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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEPIC

INVESTIGACION DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO

Rodriguez Guzman Norberto Esleban Ing. Covarrubias Dorado Enrique

ANTECEDENTES HISTORICOS DEL CONCRETO La historia del cemento es la historia misma del hombre en la busqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la epoca de las cabernas, a aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos. Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad.El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero - mezcla de arena con materia cementoza - para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones. Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producian un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada.Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como pozoluona. Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del siglo antepasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregarsele agua, producia una pasta que de nuevo se calcinaba se molia y batia hasta producir un polvo fino que es el antescedente directo de nuestro tiempo. Los usos industriales de la cal han proporcionado importantes contratos para los químicos e ingenieros desde años atrás cuando la cal y los cementos naturales fueron introducidos. En la actualidad solo se necesita mencionar las paredes y las vigas de concreto reforzado, túneles, diques y carreteras para imaginar la dependencia de la civilización actual con estos productos. La conveniencia, precio accesible, adaptabilidad, resistencia y durabilidad de ambos productos han sido fundamentales para estas aplicaciones. No obstante, de los modernos caminos de concreto y edificios alrededor de nosotros, es difícil imaginar el tremendo crecimiento de la industria del cemento durante el siglo pasado. El hombre tuvo que ir descubriendo ciertas rocas naturales, las cuales a través de una calcinación simple dan un producto que, al agregar agua, se endurece. El avance real no tomaba parte todavía en los estudios fisicoquímicos y de ingeniería química de poner las bases para las plantas modernas y eficientes que trabajaran bajo condiciones controladas en una variedad de materiales crudos. El cemento “Portland” tiene sus orígenes en la cal u óxido de calcio, a partir del cual y luego de cientos de años de estudios empíricos y científicos, se llega a lo que hoy se conoce como cemento. A través de la historia de los pueblos egipcios, griegos y romanos, se utilizó la cal como ligante en sus construcciones. En la América Prehispánica los Aztecas la emplearon también en la fabricación de tabiques y techos armados con caña y bambú. En 1824, un albañil Inglés llamado Joseph Aspdin, patentó un producto que él llamó cemento Portland, pues al endurecerse adquiría un color semejante al de una piedra de la isla Portland en Inglaterra. En 1838, este cemento se utilizó por primera vez en una construcción de importancia en uno de los túneles construidos bajo el río Támesis en Londres. David Saylor, un técnico norteamericano, fue el primero en fabricar cemento en América, así nacía en 1850 la industria cementera en Norteamérica. El uso del cemento

Portland continuó extendiéndose hasta convertirse en el material de construcción más utilizado en el mundo. La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiere una fisionomía diferente. Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros mas anciados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir. 1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa. 1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del “clinker”. 1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos. 1871: - La compañía Coplay Cement produce el primer cemento Portland en lo Estados Unidos. 1904: -La American Standard For Testing Materials (ASTM), publica por primera ves sus estandares de calidad para el cemento Portland. 1906: - En C.D. Hidalgo Nuevo Leon se instala la primera fabrica para la producción de cemento en Mexico, con una capacidad de 20,000 toneladas por año. 1992: - CEMEX se considera como el cuarto productor de cemento a nivel MUNDIAL con una producción de 30.3 millones de toneladas por año. *FUNDAMENTOS SOBRE EL CONCRETO. El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: Agregado y pasta. La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. La pasta esta compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. La figura ” A ” muestra que el volumen absoluto del Cemento esta comprendido usualmente entre el 7 y el 15 % y el agua entre el 14 y el 21 %. El contenido de aire y concretos con aire incluido puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño máximo del agregado grueso. Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su saleccion es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada asi como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometria continua de tamaños de partículas. La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado esta completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas deagregado.

Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido esta determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento. A continuacion se presentan algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua : - Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexion. -Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor absorción. -Se incrementa la resistencia al intemperismo. - Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo. - Se reducen las tendencias de agregamientos por contracción. Entre menos agua se utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto - a condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas mas rígidas; pero con vibración, a un las mezclas mas rígidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de concreto, las mezclas mas rígidas son las mas economicas. Por lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una mejora en la calidad del concreto y en la economía. Las propiedades del concreto en estado fresco ( plástico) y endurecido, se puede modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma liquida, durante su dosificación. Los aditivos se usan comúnmente para (1) ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, (2) reducir la demanda de agua, (3) aumentar la trabajabilidad, (4) incluir intencionalmente aire, y (5) ajustar otras propiedades del concreto. Despues de un proporcionamiento adecuado, así como, dosificación, mezclado, colocación, consolidación, acabado, y curado, el concreto endurecido se transforma en un material de construccion resistente, no combustible, durable, resistencia al desgaste y practicamente impermeable que requiere poco o nulo mantenimiento. El concreto tambien es un excelente material de construcción porque puede moldearse en una gran variedad de formas, colores y texturizados para ser usado en un numero ilimitado de aplicaciones

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DEL CONCRETO *LA RESISTENCIA DEL CONCRETO La resistencia del concreto ha seguido una progresión creciente, conforme el desarrollo de la construcción. Si revisamos los códigos de los Estados Unidos, en los primeros de ellos constatamos que la resistencia máxima de compresión del concreto llegaba a 2000 psi (140 Kg/cm2). En 1928 ascendió a 3000 psi (210 Kg/cm2.), en 19.47 a 3750 psi (270 Kg/cm2.), incrementándose nuevamente en 1956 en 4000 psi (280 Kg/cm2 y pasando en 1963 a 5000 psi (350 Kg/cm2.). La mínima resistencia especificada en la actualidad es de 2500 psi (176 Kg/cm2.). En el caso de los concretos pretensazos, la resistencia requerida por las regulaciones americanas es de 7000 psi (492 Kg/cm2.). Debe estimarse, que el concreto de calidad 5000 psi, al diseñar teniendo en cuenta la resistencia característica, el valor resistencia llegará en la práctica a 5900 psi (415 g/cm2.). Las especificaciones del ASTM para la resistencia de los cementos no han guardado similar ritmo de incremento. En la década. del 40 en que se implanta la norma de ensayo de compresión, su valor es de 210 Kg/cm2 pasando luego a estabilizarse en 276 Kg/cm2.

En la normalización internacional se constata que las resistencias de los cementos han progresado de minera incesante, tal como se aprecia en el cuadro que indica la situación de los nueve países de mayor producción, entre los años 1955 y 1980. Por otra parte, a los cementos de alta resistencia inicial, se agregan hoy en día en numerosas especificaciones los denominados *INCREMENTO DE PESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CEMENTO NORMALIZADO PRINCIPALES PAISES PRODUCTORES CEMBUREAU Evaluación 1955 Evaluación 1980 Resistencia Min. Máx. Mín. Máx. URSS 200 600 400 600 Japón - 200 - 300 China 200 600 425 625 USA - 211 - 275 Italia - 500 225 525 España 280 450 350 550 Alemania 225 425 350 450 Francia 250 315 450 650 Brasil - 250 250 400 Muchas normas modernas califican la resistencia del cemento a los dos y tres días de edad, otras incluyen una valoración a los siete días, representando hasta una tendencia. Desde el punto de vista de la evaluación del cemento la posición descrita es razonable. Sin embargo, si consideramos que las especificaciones y reglamentos de concreto armado asumen como resistencia del concreto la que corresponde a los 28 días se advierte un divorcio de criterios. Mas aún, si el constructor desea conocer cual es la ganancia de resistencia que el cemento ofrece entre los 7 y 28 días *LA RESISTENCIA ESTADÍSTICA 2 Características Físicas Y Mecánicas Del Cemento Las nuevas normas de recepción de cemento establecen la aprecia ción de la calidad resistente por métodos probabilisticos. como bien se sabe la distribución estadística de los resultados de ensayos de compresión corresponde a la ley de Gaus. Sin embargo, desde un punto de vista riguroso es conveniente precisar que dos parámetros básicos: la medía y la desviación no son conocidas con exactitud, en cuanto son valores que son más confiables conforme aumenta el número de las pruebasconsideradas. El problema consiste en calcular un nivel de resistencia; Rc en función de "n" resultados de ensayo que aseguren con un limite da confianza - que existe la probabilidad 0 de que todos los resulta dos sean superiores a dicho nivel. La expresión para dicho cálculo es Rc = x - t.s

obteniéndose el valor de t de la distribución de Studen, en función de la selección de y 0. Los parámetros considerados tienen el siguiente significado: 0 corresponde al coeficiente de probabilidad para que en una curva de Gaus determinada, un resultado de ensayo, tomado al azar sea superior al límite es el limite de confianza, es decir la probabilidad de que entre todas las curvas de Gaus posibles se encuentre m porcentaje - de nivel superior al Rc determinado por la relación expuesta. como el valor de t es inversamente proporcional al número de en sayos, resulta evidente el interés de multiplicar el número de medidas De acuerdo a la norma, el registro de calidad deberá representar un cemento de la misma fuente que el cemento por ensayar y se basará en datos de no más de dos años de edad. Se deberá disponer de resultados de ensayos de no menos de 40 muestras que representen no menos de 7 lotes de cemento *LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN De las normas Del análisis de la normalización internacional, que ha efectuado el CEMBUREAU para el periodo 1968-80, se observa que en materia de métodos de ensayo de cemento se presenta un nucleamiento alrededor de las normas ISO, ASTM y BS, debido a los nuevos países que las adoptan en África (7) y América (11). La norma ASTM pasa de 3 países a 16, por la presencia de países influenciados por la tecnología americana. Ia Norma británica de 5 á 13 piases; producto de la descolonización y la regulación ISO de 10 a 29 países, la mayoría de ellos europeos. Esta tendencia ha hecho desaparecer en la práctica los morteros secos de relación a/c 0.30, en beneficio de los morteros plásticos de relaciones a/c entre 0.4 y 0.6 que como se sabe brindan mejor correspondencia con la resistencia a la compresión del concreto. *LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN La nueva generación de normas ha dejado obsoleta la determinación de la resistencia a la tracción por la prueba tradicional de probeta 8. En su reemplazo, un número de países especifican la prueba de flexo-tracción Sin embargo, esta forma la resistencia a la tracción del cemento mantiene su importancia como indicador válido de su capacidad para soportar esfuerzos mecánicos y de su aptitud a la fisuración las razones expuestas nos llevan a realizar un breve análisis de los diferentes procedimientos de ensayo, que pueden utilizarse para la investigación o el control del comportamiento de las pastas de cemento endurecidos. Las razones expuestas nos llevan a realizar un breve análisis de los diferentes procedimientos de ensayo, que pueden utilizarse para la investigación o el control del comportamiento de las pastas de cemento endurecidos.

Los métodos de ensayo más utilizados son los siguientes: - Tracción directa, en especimenes tipo "8". - Tracción por compresión diametral de cilindros - Tracción por fuerza centrífuga aplicada a primas. - Tracción por la aplicación de una presión interior sobre anillo. - Tracción por flexión Tradicionalmente se ha determinado la resistencia de los cementos sobre especimenes tipo "S". por indicarlo así la generalidad de las normas. El ensayo consiste en someter a tracción especimenes en forma de ocho, sujetos por amarras en la zona ensanchada, donde se producen tensiones de compresión y corte, de manera que la rotura se verifique por tracción en la sección reducida. Esta prueba presenta sin embargo, nichos inconvenientes que fueran advertidos desde su introducción *DE LA FRAGUA Se denomina fraguado del cemento al cambio de la pasta del estado plástico al estado rígido(1). Este fenómeno es importante en la utilización del cemento, pues el concreto es un material moldeable que al perder plasticidad se fisura en estado fresco, rotura que afecta seriamente la resistencia final. En la práctica la determinación de la fragua es empírica, su más conveniente régimen se guía por La experiencia y su normalización se relaciona con los procedimientos de trabajo del concreto. La fragua del cemento La regulación de la velocidad de fraguado en todos los cementos, puede obtenerse con éxito mediante del ion sulfato, generalmente bajo la forra de yeso. Su acción remanifiesta al formar con el C3A al inicio de la hidratación la denominada etringita un trisulfo: aluminato que se transforma posteriormente en un monosulfoaluminato, que forma un ecrán semipermeable, que impide por un lapso la creación de productos de hidratación Este período "latente" termina cuando la presión osmótica interna rompe la membrana y se desarrolla la hidratación de los silicatos. En este estado, el agua penetra los gránulos del cemento hidrolisa los constituyentes anhidros, difunde y sirve de vehículo a los iones hasta la precipitación, como hidratos estables en los intercisios granulares inicialmente cubiertos por el agua. Esta pseudo cristalizaci6n se efectúa con elementos muy pequeños

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DEL ACERO DE REFUERZO El acero de refuerzo es el que se coloca para absorber y resistir esfuerzos provocados por cargasy cambios volumétricos por temperatura y que queda ahogado dentro de la masa del concreto,ya sea colado en obra o precolado.El acero de refuerzo es la varilla corrugada o lisa; además de los torones y cables utilizados parapretensados y postensados. Es posible, también, reforzar el concreto ahogando perfiles roladostales como vigas I, H, etc.Otros elementos fabricados de acero se utilizan como refuerzo del concreto: mallas, castillos ycadenas electrosoldadas. Todos estos elementos son prefabricados. CARACTERÍSTICAS Y DEFINICIONES VARILLA CORRUGADA DE ACERO GRADO 42 Ésta ha sido especialmente fabricada para usarse como refuerzo en el concreto. La superficie dela varilla está provista de rebabas o salientes llamadas corrugacio nes, las cuales evitan elmovimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea. Se fabrica de fierro enuna planta siderúrgica. Su nombre “grado 42” se debe a su resistencia a la fluencia igual a 4200kg/cm2. Se conoce también como varilla de acero normal

APLICACIONES DE LA VARILLA CORRUGADA DE ACERO GRADO 42 Tiene una amplia aplicación: Para el armado de castillos, cadenas, anillos, armado en losas deconcreto, columnas, trabes, vigas, pisos de concreto armado, zapatas, etc

ADITIVOS PARA EL CONCRETO Es comun que , en lugar de usar un cemento especial para atender un caso particular, a este se le pueden cambiar algunas propiedades agregandole un elemento llamado aditivo. Un aditivo es un material diferente a los normales en la composicion del concreto , es decir es un material que se agrega inmediatamente antes , despues o durante la realizacion de la mezcla con el proposito de mejorar las propiedades del concreto, tales como resistencia , manejabilidad , fraguado , durabilidad , etc. en la actualidad, muchos de estos productos existen en el mercado, y los hay en estado liquido y solido, en polvo y pasta. aunque sus efectos estan descritos por los fabricantes, cada uno de ellos debera verificarse cuidadosamente antes de usarse el producto, pues sus cualidades estan aun por definirse.

Los aditivos mas comunes empleados en la actualidad pueden clasificarse de la siguiente manera: 1.-Inclusores de aire: Es un tipo de aditivo que al agregarse a la mezcla de concreto, produce un incremento en su contenido de aire provocando, por una parte, el aumento en la trabajabilidad y en la resistencia al congelamiento y , por otra , la reduccion en el sangrado y en la segregacion. algunos de estos productos son : Inclusair LQ , Sika-Aire, Fest-Aire , Vinres 1143, Resicret 1144, etc. 2.- Fluidizantes : Estos aditivos producen un aumento en la fluidez de la mezcla, o bien , permiten reducir el agua requerida para obtener una mezcla de consistencia determinada, lo que resulta en un aumento de la trabajabilidad, mientras se mantiene el mismo revenimiento. Ademas, pueden provocar aumentos en la resistencia tanto al congelamiento como a los sulfatos y mejoran la adherencia. Algunos de estos son : Festerlith N , Dispercon N, dENSICRET, Quimiment , Adiquim, Resecret 1142 y 1146 , Adicreto , Sikament, Plastocreto , etc. 3.- Retardantes del fraguado : Son aditivos que retardan el tiempo de fraguado inicial en las mezclas y , por lo tanto , afectan su resistencia a edades tempranas. Estos pueden disminuir la resistencia inicial . Se recomienda para climas calidos , grandes volumenes o tiempos largos de transportacion. Algunos de estos son: Resicret 1142, Durotard , DuroRock N-14, Festerlith R, Sonotard, Festard, Retarsol, Adicreto R , Densiplast R , etc. 4 .- Acelerantes de la resistencia : Estos producen , como su nombre lo indica, un adelanto en el tiempo de fraguado inicial mediante la aceleracion de la resistencia a edades tempranas . Se recomienda su uso en bajas temperaturas para adelantar descimbrados. Ademas, puden disminuir la resistencia final. Dentro de estos productos tenemos : Rrmix , Festermix , Secosal, Dispercon A , Rapidolith , Daracel 1145 , Sikacrete , Fluimex , etc. 5.-Estabilizadores de volumen : Producen una expansion controlada que compensa la contraccion de la mezcla durante el fraguado y despues la de este. Se recomienda su empleo en bases de apoyo de maquinaria , rellenos y resanes. Algunos de estos productos son : Vibrocreto 1137 , Pegacreto , Inc 1105, Expancon, Ferticon Imp , Kemox B , Interplast C , Ferrolith G , Fester Grouth NM , Ferroset , etc. 6.- Endurecedores : Son aditivos que aumentan la resistencia al desgaste originado por efectos de impacto y vibraciones. Reducen la formacion de polvo , y algunos de este tipo son: Master Plate , Anviltop , Lapidolith , Ferrolith IT , Ferrofest H , Duracreto , etc. Tambien se cuenta con otro tipo de aditivos como son los impermeabilizantes, las membranas de curado y los adhesivos . dentro de estos productos tenemos para los impermeabilizantes , Fluigral Pol , Festegral , Impercon , Sikalite, etc. Para membranas , el Curacreto, Curafilm 1149 , curalit, etc. y , para los adhesivos que se usan para ligar concreto viejo con nuevo , Adhecon B , Fester bond , Pegacreto , Epoxicreto NV , Ligacret, etc. Dentro de las aplicaciones comunes en donde se utilizan aditivos , se encuentran las siguientes:

a) Construccion de cisternas y tanques en la que se emplean impermeabilizantes. b) Para llevar concreto a alturas elevadas por medio de bombeo , se pueden aplicar aditivos fluidizantes y/o retardadores del fraguado. c) En la reparacion de estructuras dañadas , donde se debe ligar concreto viejo con nuevo , se utilizan aditivos adhesivos. d) En colados , donde las temperaturas son bajas , usamos aditivos inclusores de aire para obtener para obtener concretos resistentes al efecto del congelamiento. e) Para el correcto y eficiente anclaje de equipo y maquinaria se usan aditivos expansores , los cuales proporcionan estabilidad dimensional a las piezas por anclar. Es obvio volver a recalcar que el uso de aditivos debe hacerse conociendo, en primera instancia, el requerimiento y , de esta manera , poder definir adecuadamente el producto a emplear. Tambien es de suma importancia conocer perfectamente las caracteristicas del aditivo que deberemos utilizar para obtener los resultados esperados. En general los aditivos para concreto modifican propiedades del concreto para adecuarlo a la obra

BIBLIOGRAFIA http://www.asocem.org.pe/scmroot/bva/f_doc/cemento/MGC48_caracteristica s%20fisicas.pdf http://www.arquba.com/monografias-de-arquitectura/antecedentes-historicosdel-concreto/ http://www.scribd.com/doc/104201656/Caracteristicas-del-acero-de-refuerzopara-uso-en-elementos-de-concreto-reforzado http://aditivos-concreto.blogspot.mx/