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• Carita de Angel

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Perfil del Egresado “El ingeniero civil es el profesional con la capacidad, 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, considerando los aspectos metodológicos, social, económico, técnico y ecológico, bajo una perspectiva ética y buscando el aprovechamiento optimo de los recursos existentes en el lugar de la obra“ CURSO: MATERIALES PARA INGENIERIA CIVIL OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: El alumno será capaz partiendo de las relaciones entre la estructura de los materiales y sus propiedades de identificar usos y transformaciones en donde el procesamiento se controle para obtener materiales de construcción con aplicaciones a productos útiles de ingeniería con diversas propiedades, en una obra de ingeniería civil. El alumno identificará la estructura de los materiales, predecirá su comportamiento mecánico, seleccionara su utilización o transformación para hacer realidad un proyecto de ingeniería. DATOS DE PROGRAMACIÓN UNIDAD I.- ESTRUCTURA DE MATERIALES Y PROPIEDADES MECANICAS OBJETIVO.- ANALIZAR LAS PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA MICROSCOPICAS Y RELACIONADAS TEMAS 1.1. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES 1.2.- PROPIEDADES MECANICAS Tiempo destinado: 2 ½ semanas UNIDAD II.- CONTROL DE CALIDAD EN LOS MATERIALES OBJETIVO.- NORMATIVIDAD PARA ASEGURAR E INFERIR LA CALIDAD DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN Y EDIFICACIÓN TEMAS 2.1. CERTIFICACIÓN Y NORMATIVIDAD 2.2. CONTROL ESTADÍSTICO DE PROCESOS Tiempo destinado: 1 ½ semana UNIDAD III.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN OBJETIVO.- CONOCER LAS ESPECIFICACIONES Y NORMAS APLICADAS A LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LOS PROYECTOS DE INGENIERIA PARA ASEGURAR E INFERIR SU CALIDAD. TEMAS 3.1.ROCAS y SUELOS 3.2.AGLOMERANTES. 3.3.CONCRETO HIDRÁULICO Y ASFÁLTICO (dosificaciones de mezclas). 3.4.METALES 3.5.CERAMICA Y VIDRIO 3.6.MADERA. 3.7.PRODUCCION DE POLIMEROS 3.8. MATERIALES COMPUESTOS. Tiempo destinado: 12 semanas

PRACTICAS PROGRAMADAS PARA EL CURSO: CIVIL.

MATERIALES PARA INGENIERIA

Semana Objetivo 1. Estructura 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 en agregados % de desgaste método los Ángeles minerales. 4. Propiedades Obtener la curva granulométrica en físicas de gravas y arenas agregados Determinación del MF en arenas y minerales contenido de materia orgánica. 5. Propiedades Mezcla de agregados pétreos para físicas de cumplir con los requisitos de la norma agregados Materiales Pétreos para carpetas minerales asfálticas 6. Aglomerantes Agua de consistencia normal y Determinación de la resistencia a compresión en cementantes hidráulicos. 7. Concreto Elaboración de especímenes Marshall asfáltico y ensaye de cubos de cementantes hidráulicos 8. Propiedades de mezclas con aglomerantes. 9. Dosificación de concreto hidráulico 10. Dosificación de concreto asfáltico 11. Metales 12. Cerámicas 13. Madera – Polímeros 14. Concreto Hidráulico Endurecido

Ensaye de cubos de cementantes hidráulicos Determinación de estabilidad y flujo Estructura en mezcla de materiales Procedimiento teórico. Dosificación de mezcla de concreto hidráulico, propiedades en estado fresco. Revisión de propiedades mecánicas en acero Ensaye a tensión en placa de acero Revisión de propiedades físicas y mecánicas de cerámicos tradicionales. Ensaye a tensión, cortante y compresión en madera Revisión de propiedades mecánicas en madera-polímeros Ensaye a compresión de especímenes de concreto Ensaye a flexión y tensión en especímenes de concreto

Bibliografía

-------Manual CFE Normas SCT, Tomo IX parte I NMX C – 73 NMX C –77 NMX C – 165 N-CMT-4-04-03 de la SCT Tomo IX parte II SCT, NMX-C-061 ONNCCE2001. Tomo IX Parte Primera, Normas de Construcción de la S.C.T., Pag. 354365.

ACI-318 NMX-C- 156 NMX-C-161 NOM B – 434 NOM B –310 Tomo IX parte I Normas SCT Tomo IX parte IV Normas SCT NMX C – 109 y 83 NMX C – 191 NMX C – 163

ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES. El conocimiento de la estructura de un material permite prever, hasta cierto punto, su comportamiento. 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 poseen una estructura interna compleja debido a las 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, 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 para posicionar sondas de análisis en las inmediaciones de las superficies de los materiales. 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., 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. Los metales (Sólidos cristalinos) tienen pocos electrones en sus órbitas exteriores. En esas condiciones, cuando se hayan conformando un sólido con otros átomos iguales, tienden a satisfacer su neutralidad 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 y por eso los metales son buenos conductores eléctricos. Los no metales (Sólidos amorfos) en cambio tienen sus órbitas exteriores pobladas por 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 a flotar libremente por todo el cristal. En esas

condiciones las uniones no son para nada direccionales y ante una tensión aplicada en una 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 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 permite llevar la aplicación de los materiales a límites 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

PROPIEDAD Dimensiones y forma

Físicas

Densidad o gravedad específica Porosidad Contenido de humedad Oxido o composición compleja

Químicas

Acidez o alcalinidad Resistencia a la corrosión o a la intemperie Resistencia: tensión, compresión, cortante, flexión, impacto, tenacidad

Mecánicas

Rigidez Elasticidad y plasticidad Ductilidad y fragilidad Dureza y resistencia al desgaste Calor específico

Térmicas

Expansión Conductividad

Eléctricas y Magnéticas Acústicas

Conductividad Permeabilidad magnética Acción galvánica Transmisión del sonido Reflexión del sonido Color

Ópticas

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 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 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 que ocurre bajo la carga; dentro del rango del comportamiento elástico, la rigidez se mide por el módulo de 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 tenacidad. En el ensayo mecánico de probetas preparadas hay cinco tipos primarios de cargas: tensión, 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 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. 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 unitaria e : es la 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 unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformación lateral). Dentro del rango elástico la relación entre las 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 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 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 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 elásticos aun bajo esfuerzos relativamente reducidos, pero la 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 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 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. Mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformación 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 correspondiente es denominada módulo de elasticidad (E). En términos del diagrama de esfuerzo y 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.

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, 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 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), 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 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 En la primera parte del ensayo de tensión, el material se deforma elásticamente, o sea que si se elimina la carga sobre la muestra, volverá a su longitud inicial. Para metales, la máxima deformación elástica es usualmente menor a un 0.5%. En general, los metales y aleaciones 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 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 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. Si la muestra desarrolla un decrecimiento localizado en su sección (un estrangulamiento de su sección antes de la rotura), la tensión decrecerá al 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 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 documentos que elabora un organismo nacional de normalización o secretarias de estado, que prevé para un uso común y repetitivo, reglas, especificaciones, atributos, métodos de prueba, directrices, características o prescripciones aplicables a un producto, proceso, instalación, sistema, actividad, servicio o método de producción u operación, así como aquellas relativas a terminología, embalaje, marcado y etiquetado (ART: 3 Ley Federal sobre Metrología y Normalización LFMN) Son establecidas por consenso de las partes interesadas (fabricantes, consumidores, organismos de investigación científica y tecnológica, laboratorios y, asociaciones profesionales); y aprobados por organismo reconocido Sectorial/ Nacional / Regional / Internacional; ofrecen un lenguaje común de comunicación, establecen un equilibrio socioeconómico entre los distintos agentes que participan en las transacciones comerciales y son un patrón necesario de referencia para el cliente y el proveedor. La Ley Federal de Metrología y Normalización contempla dos 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 colectiva encaminada a establecer soluciones 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 edificación ONNCCE (Secretaria de Economia), Centro Nacional para la Prevención de Desastres (CENAPRED), Dirección General de Norma (DGN), SCT, CFE, PEMEX. EXTRANJERAS: Sociedad Americana para Pruebas de Materiales ASTM, Instituto Americano de estandarización ANSI, Asociación Francesa de Normalización AFNOR, Asociación Española de Normalización y Certificación 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 de Estandarización BSI; Comité Europeo de Estandarización. COMPONENTES GENERALES DE UNA NORMA EMITIDA POR EL ONNCCE: a) Nombre b) Prefacio: Empresas que integran el comité y que participan en la elaboración de la 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. 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. 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 conformidad con documentos normativos, evaluación de los sistemas constructivos, certificación de los sistemas de calidad de normas mexicanas (NMX-CC / ISO 9000, información sobre normas y bienes. 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.

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 de un proceso contínuo, y que sirve para controlar dicho proceso.

El propósito de una gráfica de control es determinar si el 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 directos (muestreo y ensaye de materiales) o métodos indirectos (estudios, geofísicos o Roca Sana sísmicos), presentando información cuya finalidad es: 2-5

a) b) c) d)

Indicar cómo la historia geológica influye sobre las características del terreno Dar valores típicos sobre las propiedades de las rocas y/o suelos Mostrar la variabilidad del comportamiento del suelo con la profundidad Historia de presiones o esfuerzos a los que se sometió un suelo.

CICLO DE FORMACIÓN DE LAS ROCAS

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS Las rocas están involucradas en muchos proyectos de ingeniería civil, sus 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 DESCRIBE EN TÉRMINOS GEOLÓGICOS DE ACUERDO A LA DESCRIPCIÓN 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 monumentos o piezas de ornato

2. PIEDRA BRAZA cimentaciones

4. EN 5. POLVO DE ROCA Roca masiva sin clasificación de tamaños

3. BALDOSADA Fahadas

GREÑA Para pisos

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LAS ROCAS •

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. En los minerales alocromaticos no se presenta un color característico.

•

FRACTURA. Es la manera irregular de separarse dos o más cristales no coincidiendo con un posible plano 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 aplicarle una fuerza y se diferencia de la exfoliación por generar planos de separación menos perfectos. En función de estos se habla de grados de clivaje, siendo el grado 1: clivaje perfecto (límite superior con la exfoliación); grado 2: clivaje bueno; grado 3: clivaje medio; grado 4: clivaje imperfecto y grado 5: clivaje absolutamente imperfecto (limite con la fractura).

•

DUREZA. Se llama dureza al grado de resistencia que opone una 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. Las rocas fluorescentes se hacen 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 fosforescencia y a la roca con tal característica mineral fosforescente. Las fluoritas de color intenso son rocas fosforescentes, que muestran 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 de perforación Longitud de los núcleos perforados

RQD =

∑ longitudes_ de _ nucleos≥ 10cm x100 profundida d _ de _ perforacio n

Designación de la Calidad RQD

DESCRIPCIÓN

0-25

Muy mala

26-50

Mala

51-75

Regular

76-90

Buena

91-100

Excelente

•

COEFICIENTE DE EXPANSIÓN. Propiedad térmica que indica la capacidad de cambiar el volumen con respecto a la temperatura

•

% DE DESGASTE POR ABRASIÓN. Resistencia a degradarse ante cargas abrasivas, se realiza por medio de la máquina de los ángeles.

W −W % _ d e_ d e s g a s_tep o r_ a b r a s ió= n s i s f x1 0 0 Ws i Wsi: Peso seco inicial Wsf: Peso seco final si % de desgaste por abrasión >50%, puede ser utilizada la roca para fabricar concreto •

PERDIDA EN PESO POR INTEMPERISMO 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 TIPO DE ROCA DENSIDAD

ÍGNEAS SEDIMENTARI AS METAMÓRFIC AS RCDF

POROSIDA D

RESISTENCIA (kg/cm2) COMPRESIÓ TENSIÓN CORTANTE N qu T S 1000-3500 70-350 140-600 50-2500 20-250 30-500

2.2-3.1 2.0-2.7

0.1-1.5 1.0-3.0

2.6-3.0

0.1-2.0

500-3000

---

4% Máximo

100-150

50-300

150-600

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 el 100% en peso.

Los aglomerantes son sustancias para unir fragmentos ó elementos 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 agregados minerales cohesionada física, química o mecánicamente por un aglomerado. En la descripción de agregados minerales se utilizan términos como: a) FUENTE DE ORIGEN •

• •

NATURALES: de ríos o arroyos conglomerados, se separan arena y grava por cribado en diversos tamaños (3”, 1 ½”, 3/8”, No. 4”, pasa No. 4) para eliminar limos y arcillas. También se utilizan escorias de origen volcánico de tipo pumítico (tepojal) TRITURADOS: Fragmentos de roca triturados y cribados hasta alcanzar los tamaños deseados ARTIFICIALES: como unicel, plástico, fragmentos de acero, desperdicio de altos hornos (escoria y fly Ash), etc.

b) TAMAÑO MÁXIMO De acuerdo a valor de la abertura de la criba en la cual pasa el 100% del material, se define 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 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 LA PARTÍCULA

DESCRIPCIÓN

ANGULAR

Bordes bien definidos en la intersección de caras rugosas y tres dimensiones iguales

ALARGADA

Partículas angulares con una relación largo/ancho >3

PLANA

Partículas con relaciones largo/ancho < 3

IRREGULAR

De forma natural irregular por desgaste, con bordes redondeados

REDONDEADA

Desgaste severo, tridimensional y sin bordes claros

d) TEXTURA SUPERFICIAL 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

CLASIFICACIÓN DE LA TEXTURA SUPERFICIAL DE LA PARTÍCULA

DESCRIPCIÓN

ÁSPERA

Fractura con granos finos a medianos difíciles de ver a simple vista

LISA

Desgastada por agua o por fractura de rocas laminadas

GRANULAR

Fractura con granos aproximadamente redondos

PANALOIDE

Cavidades y poros visibles

uniformes

CRISTALINA

Partes cristalinas fácilmente distinguibles

GRANULOMETRÍA. Distribución de frecuencias del tamaño de sus partículas apropiada para cada uso. Existen parámetros de calidad como MODULO DE FINURA EN ARENAS, que esta 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 material, se deberá determinar la cantidad de sustancias perjudiciales en las muestras de materiales. La cantidad de arcilla determina el comportamiento de los agregados minerales y se consideran sustancias perjudiciales en los siguientes 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 para concreto asfáltico, material de base ó sub-base, por lo que es necesario mezclas dos o más materiales. Un procedimiento gráfico para mezclar dos materiales consiste en: 1. Trazar un cuadro de 10 divisiones por lado 2. Marcar el porcentaje que pasa cada tamiz de cada agregado en los ejes verticales para el suelo A (grueso) y suelo B (fino) 3. Para cada tamaño unir con una línea recta los dos agregados 4. Marcar los limites especificados en cada recta utilizando los ejes horizontales 5. Trazar una línea vertical entre estos limites 6. Determinar el porcentaje requerido para cada agregado. Esté método se puede aplicar realizando la mezcla para dos materiales, posteriormente la nueva granulometría se utiliza para mezclar un tercer material

Relación fino/total (%) % q u e p a s a

100 100 80F I 60 N O 40

80

60

40

20

0 100 80 60 40

% q u e p a s a

G R U E S O

20

20

0 0

20

40

60

80

0

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 artificiales, pigmentos) Clasificación de los aglomerantes: 1. Aglomerantes pétreos. Son aquellos que al ser mezclados con agua toman consistencia 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 presencia del aire, requieren periodos de hidratación para alcanzar su resistencia máxima, ejem: cemento, cal hidratada, cemento de albañilería. Se usan en lugares confinados y mampostería, donde se requiera resistencia y 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: Son materiales que endurecen por 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 + arena Concreto: mezcla de grava + arena + aglomerante + aditivos + agua (aglomerante pétreo) Fraguado: Al mezclar el agua y el aglomerante, se inician una serie de reacciones químicas, 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 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 después de haber adicionado el agua, al volverlo a mezclar se restablece 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 (CaCO 3) 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 el residuo retenido en la malla No. 20 (0.841 mm) no sea mayor de 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 de magnesio MgO. Existen dos tipos de cal hidratada para empleados para la elaboración de morteros, recubrimientos y como adicionantes para el cemento portland. Se designan como sigue: -

Tipo N – Cal Hidratada Normal Tipo E: Cal 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) Composición química: - 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), Oxidos no hidratados 8% máximo b) Finura: verificar que el residuo retenido en la malla No. 30 (0.595 mm) lavando el material no sea mayor de 0.5% en peso. c) Valor de plasticidad: en la cal Hidratada tipo E mayor de 200, en función del tiempo en que tarda una pasta en llegar a una lectura de 100 en un aparato estandarizado. d) Retención de agua mayor a 75% (tipo N), y mayor de 85 (tipo E) después de una succión de 60 segundos. CAL HIDRAULICA HIDRATADA. Es un producto cementante seco resultado 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 adicionando una 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 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 SiO2 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: verificar que el residuo retenido en la malla No. 30 (0.595 mm) lavando el material no sea mayor de 0.5% en peso ni mayor del 10% en la malla No. 200 (0.047 mm). c) Tiempo de fraguado: para la pasta de cal de consistencia normal, el fraguado inicial no deberá ser mayor de 2 horas y el final quedar dentro de un lapso de 48 horas d) Sanidad: las barras de pastas de cal no deberán tener una expansión mayor del 1% e) Resistencia a compresión: no deberá ser menor de 12 kg/cm 2 a los 7 días, no menor de 24 kg/cm2 a los 28 días CEMENTANTE PARA MORTERO. Es un producto que se obtiene al mezclar cal hidratada y sílice activa, finamente pulverizadas en la proporción adecuada para su uso como aglutinante en morteros para mamposterías y recubrimientos Control de calidad: se toman muestras para determinar: a) Finura: verificar que el residuo retenido en la malla No. 325 en seco máximo 15% en peso b) Sanidad: las barras de pastas de cal no deberán tener una expansión mayor del 1% al someterse en el autoclave c) Tiempo de fraguado, utilizando el método de Gillmore para la pasta de consistencia 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/cm2 a los 7 días, no menor de 63 kg/cm2 a los 28 días e) Retención del agua: flujo después de la succión 70% mínimo con respecto al flujo original. YESO. Es el producto de la deshidratación parcial o total de la piedra de yeso o algez CaSO4 con dos moléculas de agua (2 H2O) 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 entre 10 y 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. Yeso para empastar: yeso calcinado a 169°C y 200°C, es muy plástico y en ocasiones se le agregan retardantes de fraguado, se clasifican en: Yeso de 1ª. (blanco), Yeso de 2ª (gris) y Yeso para prefabricados

CEMENTO PORTLAND. Antecedentes 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 historia. La sílice activa y la alúmina que se encuentran en las cenizas volcánicas combinadas con cal molidos a temperatura normal forman lo que se conoce como cemento 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 una mezcla de arcilla finamente triturada y caliza dura en un 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 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 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 estimación de la composición del cemento se ha simplificado con métodos como fluorescencia de rayos X (difractometría) y microanálisis por sondeo eléctrico. Se suelen considerar como los componentes principales del cemento a los indicados en la sig. tabla. Composición del oxido Abreviatura SILICATO 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) Na2O y K2 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. HIDRATACION DEL CEMENTO. El cemento hidratado es una mezcla de cuatro 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 el yeso disuelto en el agua precipitándose, generándose calor y aumento 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 (C3A), 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 agua-cemento, son cristales no bien desarrollados en forma de fibras 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 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 hidrato rico en agua que reacciona con el 40% del agua. La hidratación del aluminoferrito tetracalcico con el 37% de agua y el 30% del hidrato de cal después de que el yeso ha terminado de reaccionar 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:

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

Vp = Vc + Vw

Vcap = Vc + Vw – Vsh – Vwg

Porosidad real en la pasta agua-cemento

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

Agua Cemento

Cemento sin Hidratar

Capilares

Vcap

Agua gel

Vwg

Sólidos de hidratación

Vvp 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/cm3= 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 cm3 Volumen de agua gel Vwg = 0.389 Vsh = 0.389 (48.966) = 19.06 cm3 El agua requerida para realizar la mezcla es Vw = Vwne + Vwg = 23 + 19.06 = 42.06 cm3 ó 42.06 ml Volumen de Capilares

Vcap = Vc + Vw – Vsh – Vwg = 31.746 + 42.06 – 48.996 – 19.06 = 5.75 cm3

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 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 cm3 Volumen de agua gel Vwg = 0.389 Vsh = 0.389 (48.966) = 19.06 cm3 El agua requerida para realizar la mezcla es Va =Vsh +Vwg –Vc =48.996 + 19.06 –31.746 = 36.31 cm3 Volumen de Capilares

Vcap = Vc + Vw – Vsh – Vwg = 31.746 + 36.30 – 48.996 – 19.06 = 0 cm3

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 normal NMX-C-057)

CEMENTOS EXPANSIVOS. Es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el periodo de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. 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 portland, trialuminosulfato tetracalcico 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 la disminución de volumen ocasionada por la contracción por secado 2. Disminuir esfuerzos de tensión en el refuerzo postensado 3. estabilizar a largo plazo las dimensiones de las estructuras de concreto postensado respecto al diseño original. ASFALTO: Son los productos obtenidos de la destilación del petróleo, consistentes en una mezcla de hidrocarburos o hidrocarbonos naturales. Esta formado por aceites (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 (proceso de envejecimiento), perdiendo su capacidad de resistencia, adhesividad e impermeabilidad al agua. Esta compuesto por átomos de azufre, nitrógeno y oxigeno formando grupos polares que generan enlaces secundarios con moléculas de hidrocarbonatos (carbono 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: formada por moléculas de anillos no polares saturados de hidrocarburos sin condensar, afectan las propiedades de viscosidad y fluidez. b) Fase de asfáltenos o paranificos, cadenas rectas o ramificadas de moléculas que proporcionan las propiedades de adhesión y ductilidad c) Resinas o aromáticos, se acomodan combinando anillos y cadenas moleculares, son los que proporcionan las propiedades de resistencia y rigidez La dificultad de caracterizar 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, impermeabilizantes, fieltros, etc. El asfalto utilizado en pavimentos se produce en tres formas: a) Cemento asfáltico: es el residuo de la destilación del petróleo b) Asfaltos rebajados: cemento asfáltico + disolvente (gasolina o nafta para fraguado rápido; queroseno para fraguado medio y aceites ligeros para fraguado lento) c) Emulsión asfáltica, son materiales asfálticos líquidos estables formados por dos fases no miscibles constituidos por cemento asfáltico+agua emulsificada con carga eléctrica. Se dividen en emulsiones asfálticas anionicas (carga electropositiva) y emulsiones asfálticas cationicas (o electronegativas), pudiendo ser de rompimiento rápido, medio y lento. Las pruebas que se realizan son para medir la viscosidad, solubilidad, punto de inflamación, penetración a 25°C, punto de reblandecimiento, ductilidad, solubilidad en tetracarbonato de carbono, capacidad de cubrimiento de partículas.

La palabra petroleum proviene de la palabra griega petra (piedra) y la palabra latina oelum (aceite), es un líquido aceitoso más ligero que el agua constituido por una mezcla de hidrocarburos naturales que se encuentran almacenados en el interior de la corteza terrestre Los petróleos crudos presentan diferentes composiciones químicas resultado de las variaciones de sus propiedades físicas como densidad, color y viscosidad. El color va de transparente a opaco 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 separar los componentes de la mezcla 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 denomina destilación fraccionaria 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 químicos del petróleo: sustancias químicas inorgánicas y orgánicas, compuestos aromáticos, polímeros (plásticos, cauchos sintéticos y fibras sintéticas. La norma de la S.C.T. define al asfalto como un material bituminoso de color negro constituidos por asfáltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan las características de consistencia, aglutinación y ductilidad. Es sólido y semisólido, tiene propiedades cementantes a temperatura ambiente normales, al calentarse se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida. Los principales materiales asfálticos para pavimentos, de acuerdo a la norma N-CMT-4-05-001/01 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes son: Material Asfáltico

Clasificación

Tipo

Vehículo Usos más comunes para su aplicació n Cement AC AC–5, Calor Se utiliza en la elaboración o De acuerdo a la AC-10, AC-20, en caliente de carpetas, Asfáltico viscosidad AC-30 morteros y estabilizaciones, así como elemento para base en la fabricación de emulsiones asfálticas y asfaltos rebajados Emulsió De acuerdo a su carga EAR-55, EAR- Agua Se utilizan en la elaboración n eléctrica. 60 en frío de carpetas, Asfáltico EA anionicas EAM-60, EAMmorteros, riegos y polaridad 65 estabilizaciones electronegativa EAL-55, EALEC cationicas 60 polaridad EAI-60

Asfalto Rebajad o

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

ECR-60, ECR65, ECR-70, ECM-65, ECL-65, ECI60 ECS-60,

FR-3 FM-1

Solventes Se utiliza en la elaboración en frío de carpetas y para la impregnación de sub-bases y bases hidráulicas

La producción del petróleo a gran escala se inicia aproximadamente en 1880 y la construcción de pavimentos con asfaltos en 1900. El 1920 se tenia la 1ª. Red de autopistas de 3 carriles individuales en Italia y para 1930 un sistema de autopistas moderno Autobahn Alemán para grandes volúmenes de trafica a velocidades de 160 km/hr. En 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) Características y propiedades del suelo (capacidad de soporte) b) Topografía: Curvas y pendientes c) Intensidad de trafica (tipo y cantidad de vehiculos) d) Vida útil (tiempo de diseño) e) Condiciones climáticas de la zona Algunos usos de los asfaltos en la construcción: - Pavimentos: calles, caminos, aeropuertos, campos deportivos - Impermeabilizantes: Cartón asfáltico, adhesivos asfálticos - Mampostería: tabiques de arcilla estabilizados con asfalto - Drenaje: tubos de asfalto - Pinturas: mastique, barnices resistentes a ácidos, solventes, 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 plástico o semifluido, capaz de ser moldeado incluyendo las actividades de transportación, colado, compactado, acabado y 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 importantes son el tamaño de la revoltura en relación al tamaño del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosificación y el diseño de la mezcla, la configuración y el estado del tambor mezclador y las paletas. a) Trabajabilidad: es la facilidad de colocar, consolidar (compactar) y dar el 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 agua hacia la superficie del concreto recién mezclada provocada por el asentamiento de los materiales sólidos –cemento, arena-grava- dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia del efecto combinado de la vibración y la gravedad. Un sangrado excesivo aumenta la relación agua-cemento cerca de la superficie exterior, pudiendo dar como resultado una capa superior débil de baja 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 incluido mejora la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco a segregarse y sangrar. b) Consolidación: Es la vibración que pone en movimiento a las 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) Hidratación y tiempo de fraguado. La propiedad de adhesiva y 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 estas partículas forman uniones entrelazadas entre las otras fases cristalinas y los granos de cemento sin hidratar también 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 y del desarrollo de la resistencia. Cuando el concreto fragua su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no 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 hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño provocado por 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) Curado Húmedo. El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga humedad relativa superior al 80% y permanezca a temperatura 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 del concreto. El concreto no endurece ni se cura con el secado, ya que el cemento requiere humedad para hidratarse, al secarse el concreto deja de obtener resistencia, además de que se presentan grietas provocando superficies débiles y descascaramiento de las partículas. El contenido de humedad de las propiedades del concreto endurecido se ven afectadas como el modulo de elasticidad, flujo plástico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, durabilidad. f)

Resistencia. A compresión: Se puede definir como la resistencia medida a 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 con el valor de la resistencia a compresión. La resistencia a tensión es aproximadamente entre 8% y 12% de su resistencia a compresión y existen formulas empíricas para suponer su valor. La resistencia a torsión del concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y las 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 recomendable es elaborar especímenes para determinar la resistencia del concreto elaborado. Los principales factores que afectan la resistencia son la relación a/c, la edad, deficiente proceso constructivo.

g) Peso Unitario. El concreto convencional tiene un rango entre 2,200 y 2400 kg/m3, varia dependiendo la cantidad de aire atrapado o intencionalmente incluido y de los contenidos de agua y cemento influenciados por el tamaño máximo del agregado. Para el diseño de estructuras, un valor convencional del concreto armado es de 2,400 kg/m3. h) Resistencia a congelación y Deshielo. Del concreto utilizado en estructuras y pavimentos, se espera que tengan una vida útil larga y de mantenimiento bajo. Debe tener buena durabilidad para resistir condiciones de exposición 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 al que se presenta por las condiciones de mezclado. Sin embargo, bajo todas las condiciones de exposición, una buena pasta con baja relación agua cemento evitara que la mayor parte de las partículas de agregado se saturen i)

Permeabilidad y hermeticidad. El concreto empleado en estructuras que retengan 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 refrenar o retener el agua sin escapes visibles. La permeabilidad se refiere a la

migración de agua a través del concreto cuando el agua se encuentra a presión o la capacidad del concreto de permitir la penetración del agua u otras sustancias (aire, gas, iones, etc.). La permeabilidad de la pasta depende de una relación agua/cemento baja y del grado de hidratación del cemento con un curado adecuado. La disminución de permeabilidad del concreto mejora la resistencia, el ataque a sulfatos y a otros productos 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 de muestras sometidas a sustancias químicas por periodos de tiempos definidos. j)

Resistencia al desgaste. Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas están expuestos al desgaste, por lo que requieren una elevada resistencia a la abrasión. Los resultados de la resistencia a la abrasión están relacionados con la resistencia a compresión del concreto, la cual depende de las bajas relaciones agua/cemento y curado adecuado, aunque también dependen el tipo de agregados gruesos y el acabado de la superficie. Un agregado más duro es más resistente a uno blando o esponjoso, y si una superficie ha sido tratada con llana de metal resiste más al desgaste que una que no se acabo con este material. Se pueden realizar ensayes de resistencia a la abrasión rotando balines de acero, ruedas de afilar o discos a presión sobre la superficie (ASTM 779 o ASTM C 418 y C 944) deteminando la profundidad de desgaste en un tiempo definido.

k) Estabilidad volumétrica. El concreto endurecido presenta cambios de volumen debido las variaciones de temperatura, humedad y esfuerzos aplicados. Estos cambios de volumen pueden variar de aproximadamente 0.01% a 0.08% . En el concreto 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)

Control de agrietamientos. Las dos causas básicas agrietamientos son:

por las que se producen los

-

Esfuerzos debidos a la contracción por secado o a cambios de temperatura 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 agrietamiento puede existir sin que se produzca una falla de los elementos estructurales pero provoca inseguridad entre los usuarios de las estructuras (falla funcional).

Las dosificaciones de los materiales utilizados en la elaboración y las 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 la relación agua-cemento en peso, los métodos de transporte, colocación, compactado, acabado y curado; mientras que los aspectos de durabilidad y resistencia le corresponden al ingeniero proyectista m) Resistencia al fuego. El concreto hidráulico tiene la mejor resistencia entre 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 la geometría del elemento. El concreto hidráulico es utilizado en pisos de fundidoras, en soportes de hornos sujetos a ciclos de temperaturas de 400°C sin considerar aspectos de resistencia a la 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 de cuetes donde se alanzan 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 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. Objetivo: Elaborar un material económico y durable, que en estado fresco tenga las propiedades de uniformidad y trabajabilidad para facilitar las actividades de transportación, colocación y acabado; y que en estado endurecido satisfaga los requisitos de resistencia y durabilidad requeridas en la obra. La metodología utilizada se basa en el Estándar Practice for selecting proportions for normal heavyweigth and mass concrete (ACI.211.1) traducido por el IMCYC Criterios: a)

Resistencia: f’c : Resistencia a compresión a los 28 días, elaborado y curado en forma estandarizada. La f´c se indica en la mayoría de los reglamentos de construcción, es un dato para el análisis estructural y diseño de los elementos estructurales (elementos de la estructura que transmiten o soportas cargas). . Se debe seleccionar el tamaño 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 σ con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de f’c f c r = f ’c + 1.343 σ con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c f c r= f ’c – 35 + 2.326σ con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c – 35 kg/cm2

La f’c, la distribución del acero de refuerzo y el tamaño máximo del agregado, deben indicarse en forma clara en los planos aprobados para ser empleados en la construcción de un proyecto. b) Durabilidad: elementos sometidos a condiciones de servicio ambientales por ataque físico y/o químico que pueden producir la perdida irreversible de resistencia. Esta relacionado con el agrietamiento del concreto, el tamaño, distribución y continuidad de los poros capilares que permiten la permeabilidad para la absorción de sales, ácidos,

sulfatos (ataque químico) o a ciclos de congelamiento y deshielo (ataque físico). Para la dosificación se especifican: n) Tipo de cemento o) El grado de exposición: ligero, moderado o severo, y el tipo de agentes químicos p) Si es con aire incluido o sin aire incluido q) Cubrimiento mínimo del acero de refuerzo para evitar la corrosión, 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 se utilizan cementos con puzolanas o aditivos para elementos 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 γ s γ c D MF Abs

Peso volumétrico seco suelto ( kg/m3 ) Peso volumétrico seco suelto ( kg/m3 ) Densidad (adimensional) Modulo de finura Absorción (%)

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 σ con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de f’c f c r = f ’c + 1.343 σ con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c f c r= f ’c – 35 + 2.326σ con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c – 35 kg/cm2

Considerando un f’c de 250 y una desviación estándar de 25 kg/cm2, entonces la Fdis= f c r = f ’c + 1.282 σ = 282.05 con una probabilidad de que 1 de cada 10 pruebas tenga una resistencia menor de f’c f c r = f ’c + 1.343 σ = 383.57 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c f c r= f ’c – 35 + 2.326σ = 2 7 3 . 1 5 con una probabilidad de que 1 de cada 100 pruebas tenga una resistencia menor de f’c – 35 kg/cm2

CONTROL DE CALIDAD. PARÁMETROS DE SUPERVISIÓN. a) Temperatura del concreto y de los materiales b) Juntas de contracción, expansión o aislamiento y de contracción c) Criterios de uniformidad Diferencia máxima permisible Masa volumétrica 15 kg/m3 Contenido de aire 1% Revenimiento < 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, aditivos acelerrantes (de la resistencia) aditivos reductores de agua y retardantes 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

MINERALES INERTES, roca molida, cuarzo molido, ADITIVOS MINERALES

cuarzo molido o cal hidratada MINERALES CEMENTANTES, aportan resistencia,

escoria de 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. Dosificación por peso. La emplean principalmente las plantas premezcladoras de concreto 2. Dosificación por volúmenes de obra. Se utiliza para realizar los presupuestos por pesos unitarios 3. Proporción por bulto de cemento. 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. Ejemplo: Realizar la dosificación utilizando la metodología propuesta por el IMCYC para un concreto simple colocado en un banqueta f’c = 150 kg/cm2 a) La localidad de Veracruz, se propone un ataque a sales ligero sin aire incluido 50 mm diámetro

1.

b) Monterrey en una zona donde existen variaciones de temperatura 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 γ s γ c D MF Abs w

Peso volumétrico seco suelto ( kg/m3 ) Peso volumétrico seco compacto ( kg/m3 ) Densidad (adimensional) Modulo de finura Absorción (%) Humedad (%)

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 Cantidad aproximada de aire atrapado 0.5 % 4% 4) relación agua-cemento (tabla b) 0.45 0.50 5) Peso de cemento Wc = Wa / rel a/c 377.78 kg 310 kg 6) Estimación del contenido de agregado grueso Tabla Volag Mf 2.6 0.76 0.76 W gr = Vol ag γ c gr 1071.6 kg 1071.6 kg 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 (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 por volumen γ γ γ

Peso volumétrico seco suelto ( kg/m3 ) Peso volumétrico seco compacto ( kg/m3 ) c 3 PROM Peso volumétrico seco promedio ( kg/m ) 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 en botes de 18 lt 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) Para la localidad de Veracruz ( / 7.55) 1.386 : 5.71 : 2.98 (Mat. saturados) 1.729 : 5.77 : 2.98 (mat. secos) Para la localidad de Monterrey ( / 6.2) 1.563 : 6.95 : 4.46 (Mat. saturados) 1.973 : 5.77 : 2.98 (mat. secos) 2) Obtener la porosidad en la mezcla de concreto a)

para la pasta agua cemento agua Vw cemento Vc

Agua no evaporable Vwne = 0.23 Vcs Dc Sólidos de hidratación Vsh = Vcs + 0.75 Vwn Volumen de agua gel Vwg = 0.389 Vsh Volumen de productos de hidratación Vph = Vsh + Vwg Volumen de Capilares 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 n = 0.1081 ó 10.81%

n = 0.0426+0.04+0.059 n = 0.1416 ó 14.16%

Representación de fases del concreto hidráulico

Va

Aire

Agua

Cemento Arena Grava

Va

Aire

Capilares Agua gel Sólidos de Hidratación

Vcap Vwg Vsh

Vv vacios

Vare

Arena

Vare

Vs

Vgra

Grava

Vgra

Vw Vc

Materiales secos sin mezclar

sólidos

Concreto hidráulico (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 Americana de Ingenieros Civiles.

- Gran base de datos de muchos documentos sobre ingeniería civil

BCA (British Concrete Association)

Asociación Británica del Hormigón.

- Muchos enlaces de compañías extranjeras cementeras

CEMBUREAU (The european cement Association)

Asociación Europea del Cemento.

- Publicaciones técnicas e Informes 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

- Contenidos muy completos para registrados - Sección de e-business interesante

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

ICPI (Interlocking concrete pavement institute)

Instituto de pavimentos de hormigón.

- Documentos técnicos muy variados del sector: Diapositivas, Vídeos, etc

IMCYC

Instituto mexicano del cemento y del hormigón.

- Contiene multitud de documentos de aprendizaje referentes al cemento y al hormigón

INFOCIMENTS

Información de la industria cementera francesa.

- Muy buena documentación sobre el cemento y sus derivados - Está disponible sólo en francés - Sin conexión al servidor

CEMSUISSE CONCRETE INTERNATIONAL CONSTRUCTION +

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

ORGANISMOS INTERNACIONALES QUE 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

EMITEN

NORMAS

SOBRE

ASFALTOS,

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 organismo certificador, avala que los productos de concreto en sus plantas certificadas, cuentan con un sistema de gestión de la calidad, alineado a las 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 concreto asfáltico se utiliza principalmente como superficie de rodamiento y capa protectora de caminos y carreteras. Esta constituido por agregados minerales y producto asfáltico como ligante, aglomerante e impermeabilizante de las partículas del agregado mineral fijándolas. Constituyen 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 viscoplastico que permite la recuperación de la deformación del agregado cuando 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 pesados (formación de roderas), no falla por una fractura espontanea, sino por la acumulación de deformación en dirección de aplicación de cargas dinámicas repetidas. Las fallas se manifiestan como roderas, agrietamientos excesivos por flexión, fatiga, lagrimeo, rugosidad superficial, oxidación del asfalto (envejecimiento) y separación del 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 transmisión de esfuerzos en las capas que conforman el pavimento; la estabilidad, durabilidad, flexibilidad, resistencia a roderas, impermeabilidad, etc. Las principales propiedades del concreto asfáltico son: ESTABILIDAD: es la capacidad de soportar carga repetida sin deformación por la combinación de fricción por trabazón de las partículas del agregado y el producto asfáltico. DURABILIDAD: es la resistencia a agentes de la intemperie y fuerzas de abrasión 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 FLEXIBILIDAD es la capacidad de deformación de la carpeta de rodamiento repetidamente sin agrietarse, ajustándose al cambio de la base, la flexibilidad depende tanto del cemento asfáltico como de la granulometria del agregado LA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO es la capacidad de oponerse por fricción 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 objetivo es alcanzar una mezcla económica, resistente y durable determinando la cantidad de cemento asfáltico suficiente para satisfacer los requisitos de durabilidad, 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 cantidad menor del contenido optimo origina agrietamiento, desintegración y permeabilidad en el concreto; mientras que una cantidad excesiva de asfalto lubrica y separa el lugar de aglutinar las partículas del agregado causando deformaciones 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 la cual depende 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 satisfagan las especificaciones de proyecto elaborando especímenes con diferentes contenidos de asfalto y de sus propiedades de estabilidad (kg), peso volumétrico unitario (kg/m3), contenido de vacíos, vacíos en el agregado mineral (VAM) y flujo (deformación en mm) El método de diseño SUPERPAVE (desempeño superior de Pavimentos asfálticos) mejora el diseño de las mezclas asfálticas analizando como varian sus propiedades resistentes revisando el comportamiento del cemento asfáltico desde un punto de vista viscoelástico y en los agregados en términos de la granulometría y contenido de finos Parámetros diseño en mezcla Propiedades técnicas

Selección cemento asfáltico Denominación

Diseño Marshall de Estabilidad la

Diseño SUPERPAVE % de vacios = 4% % VAM Densidad especifica Densidad máxima teórica - Trabajabilidad en campo - Capacidad de soporte - No alcanzar condiciones - Resistencia a la desintegración plasticas - Resistencia a la fisuración por - Deformaciones (flujo) fatiga, termica, y por flexión - Resistencia a las deformaciones permanentes - Compactabilidad y resistencia a la segregación del Penetración y afinidad con el Temperatura ambiental agregado pétreo y viscosidad % optimo de asfalto y peso Grado

de

comportamiento

del

volumétrico marshall

Pruebas mecánicas

Consideraciones general

cemento asfáltico indicado como temperatura máximo o mínima en intervalos de 6°C

EJ. 8% contenido de afalto y 2120 kg/m3 Ej. PG 70 – 58 o PG 64 -22 - Tensión indirecta - Tensión indirecta - Cortante - Flujo plástico - Fatiga por cortante - Compresión axial - Compresión Triaxial - Frecuencia de barrido Se evalua de manera Se evalua la susceptibilidad por indirecta la susceptibilidad humedad por humedad La granulometría tiene un mayor La granulometría es un control de calidad requisito deseable que no necesariamente se controla de manera rigurosa

Organismos Nacionales y Extranjeros relacionados con ASFALTOS. r) OPEP. Organización de Países Exportadores de Petróleo PIARC World Road Association s) UOP. Universal Oil Products EAPA European Industry Association Paviment t) API. American Petroleum Institute u) AASHTO. American Association of State Hidhway and transportation Official v) ATSSA American traffic Safety Services Association w) IPC Instituto panamericano de Careteras x) IMA. Instituto Mexicano del Asfalto del PEMEX y) IMT. Instituto Mexicano del Trasporte (México) z) AMAAC. Asociación Mexicana del Asfalto y del transporte (México) aa) AMC asociación Mexicana de Caminos

METALES Se obtienen de la extracción de minerales Fe, C, Ni, Cr, Al, Br, Pb, Ag sometidos a calor para ser fundidos en estado líquido utilizando procesos de reducción, separación 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) Forjado. Golpeteo con martillo b) Laminado: corte en forma de laminas c) Extrusión: paso a presión del metal fundido que al enfriarse se consolida Propiedades: resistentes a tensión y compresión, conductividad térmica y eléctrica; ductilidad, dureza, tenacidad, resistencia al impacto, propensos a la corrosión. 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 mayores de 912°c

-

b) Hipereutoide (alto en carbono entre 0.8% a 2.0% de carbono),

-

-

-

3. HIERRO COLADO

a) De acero inoxidable II) ALEACIONES b) Acero martenitico c) Acero manganeso 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 COLADO DUCTIL.

4. ALEACIONES MATERIALES NO FERROSOS

a) aleaciones de aluminio

b) Aleaciones de magnesio c) Aleaciones de 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 duro

En estado líquido se agrega magnesio, es muy ductil de fácil maquinado y capacidad de fundición. Ligero, buen conductor térmico, dúctil, se puede trabajar en caliente y frío, punto de fusión de 660°c con temperaturas de trabajo menores a 300°C Difícil de trabajar sin agrietarse Buena conductividad térmica y eléctrica, alta resistencia a la oxidación, gran ductilidad.

d) Aleaciones de níquel 5. a) Por presión SOLDADURA b) Por fusión Para proporcionar propiedades especiales a las piezas de acero se someten a tratamiento térmico denominándose las fases: a) Normalización, se calienta el acero entre 727°C y 912°C para proporcionar una estructura uniforme con grado refinado, mayor ductilidad y resistencia b) Templado, se ablanda el acero a temperaturas menores de 727°C c) Recocido. Se realiza dentro del horno y consiste en mantener al material a 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. -

Son relativamente pesados: Su representación de fases es casi sólida con un porcentaje múy pequeño de vacios (