado: Al mezclar el agua y el aglomerante, aglomerante, se inician una una serie de reacciones reacciones químicas, químicas, manifestándose manifestándose inicialmente por la rigidización gradual de la pasta asociada a los cambios de temperatura, siguiendo con la perdida de plasticidad y culmina con el endurecimiento endurecimiento y adquisición de resistencia mecánica del material

-

-

Fraguado falso: es la rigidez prematura y anormal de los aglomerantes hidráulicos (principalmente en el cemento), que se presenta dentro de los primeros minutos desp después ués de habe haberr adici adicion onado ado el agua agua,, al volver volverlo lo a me mezcl zclar ar se restab restablec lece e su plasticidad.  Trabajabilidad. Es la propiedad que posee una mezcla de materiales que permite al operario colocarlo con facilidad, realizar su alineamiento y mantenerlo a plomo en estado plástico. Para el cemento se considera que a los 45 minutos pierde su trabajabilidad (fraguado inicial) y a las 10 horas (fraguado final) ya se presenta resistencia en el concreto,

CAL VIVA. Es el producto de la calcinación de una roca caliza (CaCO3) o dolomita entre 900°C y 100°C. Esta constituida en su mayor parte por oxido de calcio CaO y oxido de magnesio (mínimo 95%); sílice, alúmina y oxido de hierro (5% máximo). Control de calidad: se toman muestras para determinar la composición química y la Finura verificando que que el residuo retenido en la malla malla No. 20 (0.841 mm) mm) no sea mayor de 15% 15% en peso. CAL HIDRATADA. Es un polvo seco obtenido de la combinación de cal viva con agua para formar hidróxido de calcio ( Ca OH2) y oxido oxido de de magnesio magnesio MgO. Existen dos tipos de cal hidrat hidratada ada para para emplea empleado doss para para la ela elabo borac ración ión de mo morte rteros ros,, recub recubrim rimien ientos tos y como como adicionantes para el cemento portland. Se designan como sigue: -

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

El tipo E difiere del tipo N principalmente por la capacidad para dar un alto valor de plasticidad en corto tiempo, así como por su mayor poder de retención del agua y por su limitación de contenido de oxido no hidratado. Control de calidad: se toman muestras para determinar: a) Co Comp mpos osic ició ión n quím químic ica: a: -  Tipo N: oxido de calcio CaO y oxido de magnesio (mínimo 95%); bióxido de carbono (5% máximo) -  Tipo E: oxido de calcio CaO y oxido de magnesio (mínimo 95%); bióxido de carbono (5% máximo), máximo), Oxidos no hidratados 8% máximo b) Finura Finura:: verifi verificar car que el residuo residuo retenid retenido o en la ma malla lla No. 30 (0.59 (0.595 5 mm) mm) lavan lavando do el material no sea mayor de de 0.5% en peso. c) Valor Valor de plasticidad plasticidad:: en la cal Hidratada Hidratada tipo E mayor mayor de 200, en función función del tiempo tiempo en que tarda una pasta en llegar a una lectura de 100 en un aparato estandarizado. d) Retenc Retención ión de agu agua a mayor mayor a 75% (tipo (tipo N), N), y mayor mayor de 85 (tipo (tipo E) despu después és de una una succión de 60 segundos. CAL HIDRAULICA HIDRAULICA HIDRATADA HIDRATADA.. Es un prod produc ucto to ceme cement ntan ante te seco seco resu result ltad ado o de la hidratación del material obtenido de la calcinación de roca caliza que contenga sílice y alúmina, de tal manera que además de formarse cal viva (CaO) deje suficiente silicato de calcio no hidratados para proporcionar al polvo seco sus propiedades hidráulicas, las cuales pueden aumentarse aumentarse adicionando adicionando una puzolana puzolana pulverizada natural o artificial Existen dos tipos de cal hidratada para empleados para la elaboración de morteros, recubrimientos y como aditivos plastificantes. Se designan como sigue: -

  Tipo A – Cal hidráulica hidratada rica en calcio hasta 5% en peso de oxido de magnesio magnesio con respecto a la proporción volátil  Tipo B: Cal hidráulica hidratada magnesitica, que contiene más del 5% en peso de oxido de magnesio con respecto a la proporción volátil

Control de calidad: se toman muestras para determinar: a) Composición química: Calculado con respecto a la proporción no volátil: oxido de calcio CaO y oxido de magnesio en 60%-70%, Sílice SiO 2 en 16%-26%, Oxido de Hierro Fe3O2 y oxido de Aluminio Al2O3 12% máximo; Bióxido de carbono 5% máximo calculado con respecto a la muestra como se recibe.

b) Finura Finura:: verifi verificar car que el residuo residuo retenid retenido o en la ma malla lla No. 30 (0.59 (0.595 5 mm) mm) lavan lavando do el material no sea mayor de 0.5% 0.5% en peso ni mayor mayor del 10% en la malla malla No. 200 (0.047 mm). c) Tiempo Tiempo de fraguad fraguado: o: para la pasta pasta de cal de consistenc consistencia ia normal, normal, el fraguado fraguado inicial inicial no deberá ser mayor de 2 horas y el final quedar dentro de un lapso de 48 horas d) Sanidad: las barras barras de pastas de cal cal no deberán deberán tener tener una una expansión expansión mayor mayor del 1% 2 e) Resistencia a compresión: no deberá ser menor de 12 kg/cm a los 7 días, no menor de 24 kg/cm2 a los 28 días CEMENTANTE PARA MORTERO. MORTERO . Es un producto que se obtiene al mezclar cal hidratada y sílice sílice activa activa,, finam finament ente e pulve pulveriz rizad adas as en la propo proporci rción ón adecu adecuada ada para para su uso uso como como aglutinante aglutinante en morteros para mamposterías y recubrimientos recubrimientos Control de calidad: se toman muestras para determinar: a) Finura: Finura: verificar verificar que que el residuo residuo retenido retenido en la malla No. 325 en seco seco máximo máximo 15% en peso b) Sanidad Sanidad:: las barras barras de pasta pastass de cal no deberán deberán tener tener una una expansió expansión n mayor mayor del 1% al someterse en el autoclave c) Tie Tiemp mpo o de fraguad fraguado, o, utili utilizan zando do el métod método o de Gillmore Gillmore para la pasta pasta de consis consisten tencia cia normal, el fraguado inicial no deberá ser mayor de 2 horas y el final quedar dentro de un lapso de 24 horas d) Resistencia a compresión: en cubos de 5 cm x 5 cm no deberá ser menor de 35 kg/cm 2 a los 7 días, no menor de 63 kg/cm 2 a los 28 días e) Retenc Retención ión del agua: agua: flujo flujo después después de la succión succión 70% mínimo mínimo con respect respecto o al flujo original.  YESO.  YESO. Es el producto de la deshidratación parcial o total de la piedra de yeso o algez CaSO4 con dos moléculas de agua (2 H 2O) cuando se calientan entre 1000° a 1400°C. El yeso cristaliza en un sistema monociclico, es soluble en agua y cuando endurece trata de reproducir a la roca original. Presenta fraguado de 2 a 3 minutos y finaliza finaliza entre 10 y 20 20 minutos. Durante el fraguado aumenta en volumen un 0.5%. De acuerdo a su uso se producen 1 tipos: -

 Yeso calcinado: polvo seco principalmente sulfato de calcio semihidratado utilizado para la producción de cemento y mortero.   Yes Yeso o para para em empa past star ar:: yeso yeso calc calcin inad ado o a 169° 169°C C y 200° 200°C, C, es muy muy plás plásti tico co y en ocasiones se le agregan retardantes de fraguado, se clasifican en: Yeso de 1ª. (blanco), Yeso de 2ª (gris) (gris) y Yeso para prefabricados prefabricados

CEMENTO PORTLAND.  Antecedentes históricos: históricos : El empleo de cementantes es muy antiguo, los egipcios, romanos y griegos utilizaban caliza calcinada y posteriormente aprendieron a mezclar cal con agua, arena y piedra triturada o ladrillo y tejas quebradas, este fue el primer concreto de la histor historia. ia. La sílice sílice activa activa y la alúmi alúmina na que que se encuen encuentra tran n en las ceniz cenizas as volcá volcánic nicas as combinadas combinadas con cal molidos a temperatura normal forman lo que se conoce como cemento puzolanico, puzolanico, (cementos aéreos). En 1756 John Smeaton fue comisionado para reconstruir el faro de Eddystone, en la costa de Cornvalle Inglaterra, descubrió que el mejor cemento se obtenía cuando se mezclaba puzolana con caliza que contenía una alta cantidad de material arcilloso, Smeaton fue el primero en conocer las propiedades químicas de la cal hidráulica. A partir de esto se desarrollaron otros tipos de cementos hidráulicos como el “cemento romano” que obtuvo  James Parker por calcinación de nódulos de caliza arcillosa, que vinieron a culminar con la patente del CEMENTO PORTLAND que obtuvo Joseph Aspdin en 1924. Este cemento se prepara calentando calentando una mezcla mezcla de arcilla finamente finamente triturada y caliza dura dura en un horno horno hasta eliminar el CO2, esta temperatura es mucho más baja que la necesaria para la formación del clinker. El prototipo de cemento moderno lo obtuvo en 1845 Isaac Johnson quien quemo una mezcla de arcilla y caliza a una temperatura aproximada de 1400°C, donde el material se sintetiza y se funde parcialmente parcialmente hasta obtener un sólido en forma de esferas conocido como clinker. El clinker se enfría y se tritura en un molino hasta obtener

un polvo fino al cual se le adiciona un poco de yeso y el producto comercial comercial resultante es el cemento Portland. COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO PORTLAND. Las materias primas utilizadas en la fabricación del cemento portland consisten en cal, sílice, alumina, oxido de hierro y yeso. Que interactuan hasta formar una serie de productos más complejos, hasta alcanzar un equilibrio químico, con la excepción de un pequeño residuo de cal no combinada que no ha tenido tiempo de reaccionar. La estima estimació ción n de la compo composic sición ión del del cemen cemento to se ha simpli simplific ficad ado o con mé métod todos os como como fluorescencia de rayos X (difractometría) y microanálisis por sondeo eléctrico. Se suelen considerar como los componentes componentes principales del cemento a los l os indicados en la sig. tabla. Composición del oxido Abreviatura SILICATO SILICATO DICALCICO DICALCICO 2 Ca O . SiO 2 C2 S granos incoloros equidimensionales SILICATO TRICALCICO 3 Ca O . SiO2 C3 S cuatro formas cristalinas ALUMINATO TRICALCICO 3 Ca O . Al 2O3 C3 A cristales rectangulares y una fase amorfa ALUMINOFERRITO TETRACALCICO 4 Ca O . Al2 O3 . Fe2O3 C4 AF solución sólida ALCALIS (oxido de magnesio y potasio) Na 2O y K 2 O --Componentes menores MgO, TiO2 , Mn2 O3

Se ha encontrado que los álcalis reaccionan con algunos agregados minerales y que los productos de esta reacción ocasionan una desintegración del concreto, además de afectar la rapidez con que el cemento adquiere resistencia. HIDRAT HIDRATAC ACION ION DEL CEMENT CEMENTO. O. El ceme cement nto o hidr hidrat atad ado o es una una mezcl ezcla a de cuat cuatro ro compuestos de hidratación principales. Las partículas de cemento en contacto con el agua forman un gel de cemento, una sustancia gelatinosa rígida consistente de cristales y agua no evaporable (agua gel), en el momento en que se cemento se mezcla con el agua se inician reacciones de hidratación, el agua se satura de cal libre, el silicato tricalcico se hidrata liberando hidroxilos de calcio el cual cristaliza lentamente en la solución. El agua libera los álcalis del cemento como sulfatos alcalinos, en tanto los aluminatos reaccionan con con el yeso yeso disu disuelt elto o en el agua agua prec precip ipit itán ándo dose se,, gene generá ránd ndos ose e calo calorr y aume aument nto o de temperatura, la pasa de un estado fluido a un estado rígido. En ocasiones se presenta un fraguado falso, una rigidez prematura el poco tiempo de mezclado sin generación de calor de hidratación, y con trabajo mecánico es posible lograr la plasticidad de la pasta. Este fenómeno se debe por la falta de yeso en el cemento con gran generación de calor porque el agua reacciona con el aluminato tricalcico (C 3A), si no se logra la plasticidad en la pasta el cemento se debe desechar. Los hidratos más importantes son los silicatos proporcionando las partes cohesivas a la pasta pasta agua-cemen agua-cemento, to, son cristales cristales no bien desarrolla desarrollados dos en forma de fibras fibras flexibles flexibles y hojas con agua entre capas, como las arcillas. El agua absorbida entre capas se mantiene unida por medio de las fuerzas de Van del Walls, causando un proceso irreversible de movimiento de las moléculas de agua entre capas. Los silicatos de calcio se combinan combinan con el 24% de agua formando una sustancia que en su forma final es un hidrato de silicato tricalcico. A pesar de que el agua de hidratación es casi igual en los dos silicatos (tricalcico y dicalcico), el silicato dicalcico produce el doble del hidrato de calcio afectando significativamente las resistencia a carga y al ataque de agentes agresivos de la pasta agua-cemento. La hidratación del aluminato tricalcico y el yeso no son bien conocidas, primero se produce un hidr hidrat ato o rico rico en agua agua que reac reacci cion ona a con con el 40% 40% del del agua agua.. La hidra idrata taci ción ón del del aluminoferrito tetracalcico con el 37% de agua y el 30% del hidrato de cal después de que el yeso ha terminado de de reaccionar con con el C3A Las propiedades mecánicas de la pasta agua-cemento dependen de la estructura física de los productos de hidratación. El modelo de Powers considera una representación idealizada de la hidratación del cemento basada en las siguientes ecuaciones: ecuaciones:

Donde:

Volumen de agua no evaporable

Vwne = 0.23 Wc

Volumen de Sólidos de hidratación

Vsh = Vc + 0.75 Vwne

Volumen de agua gel Vwg, depende de la porosidad en la pasta agua-cemento Powers considero n = 28% = 0.28 y la formula Despejando Sustituyendo Vsh Volumen de agua gel

Vwg n = ----------------Vsh + Vwg

0.28 (Vsh + Vwg) = Vwg 0.28 (Vsh + Vwg) = Vwg

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

Vwg = 0.389 Vsh

Volumen de productos de hidratación

Vph = Vsh + Vwg

Estructura ó Representación de Fases

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

Wc : Peso del cemento Vc : Volumen del cemento Dc : Densidad del cemento Pórtland = 3.15 Vw : Volumen de agua Dw : Densidad del agua Vvp : Volumen de vacíos en la pasta Vsp: Volumen de sólidos en la pasta

Capilares Agua

Vp = Vc + Vw

Cemento

Vcap = Vc Vc + Vw – Vsh – Vwg

Porosidad real en la pasta agua-cemento

Vcap + Vwg n = ----------------Vp

Cemento sin Hidratar

Agua gel Sólidos de hidratación

Vcap Vvp Vwg Vsh

Vsp

Cemento Hidratado

Ejem1: Calcule la cantidad de agua necesaria para hidratar 100 y determine la

rel a/c.

Sol. Volumen del cemento Vc = Wc / Dc = 100 gr / 3.15 gr/cm 3= 31.746 cm3 Utilizando las formulas propuestas en el modelo de Powers. Volumen de agua no evaporable Vwne = 0.23 Wc = 0.23 (100) = 23 gr ó 23 cm3 Volumen de Sólidos de hidratación Vsh = Vc + 0.75 Vwne = 31.746 + 0.75 (23) = 48.996 cm 3 Vwg = 0.389 Vsh = 0.389 (48.966) = 19.06 cm 3 Volumen de agua gel El agua requerida requerida para realizar realizar la mezcla es Vw = Vwne Vwne + Vwg = 23 + 19.06 = 42.06 42.06 cm3 ó 42.06 ml Volumen de Capilares

Vcap = Vc Vc + Vw – Vsh – Vwg = 31.746 + 42.06 – 48.996 – 19.06 = 5.75 cm 3

Porosidad real en la pasta agua-cemento

Vcap + Vwg 5.75 + 19.06 n = ----------------- = -------------------- = 0.33 ó 33% Vp 31.746 + 42.06

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

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

Sol. Volumen del cemento Vc = 31.746 cm 3 .Utilizando las formulas propuestas en el modelo de Powers. Vwne = 0.23 Wc = 0.23 (100) = 23 gr ó 23 cm3 Volumen de agua no evaporable Volumen de Sólidos de hidratación Vsh = Vc + 0.75 Vwne = 31.746 + 0.75 (23) = 48.996 cm 3 Vwg = 0.389 Vsh = 0.389 (48.966) = 19.06 cm 3 Volumen de agua gel

El agua requerida requerida para realizar realizar la mezcla es Va =Vsh +Vwg +Vwg –Vc =48.996 =48.996 + 19.06 –31.746 = 36.31 cm 3 Volumen de Capilares

Vcap = Vc Vc + Vw – Vsh – Vwg = 31.746 + 36.30 – 48.996 – 19.06 = 0 cm 3

Porosidad real en la pasta agua-cemento

Vcap + Vwg 0 + 19.06 n = ----------------- = -------------------- = 0.28 ó 28% Vp 31.746 + 36.31

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

CEMENTOS EXPANSIVOS. EXPANSIVOS . Es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante durante el periodo periodo de endu endurec recim imien iento to a edad edad tempra temprana na despu después és del del fragu fraguad ado. o. Una Una de las principales ventajas de usar cemento expansivo en el concrerto consiste en controlar y reducir las grietas de contracción por secado. Se reconocen tres tipos de variedades: Cemento tipo E-1 (K) contiene cemento cemento portland, trialuminosulfato trialuminosulfato tetracalcico anhídrido, anhídrido, sulfato de calcio y oxido de calcio sin combinar (cal) Cemento tipo E-1 (M) contiene cemento Portland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio Cemento E-1 (s) contiene cemento Pórtland con un elevado alto de aluminato tricalcico y sulfato de calcio Cuando la expansión se restringe, por ejemplo, debido al refuerzo, el concreto expansivo puede ser usado para: 1. Compensar Compensar la disminución disminución de volumen ocasionada ocasionada por la contracción contracción por por secado secado 2. Disminui Disminuirr esfuerzos esfuerzos de tensi tensión ón en el refuerz refuerzo o postensa postensado do 3. estabiliz estabilizar ar a largo plazo las dimensio dimensiones nes de las estructura estructurass de concreto posten postensad sado o respecto al diseño original. ASFALTO: ASFALTO: Son los productos obtenidos de la destilación del petróleo, consistentes en una mezcl me zcla a de hidroc hidrocarb arbur uros os o hidroc hidrocarb arbon onos os natu natural rales. es. Esta Esta forma formado do por por ace aceite itess (fase (fase dispersante) y asfáltenos o resinas (fase dispersa o discontinua) pasando con facilidad de una fase sólida a una fase líquida por medio del calor y con el tiempo modifican su estructura y composición química química (proceso de envejecimiento), envejecimiento), perdiendo su capacidad de resistencia, adhesividad e impermeab i mpermeabilidad ilidad al agua. Esta compuesto por átomos de azufre, nitrógeno y oxigeno formando grupos polares que gener generan an enlac enlaces es secun secunda dario rioss con mo moléc lécula ulass de hidroc hidrocarb arbon onato atoss (carbo (carbono no 80-87 80-87%, %, Hidrogeno 9-11%, Oxigeno 2-8%, Nitrógeno 0-1%, azufre 0.5-7% y métales 0-0.5%). Los análisis químicos de asfaltos no son muy comunes por la cantidad y el tamaño de cadenas moleculares, solamente se realizan análisis o fracciones de cadenas moleculares, de las cuales se distinguen tres arreglos: a) Fase de aceite: aceite: formada formada por moléculas moléculas de anillos no polares saturados saturados de hidrocarburos hidrocarburos sin condensar, afectan las propiedades propiedades de viscosidad y fluidez. b) Fase Fase de asfál asfálten tenos os o paran paranifi ificos cos,, cadena cadenass rectas rectas o ramifi ramificad cadas as de mo moléc lécula ulass que que proporcionan las propiedades de adhesión y ductilidad c) Resinas Resinas o aromáticos, aromáticos, se acomodan acomodan combina combinando ndo anillos anillos y cadenas cadenas moleculares moleculares,, son los que proporcionan las propiedades propiedades de resistencia y rigidez La dificultad de caracterizar químicamente químicamente a los asfaltos justifica una clasificación sobre las bases físicas y reológicas que puedan ser relacionadas con el comportamiento mecánico de los materiales donde se utiliza el asfalto. Estas propiedades se obtienen, en su mayoría por medio de pruebas de laboratorio de origen empírico sin considerar las temperaturas de servicio. El asfalto se utiliza en la elaboración de concretos asfálticos, pinturas, adhesivos, recubrimientos, recubrimientos, impermeabilizantes, impermeabilizantes, fieltros, etc. El asfalto utilizado en pavimentos se produce en tres formas: a) Cemento Cemento asfáltico asfáltico:: es el residuo residuo de la destila destilación ción del del petróleo petróleo b) Asfaltos Asfaltos rebaja rebajados: dos: cemen cemento to asfáltic asfáltico o + disolvent disolvente e (gasolin (gasolina a o nafta nafta para fragu fraguado ado rápido; queroseno para fraguado medio y aceites ligeros para fraguado lento) c) Emulsión Emulsión asfáltica asfáltica,, son materiales materiales asfálticos asfálticos líquidos líquidos estables estables formados formados por dos fases no miscibles constituidos por cemento asfáltico+agua asfáltico+agua emulsificada con carga eléctrica. Se dividen dividen en emulsion emulsiones es asfáltica asfálticass anionica anionicass (carga (carga electropo electropositiv sitiva) a) y emulsion emulsiones es asfálticas cationicas (o electronegativas), pudiendo ser de rompimiento rompimiento rápido, medio y lento. Las Las prue prueba bass que que se real realiz izan an son son para para me medi dirr la visc viscos osid idad ad,, solu solubi bili lida dad, d, punt punto o de inflama inflamación ción,, penetrac penetración ión a 25°C, 25°C, punto punto de reblandec reblandecimien imiento, to, ductilid ductilidad, ad, solubilid solubilidad ad en tetracarbonato tetracarbonato de carbono, capacidad de cubrimiento de partículas.

La palabra palabra petroleum petroleum proviene proviene de la palabra palabra griega griega petra (piedra) (piedra) y la palabra palabra latina oelum (aceite), es un líquido aceitoso más ligero que el agua constituido por una mezcla de hidrocar hidrocarburo buross naturale naturaless que se encuentra encuentran n almace almacena nado doss en el interi interior or de la corteza corteza terrestre Los petróleos petróleos crudos crudos presenta presentan n diferent diferentes es compo composic sicion iones es quím química icass result resultad ado o de las variaciones de sus propiedades físicas como densidad, color y viscosidad. El color va de transparente transparente a opaco pasando pasando por el amarillo al negro. La densidad varia entre 0.738 al 0.934 y la viscosidad presenta una variación notable El proceso de refinación del petróleo consiste en separa separarr los compo componen nentes tes de la me mezcl zcla a que se clasifican desde ligeros a pesados y son: GASES, GASOLINAS, KEROSENA, ACEITE DE GAS, ACEITES LUBRICANTES, ASFALTOS   Y PARAFINAS. El proceso de separación se denom enomin ina a dest destil ilac ació ión n frac fracci cion onar aria ia y se muestra en la fig. No. 1. Los principales usos de los productos obtenidos de la refinación del petróleo son: - Gas: Calefacción industrial - Gasolina: combustible de motores y aviones - Diesel (gas y aceite): combustible de maquinaria - Aceites lubricantes: aceite para vehículos, engranaje o transmisiones - Asfaltos: impermeabilizantes. Recubrimientos, pisos y pavimentos. - Ceras: tratamiento de superficies y maderas - Solventes: Pinturas (recubrimientos orgánicos y barnices Productos tos químic químicos os del petról petróleo eo:: sustanci - Produc sustancias as químicas químicas inorgánic inorgánicas as y orgánica orgánicas, s, polímer eros os (plá (plásti stico cos, s, cauc caucho hos s sint sintét étic icos os y fibra fibras s compuest compuestos os aromátic aromáticos, os, polím sintéticas. La norm norma a de la S.C.T. S.C.T. define define al asfal asfalto to como como un ma mater terial ial bitum bitumino inoso so de color color negro negro cons consti titu tuid idos os por por asfá asfált lten enos os,, resi resina nass y acei aceite tes, s, elem elemen ento toss que que prop propor orci cion onan an las las caracterí característica sticass de consisten consistencia, cia, aglutina aglutinación ción y ductilid ductilidad. ad. Es sólido sólido y semisólid semisólido, o, tiene tiene propiedades cementantes a temperatura ambiente normales, al calentarse se ablanda gradualmente gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida. Los principales materiales asfálticos para para pavi pavime ment ntos os,, de acue acuerd rdo o a la norm norma a N-CM N-CMTT-44-05 05-0 -001 01/0 /01 1 de la Secr Secret etar aria ia de Comunicaciones Comunicaciones y Transportes son: Material Asfáltico

Clasificación

Tipo

Vehículo Usos más comunes para su aplicació n Cement AC AC–5, Calor Se ut u tiliza e n la la el e laboración o De acuerdo a la AC-10, AC-20, en cali calien ente te de carp carpet eta as, Asfáltico viscosidad AC-30 morteros morteros y estabiliz estabilizacio aciones, nes, así como elemento para base en la fabricación de emulsi lsiones asfálti lticas y asfaltos rebajados Emulsió De acuerdo a su carga EAR-55, EAR- Agua Se ut utilizan en en la la el elaboración n eléctrica. 60 en frío de carpetas, Asfáltico EA anionicas EAM-60, EAMmorteros, riegos y polaridad 65 estabilizaciones electronegativa EAL-55 EAL-55,, EALEALEC cationicas 60 polaridad EAI-60

electropositiva De acuerdo al rompimiento R rápido, M medio, L lento I impregnación, S sobreestabilizada Contenido de asfalto ( en %) Asfalto De acuerdo a la Rebajad velocidad de fraguado o (R rápida y M media) y el tipo tipo de solv solven ente te (3 nafta, 1 queroseno)

ECR-60, ECR65, ECR-70, ECM-65, ECLECL-65 65,, ECIECI60 ECS-60,

FR-3 FM-1

Solv Solven ente tess Se util utiliz iza a en la elab elabor orac ació ión n en frío de carpetas y para la impregnación de sub-bases y bases hidráulicas

La prod produc ucci ción ón del del petr petról óleo eo a gran gran esca escala la se inic inicia ia apro aproxi xima mada dame ment nte e en 1880 1880 y la construcción de pavimentos pavimentos con asfaltos en 1900. El 1920 se tenia la 1ª. Red de autopistas autopistas de 3 carriles individuales en Italia y para 1930 un sistema de autopistas moderno Autobahn Alemá Alemán n para para grand grandes es volúm volúmene eness de trafic trafica a a veloci velocida dades des de 160 160 km/hr km/hr.. En 1950 1950 la mayoría de los países europeos tenían una red de carreteras principales siendo la más avanzada la de Alemania. En el diseño del espesor de la estructura del pavimento para la construcción de caminos se toman en cuenta: a) Característ Características icas y propiedad propiedades es del suelo suelo (capacida (capacidad d de soporte) soporte) b) Topogra Topografía: fía: Curvas Curvas y pendien pendientes tes c) Intensid Intensidad ad de trafica trafica (tipo (tipo y cantidad cantidad de de vehiculos vehiculos)) d) Vida Vida útil útil (tiem (tiempo po de de diseñ diseño) o) e) Condicion Condiciones es climática climáticass de de la zona zona Algunos usos de los asfaltos en la construcción: construcción: - Pavimentos: Pavimentos: calles, caminos, aeropuertos, campos deportivos - Impermeabilizantes: Impermeabilizantes: Cartón asfáltico, adhesivos asfálticos - Mampostería: Mampostería: tabiques de arcilla estabilizados con asfalto - Drenaje: tubos de asfalto - Pinturas: mastique, barnices resistentes a ácidos, solventes, antioxidantes antioxidantes y lacas

CONCRETO HIDRÁULICO Y ASFÁLTICO (dosificaciones de mezclas). CONCRETO HIDRAULICO. Las propiedades del concreto hidráulico para su estudio están divididas con su comportamiento en estado Fresco y Endurecido. PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO: El concreto recién mezclado debe ser actividade dades s de plást lástic ico o o sem semiflu ifluid ido, o, capa capazz de ser ser mold oldead eado incl incluy uyen endo do las las activi transportació transportación, n, colado, compactado, compactado, acabado acabado y curado. curado. Es una mezcla homogénea húmeda donde todos los granos de arena, grava o piedra quedan encajonados y sostenidos en suspención en una pasta de cemento y agua se puede moldear en el sentido de que puede colarse en una cimbra presentando una uniformidad del producto terminado. Durante el mezclado se debe cuidar el tiempo de adicionamiento de agua, el numero total de revoluciones del tambor de la mezcladora y la velocidad de revolución. Otros factores impo import rtan ante tess son son el tama tamaño ño de la revo revolt ltur ura a en rela relaci ción ón al tama tamaño ño del del tamb tambor or de la mezcl me zclad adora ora,, el tiemp tiempo o trans transcur currid rido o entre entre la dosif dosifica icació ción n y el diseño diseño de la mezcla mezcla,, la configuración configuración y el estado del tambor mezclador y las paletas. a) Trabajab Trabajabilida ilidad: d: es la facilidad facilidad de colocar, consolid consolidar ar (compacta (compactar) r) y dar el acabado acabado al concreto recién mezclado. El concreto debe ser trabajable pero no debe segregarse

(separación de las partículas) ni sangrar excesivamente. El sangrado es la migración del del agu agua hacia acia la supe superf rfic icie ie del del conc concre reto to reci recién én me mezc zcla lad da provo rovoca cad da por por el asentamiento asentamiento de los materiales materiales sólidos –cemento, arena-grava arena-grava-- dentro de de la masa. masa. El asentamiento asentamiento es consecuencia del efecto combinado de la vibración y la gravedad. Un sang sangrad rado o excesi excesivo vo aume aumenta nta la rel relaci ación ón agua agua-ce -ceme mento nto cerca cerca de la super superfic ficie ie exterior, exterior, pudiendo pudiendo dar como resultado resultado una capa capa superior superior débil débil de baja durabilidad durabilidad,, particularmente si se llevan a cabo las operaciones de acabado mientras este presente el agua de sangrado. Debido a esto, el concreto recién mezclado tiende a sangrar, y es importante transportar y colocar la carga lo mas cerca posible de la posición final. El aire aire inclui incluido do mejora mejora la traba trabajab jabilid ilidad ad y reduc reduce e la tenden tendencia cia del del concr concreto eto fresco fresco a segregarse y sangrar. b) Consolid Consolidació ación: n: Es la vibración vibración que pone en movimien movimiento to a las partículas partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla cualidades móviles de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso de una mezcla más dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño del agregado habrá de llenar una pasta de menor volumen y existirá una menor arrea superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento sea necesaria. Con una consolidación adecuada las mezclas más duras y ásperas pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor economía y calidad Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable se puede segregar al ser vibrada c) Hidratac Hidratación ión y tiempo tiempo de fraguado. fraguado. La propieda propiedad d de adhesiva adhesiva y cohesiva cohesiva de la pasta de cemento potland se debe a la reacción química entre el cemento y el agua llamada hidratación. En la pasta ya endurecida endurecida estas partículas partículas forman uniones uniones entrelazadas entrelazadas entre entre las otras otras fases fases crist cristali alina nass y los grano granoss de cement cemento o sin hidrat hidratar ar tambié también n se adhieren a los granos de arena y grava cementando como un conjunto. La formación de esta estructura en la acción cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento endurecimiento y del desarrollo de la resistencia. Cuand Cuando o el concre concreto to fragu fragua a su volum volumen en bruto bruto perma permane nece ce casi casi inalte inalterad rado, o, pero pero el concre concreto to endure endurecid cido o contie contiene ne poros poros lleno llenoss de agua agua y aire, aire, mismo mismoss que que no tienen tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte sólida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas. La relación agua cemento mínima en peso para la hidratación total del cemento es aproximadamente del 0.36. El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida que el cemento se hidrata puede ser útil para planear la construcción con concreto, En invierno, el calor de hidr hidrat atac ació ión n ayud ayudar ara a a prot proteg eger er el conc concre reto to cont contra ra el daño daño prov provoc ocad ado o por por las las temperaturas de congelación, se acostumbra colar a temperaturas de hasta 5°C y se debe evitar colar a temperaturas inferiores. Sin embargo, el calor puede ser nocivo en estructuras con grandes espesores de concreto (concreto masivo) como presas porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer, por lo que se utilizan cementos con bajo calor de hidratación. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque determina el tiempo de transporte y colocación del concreto (tiempo de fraguado inicial es de 45 minutos) y el de acabado (tiempo de fraguado final 60 minutos). Se pueden adicionar aditivos para controlar los tiempos de fraguado. CONCRETO ENDURECIDO, d) Curad Curado o Húme Húmedo do.. El aumen aumento to de resist resisten encia cia continu continuara ara con la edad edad mient mientras ras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húme húmedo do o tenga tenga humed humedad ad rel relati ativa va super superior ior al 80% 80% y perma permane nezca zca a temper temperatu atura ra favorable. Cuando la humedad relativa es menor del 80% o la temperatura del concreto desciende del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtual se detienen; si después se vuelve a saturar el concreto después de un periodo de

secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar, sin embargo, si no se cura el concreto puede perder resistencia hasta en un 50%. e) Velocidad de secado secado del del concreto. concreto. El concreto concreto no endurece ni se cura con el secado, secado, ya que el cemento requiere humedad para hidratarse, al secarse el concreto deja de obten obtener er resist resistenc encia, ia, ademá ademáss de que que se prese present ntan an grieta grietass provoc provocan ando do super superfic ficies ies débi débile less y desc descas asca cara rami mien ento to de las las part partíc ícul ulas as.. El cont conten enid ido o de hume humeda dad d de las las propiedades del concreto endurecido se ven afectadas como el modulo de elasticidad, flujo flujo plásti plástico, co, valor valor de aislam aislamien iento, to, resist resisten encia cia al fuego fuego,, resist resistenc encia ia al desga desgaste ste,, conductividad conductividad eléctrica, durabilidad. durabilidad. f) Resistencia. ia. A compr compresi esión ón:: Se puede puede definir definir como como la resist resisten encia cia medida medida a carga carga axial por un espécimen a una edad de 28 días, se designa con el símbolo f´c y se expresa en kg/cm2. Es una propiedad fundamental y es empleada en el cálculo para diseño de puentes, edificios y otras estructuras. El uso más generalizado del concreto es de una resistencia de 200 a 350 kg/cm2. La resistencia a flexión ó modulo de ruptura, se utiliza generalmente para diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno, la resistencia a compresión se relaciona empíricamente empíricamente con el valor de la resistencia resistencia a compresión. compresión. La resistencia a tensión es aproximadamente entre 8% y 12% de su resistencia a compresión y existen formulas empíricas para suponer suponer su valor. La resistencia a torsión del concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y las dimensiones dimensiones del elemento de concreto. La resistencia a cortante puede variar de acuerdo a los componentes del concreto y el medio ambiente que se encuentre. El modulo de elásticidad, denotado por el símbolo E se puede definir como la relación del esfuerzo normal a la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del límite de elasticidad de un material. Para concretos de peso normal E fluctúa entre 140,600 y 422,000 kg/cm2. Lo más recomendab recomendable le es elaborar elaborar especímenes especímenes para determin determinar ar la resistenc resistencia ia del concreto elaborado. Los principales factores que afectan la resistencia son la relación a/c, la edad, deficiente proceso constructivo. g) Peso Unitario Unitario.. El concreto concreto convenc convenciona ionall tiene un rango entre entre 2,200 y 2400 kg/m3, kg/m3, varia depen dependie diend ndo o la cantid cantidad ad de aire aire atrap atrapado ado o intenc intencion ionalm alment ente e inclui incluido do y de los contenidos contenidos de agua y cemento influenciados por el tamaño máximo del agregado. Para el diseñ diseño o de estruc estructur turas as,, un valor valor conve convenc ncion ional al del del concr concreto eto armado armado es de 2,400 2,400 kg/m3. h) Resi Resist sten enci cia a a cong congel elac ació ión n y Desh Deshie ielo lo.. Del conc concre reto to utili utiliza zado do en estr estruc uctu tura rass y pavimentos, se espera que tengan una vida útil larga y de mantenimiento bajo. Debe tener buena durabilidad durabilidad para para resistir condiciones condiciones de exposición anticipadas anticipadas.. El factor de intemperismo más destructivo es la congelación y el deshielo, mientras que el concreto se encuentra húmedo, particularmente cuando se cuenta con presencia de agentes químicos descongelantes. El deterioro es provocado por el congelamiento del agua en la pasta y en las partículas del agregado o en ambos. Con el inclusión de aire el concreto es sumamente resistente a este deterioro, el agua se acomoda en las burbujas de aire y así alivia la presión hidráulica generada, siendo más durable un concreto con aire incluido que uno sin aire incluido, en general se requiere entre 4% y 8% de aire incluido adicional adicional al que se presenta por las condiciones de mezclado. Sin embargo, bajo todas las condiciones de exposición, una buena pasta con baja baja rel relaci ación ón agua agua cemen cemento to evitar evitara a que que la ma mayor yor parte parte de las partí partícu culas las de agregado se saturen i) Permeabi Permeabilidad lidad y hermeti hermeticida cidad. d. El concreto concreto emplead empleado o en estructur estructuras as que retenga retengan n agua o que estén expuestas a mal tiempo o condiciones de exposición severa deben ser virtualmente impermeables y herméticos. La hermeticidad se refiere a la capacidad de refren refrenar ar o retene retenerr el agua agua sin escapes escapes visibl visibles. es. La perme permeab abilid ilidad ad se refier refiere e a la

migración de agua a través del concreto cuando el agua se encuentra a presión o la capacidad capacidad del concreto concreto de permitir permitir la penetrac penetración ión del agua u otras sustancias sustancias (aire, gas, iones, etc.). La permeabilidad de la pasta depende de una relación agua/cemento baja y del grado de hidratación del cemento cemento con un curado adecuado. adecuado. La disminución disminución de permeabilidad del concreto mejora la resistencia, el ataque a sulfatos y a otros productos químicos químicos y a la penetración del ion cloruro, aumentando la durabilidad o vida útil del concreto. Se realizan pruebas para determinar el grado de corrosión o perdida en peso peso de muest muestras ras somet sometida idass a susta sustanc ncias ias quím química icass por por period periodos os de tiemp tiempos os definidos.   j) j) Resi Resist sten enci cia a al desg desgas aste te.. Los Los pisos isos,, pavi pavime ment ntos os y estr estruc uctu tura rass hidr hidráu áuli lica cass está están n expuestos al desgaste, por lo que requieren una elevada resistencia a la abrasión. Los result resultad ados os de la resist resisten encia cia a la abras abrasión ión están están rel relaci acion onad ados os con la resist resistenc encia ia a compresión del concreto, la cual depende de las bajas relaciones agua/cemento y curad curado o adecu adecuado ado,, aunq aunque ue tambié también n depen dependen den el tipo tipo de agreg agregado adoss grues gruesos os y el acabado de la superficie. Un agregado más duro es más resistente a uno blando o espon esponjos joso, o, y si una una super superfic ficie ie ha sido sido tratad tratada a con llana llana de metal metal resist resiste e má máss al desgaste que una una que que no se acabo acabo con con este material. Se pueden pueden realizar ensayes ensayes de resistencia a la abrasión abrasión rotando balines balines de acero, ruedas de de afilar o discos a presión sobre la superficie (ASTM (ASTM 779 o ASTM C 418 y C 944) deteminando deteminando la profundidad profundidad de desgaste en un tiempo definido. k) Estabilid Estabilidad ad volumétrica volumétrica.. El concreto concreto endurecid endurecido o presenta presenta cambios cambios de volumen volumen debido debido las variaciones de temperatura, humedad y esfuerzos aplicados. Estos cambios de volu volume men n pued pueden en varia variarr de apro aproxi xima mada dame ment nte e 0.01 0.01% % a 0.08 0.08% % . En el conc concre reto to estructural los cambios de volumen son los mismos que para el acero. El concreto que se mantiene continuamente húmedo se dilatara ligeramente, cuando se seque se contrae, teniendo un efecto nulo la contracción de secado para contenidos de cemento entre 250 y 170 kg por metro cubico. La magnitud de contracción depende de otros factores como la cantidad de agregado, tamaño y forma de la masa de concreto, temperatura y humedad relativa del medio ambiente, método de curado, grado de hidratación y tiempo. l) Cont Contro roll de agrie agrieta tami mien ento tos. s. Las dos dos causa causass básic básicas as agrietamientos son: -

 –

por por las que se prod produc ucen en los los

Esfu Esfuer erzo zoss debi debido doss a la cont contra racc cció ión n por por seca secado do o a camb cambio ioss de temp temper erat atur ura a en condiciones de restricción. La contracción por secado es una propiedad inherente e inevitable en el concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posición adecuada para reducir los anchos de grietas o bien juntas que predominen y controlen la ubicación de las grietas. Esfuerzos inducidos por cargas aplicadas. Se deberá de realizar un calculo adecuado para el diseño de los elementos estructurales y que los esfuerzos que se produzcan sean por cargas máximas utilizando factores de seguridad adecuados (falla estructural). El agrie agrieta tami mien ento to pued puede e exis existi tirr sin sin que que se prod produz uzca ca una una falla falla de los los elem elemen ento toss estructur estructurales ales pero provoca inseguri inseguridad dad entre entre los usuario usuarioss de las estructur estructuras as (falla (falla funcional).

Las dosificaciones dosificaciones de los materiales utilizados utilizados en la elaboración y las actividades actividades de la calidad del concreto dependen del constructor, están relacionadas con la dosificación de los ingredientes para elaborarlo: cemento, agua, arena, grava, aditivos; de manera especial especial la relación relación agua-cem agua-cemento ento en peso, peso, los métodos métodos de transp transporte, orte, colocac colocación, ión, compactado, acabado y curado; mientras que los aspectos de durabilidad y resistencia le corresponden al ingeniero i ngeniero proyectista m) Re Resi sist sten enci cia a al fueg fuego. o. El conc concre reto to hidr hidráu áuli lico co tien tiene e la me mejo jorr resis resiste tenc ncia ia entr entre e los los elementos de construcción. El concreto es incombustible relativamente aislante de la transmisión de calor, soporta cargas mientras esta sujeto a la acción del fuego durante un periodo significativo de tiempo, dependiendo dependiendo la geometría del elemento. El concreto hidráulico es utilizado en pisos de fundidoras, en soportes de hornos sujetos a ciclos de temperaturas temperaturas de 400°C sin considerar aspectos de resistencia a la compresión. compresión.

El concreto utilizando materiales de peso normal no soporta temperaturas mayores a 538°C, para temperaturas mayores es necesario utilizar agregados pesados y resistentes al calor, cementos con alto contenido de alúmina. Se han reportado comportamientos adecuados de concretos con ingredientes normales en las plantas de lanzamiento lanzamiento de cuetes donde se alanzan temperaturas temperaturas de 2760°C por poco tiempo. El calor causa pérdida de resistencia y daño por contracción de la superficie del concreto pero permanece inalterado el interior del concreto incluyendo el acero de refuerzo, cuando las temperaturas altas se limitan a 4 horas de exposición. El color del concreto se modifica por la acción del calor, este fenómeno permite la estimación de la temperatura máxima máxima alcanzada durante el fuego y con ello la perdida de resistencia del concreto. Temperatura

Color en la superficie

Resistencia

°C 0 – 300 300 - 600 600 – 900 > 900

del concreto Natural Rosado-rojo Gris Amarillo

Caliente 0.90 0.52 0.15 0.05

Relativa* (Con respecto a la f’c del concreto) Frío 0.70 0.45 ---

DOSIFICACION DE CONCRETO HIDRAULICO. HIDRAULICO . Objetivo: Elaborar un material económico y durable, que en estado fresco tenga las propiedades de uniformidad y trabajabilidad para facili facilitar tar las activi activida dades des de trans transpo porta rtació ción, n, coloca colocació ción n y acaba acabado do;; y que que en estad estado o endurecido satisfaga los requisitos requisitos de resistencia resistencia y durabilidad requeridas requeridas en la obra. La metodología metodología utilizada se basa basa en el Estándar Practice Practice for selecting proportions proportions for normal normal heavyweigth and mass concrete (ACI.211.1) traducido por el IMCYC Criterios: a)

Resistencia: Resistencia: f’c : Resistencia a compresión compresión a los 28 días, elaborado elaborado y curado en forma estandarizada. estandarizada. La f´c se indica en la mayoría de los reglamentos de construcción, construcción, es un dato para el análisis estructural estructural y diseño de los elementos elementos estructurales (elementos (elementos de la estruc estructu tura ra que que trans transmit miten en o sopo soporta rtass carga cargas). s). . Se debe debe selecc seleccion ionar ar el tamañ tamaño o máximo del agregado dependiendo de las dimensiones del elemento, la separación del acero de refuerzo y el recubrimiento de concreto.

Cubrimiento del acero

El tamaño máximo del agregado no debe ser superior a:

-

Separación entre varillas

-

-

1

/5 dimensión mínima ¾ separación mínima entre varillas ¾ espesor del recubrimiento

1

/3 espesor de la losa

Dimensión mínima

De acuerdo al Reglamento del ACI-318-99 se establecen 3 criterios para satisfacer la resistencia media de un concreto, con un cierto valor de desviación estándar definido (σ ). f c r = f ’c + 1.282 f c r = f ’c + 1.343 f c r= f ’c – 35 + 2.326

con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de f’c con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c – 35 kg/cm 2

La f’c, la distribución del acero de refuerzo y el tamaño máximo del agregado, deben indi indica cars rse e en form forma a clar clara a en los los plan planos os apro aproba bado doss para para ser ser em empl plea eado doss en la construcción de un proyecto.  b)

Durabilidad: Durabilidad: elementos sometidos a condiciones de servicio ambientales por ataque físico físico y/o químico químico que pueden producir producir la perdida perdida irreversib irreversible le de resistencia resistencia.. Esta relacionado con el agrietamiento del concreto, el tamaño, distribución y continuidad de los poros capilares que permiten la permeabilidad permeabilidad para la absorción absorción de sales, ácidos, ácidos,

sulfatos (ataque (ataque químico) o a ciclos de congelamiento y deshielo (ataque (ataque físico). Para la la dosificación se especifican: n) Tipo Tipo de ceme cement nto o o) El grad grado o de expo exposi sici ción ón:: lige ligero ro,, mo mode dera rado do o seve severo ro,, y el tipo tipo de agent agentes es químicos p) Si es con con aire aire incluid incluido o o sin aire inclu incluido ido q) Cubr Cubrim imie ient nto o míni mínimo mo del del acer acero o de refu refuer erzo zo para para evit evitar ar la corro corrosi sión ón,, de acuerdo con la sig. Tabla: Relación agua-cemento Cubrimiento (cm)

0.40 5.0

0.50 7.5

0.60 10.0

En general general se utilizan utilizan cementos cementos con puzolanas puzolanas o aditivos aditivos para elemento elementoss sujetos al ataque químico. Para elementos sujetos al ataque físico se utiliza además la inclusión de aire.

Las propiedades físicas para los materiales de la zona del Valle de Toluca se encuentran entre los siguientes intervalos 3

Peso volumétrico seco suelto ( kg/m ) Peso volumétrico seco suelto ( kg/m 3 ) c D Densidad (adimensional) MF Modulo de finura Abs Absorción (%) γ 

s

γ 

ARENA 1300 – 1600 1400 - 1750 2.2 – 2.6 2.4 – 3.0 2–8

GRAVA 1100- 1350 1200 – 1450 2.0 - 2.4 -----4 - 7

Los tamaños comerciales de las gravas son ¾” 1” y 1 ½” y 2” De acuerdo al Reglamento del ACI-318-99 se establecen 3 criterios para satisfacer la resistencia media de un concreto, con un cierto valor de desviación estándar definido (σ ). f c r = f ’c + 1.282 f c r = f ’c + 1.343 f c r= f ’c – 35 + 2.326

con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de f’c con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c – 35 kg/cm 2

Considerando un f’c de 250 y una desviación estándar de 25 kg/cm2, entonces la Fdis= f c r = f ’c + 1.282 = 282.05 f c r = f ’c + 1.343 = 383.57 f c r= f ’c – 35 + 2.326 35 kg/cm2

con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia resistenci a menor de f’c con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia resistenci a menor de f’c con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c – 

CONTROL DE CALIDAD. PARÁMETROS DE SUPERVISIÓN. a) Tempera Temperatura tura del del concreto concreto y de los los material materiales es b) Juntas Juntas de contrac contracción ción,, expansión expansión o aislamie aislamiento nto y de contracci contracción ón c) Criterios Criterios de uniformi uniformidad dad Diferencia Diferencia máxima máxima permisibl permisible e Masa volumétrica volumétric a 15 kg/m3 Contenido de aire 1% Revenimiento Revenimient o < de 6 cm 1.5 cm 9 a 12 cm 2.5 cm > 12 cm 3.5 cm QUÍMICOS: Aditivos reductores de agua (Tipo A), aditivos retardantes de fraguado (tipo b, agua y retardantes

aditivos acelerrantes (de la resistencia) aditivos reductores de aditivos reductores de agua y acelerantes INCLUSORES DE AIRE. Se utilizan para proteger el concreto de efectos de

Congelación y deshielo, mejoran la trabajabilidad de concreto y

facilitan el bombeo

del concreto fresco, el aditivo forma burbujas de 0.05 a 1.25 mm

ADITIVOS PARA caliza o CONCRETO escoria de

MINERALES INERTES, roca molida, cuarzo molido, ADITIVOS MINERALES

cuarzo molido o cal hidratada MINERALES CEMENTANTES, aportan resistencia, alto horno, Fly ash, MATERIALES PUZOLANICOS INHIBIDORES DE CORROSION IMPERMEABILIZANTES EXPANSORES, se mezclan con el cemento

DIVERSOS Portland

logrando que la pasta se expanda en estado

fresco

Existen tres tipos de maneras en las cuales se puede elaborar concreto asfáltico. 1. Dosifica Dosificación ción por por peso. peso. La emplea emplean n principa principalmen lmente te las plant plantas as premezcla premezcladora dorass de concreto 2. Dosifica Dosificación ción por volúme volúmenes nes de obra. obra. Se utiliza para realizar realizar los presup presupuest uestos os por pesos unitarios 3. Proporción por bulto bulto de cemento. cemento. Se Se emplea cuando se realiza el concreto en obra Durabilidad. Características del concreto para resistir la acción del intemperismo, ataque químico y/o sus condiciones de servicio a través del tiempo, de deben de considerar el agregar algún aditivo o escoger un tipo de cemento que resista alguna acción especifica. 1.

Ejemplo: Ejemplo: Realizar la dosificación utilizando la metodología propuesta por el IMCYC para un concreto simple colocado en un banqueta f’c = 150 kg/cm 2 a) La locali localida dad d de Veracr Veracruz uz,, se prop propon one e un ataqu ataque e a sale saless lige ligero ro sin sin aire aire incluido 50 mm diámetro b) Monterrey Monterrey en una zona donde donde existen variacio variaciones nes de temperatu temperatura ra durante durante de –10°C a las 4:00 A.M. y de 35°C en el medio día

Datos de las propiedades físicas de los materiales a emplear Peso volumétrico seco suelto ( kg/m 3 ) s γ  c Peso volumétrico seco compacto ( kg/m 3 ) D Densidad (adimensional) (adimensional ) MF Modulo de finura Abs Absorción (%) w Humedad (%) γ 

ARENA 1400 1550 2.5 2.6 5.5 5.0

GRAVA 1350 1410 2.3 ---3.0 1.5

CEMENTO ----3.15 ---

a) Veracruz b) Monterrey 1) revenimiento: 10 cm 10 cm 2) tamaño máximo del agregado 1/3 peralte de la losa piso = 1/3 (15) = 5 cm = 2” (50 mm) 2” (50 mm) 3) Cantidad de agua Wa sai 170 lt cai exp mod 155 lt 0.5 % 4% Cantidad aproximada de aire atrapado 4) relación agua-cemento (tabla b) 0.45 0.50 377.78 kg 310 kg 5) Peso de cemento Wc = Wa / rel a/c 6) Estimación del contenido de agregado grueso Tabla Vol ag Mf 2.6 0.76 0.76 1071.6 kg 1071.6 kg W gr = Vol ag γ  c gr  7) Estimación del agregado fino, por volumen V = W / 1000D

Volumen de arena (1 – suma) Peso de arena War = 1000 Var Dar

agua cemento grava aire SUMA arena

0.1700 0.1199 0.4659 0.0050 0.7608 0.2392

0.1550 0.0984 0.4659 0.0400 0.7593 0.2407

598 kg

601.75 kg

8) Ajuste por humedad y absorción War húmeda = War ( 1+w) = War (0+0.05) Wgr húmeda = Wgr ( 1+w) =1071.6 (1 + 0.015)

627.9 kg 1087.67 kg

631.83 kg 1087.67 kg

Agua por añadir = Ww - War húmeda húmeda (w - abs) - Wgr húmeda (w - abs) = 170 - 627.9 (0.050 – 0.055) – 1087.67 (0.015 – 0.030) = 189.45 lt = 155 - 631.83(0.050 – 0.055) – 1087.67 (0.015 – 0.030) =

1 74.46 lt

Agua máxima = Ww - War seca (abs) - Wgr seca (abs) = 170 + 598 (0.055) + 1071.60 ( 0.030) = = 155 + 601.75(0.055) + 1071.60 ( 0.030) =

220.24 lt

235.04lt

Dosificación por peso para 1m3 de concreto con los materiales parcialmente saturados (húmedos) a) Veracruz b) Monterrey Agua 189.45 174.46 Agua máxima 235.04 kg 220.24 lt cemento 377.78 kg 310.0 kg grava humeda 1087.67 kg 1087.67kg arena húmeda 417.9 kg 631.83 kg Dosificación Dosificación por volumen

Peso volumétrico seco suelto ( kg/m 3 ) γ  c Peso volumétrico seco compacto ( kg/m 3 ) 3 γ  PROM Peso volumétrico seco promedio ( kg/m ) γ 

s

Para la grava y arena Peso / γ 

ARENA 1400 1550 1475

GRAVA 1350 1410 1380

PROM

En unidades de obra para 1m3

Agua Agua máxima cemento grava seca arena seca

a) Veracruz 189.45 lt 235.04 kg 377.78 kg 1071.6 kg 598 kg

b) Monterrey 174.46lt 220.24 lt 310.0 kg 1071.67k 601.75 kg

a) Veracruz 0.1884 m3 0.2244 m3 7.55 bultos 0.776 m3 0.4054 m3

b) Monterrey 0.17446 m3 0.224 m3 6.2 bultos 0.776 m3 0.4979 m3

Proporción Proporción en botes de 18 lt para para 1m3 (proporción / (18 lt * 1000)

Agua Agua máxima grava seca arena seca

a) Veracruz 188.4 lt 235.04 kg 0.776 m3 0.4054 m3

b) Monterrey 174.46 lt (entre 18 lt) 220.24 lt (entre 18 lt) 0.776 m3 (x 1000 / 18 ) 0.4978 m3 (x 1000 / 18)

a) Veracruz 10.4667 botes 13.058 botes 43.111 Botes 22.522 Botes

b) Monterrey 9.692 botes 12.235 botes 43.111 Botes 27.655 botes

Dividiendo entre el No. de bultos nos da la proporción por bulto de cemento (agua : grava : arena) 1.386 : 5.71 : 2.98 (Mat. saturados) 1.729 : 5.77 : 2.98 (mat. secos) Para la localidad de Veracruz ( / 7.55) 1.563 : 6.95 : 4.46 (Mat. saturados) 1.973 : 5.77 : 2.98 (mat. secos) Para la localidad de Monterrey ( / 6.2) 2) Obtener la porosidad en la mezcla de concreto a)

para para la past pasta a agu agua a cem cemen ento to

agua Vw cemento Vc Agua no evaporable Sólidos de hidratación Volumen de agua gel Volumen de productos Volumen de Capilares

Vwne = 0.23 Vcs Dc Vsh = Vcs + 0.75 Vwn Vwg = 0.389 Vsh de hidratación Vph = Vsh + Vwg Vcap = Vc + Vw - Vph

a) Veracruz 0.1700 0.1199

b) Monterrey 0.1550 0.0984

0.0868 0.1845 0.0701 0.25 0.033

0.0713 0.1518 0.059 0.2108 0.04260

Vwne Vsh Vwg Vph Vcap grava arena aire Va

0.4659 0.1592 0.0050

0.4659 0.2407 0.0400

Porosidad en el concreto n= Vcap + Vwg +Va

n = 0.033+0.05+0.0701 0.033+0.05+0.0 701 n = 0.1081 ó 10.81%

n = 0.0426+0.04+0.059 0.0426+0.04+0. 059 n = 0.1416 ó 14.16%

Representación Representación de fases del concreto hidráulico Va

Aire

Agua

Vw

Capilares Agua gel

Vc

 Hidratación

Cemento Arena Grava

Va

Aire

 Sólidos de

Vcap Vwg Vsh

Vv vacios

Vs

Vare

Arena

Vare

Vgra

Grava

Vgra

Materiales secos sin mezclar

sólidos

Concreto hidráulico hidráuli co (cemento hidratado)

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

Nombre

Descripción de contenido

A destacar

ASCE Publications (American Society of civil engineers)

Sociedad Am Americana de de In Ingenieros Ci Civiles.

- Gr Gran ba base de de da datos de de mu muchos do documentos so sobre ingeniería civil

BCA (British Concrete Association)

Asociación Br Británica de del Ho Hormigón.

- Mu Muchos en enlaces de de co compañías ex extranjeras ce cementeras

CEMBUREAU (The european cement Association)

Asociación Europea de del Cemento.

- Publicaciones técnicas e In Informes de del sector a nivel europeo

Industria cementera suiza.

- Estadísticas y estudios del sector suizo

Publicación on-line.

- Buen buscador de artículos publicados en esta publicación

Portal de construcción que abarca todas las áreas del mercado

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CRSI (Concrete reinforcing steel institute)

Instituto del hormigón armado.

- Catálogo on-line con precios. (USA)

ERMCO (European ready mixed concrete organisation)

Organización europea del hormigón.

- Publicaciones técnicas relacionadas con el hormigón y el medio ambiente gratuitas

FEBELCEM (Fédération de l ´industrie cimentière belge)

Federación de la industria cementera belga.

- Información económica del sector   - Publicaciones técnicas - En francés y holandés

Instituto de de pa pavimentos de de ho hormigón.

- Do Documentos té técnicos mu muy va variados de del se sector: Diapositivas, Vídeos, etc

IMCYC

Inst Instit itut uto o mex mexic ican ano o del del ceme cement nto o y del del horm hormig igón ón..

- Con Conti tien enee mul multi titu tud d de de doc docum umen ento toss de de apr apren endi diza zaje je referentes al cemento y al hormigón

INFOCIMENTS

Info Inform rmac ació ión n de de la la ind indus ustr tria ia ceme cement nter eraa fra franc nces esa. a.

- Muy Muy buen buenaa doc docum umen enta taci ción ón sobr sobree el el cem cemen ento to y sus sus derivados - Está disponible sólo en francés - Sin conexión al servidor 

CEMSUISSE CONCRETE INTERNATIONAL CONSTRUCTION +

ICPI (Interlocking concrete  pavement institute)

PCA (Portland cement association) PTI (Post-tensioning institute)

ICMA

Asociación de cemento de Portland.

- Buena descripción de la fabricación del cemento

Instituto postensionamiento.

- Documentación técnica y publicaciones muy buenas sobre el hormigón y la construcción, en concreto de estructuras en las que existe tensionamiento

Asociación iNternacioanal de microscopia en cemento

ORGA ORGANI NISM SMOS OS INTE INTERN RNAC ACIO IONA NALE LES S QUE QUE EMIT EMITEN EN NORM NORMAS AS SOBR SOBRE E ASFA ASFALT LTOS OS,, CONCRETOS Y CEMENTO PORTLAND. American Concrete Institute P.O. Box 9094 8 Farmington Hills, MI 48333-9094 9 ASTM 100 Barr Harbor Drive 12 West Conshohocken, PA 19428-2959 13 American Society of Contractors 2025 Brentwood Blvd. 16 St. Louis, MO 63144 17

Concrete

American Institute of Steel Construction One East Wacker Drive, Suite 3100 20 Chicago, IL 60601 21 Concrete Reinforcing Steel Institute 933 North Plum Grove Road 24 Schaumburg, IL 60173-4758 25 Prestressed Concrete Institute 209 W. Jackson Blvd 28 Chicago, IL 60606-6938 29

Este Este organ organism ismo o certif certifica icado dor, r, avala avala que que los produ producto ctoss de concre concreto to en sus sus planta plantass certificad certificadas, as, cuentan cuentan con un sistema sistema de gestión gestión de la calidad, calidad, alineado alineado a las normas normas mundiales, contando con documentos que validan dicha certificación. ABS Group líder en consultoría y certificación iso9000 2000 en la Latino América. CONCRETO ASFALTICO. El concre concreto to asfált asfáltico ico se utiliz utiliza a princi principa palme lmente nte como como super superfic ficie ie de rodam rodamien iento to y capa capa protectora de caminos y carreteras. Esta constituido por agregados minerales y producto asfáltico como ligante, ligante, aglomerante aglomerante e impermeabilizante impermeabilizante de las partículas partículas del agregado agregado mineral fijándolas. Constituyen aproximadamente aproximadamente del 85% al 90% los agregados minerales y del 6 al 8% de asfalto en peso del total de la mezcla. El asfalto es un material viscop viscoplas lastic tico o que que permit permite e la recup recupera eració ción n de la deform deformaci ación ón del del agreg agregad ado o cuand cuando o desaparece la carga y proporciona resistencia al cortante. Los agregados proporcionan resistencia y tenacidad. El concreto asfáltico es un material elástoplastico viscoso donde la respuesta a la carga depende de la rapidez de carga y la temperatura ambiental. Cuando el concreto asfáltico se sujeta a carga sufre una deformación permanente pequeña que con el tiempo causa una deformación permanente vertical concidente con el sistema de rodamiento de vehículos pesad pesados os (forma (formació ción n de rodera roderas) s),, no falla falla por por una una fractu fractura ra espon espontan tanea, ea, sino sino por por la acumulación acumulación de deformación deformación en dirección de aplicación de cargas dinámicas repetidas. Las fallas se manifiestan como roderas, agrietamientos excesivos por flexión, fatiga, lagrimeo, rugosidad superficial, superficial, oxidación del asfalto asfalto (envejecimiento) (envejecimiento) y separación del agregado agregado de la masa del concreto. El diseño de mezclas trata la obtención de un contenido optimo de asfalto para obtener las propiedades deseables de un material con textura adecuada para el tránsito y la trans transmi misió sión n de esfue esfuerzo rzoss en las capa capass que que confor conforma man n el pavim paviment ento; o; la estab estabilid ilidad ad,, durabilid durabilidad, ad, flexibilidad flexibilidad,, resistenc resistencia ia a roderas, roderas, impermeabi impermeabilida lidad, d, etc. Las principale principaless propiedades propiedades del concreto asfáltico son: ESTA ESTABI BILI LIDA DAD: D: es la capa capaci cida dad d de sopo soport rtar ar carg carga a repe repeti tida da sin sin defo deform rmac ació ión n por por la combinación combinación de fricción por trabazón de las partículas partículas del agregado agregado y el producto asfáltico. asfáltico. DURABILIDAD: DURABILIDAD: es la l a resistencia a agentes de la intemperie y fuerzas de abrasión impuestos impuestos por él transitan en la capa superficial, depende de la cantidad y tipo de producto asfáltico

utilizado, se expresa en el diseño por el número de años de vida útil, y los periodos de mantenimiento. LA FLEX FLEXIB IBIL ILID IDAD AD es la cap capacid acidad ad de defo deform rmac ació ión n de la carp carpet eta a de roda rodam mient iento o repetidamente sin agrietarse, ajustándose al cambio de la base, la flexibilidad depende tanto del cemento asfáltico como de la granulometria granulometria del agregado LA RESIST RESISTENC ENCIA IA AL DESLIZ DESLIZAMI AMIENT ENTO O es la capaci capacidad dad de opon oponers erse e por por fricci fricción ón a los neumáticos de los vehículos y depende de la textura superficial de la carpeta asfáltica. El lagrimeo en el asfalto disminuye la rugosidad LA RESISTENCIA A LA FORMACION DE RODERAS, un cemento asfáltico de penetración baja funciona mejor que uno de penetración alta en contra de las roderas. El objet objetivo ivo es alcan alcanza zarr una una mezcla mezcla eco econó nómic mica, a, resist resistent ente e y durab durable le determ determina inand ndo o la cantidad cantidad de cemento cemento asfáltico asfáltico suficiente suficiente para satisfacer satisfacer los requisito requisitoss de durabili durabilidad dad,, estabilidad, flexibilidad y textura utilizando la prueba de tensión indirecta para estimar el efecto de la tensión generada en la capa inferior de la carpeta por la acción del tránsito El método utilizado para el diseño de mezclas de concreto asfálticas en México es el Método Marshall (empírico), que consiste en obtener la cantidad de cemento asfáltico que equilibre las propiedades de estabilidad y textura de una mezcla, teniendo el contenido mínimo de vacíos en el esqueleto del agregado. El diseño se hace por peso y se expresa como un porcentaje de asfalto (% de asfalto) por m3 de concreto asfáltico. Una Una cantid cantidad ad me meno norr del conten contenido ido optim optimo o origin origina a agrie agrietam tamien iento, to, desin desinteg tegrac ración ión y permeabilidad en el concreto; mientras que una cantidad excesiva de asfalto lubrica y sepa separa ra el luga lugarr de aglu agluti tina narr las las part partíc ícul ulas as del del agre agrega gado do caus causan ando do defo deform rmac acio ione ness permanentes permanentes por falta de textura. El daño más evidente en el concreto asfáltico es la perdida de adherencia entre el asfalto y el agregado, por lo que se evalúa la susceptibilidad de la mezcla a sufrir daño por humedad humedad la cual depende principalmente principalmente del contenido de vacíos en la mezcla y de la afinidad de los agregados con el asfalto. Los procedimientos de dosificación consisten en la disposición del agregado y cemento que satis satisfa fagan gan las especi especific ficaci acion ones es de proyec proyecto to ela elabo boran rando do especí especíme menes nes con difere diferente ntess contenidos de asfalto y de sus propiedades de estabilidad (kg), peso volumétrico unitario (kg/m3), contenido de vacíos, vacíos, vacíos en el agregado agregado mineral (VAM) (VAM) y flujo (deformación (deformación en mm) El método de diseño SUPERPAVE (desempeño superior de Pavimentos asfálticos) mejora el diseño diseño de las mezclas mezclas asfáltica asfálticass analizan analizando do como varian sus propieda propiedades des resistent resistentes es revisando el comportamiento comportamiento del cemento asfáltico desde un punto de vista viscoelástico y en los agregados en términos de la granulometría granulometría y contenido de finos Diseño Marshall de Estabilidad la

Diseño SUPERPAVE Pará Pa rám metro etross % de vacios = 4% diseño en % VAM mezcla Densidad especifica Densidad máxima teórica Propiedades -  Trabajabilidad en campo - Capacidad de soporte técnicas - No alcanzar alcanzar condicion condiciones es - Resistencia a la desintegración desintegración plasticas - Resist Resistenc encia ia a la fisura fisuració ción n por por - Deformaciones (flujo) fatiga, termica, y por flexión - Resistencia a las deformaciones permanentes - Compactabilidad y resistencia a la segregación Selección del Penetración y afinidad con el   Temperatura ambiental cemento agregado pétreo y viscosidad asfáltico Denominación % optimo de asfalto y peso Gra Grado de comporta rtamiento del

volumétrico marshall

Pruebas mecánicas

Consideraciones general

cemen cemento to asfál asfáltic tico o indica indicado do como como temperatu temperatura ra máximo máximo o mínima mínima en intervalos de 6°C

EJ. 8% contenido contenido de afalto afalto y 3 2120 kg/m Ej. PG 70 – 58 o PG 64 64 -22 -  Tensión indirecta -  Tensión indirecta - Cortante - Flujo plástico - Fatiga por cortante - Compresión axial - Compresión Triaxial - Frecuencia de barrido Se evalua de manera Se eval evalua ua la susc suscep epti tibi bilid lidad ad por por indire indirecta cta la susce suscept ptibi ibilid lidad ad humedad por humedad La gran granulo ulomet metría ría tiene tiene un ma mayor yor La granulometría es un control de calidad requ requis isit ito o dese deseab able le que que no necesaria necesariament mente e se controla controla de manera rigurosa

Organismos Nacionales y Extranjeros relacionados con ASFALTOS. r) OPEP. OPEP. Organización Organización de Países Países Exportadores Exportadores de Petróleo Petróleo PIARC World Road Association s) UOP. UOP. Unive Universal rsal Oil Produc Products ts EAPA European Industry Association Paviment t) API. API. Ameri American can Petrol Petroleum eum Institu Institute te u) AASHTO. AASHTO. American American Association Association of State Hidhway Hidhway and transportation transportation Official Official v) ATSSA ATSSA American American traffic traffic Safety Safety Services Services Association Association w) IPC Instituto Instituto panamericano panamericano de Careteras Careteras x) IMA. Institu Instituto to Mexicano Mexicano del Asfalto Asfalto del del PEMEX PEMEX y) IMT. Institut Instituto o Mexicano Mexicano del del Trasporte Trasporte (Méxi (México) co) z) AMAAC. AMAAC. Asociación Asociación Mexicana Mexicana del del Asfalto Asfalto y del transporte transporte (México (México)) aa) aa) AMC AMC aso asoci ciac ació ión n Me Mexica xicana na de Cami Camino nos s

METALES Se obtienen de la extracción de minerales Fe, C, Ni, Cr, Al, Br, Pb, Ag sometidos a calor para para ser fund fundido idoss en estad estado o líquid líquido o utiliz utilizan ando do proces procesos os de reducc reducción ión,, separa separació ción n de impurezas y refinación, para iniciar la solidificación. Al material solidificado se conoce como lingote y es la primera operación que sufren los metales. Las operaciones siguientes se conocen como moldeadoras y pueden ser: a) Forjad Forjado. o. Golpe Golpeteo teo con con mart martillo illo b) Laminad Laminado: o: corte corte en en forma forma de lamin laminas as c) Extrusión Extrusión:: paso a presión presión del metal metal fundido fundido que que al enfriarse enfriarse se consolida consolida Propie Propieda dades des:: resist resistent entes es a tensió tensión n y compre compresió sión, n, condu conducti ctivid vidad ad térmic térmica a y elé eléctr ctrica ica;; ducti ductilid lidad ad,, durez dureza, a, tenac tenacida idad, d, resist resistenc encia ia al impact impacto, o, propen propensos sos a la corros corrosión ión.. Los principales productos aplicados a la ingeniería civil: VIGAS, RIELES, TUBERIAS, PLACAS, LAMINAS, ACERO DE REFUERZO, MALLA, ALAMBRES.

Los metales se pueden clasificar de acuerdo a su composición química en: Material Principales propiedades 1. HIERRO contiene 0.0% a 0.0088% Es duro y frágil PURO de carbono

I) ACERO AL CARBONO 2. ACERO

a) Hipoteutoide (bajo al carbono entre 0.008% a 0.8% de carbono), se calienta a temperaturas temperaturas mayores de 912°c b) Hipereutoide (alto en carbono entre 0.8% a 2.0% de carbono),

-

-

-

-

3. HIERRO COLADO

a) De acer acero o ino inoxi xida dabl ble e II) ALEACIONES b) Acer Acero o mar marte teni niti tico co c) Acer Acero o man manga gane neso so a) HIERRO GRIS contiene entre 2.4% y 4.5 % de 2.0 a 4.3% de carbono carbono. Se emplean en estado líquido para b) HIERRO BLANCO llenar moldes contiene entre 2.0% y con formas 2.55% de carbono geométricas deseadas c) HIERRO HIERRO COLAD COLADO O DUCTIL. DUCTIL.

4. ALEA ALEACI CIO ONES NES MATERIALES NO FERROSOS

a) alea aleaci cio ones de alu alum minio inio

b) Aleac Aleacion iones es de mag magnes nesio io c) Ale Alea aciones de de co cobre

Se calienta a temperaturas mayores de 912°C para ser maquinados Son dúctiles tanto en frío como en caliente, resistentes a tensión y compresión, tenaces Se calienta a temperaturas mayores de 738°C para ser maquinados Son resistentes a tensión y compresión, duros, resistentes a la abrasión y desgaste, se utilizan en herramientas cortantes y cojinetes

Material no maleable, son duros, frágiles, resistente al desgaste utilizado en fundiciones porque se puede maquinar Resistente al desgaste, superficialmente superficialmente duro

En estado estado líquido líquido se agrega agrega magnesio, magnesio, es muy ductil de fácil maquinado y capacidad de fundición. Liger igero o, bu buen cond onducto ctor tér térm mico ico, dúctil, se puede trabajar en caliente y frío, punto de fusión de 660°c con temperaturas de trabajo menores a 300°C Difícil Difícil de de traba trabajar jar sin sin agriet agrietars arse e Buena co conductividad té térmica y eléctrica, alta resistencia a la oxidación, gran ductilidad.

d) Aleaciones de níquel 5. a) Por pre presi sió ón SOLDADURA b) Por fusión ión Para proporcionar propiedades especiales a las piezas de acero se someten a tratamiento térmico denominándose las fases: a) Norm Normal aliz izac ació ión, n, se calie calient nta a el acero acero entr entre e 727° 727°C C y 912° 912°C C para para propo proporc rcio iona narr una una estructura uniforme con grado refinado, mayor ductilidad y resistencia b) Templado Templado,, se ablanda ablanda el acero a tempera temperaturas turas menore menoress de 727°C 727°C c) Re Reco coci cido do.. Se real realiz iza a dent dentro ro del del horn horno o y cons consis iste te en ma mant nten ener er al ma mate teri rial al a unaa unaa temperatura elevada durante un periodo de tiempo determinado, para transformar el

tamaño del grano grueso a fino y eliminar los esfuerzos residuales inducidos durante el enfriamiento. PROPIEDADES DE LOS MÉTALES. -

-

-

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Son relativamente pesados: Su representación representación de fases es casi sólida con un porcentaje múy pequeño de vacios vacios (<3%), y las densidades de sus componentes componentes sólidos de 4 a 8 (gr/cm3) Buenos conductores de calor y electricidad. El tipo de enlaces que se forman son de tipo metálico por lo cual sus electrones no estan unidos sino que existe una interacción entre ellos que permite el paso de la electricidad y calor. DUCTIL DUCTILIDA IDAD. D. me metal tales es que que abso absorbe rben n en frió frió defor deforma macio ciones nes sin llegar llegar a romper romperse se (metales que pueden extender se en alambres o hilos). Algunos de los materiales asociados con con la ductilidad es es el acero y la madera. madera. FRAGILIDAD. Propiedad que poseen los cuerpos cuando al aplicar carga se rompen sin deformación plástica previa, depende de la fuerza de unión entre sus moléculas, la temper temperatu atura ra a la cual cual fund fundió ió el sólido sólido,, distri distribu bució ción n de grieta grietass y discon discontin tinuid uidade ades. s. Algunos métales que poseen esta propiedad son el hierro colado y los materiales no ferrosos.

-

DUREZA. Propiedad de los materiales de resistir a ser atravesado (cortado, labrado, comprimido) comprimido) por otro sólido.

-

MALEABILIDAD

-

 TENACIDAD PROPIEDADES MECÁNICAS. MECÁNICAS. En general se se valora su resistencia resistencia a tensión. Material

Esfuerzo de Fluencia

Esfuerzo Máximo

408 816 204 1530 5274 2320 2531 2250 2241 4200 4528 1542 1458

------2960 7742 4222- 5070 4080 - 5100 4080 - 5000 4222 - 5100 6000 5253 3580 4386

Hierro Blanco sin alear Hierro gris fundido Hierro gris templado Acero Simple Acero inoxidable austenitico ASTM A-7 ASTM A-36 ASTM A-131 ASTM A-283 Acero de alta Resistencia Bronce comercial Laton amarillo Bronce Arquitectónico

% de alargamiento alargamiento o deformación 0.0 0.0 0.4 21 20 18 20 9 0.06 1.12 0.59

Composición de la capa terrestre. Se entiende por capa terrestre o costra terrestre a la capa superficial que envuelve a la tierra hasta una profundidad de 16 Km; Algunas zonas de esta capa o costra contienen altas concentraciones de metales a los que se les conoce como depósitos minerales. La extracción de estos minerales minerales se conoce como minería minería y se lleva a cabo mediante los sistemas de excavación subterránea o de tiro abierto. Existen dos tipos de minería: la selectiva, en la cual se trabajan pequeñas vetas o camas de mineral de alta concentración

y la masiva, en la cual se extraen grandes cantidades cantidades de mineral de baja ley para extraer  junto con ellos las porciones de alta concentración. Entre los minerales ferrosos mas importantes tenemos: Hematita(Fe2O3) Hematita (Fe2O3) 70.0% Fe Magnetita(Fe2O4) Magnetita (Fe2O4) 72.4% Fe Taconita Es un mineral ferroso embebido embebido en una matriz cuarzosa cuarzosa de compuestos compuestos silicosos y es la propia fuente de la Hematita y la Magnetita; su contenido de Fe es de aproximadamente 30%. El Acero y su Manufactura. Se puede aprender mucho de la metalúrgica de la soldadura si se entiende como se producen los distintos tipos de acero, ya que algunos de los procesos químicos que ocurren durante la elaboración del acero se repiten durante la operación de la soldadura.

El Alto Horno El mayor porcentaje de arrabio producido comercialmente proviene de altos hornos. El tamaño de un alto horno moderno es de aproximadamente 30 Mts. de altura y un diámetro interior de 10 Mts.; su cubierta exterior es de acero y su interior esta recubierto con densos ladrillos refractarios, duros y de alta calidad, diseñados especialmente especialmente para este tipo de servicio extra-pesado. extra-pesado. El tiempo que se pueda operar continuamente continuamente un alto horno depende de la l a vida util del material refractario que normalmente permite a os altos hornos operar sin interrupción por periodos de entre 3 y 7 anos. Hornos de Aceración Para purificar el arrabio y la chatarra se utilizan diversos tipos de hornos, entre los mas conocidos conocidos están el Siemens-Martin, Siemens-Martin, el Horno Eléctrico y el BOF o convertidor básico. El horno Siemens-Martin tiene la ventaja de eliminar el fósforo, producir composiciones de acero mas exactas y utilizar chatarra, lo cual es cada vez mas útil dada la importancia que ha alcanzado el reciclaje. El horno eléctrico emplea grandes electrodos de grafito para producir un arco de gran intensidad que funde la carga, La ventaja de este horno se fundamenta en que es mucho mas sencillo mantener y controlar en su interior la atmósfera ya sea oxidante o reductora; El fósforo se puede eliminar con una escoria oxidante y el azufre con escoria reductora. El BOF (mas ampliamente usado) o Convertidor Básico a Oxigeno es el mas común. Grandes avances se han logrado en los procesos de aceración gracias al uso de inyección i nyección de oxigeno puro en lugar de aire; este método permite la producción de grandes toneladas de acero con bajo contenido de nitrógeno. Acabado y desoxidación del Acero Después del proceso de refinación el acero queda saturado de oxigeno, mientras mas bajo el contenido de carbón en el acero mas alto será su contenido de oxigeno y para cualquier contenido de carbón el contenido de oxigeno es mayor en el acero en estado liquido que

en estado sólido, por lo tanto, para evitar burbujas de gas atrapadas en el metal, una cantidad sustancial sustancial de oxigeno debe eliminarse. Existen 5 maneras distintas para eliminar el oxigeno del acero en fusión: 1.Acero Efervescente: Efervescente: La manufactura de este acero consiste en vaciar el acero liquido, con alto contenido de oxigeno, en lingoteras (moldes). El acero entonces, forma un lingote que empieza a solidificarse desde afuera hacia dentro comenzando por las paredes y fondo de la lingotera, formando paredes y un fondo de hierro casi puro. Como resultado de esto el acero, aun aun liquido en el centro centro del lingote lingote se segrega segrega casi todo el carbón, sulfuro sulfuro y fósforo. El oxigeno reacciona con el carbón formando monóxido de carbono que queda atrapado en la masa del lingote al solidificarse y que desaparece durante los subsecuentes procesos de laminación en caliente. 2.Acero Semi-Efervescente: Semi-Efervescente : Cuando se fabrica este acero la intención es regular la cantidad de oxigeno en el metal fundido de manera de detener la acción efervescente. Esto se logra mediante el uso de una tapa pesada, o tapa fría que se coloca por solo unos minutos en la parte superior de la lingotera después que se ha solidificado solo una pequeña capa adyacente adyacente a las paredes y fondo de la lingotera, formando una piel de acero casi puro. De esta manera se obtiene un lingote de acero con un centro no tan segregado como en el acero efervescente. Estos aceros se utilizan en aplicaciones que requieren una excelente superficie y donde la heterogeneidad del acero efervescente seria perjudicial. 3.Acero 3. Acero Calmado: Calmado: Este acero se fabrica eliminando o convirtiendo completamente el oxigeno antes de la solidificación para prevenir la acción efervescente; Esto se logra generalmente generalmente agregando silicio en forma de ferro silicio en el horno, el silicio se combina con el oxigeno para formar sílice (SiO2) la cual es expulsada con la escoria, dejando un metal denso y homogéneo. 4.Acero Semi-Calmado: Este acero esta en un punto intermedio entre el acero efervescente y el acero calmado, este al solidificarse muestra una menor contracción produciendo una cavidad o depresión de menor tamaño en la parte superior del lingote. 5.Acero desoxidado al Vacío: El objeto de la desoxidación al vació es eliminar el oxigeno sin dejar inclusiones de compuestos no metálicos, de esta manera se obtienen aceros muy limpios para usos especiales. Tipos de Aceros Clasificación de los Aceros Existen cuatro grandes clasificaciones de aceros básicos: Aceros al Carbón, Aceros de Baja Aleación, Aceros de Alta Aleación y Aceros Herramienta. El Acero es básicamente una aleación de Hierro y Carbón; el carbón es el responsable de la respuesta del acero a los tratamientos tratamientos de endurecimiento, endurecimiento, por esta razón tan importante el principal tipo de acero es el Acero al Carbón común. 1.Acero 1. Acero al Carbón: Los aceros al carbón varían desde el 0.005% al 1.80% de contenido de carbón, aceros con contenidos mayores se clasifican como Hierros Colados. Los aceros al carbón contienen menos del 1.65% de Manganeso, 0.6% de Silicio y 0.6% de Cobre, cabe recordar que además de fabricarse en varios tipos de hornos, los aceros al carbón pueden terminarse o desoxidarse como acero efervescente, semi-efervescente, semi-efervescente, calmado, semi-calmado y desoxidado al vacío; tanto el tipo de horno usado como el proceso de desoxidación afectan las características y propiedades del acero. Sin embargo, el mayor cambio de propiedades lo determina el contenido de carbón; al aumentar el contenido de carbón también aumenta la resistencia y su dureza. 2.Aceros de Baja Aleación: Estos aceros contienen pequeñas cantidades de elementos específicos de aleación para obtener mejoras considerables en sus propiedades. Estos elementos de aleación se pueden incorporar en el acero por varias razones: mejorar propiedades propiedades mecánicas, aumentar o disminuir disminuir su respuesta a los tratamientos tratamientos térmicos, mejorar su resistencia a la corrosión, etc. El acero de baja aleación se define primero como un acero en el cual el contenido máximo especificado para los elementos de aleación excede uno o mas de las siguientes

cantidades: (Mn - 1.65%), (Si - 0.6%) y segundo como un acero con un contenido definido de elementos de aleaciones tales como Al, Ni, Mo, Ti, W, V, Zr y otras aleaciones, un gran numero de estas aleaciones pueden ser agrupadas agrupadas en las cuatro aplicaciones siguientes: a) Acero para construcción. b) Acero automotriz, aviación y maquinaria. c) Acero para baja temperatura. temperatura. d) Acero para alta temperatura. temperatura. 3.Acero de Alta Aleación: Cuando el contenido Cr, Ni o Mn en el acero es 10% o mayor se le considera como acero de alta aleación, entre los aceros de alta aleación mas importantes se encuentran: a) Aceros Austenitico al manganeso.. manganeso.. b) Aceros Inoxidables. c) Aceros resistentes al calor. d) Aceros Herramienta. Por los altos niveles de elementos de aleación, se recomienda tomar practicas y cuidado especial cuando se sueldan aceros de alta aleación.

La operación del alto horno se basa en la reacción química que se produce entre la carga sólida y el flujo ascendente de gas en el horno. La carga consiste principalmente de: mineral ferroso, fundente fundente y Coque. El mineral ferroso es oxido de hierro en trozos trozos de aproximadamente aproximadamente 10 cm de diámetro. El fundente fundente es piedra caliza, la cual se descompone descompone en CaO y CO2, la Cal reacciona con las impurezas contenidas contenidas en el mineral y en el Coque para formar escoria. El Coque es el combustible ideal para el alto horno, ya que al quemarse produce Gas Co que es el principal agente reductor en la producción de acero. La función básica del alto horno consiste en reducir el oxido de hierro en hierro metálico básico, y eliminar las impureza i mpurezass contenidas en el metal. Algunos elementos elementos reducidos ( C, Si, Mn, S, P ) permanecen con el hierro y los elementos oxidados (CaO, CaS, SiO2, Al2O3, MgO, MnO ) se disuelven en la escoria. Al metal final que se obtiene del alto horno se le llama "arrabio" y tiene aproximadamente aproximadamente esta composición: Fe C Mn Si S P 90 - 95%

3.5 - 4.5%0.5 4.5% 0.5 - 8%0.7 8% 0.7 - 3.5% 0.02 - 0.12% 0.1 - 0.9%

El arrabio se utiliza como punto de partida para otros procesos de purificación o aceración. Estos minerales son definidos como depósitos naturales naturales de materiales de los cuales pueden ser extraídos comercialmente los metales. A la cantidad de metal contenida en los minerales se le conoce como "Tenor" "Tenor" o "Ley" y al resto de los compuestos sin valor valor contenidos en el mismo se le conoce como "Ganga". Existen minerales ferrosos y no ferrosos, la metalúrgica ferrosa se refiere exclusivamente al hierro y la metalúrgica no ferrosa se refiere a la tecnología de todo el resto de los metales. Minerales Ferrosos El hierro (Fe), es el mas importante importante y el mas usado de todos los metales. En el mundo se produce un tonelaje 20 veces mayor de hierro que de todo el resto de los metales. Algunas de las razones de esta preponderancia son que: en el mundo existen grandes depósitos de mineral ferroso de alta ley, el mineral ferroso es relativamente fácil de reducir y también que el hierro combinado con el carbón forma una importante cadena de aleaciones útiles. Especificaciones de los Aceros. Varias sociedades de normas son responsables de las especificaciones especificacione s químicas de los aceros, las normas mas importantes y conocidas son las establecidas por: AISI Instituto Americano del Hierro y el Acero. SAE Sociedad de Ingenieros Automotrices. ASTME Sociedad Americana de Pruebas y Materiales. ASME Sociedad Americana de Ingenieros Mecanicos. El sistema de clasificación que estas sociedades de normas han establecido se basa en un numero de 4 dígitos en el cual los primeros 2 dígitos representan la composición composición química de la aleación y los 2 dígitos finales representan el contenido aproximado de carbón, algunas variantes se pueden representar en letras según: L = Plomo. B = Boro. E = Horno Eléctrico. H = Endurecimiento Endurecimiento Garantizado. Garantizado. La Sociedad americana de Pruebas y Materiales (ASTM) publica especificaciones y pruebas de materiales cubriendo materiales ferrosos y no ferrosos, también la Sociedad Americana de Soldaduras Soldaduras (AWS) publica sus especificaciones, especificaciones, pero esta ultima ultima se concentra especialmente en soldadura y sus procesos. Estructura Cristalina de los Metales. Cuando un metal en estado liquido es enfriado, sus átomos se agrupan en siguiendo un patrón regular de cristalización, entonces decimos que el metal se ha solidificado o cristalizado. Todos los metales se solidifican como materiales cristalinos y cada material posee su propio patrón de cristalización en el caso de los metales este patrón permanece inalterable mientras este en estado sólido. Las formas mas comunes de estructuras cristalinas en metales son la Red Cúbica Centrada, Red cúbica de Caras Centradas y la Red Hexagonal Compacta, otras estructuras cristalinas encontradas en los metales son la Cúbica simple, Tetragonal, Romboidal, Ortorromboidal y sus variantes.

Formas Básicas de los cristales de acero

La estructura cristalina de los metales es responsable responsable de muchas de las l as principales propiedades propiedades de los mismos. A medida que el metal en estado liquido se solidifica, se forman pequeños grupos de átomos que van formando las redes o cadenas cristalinas cristali nas creando centros de cristalización o Granos a través de toda la masa del metal y orientándose orientándose en todas direcciones; esta cristalización se multiplica uniendo los grupos entre si y el proceso de solidificación termina, a la superficie de contacto entre un cristal y otro se le denomina "limite" o "Borde" del grano. El proceso de enfriamiento afecta el tamaño y posición de los granos y consecuentemente afecta también las propiedades del metal. Propiedades de los Metales Las propiedades de los metales se pueden dividir en tres grandes categorías: ·

Propiedades Mecánicas

·

Propiedades Físicas

·

Propiedades Corrosivas

Las Propiedades Mecánicas se pueden listar de esta forma: Resistencia Máxima a la tensión (Ultimate Tensil Strength): Carga máxima que soporta el metal antes de fracturarse. Deformación (Strain): La cantidad de deflexión experimentada por el metal al aplicársele una carga. Resistencia a la Fatiga (Stress): Resistencia de un metal o material a la tensión bajo carga dinámica o cíclica. Modulo de Elasticidad (Modulus of Elasticity): Elasticity): La relación de fatiga a deformación. Entre mas alto el modulo de elasticidad, mas fuerte el metal. Región Elástica (Elastic Region): Region): Donde la fatiga esta directamente relacionada relacionada con la deformación deformación y el metal regresa a su forma original al quitar la carga.

Región Plástica (Plastic Region): Region): La región donde el metal deformado ya no regresa a su forma original. Limite Elástico (Yield Strength) Strength):: El limite de comportamiento elástico del metal. Endurecimiento por Deformación (Strain Hardening): Hardening): La habilidad de un metal de aumentar su resistencia debido a deformación plástica. Dureza (Hardness): (Hardness): La resistencia de un metal a la deformación deformación plástica; para medir la dureza se utilizan los procedimientos Brinell, Vickens y Rockwell. Elongación por Doblez (Bend Elongation): Elongation): Es la l a separación entre marcas al doblar una probeta en un arco de 180° Impacto (Toughness): La habilidad de un metal para resistir la fractura al aplicar una carga bajo condiciones desfavorables de absorción de energía y deformación plástica. Temperatura de Transición de Energía (Energy Transition Temperature): Temperature): La temperatura a la cual el tipo de fractura de un metal cambia de Dúctil a Frágil. Fractura (Fracture): (Fracture): La ruptura o separación de un metal en dos o mas partes. Hay dos tipos de fractura: Por esfuerzo cortante y Fractura Fragilizada; en la primera se nota una deformación deformación plástica antes de la fractura y en la segunda esa deformación plástica no ocurre u ocurre en grado mínimo. La fractura por esfuerzo cortante tiene una apariencia sedosa o fibrosa, mientras que la fractura fragilizada tiene una apariencia granular o cristalina. Propiedades Físicas Densidad (Density): Relación Peso / volumen. Conductividad Térmica (Thermal Conductivity): Conductivity): La relación de comportamiento comportamiento en como se transmite el calor en la masa metálica. Coeficiente de Expansión (Coefficient of Expansion): Expansion): La relación de cambio dimensional de un metal sujeto a cambio de temperatura. Propiedades Corrosivas Las propiedades corrosivas de un metal determinan el grado de ataque por reacción química o electroquímica del medio que lo rodea. Debido a que la resistencia a la corrosión es muy importante al planear el servicio de una estructura soldada, es necesario conocer que aleaciones son resistentes a los distintos ataques corrosivos. Es importante hacer notar que el metal de soldadura, el metal base y la zona de calor afectada por el calor (HAZ) pueden comportarse de manera muy particular cada una en un medio de corrosivo determinado. Efecto de algunos de los elementos de aleación en los aceros. Carbón (C): (C): Es el elemento de aleación mas efectivo, eficiente y de bajo costo. En aceros enfriados lentamente, lentamente, el carbón forma carburo de hierro y cementita, la cual con la ferrita forma perlita. Cuando el acero se enfría mas rápidamente, el acero al carbón muestra endurecimiento endurecimiento superficial. El carbón es el elemento responsable por la alta dureza y alta resistencia del acero. Manganeso (Mn): Esta presente en casi todas las aleaciones de acero y constituye uno de sus elementos indispensables. El Manganeso es un formador de austenita y al combinarse combinarse con azufre previene la formación de sulfuro de hierro en los bordes del grano, el cual es altamente perjudicial perjudicial durante el proceso de laminación. El Manganeso se usa para desoxidar y aumentar la capacidad de endurecimiento del acero.

Silicio (Si): Es un formador de ferrita y se usa para desoxidar, también aumenta la capacidad de endurecimiento mejorando mejorando las propiedades propiedades mecánicas del acero. Cromo (Cr): (Cr): Es un formador de ferrita y aumenta la profundidad de endurecimiento; endurecimiento; también aumenta aumenta la resistencia a altas temperaturas y a la l a corrosión. El Cromo es un elemento principal de aleación en aceros inoxidables y debido a su capacidad de formar carburos se utiliza en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste. Níquel (Ni): (Ni): Es el principal formador formador de austenita, austenita, este elemento aumenta aumenta la tenacidad y resistencia al impacto, por eso es el elemento mas efectivo para mejorar la resistencia del acero a las bajas temperaturas. temperaturas. El níquel también utiliza en los aceros inoxidables para aumentar aumentar la resistencia a la corrosión. El níquel presenta propiedades propiedades únicas para soldar Hierros Colados. Molibdeno (Mo): (Mo): Aumenta fuertemente la profundidad de endurecimiento del acero, así  como su resistencia al impacto, por eso es el elemento mas afectivo para mejorar la resistencia del acero a las bajas temperaturas, temperaturas, reduciendo, además, la perdida de resistencia por templado. Los aceros inoxidables austeniticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Vanadio (V): Promueve la formación de grano pequeño y reduce la perdida de resistencia durante el templado; además, aumenta la capacidad de endurecimiento, también es un formador de carburos que imparten resistencia al desgaste en aceros herramientas. Cobre (Cu): Mejora la resistencia a la corrosión de aceros al carbón. Fósforo (P): Se considera un elemento perjudicial en los aceros, ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto. Sin embargo, en algunos aceros se agrega deliberadamente deliberadamente para aumentar aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad. Azufre (S): También se considera como elemento perjudicial en las aleaciones de acero. Sin embargo, en ocasiones se agrega hasta 0.25% de azufre para mejorar la maquinabilidad. maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son difíciles de soldar y en su presencia en la soldadura genera porosidad. Boro (B): Se utiliza básicamente para aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero esta totalmente desoxidado. Una pequeña cantidad de boro, (0.001%) tiene un efecto marcado en el endurecimiento del acero, el boro también se combina con el carbón para formar carburos que imparten al acero características de revestimiento duro. Columbio (Nb) (Ta): Se utiliza básicamente en aceros inoxidables austeniticos con el objeto de estabilizar los carburos. Debido a que el carbón disminuye la resistencia anticorrosiva en los inoxidables al agregar Columbio, el cual tiene mayor afinidad con el carbón que el cromo, este queda libre para cumplir con su función anticorrosiva. Titanio (Ti): También se utiliza para estabilizar y desoxidar acero. Sin embargo, pocas veces se usa en soldadura, soldadura, ya que el metal de soldadura no se transfiere eficientemente. Tungsteno (W): (W): Se utiliza para impartir gran resistencia a alta temperatura. temperatura. El Tungsteno Tungsteno también forma carburos los cuales son excepcionalmente duros, impartiendo al acero una gran resistencia al desgaste para aplicaciones de revestimiento duro o en acero herramienta. Cobalto (Co): (Co): Es un elemento poco común en los aceros, ya que disminuye la capacidad de endurecimiento. Sin embargo, este elemento encuentra su uso en aplicaciones donde se requiere un revestimiento duro para servicio a alta temperatura, ya que produce una gran cantidad de solución sólida endurecedora cuando se disuelve en ferrita o austenita. Plomo (Pb): (Pb): Es un ejemplo de elemento casi insoluble en Hierro. Se agrega plomo a muchos tipos de acero para mejorar la maquinabilidad.

Nitrógeno (N): (N): Se agrega en ocasiones al acero para promover la formación de austenita.  También puede agregarse agregarse a aceros inoxidables para reducir la cantidad de Níquel. El Nitrógeno afecta las propiedades mecánicas del acero. Aluminio (Al): (Al): Se usa principalmente principalmente como desoxidante en la elaboración de acero. El Aluminio también aminora aminora el crecimiento del grano al formar óxidos dispersados y nitruros.

MATERIALES CERÁMICOS. Son materiales inorgánicos, no metálicos manufacturados que se obtienen de un proceso tecnológico que consiste en tres pasos: -

-

-

Preparación de la masa cerámica: cerámica: Se seleccionan minerales compuestos compuestos por óxidos de Si, Si, Al, Al, Ca Ca,, Mg, Mg, Na y K unid unidos os con con Ca Carb rbon ono, o, boro boro,, sili silici cio, o, hidr hidrur uros os,, sulf sulfur uros os y seleniuros. Los minerales son sometidos a operaciones de cribado, lavado, decantación y desecación dependiendo dependiendo la cantidad y tipo de impurezas impurezas que se encuentren encuentren en cada yacimiento. Model Modelado ado en la forma forma dese deseada ada:: Los minera minerales les en las propo proporci rcione oness indica indicada dass mezcladas con agua dan origen a una masa plástica que puede modelarse en la forma desead deseada, a, desec desecan ando do el objet objeto o desp después ués de su mo model delad ado, o, la plasti plasticid cidad ad dismin disminuye uye gradualmente al reducirse la cantidad de agua. Cocción del objeto en hornos adecuados: adecuados: Al someterse los objetos desecados a una cocción adecuada adecuada las propiedades propiedades plásticas son irreversiblemente irreversiblemente destruidas, destruidas, los compuestos químicos son unidos con enlaces covalentes e iónicos con el oxigeno a trav través és de una una comp complej leja a seri serie e de reac reacci cion ones es y tran transf sfor orma maci cion ones es debi debida dass a la temperatura alcanzada alcanzada formado un material con características propias La estructura en el interior de los materiales cerámicos esta definida por cristales de diversos tamaños, formas y naturaleza que constituyen la fase sólida y un sistema de poros y cavidades cavidades que constituyen constituyen la fase vítrea intersticial intersticial ó de vacíos. Fase intersticial

Fase sólida

En los cuerpos cerámicos no porosos los vacios están aislados entre sí, mientras que en los prod product uctos os cerám cerámico icoss poros porosos os los vacíos vacíos se interc intercom omun unica ican n entre entre sí y con el exteri exterior or evitando la transmisión de calor y de sonido. Una clasificación de los materiales cerámicos por su uso en la construcción se muestra a continuación.

o hueco hecho mecánicamente

Tabique sólido Productos de arcilla

a mano o

Piezas de concreto

Bloques sólidos

o huecos,

tabicón y

adoquín

Se clasifican de acuerdo a sus

propiedades mecánicas Vidrio.

transparencia,

Se clasifican de acuerdo a su dureza, rigidez, resistencia al

medio ambiente

y a la corrosión

TRADICIONALES

Abrasivos. Son materiales cuya

propiedad principal

es la dureza para moler o

pulir materiales

menos duros, se utilizan

para eliminar

salientes de superficies y

hacerlas tersas. CERÁMICAS pedernal y diatomita

Ejem. Diamante, granito, esmeril, Refractarios. Se clasifican clasifican de acuerdo a

la porosidad,

composición mineralógica

y su porosidad.

Se utilizan en hornos

industriales sujetos a

altas temperaturas Son compuestos puros o casi puros

de óxidos como:

Alumina Al 2O3, Nitrato de Silicio Si 3N4,

carburo de resistentes a de circuitos

Silicio SiC y Zircomita ZrO2. Son NUEVAS ó   TECNOLÓGICAS

altas temperaturas, temperaturas, sirven de soporte integrados, integrados, forman parte de módulos de

conducción

térmica, reactores nucleares,

colorantes, láseres y

películas especiales.

Los diversos productos cerámicos tienen numerosas propiedades en común: -

-

-

QUÍMICAMENTE ESTABLES: ESTABLES: Carecen de electrones libres de valencia, lo cual origina que sean resistentes al ataque de agentes químicos y atmosféricos. atmosféricos. ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA. Los vacíos intersticiales dentro de su estructura permiten que puedan absorber líquidos sin presentar cambios por expansión o contracción de su fase sólida. REFRACTARIEDAD: Es la propiedad de los materiales de soportar la acción del calor sin deformación o reblandecimiento. Los materiales refractarios se clasifican de acuerdo a su capacidad refractaria y porosidad, como se indica en las siguientes tablas: Grupo Capacidad

Rango de

Suprema

Porosida d <3%

-

-

refractaria Normal Elevada

temperatura 1580 – 1770 °C 1770 – 2000 °C

Alta

> 2000 °C

Alta cocmpactación Compacto

3 – 10 % 10 – 20% Ordinario 20 – 30% Lige Ligero ro y de aisl aislam amie ient nto o 45 – térmico 85%

FRAGILIDAD. Propiedad que poseen los cuerpos cuando al aplicar carga se rompen sin deformación plástica previa, depende de la fuerza de unión entre sus moléculas, la temperatura a la cual fundió el sólido, distribución de grietas y discontinuidades. discontinuidades. RESISTENCIA MECÁNICA. En general la mayoría de los materiales cerámicos no tienen un uso estructural, debido a que su resistencia a compresión es inferior a la del acero o el concreto. El general su resistencia a compresión y modulo de ruptura en pruebas a flexió flexión n se relacion relaciona a con con el peso volumé volumétri trico, co, % de absorci absorción ón en Agua Agua fría, fría, % de absorción después de 5 horas en ebullición y Coeficiente de saturación. La comparación entre estas propiedades de las piezas de cerámica y concreto se muestran en la siguiente tabla:

Peso Resistenc Modulo volumétri ia a de co kg/m3 compresi ruptura ón kg/cm2 (kg/cm2)  Tab  Tabiq iqu ue h hec ech ho a mano 1400– 50 - 70 10 – 15 1500 Tabique hec-h --o 90 - 175 --mecánicamente Bloques huecos o --100 mín 8 maci ma cizo zoss de conc concre reto to ligero

% de % de Coeficien absorci absorció te de ón en n en saturació agua ebullició n fría n 20 - 25 25 - 30 80 – 84 17-25

17-25

78-90

9 - 20

---

---

Nota: El coeficiente de saturación se obtiene a partir de los pesos saturados después de 24 hr y

Las piezas de cerámica de arcilla o concreto se utilizan para la construcción de muros en edificios o viviendas. Su clasificación de acuerdo al RCDF es: huecas) Muros

Estructurales No estructurales

Exteriores Interiores

reforzados interiormente (piezas confinados (con dalas y castillos)

-

ELEVAD ELEVADA A DUREZA DUREZA.. Esta Esta propie propieda dad d se aplic aplica a princ principa ipalme lment nte e para para los ma mater terial iales es abrasivos, los cuales deben moler y pulir materiales menos duros.

-

BAJA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Y ELÉCTRICA

MADERA. La madera natural o procesada proviene de los troncos de los árboles. La madera consiste en 550% de carbono, 44% de oxigeno, 6% de hidrógeno y 0.1% de nitrógeno en masa seca, estos elementos forman compuestos químicos complejos de los cuales el mayor

porcentaje lo constituyen dos polímeros denominados Celulosa (60%) y Lignita (28%), como se muestra en la figura No. 1.

MADERA

Elementos constitutivos mayores

Elementos constitutivos menores y extractivos Lignina

Polisacáridos

28% de su peso Polímero complejo de

Celulosa

Hemicelulosa

grandes dimensiones

60% de su peso

Es una matriz de

sin carbohidratos que

Polímero lineal C 6H10O5 enlazado por fuerzas de Van der der Wall Walls s y pue puentes ntes de

Gra Grasas, as, res resinas y otros

Sustanc ancias in inorgá rgánicas pecticas y protéinicas

Constituyen el 4% de su peso seco

polí políme metr tros os rami ramifi fica cado dos s

ceme cement nta a a los los fila filame ment ntos os

Son Son sust sustan anci cias as que que no form forman an part parte e de las las

no lineales que

de la celulosa,

paredes celulares y rellenan vacíos. Son los

sost sostie iene ne los los

hemi hemice celu lulo losa sa y

resp respon onsa sabl bles es del del olor olor,, colo color, r, sabo sabor, r, resi resist sten enci cia a

hidroge hidrogeno, no, son de

filamento filamentos s de

extract extractivos ivos

a la intemper intemperie ie y higrosco higroscopici picidad dad de la madera. madera.

aspecto filamentoso en

la celulosa

cadenas helicoidales

Fig. No. 1: Compuestos Compuestos químicos de la madera Los elementos constitutivos mayores forman microfibras que se pueden observar a través de microscopios electrónicos de barrido o de transmisión. Las paredes celulares de la madera consisten en una armazón (celulosa), en una matriz (hemicelulosa) cementada cementada por lignita e incrustaciones extractivas. Se desconoce la estructura cristalina de las microfibras, se supone que están compuestas de empaques de unidades de cadenas de celulosa de sección transversal de 3.5 x 3.5 nm llamadas El volumen de la madera consiste principalmente por 90% de células longitudinales o traqueidas traqueidas entre 32 y 5 mm en longitud. Las células transversales o parenquimas forman el 10 % su longitud varia entre 200 y 300 μm

La microestructura interna de la madera y su composición química explica la anisotropía de este este ma mater terial ial en las direcc direccion iones es tangen tangencia cial, l, radial radial y trans transver versal sal,, prese present ntan ando do una una apariencia diferente si se realiza un corte transversal en el tronco del árbol se distinguen cuatro cuatro partes: la medula medula es la parte central del tronco tronco y es el tejido tejido alrededor alrededor del cual crecen crecen la primer primera a ma made dera ra en el tronco tronco;; anillo anilloss de crecim crecimien iento to o de desar desarrol rollo lo anua anual, l, consiste consistente nte en maderas maderas de primavera primavera y verano cuyo grosor grosor depende depende de la cantidad cantidad de humedad humedad y minerales absorbidos durante un año, y la corteza que es la porción externa del tronco que tiene como función aislar y proteger la corteza interior contra daños externos. La albura es la sustancia con nutrientes, el cambium son las células vivientes que originan todo el crecimiento de la madera y la corteza transportando la albura desde las raíces hasta las hojas y almacena los nutrientes en la corteza donde se transforma en savia y desciende por células que envuelven al tronco (xilema)

PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA. a. DENSIDAD. Aunque el peso de las fibras que conforman la madera es 1.53 veces el peso peso del del agua agua,, el peso peso espe especi cifi fico co de las las dife difere rent ntes es espe especi cies es de ma made dera ra lo determinan las diferencias de disposición, tamaño y espesor de las células huecas así como su contenido de humedad, la densidad relativa varia entre 0.3 y 0.9 (gr/cm3) b.

HUMEDAD HUMEDAD.. La mader madera a no es un un sólido sólido conti continuo nuo,, sino sino que que contiene contiene grandes grandes vacío vacíoss en forma de vasos longitudinales y transversales entre sus fibras formadas por celulosa que es hidrófila por lo que absorbe grandes cantidades de agua logrando que su rigidez disminuya y sea susceptible susceptible a cambios volumétricos.

La humedad que puede ser almacenada dentro de estos vacíos varios entre el 25 al 35% de su masa, pudiendo absorber agua hasta un 800% de su saturación de las fibras. Las maderas con un contenido de humedad correspondiente a su saturación originan que la fibra se contraiga y a contenidos mayores se expanda. Los valores promedio de contracción son 0.4 en dirección longitudinal, 4.0 en longitud transversal y 11% en dirección transversal, provocando estados de esfuerzo y anormalidades anormalidades en la madera. Para evitar cambios de volumen en la madera, esta se cura o se seca antes de ser usada dismin disminuye uyend ndo o el efecto efecto de variac variacion iones es volum volumétr étrica icass poste posterio riores res por por cambio cambioss en la humedad atmosférica atmosférica estableciendo un estado de equilibrio entre 13°C y 18°C. El secado se lleva a cabo en hornos a temperaturas del orden de 70-82°C produciendo perdida de líquidos en las paredes celulares y finalmente se utilizan aceites derivados del carbón de minas (alquitrán), soluciones de petróleo (PENTACLOROFENOL) Y SOLUCIONES ACUOSAS SALINAS (CLORO DE ZINC) PARA PROTEGER LA MADERA DEL ATAQUE DE HONGOS. a) DEFECTOS DEFECTOS.. La madera se ve afectada afectada por por la longitud longitud de las celdas de las molécul moléculas as polim polimétr étrica icas, s, la cantid cantidad ad de humed humedad ad absor absorbid bida, a, el Angu Angulo lo de las fibras fibras y la proporción de celulosa, los cuales originan defectos microscópicos dentro de su estructura, son cualquier irregularidad que afecte su durabilidad o resistencia los cuales se pueden clasificar como: 1. Nudos. Son las inclusiones inclusiones de los inicios de las ramas del tronco. 2. Grietas, Grietas, son son abertur aberturas as parale paralelas las a los radio radios. s. 3. Rupturas Rupturas,, son separac separaciones iones entre entre los anillo anilloss de crecimien crecimiento to 4. Fren Frenos os.. Son Son las las sepa separa raci cion ones es long longit itud udin inal ales es que que atra atravi vies esan an los los anil anillo loss de crecimiento 5. Bolsas Bolsas de de resinas, resinas, son son huecos huecos con con o sin resina resina 6. Mader Madera a de tensión tensión o de compres compresión ión.. Indic Indica a anorm anormali alidad dades es estruc estructu tural rales es en el crecim crecimien iento to de los árbole árboless origin originada adass por por fuerz fuerzas as extern externas as como como el vient viento o o empujes. Anillo Anual Contracción radial

Contracción tangencial

Contracción longitudinal Contracción radial

Figura 2. Defectos de la madera

 b)

Contracción tangencial

MASA UNITARIA. varia entre 500 a 800 kg/m3

c) AISLAN AISLANTE TE AL CAL CALOR OR Y ELECT ELECTRIC RICIDA IDAD. D.

CLASIFICACIÓN DE LA MADERA. De acuerdo al tipo de árboles de los cuales se extraen, la madera se clasifican en: d) CONF CONFIE IERA RAS S ó MADE MADERA RA BLAN BLANDA DA.. Prov Proven enie ient nte e de árbo árboles les exóg exógen enos os de clim climas as templa templado dos, s, que que tienen tienen apari aparienc encia ia siemp siempre re verde verde como como el pino, pino, o caduco caducoss que que pierden el follaje al final de cada estación de crecimiento. Su crecimiento se refleja en la formación de anillos en el tronco a base de fibras radiales e) LATIFOLI LATIFOLIADAS ADAS ó MADERA MADERA DURA: Se extrae extrae de arbolen arbolen endogenos endogenos de clima clima tropical, tropical, estan formados por fibras entretejidas que conjuntan anillos de crecimiento casi uniformes que pueden no ser anuales pero si periódicos, aunque no se distinguen tan claramente como los formados en los troncos de un arbol exogeno, Los términos de madera blanda y madera dura no indican el verdadero grado de dureza de las diferentes especies de los árboles, ya que se tienen características diferentes entre maderas provenientes de la misma especie de árboles. FORMAS COMERCIALES DE LA MADERA. De acuerdo a su uso en la construcción, las formas comerciales de la madera se clasifican en cuatro tipos: ASERRADO SIMPLE: SIMPLE: corte de la madera madera tangencial tangencial a los

anillos 1. MADERA ASERRADA

de crecimiento anual ASERRADO POR CUARTOS: madera cortada radialmente respecto a los anillos de crecimiento ASERRADO CONTINUO. El aserrado es similar al aserrado

por

cuartos

La madera aserrada solo se utiliza cuando los claros por cubrir son menores del diámetro del tronco 2. MADERA CONTRACHAPADA CONTRACHAPADA (triplay): Se designa al material material hecho con chapas chapas (laminas (laminas de madera en forma de hojas), unidas entre sí permanentemente. Actualmente ya se puede puede impreg impregna narr y adhe adherir rir lamina laminass metáli metálicas cas y de otros otros ma mater terial iales, es, mo molde ldearl arla a en difere diferente ntess forma formass para para cump cumplir lir con una una gran gran varied variedad ad de requis requisito itoss estruc estructu tural rales es empleándose en muros, techumbres, pisos y cimbras. La madera contrachapada trata de eliminar las diferencias anisotrópicas de la madera logran logrando do un ma mater terial ial con unifo uniformi rmidad dad de resist resistenc encia ia en los senti sentido doss longit longitud udina inall y transversal de la chapa, la estabilidad dimensional se mejora ligeramente, presenta una menor disminución en los costos de mano de obra para cubrir una mayor área. 3. MADERA LAMINADA: Es fabricada a base de tiras delgadas de madera de 5 cm de lado, que que son pegad pegadas as en tal forma forma que que se pued pueden en introd introduci ucirr seccio secciones nes estruc estructu turale raless de cualquier tamaño tamaño y longitud. longitud. Las propiedades propiedades mecánicas de los laminados laminados son superiores a las de las maderas aserradas ya que algunos defectos son eliminados cuando se fabricas, colocando la madera de mejor calidad en los lugares donde se presentan los esfuerzos máximos máximos para para flexión y para cargas cargas axiales. Se tiene un control control de calidad calidad durante durante su fabricación de manera que la humedad sea menor de 16% antes de ser pegadas. 4. CONGLOMERAD CONGLOMERADOS. OS. Aserrín unido unido con pegamen pegamentos tos o resinas, resinas, generalmen generalmente te se cubre con chapas o con laminas de formica para tener una mayor durabilidad, aunque no tiene un uso estructura. PROPIEDADES MECANICAS. La madera tiene una alta relación resistencia / peso, aunque dependen de la magnitud y forma de aplicación de las cargas con respecto a las fibras, teniendo un mejor comportamiento cuando se aplican las cargas paralelas a las fibras que en forma perpendicular, El reglamento de construcciones del DF, propone los siguientes valores indicados en las tablas para elementos estructurales de madera MADERA DE ESPECIES CONFIERAS Flexión

f ‘ fu

Clase A 170

Clase B 100

Tensión paralela a la fibra f ‘ tu Compresión paralela a la fibra f ‘ cu Compresión perpendicular a la fibra f ‘ nu Cortante paralelo a la fibra f ‘ vu Modulo de Elasticidad promedio E 0.50 Modu Modulo lo de ela elast stic icid idad ad corr corres espo pond ndien iente te al 5º. 5º. E 0.05 Percentil

115 120 40 15 100,000 65,000

MADERA DE ESPECIES LATIFOLIADAS Flexión f ‘ fu Tensión paralela a la fibra f ‘ tu Compresión paralela a la fibra f ‘ cu Compresión perpendicular a la fibra f ‘ un Cortante paralelo a la fibra f ‘ vu Modulo de Elasticidad promedio E 0.50 Modu Modulo lo de elas elasti tici cida dad d corr corres espo pond ndie ient nte e al 5º. 5º. E 0.05 Percentil MADERA CONTRACHAPADA Flexión   Tensión COMPRESION En el plano de las chapas Perpendicular al plano de las chapas CORTANTE A través del grosor En el plano de las chapas Modulo de Elasticidad promedio Modulo de rigidez promedio

Perpendicular al grano Tensión

Paralela al grano

Flexión

70 95 40 15 80000 50000

Grupo I Grupo II Grupo III 300 200 100 200 140 70 220 150 80 75 50 25 25 20 12 160000 120000 75000 120000 85000 50000

f ‘ fu tu

190 140

f ‘ cu f ‘ nu

160 236

f ‘ vu f ‘ ru E 0.50 G 0.05

20 5 105000 5000

Paralela al grano Cortante

Compresión

Figura 3. Especímenes de madera para diferentes diferentes condiciones de carga carga

f‘