Durabilidad de elementos de concreto reforzado, aplicando sistemas expertos de la World Wide Web (WWW)

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(2) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. DURABILIDAD DE ELEMENTOS DE CONCRETO REFORZADO, APLICANDO SISTEMAS EXPERTOS DE LA WORLD WIDE WEB (WWW) TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE: MAESTRO EN CIENCIAS ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN (ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS). POR: CARLOS ESTEBAN PASCUAL GARAY MENDOZA MONTERREY, N. L.. DICIEMBRE DE 2002.

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(4) Agradecimientos:. A mi asesor el Dr. Jorge Gómez Domínguez por sus consejos de relevancia.. A mis sinodales: Dr. Salvador García Rodríguez. A mis padres por el apoyo.. A mi novia por su comprensión.. M. C, M.A. Raúl J. Treviño Alonso.

(5) ÍNDICE GENERAL CAPÍTULO 1. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL TEMA Pagina 1.0 Introducción 1.0.1 Desarrollo histórico del concreto 1.0.2 Composición del concreto. 001 001 002. 1.1 Antecedentes 1.1.1 Durabilidad - problemas críticos del futuro 1.1.2 ¿Qué tan grave es el problema de la durabilidad del concreto? 1.1.3 Estrategias actuales y problemas críticos. 002 002 002 004. 1.2 Tecnología de la información aplicada al concreto. 005. 1.3 Sistemas Expertos (Generan Software aplicable al Concreto) 1.3.1 Etapas de desarrollo de sistemas expertos. 006 006. 1.4 Definición de problema. 007. 1.5 Objetivos. 007. 1.6 Justificación. 008. 1.7 Hipótesis. 008. 1.8 Metodología. 009. CAPÍTULO 2. CONCRETO. 2.0 Agregados 2.0.1 Introducción 2.0.2 Clasificación de los agregados; terminología relativa a los agregados para concreto (ASTM c 125 - 92a) 2.0.3 Características físicas y químicas 2.0.4 Granulometría 2.0.5 Finos indeseables (limo y arcilla) 2.0.6 Materia orgánica 2.0.7 Partículas inconvenientes 2.0.8 Densidad 2.0.9 Sanidad 2.0.10 Absorción y porosidad 2.0.11 Forma de partícula 2.0.12 Textura superficial 2.0.13 Reactividad con los álcalis 2.0.14 Influencia de los agregados en concreto. 012 012 012 013 014 015 015 015 015 016 016 016 016 016 017.

(6) 2.1 Aglomerantes 2.1.1 Introducción 2.1.2 Aglomerantes minerales 2.1.3 Aglomerantes hidráulicos 2.1.3.1 Cemento 2.1.3.1.1 Introducción 2.1.3.1.2 Clasificación de los cementos 2.1.3.1.3 Cementos hidráulicos mezclados 2.1.3.1.4 Cementos especiales 2.1.3.1.5 Cemento blanco 2.1.3.1.6 Producción de cemento a gran escala 2.1.3.1.7 Producción de cemento en pequeña escala 2.1.3.2Puzolanas 2.1.3.2.1 Introducción 2.1.3.2.2 Tipos de puzolanas 2.1.4 Aglomerantes no hidráulicos 2.1.5 Aglomerantes termoplásticos 2.1.6 Aglomerantes bituminosos 2.1.7 Aglomerantes naturales 2.1.8 Aglomerantes sintéticos 2.1.9Norma Mexicana NMX-C-403-ONNCE-1999. 019 019 019 019 019 019 020 020 021 021 021 022 022 022 023 023 023 023 023 024 024. 2.2 Aditivos 2.2.1 Preparación y dosificación 2.2.1.1 Introducción 2.2.1.2 Preparación y almacenamiento 2.2.1.3 Dosificación 2.2.1.3.1 Equipo de dosificación 2.2.1.3.1.1 Introducción 2,2.13.1.2 Sistemas de dosificación líquida 2.2.1.3.1.3 Sistemas de dosificación seca 2.2.2 Clasificación aditivos 2.2.2.1 Aditivos inclusores de aire 2.2.2.1.1 Efectos de la inclusión de aire 2.2.2.1.2 Materiales para la inclusión de aire 2.2.2.1.3 Preparación de concreto con aire incluido 2.2.2.2 Aditivos reductores de agua y reguladores de fraguado 2.2.2.2.1 Introducción 2.2.2.2.2 Composición 2.2.2.2.3 Precauciones 2.2.2.2.4 Aplicaciones 2.2.2.2.5 Efecto sobre propiedades del concreto 2.2.2.3 Aditivos reductores de agua de alto rango (superfluidificantes) 2.2.2.4 Aditivos "impermeabilizantes" 2.2.2.4.1 Introducción. 024 024 024 024 025 026 026 026 026 027 028 028 029 029 029 029 030 030 031 031 032 033 033.

(7) 2.2.2.4.2 Materiales 2.2.2.4.3 Efecto 2.2.2.5 Aditivos inhibidores de corrosión 2.2.2.5.1 Introducción 2.2.2.5.2 Materiales 2.2.2.5.1 Efecto 2.2.2.6 Aditivos cementantes "Silica Fume" 2.3 Mezclas 2.3.1 Criterios considerados para preparación de las mezclas de concreto. 033 033 034 034 034 034 034 035 035. CAPÍTULO 3. CORROSIÓN 3.0 Corrosión del acero de refuerzo 3.0.1 Introducción 3.0.2 Definición de corrosión 3.0.3 Influencia de las grietas en la corrosión 3.0.4 Fuerza generadora de la corrosión 3.0.5 Corrosión electroquímica. 037 037 037 037 038 038. 3.1 Tipos de Corrosión 3.1.1 Corrosión bimetálica 3.1.2 Corrosión uniforme 3.1.3 Corrosión localizada 3.1.4 Corrosión por picaduras 3.1.5 Corrosión en grietas o hendiduras 3.1.6 Corrosión bajo esfuerzo 3.1.7Corrosión-fatiga 3.1.8Corrosión-erosión 3.1.9 Corrosión bacteriológico. 039 039 040 040 041 041 042 042 042 043. 3.2 Condiciones de ocurrencia 3.2.1 Favorecen la corrosión 3.2.2 Limitan la corrosión. 043 043 043. 3.3 Procedimiento de evaluación de la corrosión del acero de refuerzo. 043. 3.4 Medición y monitoreo de la velocidad de corrosión. 044.

(8) CAPITULO 4. ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO Y CARACTERÍSTICAS DE ESTAS. 4.0 Clasificación de las estructuras de concreto 4.0.1 Concreto simple 4.0.2 Concreto reforzado 4.0.3 Concreto presforzado. 045 045 045 046. 4.1 Grietas, micro grietas, y durabilidad 4.1.1 Causas primarias de agrietamiento 4.1.2 Espesor de grietas y durabilidad. 047 047 048. 4.2 Relación entre resistencia y durabilidad. 050. 4.3 Deficiencias en la ciencia de durabilidad del concreto 4.3.1 Ataque químico al concreto 4.3.2 Ataque de sulfates 4.3.3 Ataque químico de la brisa marina 4.3.4 Lixiviación 4.3.5 Aire en el concreto 4.3.6 Corrosión del acero de retuerzo 4.3.7 Reacción álcali-agregado. 051 051 053 053 054 054 054 054. 4.4 Calidad de materiales para la fabricación de estructuras, a base de concreto reforzado 4.4.1 Calidad del agua en el concreto 4.4.2 ¿Qué tan limpia debe estar la varilla corrugada? 4.4.2.1 Requisitos de una varilla limpia. 055 055 057 057. 4.5 Proceso de inspección y análisis físico de estructura 4.5.1 Diagrama de flujo de inspección, de una estructura dañada 4.5.2 Formatos y tablas para documentar el proceso de inspección 4.5.2.1 Antecedentes 4.5.2.2 Formato de Inspección preliminar 4.5.2.3 Formato de Inspección detallada 4.5.2.4 Tabla de Nivel de daños 4.5.2.5 Tabla para la clasificación de daños en las estructuras. 058 058 059 059 060 062 063 064. 4.6 Vida de las estructuras 4.6.1 Definición de vida de las estructuras. 065 065.

(9) 4.7 Recomendaciones al construir una estructura de concreto reforzado, utilizando concreto fresco 4.7.1 Colocación del concreto 4.7.2 Estado fresco del concreto 4.7.3 Compactación 4.7.4 Evitar la segregación 4.7.5 Curado en el concreto. 066 066 067 067 067 068. CAPITULO 5. ANÁLISIS Y DISEÑO DE VIGA CONCRETO REFORZADO Y MARCO DE CARGA; PARA FUTURAS INVESTIGACIONES 5.0 Análisis y diseño estructural de espécimen (viga concreto reforzado) a estudiar. 070. 5.1 Análisis y diseño de marco de carga para estudio de vigas. 071. 5.2 Pruebas recomendadas para análisis de vigas 5.2.1 Pruebas de penetración de iones de cloruro 5.2.2 Pruebas de permeabilidad 5.2.3 Pruebas de flujo de aire en la superficie 5.2.4 Prueba de resistencia a congelación-deshielo 5.2.5 Expansión a partir de las pruebas de las reacciones álcali-sílice 5.2.6 Prueba de velocidad de pulso ultrasónico 5.2.7 Prueba de martillo de rebote 5.2.8 Determinación del grado de corrosión 5.2.9 Ensayes a flexión en maquina universal. 072 072 072 073 073 073 073 074 074 074. CAPÍTULO 6. DISEÑO DE MEZCLAS Y ESTIMACIÓN DE INICIO DE CORROSIÓN, EN LA WORLD WBDE WEB. 6.0 Diseño de mezclas 6.0.1 Diseño de resistencia normal 6.0.1.1 Resultado del diseño de la mezcla por el sistema experto (F'c= 250 kg/cm2). 076 077. 6.0.2 Diseño de Alta Resistencia 6.0.2.1 Resultado del diseño de la mezcla por el sistema experto (F'c= 420 kg/cm2). 080. 6.1 Tiempo de Inicio de Corrosión, según sistema Experto de la WWW 6.1.1 Guía para Estimación de Vida de Servicio, en el sistema experto para Estructuras de Concreto reforzado expuesto a Cloros 6.1.2 Datos necesarios para la predicción del inicio de corrosión. 082. 079. 081. 082 082.

(10) 6.1.2.1 Determinación de la concentración de cloro necesario para el inicio de la corrosión 6.1.2.2 Predicción de la Difüsividad del Ion Cloro de un concreto basado en los parámetros de mezcla 6.1.2.2.1 La influencia de la silica fume en la difusividad. 083 083 083. 6.2 Resultados, mezclas de F'c= 250 kg/cm2. 085. 6.3 Resultados, mezclas de F'c= 420 kg/cm2. 086. 6.4 Modelo de la Penetración del Ion Cloro. 087. CAPÍTULO 7. APLICACIÓN PRÁCTICA; ESTRUCTURA DE CONCRETO REFORZADO, A BASE DE COLUMNAS, LOSAS RETICULARES Y ZAPATAS REFORZADAS. 7.0 Análisis y diseño de estructura de concreto reforzado localizada en la costa de Cd.Madero Tamaulipas (Restaurant) 7.0.1 Antecedentes 7.0.2 Análisis y diseño estructural 7.0.2.1 Manuales y Reglamentos 7.0.2.2 Cargas 7.0.2.2.1 Carga Muerta 7.0.2.2.2 Carga Viva 7.0.2.3 Materiales 7.0.2.4 Método de diseño 7.0.2.5 Software usado para diseño de estructura. 088 088 088 088 088 088 089 089 089 089. 7.1 Análisis costo-beneficio de los concretos de alto comportamiento. 089. CAPÍTULO 8. APLICACIÓN DEL COSTO DE LAS MEZCLAS A ESTRUCTURA DE ESCALA REAL; ESTUDIO APLICADO A RENTABILIDAD ECONÓMICA. 8.0 Aplicación del costo y tiempo de inicio corrosión para determinar que es lo más rentable. 092. 8.1 Procedimiento para el análisis de la TIR, usando Excel como herramienta. 092. 8.2 Gráficas obtenidas del análisis económico. 093. 8.2 Tabla de resultados del estudio económico. 096.

(11) CAPITULO 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 9.0 Conclusiones 9.0.2 Producción de concreto 9.0.2 Aplicación de los resultados obtenidos del software a la estructura de concreto reforzado 9.0.1 Resistencia a la corrosión 9.1 Recomendaciones 9.1.1 Grietas 9.1.2 Cimentaciones 9.1.3 Recomendación para la obtención de un concreto de buena calidad 9.1.4 Para extender el servicio de vida de las estructuras tenemos que realizar lo siguiente. 097 097 097 099 100 100 100 101 103.

(12) ÍNDICE DE TABLAS, FIGURAS, GRÁFICAS, FORMATOS Y FOTOS TABLA Pagina 1. Pruebas aplicables para evaluar la calidad de los agregados. 013. 2. Porcentaje de finos indeseables. 015. 3. Porcentaje de Agregados en buen estado. 016. 4. Tipos de Pruebas para evaluar característica del agregado. 017. 5. Limites según la norma ASTM para determinar comportamiento de agregado. 017. 6. Tipos de Cementos. 020. 7. Clasificación de los aditivos según su función en el concreto. 027. 8. Clasificación de Agresividad del ambiente. 052. 9. Clasificación de Agresividad del ambiente al refuerzo. 052. 10. Clasificación de Agresividad del ambiente a la durabilidad del concreto. 053. 11. Efectos del Agua sobre el concreto. 055. 12. Limites de impurezas en el agua. 056. 13. Tabla para determinar el nivel de daño según boletín 162 del CEB. 063. 14. Para la clasificación de daños en las estructuras. 064. 15. Resumen general de resultados obtenidos del análisis económico de la aplicación del caso practico de los resultados obtenidos del software de la World Wide Web. 096. 16. Clasificación de exposición ambiental. 211. 17.a Requisitos de durabilidad según la clase de exposición. 212. 17.b Especificaciones contra el ataque químico de agentes agresivos cuando existen sulfates. 213. 17.c Especificaciones contra el ataque químico de agentes agresivos cuando no existen sulfates. 214.

(13) 18. Contenido máximo permitido de iones cloro en el concreto. 213. 19. Métodos de prueba para la durabilidad según la clase de exposición. 214. 20. Recubrimientos mínimos. 220. 20.a Separación so entre silletas individuales. 221. 20.b Separación si entre silletas individuales (losas y muros). 221. 20.c Separación 82 entre silletas individuales (trabes). 221. FIGURA Pagina 1. Ejemplo de corrosión galvánica. 039. 2. Corrosión Uniforme. 040. 3. Corrosión localizada. 040. 4. Corrosión por picaduras. 041. 5. Corrosión por grietas. 041. 6. Ejemplo de la situación que propicia corrosión en espacios vacíos por carencia de oxigeno. 042. 7. Modelo integral del deterioro por efectos ambientales. 049. 8. Diagrama de flujo para el proceso de inspección y reparación de una estructura de concreto reforzado. 058. 9. Representación Gráfica de la Vida de una estructura de concreto armado. 065. 10. Isométrico de viga de concreto reforzado a escala. 070. 11. Isométrico de Marco de Carga. 071. 12. Isométrico de la aplicación de cargas. 071. 13. Foto Microscópica del Concreto, para la interpretación de la penetración del Ion Cloro. 087. 14. Tipos de silletas. 221.

(14) GRÁFICA Pagina 1. Tiempo en años Vs. Rentabilidad para diferentes % de Silica Fume, para f c= 250 kg/cm2, para un tiempo de comparación de 75 años. 093. 2. Tiempo en años Vs. rentabilidad para diferentes % de Silica Fume, para fc=420 kg/cm2 para un tiempo de comparación de 75 años. 094. 3. Tiempo en años Vs. Rentabilidad para diferentes % de Silica Fume, para resistencia de f c= 250 kg/cm2 y f c= 420 kg/cm2, para un tiempo de comparación de 75 años. 094. 4. Tiempo en años Vs. Mantenimiento para diferentes % de Silica Fume, para resistencia de f c= 250 kg/cm2 y f c= 420 kg/cm2, para un tiempo de comparación de 75 años. 095. FORMATO Pagina 1. Para documentar los antecedentes de la estructura a estudiar y así tener bien documentado el proceso de investigación. 059. 2. Para documentar la inspección preliminar. 060. 3. Para documentar la inspección detallada. 062. FOTOGRAFÍA Pagina 1. Magnitud de cimentación de concreto masivo. 225. 2. Ubicación de cimentación de concreto masivo. 226.

(15) ANEXOS: ANEXO 1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE ADITIVOS. 1.0 Especificaciones técnicas de aditivos a utilizar para elaboración de mezclas durables 1.0.1 Aditivos impermeables ó selladores 1.0.2 Aditivo inhibidor de corrosión 1.0.3 Aditivo reductor de agua de alto rango 1.0.4 Aditivo reductor de agua 1.0.5 SilicaFume. 107 107 118 121 124 126. ANEXO 2. CALCULO DE ESPÉCIMEN Y MARCO DE CARGA. 2.0 Cálculos de espécimen de concreto reforzado a escala 2.1 Análisis y diseño de Marco de carga 2.2 Análisis y diseño de Zapata. 129 131 147. ANEXO 3. PLANOS, CIMBRA Y MARCO DE CARGA. 3.0 Planos de Fabricación 3.1 Plano de fabricación de cimbra para espécimen de concreto 3.2 Plano de fabricación de marco de carga. 149 150 151. ANEXO 4. PLANOS DE ESTRUCTURA CONCRETO REFORZADO. 4.0 Planos de estructura de concreto F'c=250 kg/cm2 4.1 Planos de estructura de concreto F'c=420 kg/cm2. 154 168. ANEXO 5. TABLAS DE ANÁLISIS ECONÓMICO. 5.0 Precios de fabricación de Estructura. 175. 5.1 Volúmenes de Obra de la estructura F'c=250 kg/cm2. 177. 5.2 Análisis Económico de Estructura con resistencia F'c=250 kg/cm2, MezclaObra. 179. 5.3 Análisis Económico de Estructura con resistencia F'c=250 kg/cm2, Premezclado. 186. 5.4 Volúmenes de Obra de la estructura F'c=420 kg/cm2. 199. 5.5 Análisis Económico de Estructura con resistencia F'c=420 kg/cm2,.

(16) Mezcla Obra. 195 A. 5.6 Análisis Económico de Estructura con resistencia F'c=420 kg/cm , Premezclado ANEXO 6 .. 202. NORMA MEXICANA NMX-C-403-ONNCCE-1999 (Extracto Durabiüdad). 6.0 NMX-C-403-ONNCCE-1999 (Extracto durabüidad). 209. ANEXO 7. TABLA DE VALORES DE DIFUSIVIDAD DE ION CLORO PARA CONCRETO. 7.0 Tabla de valores difusividad de ion cloro para concreto ANEXO 8.. COMENTARIO SOBRE CIMENTACIÓN DE CONCRETO MASIVO.. 8.0 Se anexan dos fotos y dos planos ANEXO 9 .. 222. 225. COTIZACIONES DE MARCO DE CARGA Y ADITIVOS.. 9.0 Cotizaciones de materiales y fabricación de marco de carga y aditivos. 229. Bibliografías Generales. 236. Bibliografías Referenciadas. 237. Sitios. 239.

(17) Administración de ia Construcción. 1/239. CAPÍTULO 1. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL TEMA 1.0 Introducción. 1.0.1 Desarrollo histórico del concreto El desarrollo del concreto como material de construcción se remonta a muchos siglos atrás en los días del Antiguo Egipto, de los griegos y de los romanos. La construcción de los acueductos romanos y la Vía Apia, hace más de 23 siglos se hicieron con materiales cementantes a base de cal y, posteriormente, a base de puzolanas y piedra pómez. En 1824, Joseph Aspdin desarrolló en Inglaterra un cemento que al endurecerse se asemejaba a una piedra gris muy dura que se encuentra en la Isla de Pórtland; de ahí su nombre actual. Dicho cemento al combinarse con agregados y agua genera el concreto. El inicio del concreto armado ocurrió en la segunda mitad del siglo XIX con la introducción del acero como material de refuerzo al concreto, hecha por Lambot en 1855 para la construcción de barcos de ferro cemento; ya en 1897 Hennebique construyó la primer estructura de concreto reforzado en la Gran Bretaña en el Molino de Weaver. El concreto es el material de construcción mas difundido y de mayor uso internacional, debido a sus excelentes propiedades físicas y económicas, avalado por su empleo milenario y creciente desempeño en el mundo de hoy y del futuro previsible, donde no hay otro material que sea tan versátil y económico. Permite ofrecer estructuras a base de cemento Pórtland más durables y de mas bajo costo al compararse con las obtenidas con materiales equivalentes. El concreto esta implícito en toda actividad de desarrollo de cualquier país, razón que nos obliga a estudiarlo y profundizar en la búsqueda de posibilidades potenciales y que factores puedan vulnerarlo para que así se mantenga como el rey de los materiales de construcción. El concreto armado es sin duda el material más importante en la industria de la construcción, ya que ha hecho posible, en mayor o menor grado, la creación de una infraestructura en todos los países del mundo. A través de él se han expresado los arquitectos más talentosos en lo que va del siglo XX, y los Ingenieros Civiles han contribuido al desarrollo de tecnologías en construcciones cada día más sofisticadas. Durante el presente siglo se ha presentado un notable desarrollo de este material como se puede apreciar en las grandes construcciones de complejos industriales, vías de comunicación y edificios en todo el mundo. Pero los problemas que nos preocupan en este momento son los relacionados con la durabilidad. La durabilidad puede verse afectada por problemas de corrosión en el refuerzo, agentes en el ambiente, grietas, calidad de agregados, calidad agua, granulometría inadecuada, un mal proporcionamiento; mas adelante mencionáremos los que consideramos más importantes..

(18) Administración de la Construcción. 2/239. 1.0.2 Composición del concreto La palabra concreto viene del latín "concretos" que significa compuesto. Consiste en una mezcla de agregados pétreos graduados unidos con una pasta de cemento y agua. Los agregados generalmente se clasifican en dos tipos: finos y gruesos. Este material posee altas características que lo hacen ser el más usado en la industria de la construcción: alta resistencia mecánica, poca variación volumétrica, baja conductividad térmica y resistente a la penetración del agua, a los ataques químicos y al desgaste, requiere poco mantenimiento cuando se fabrica apropiadamente. Sin embargo, el desconocimiento o la comprensión inadecuada de sus características propician acciones que causan su degradación prematura. La resistencia mecánica del concreto se debe a las reacciones de hidratación del cemento. Los componentes del cemento se cristalizan progresivamente para formar un gel o pasta, el cual rodea los agregados uniéndolos para producir una piedra artificial. Tanto la resistencia mecánica como la permeabilidad del concreto están regidas por la relación agua cemento, así cuanto más baja sea esta relación agua cemento, más alta es la resistencia y es menor la permeabilidad; pero en la actualidad y con la tecnología disponible ese criterio ya no es el único ya que los agregados, aglomerantes, aditivos y sistemas de construcción puedan hacer que la resistencia y permeabilidad sean manejadas con mayor facilidad e incrementando la calidad de los concretos. 1.1 Antecedentes 1.1.1 Durabilidad - Problemas Críticos del Futuro Durante el siglo XX ha habido un crecimiento astronómico en la industria del cemento portland, debido a que se ha convertido en el material preferido para construir puentes, presas, carreteras, y obras de vialidad urbana - los símbolos de la modernidad. A nivel mundial, el consumo de concreto actual es de aproximadamente ocho mil millones de toneladas métricas anuales y, debido a la creciente urbanización, se espera un incremento constante en el próximo siglo. La preocupación generalizada por la falta de durabilidad se percibe como una amenaza para el futuro del concreto, y ha sido el tema de varios informes publicados. Se presentara enseguida un repaso crítico de las posibles causas subyacentes al problema. 1.1.2 ¿Qué tan grave es el problema de la Durabilidad del Concreto?. [1] En los años 30 cuando empezó el auge de la construcción de concreto, prevalecía la idea de que las estructuras de concreto diseñadas para una vida útil de 40 a 50 años en realidad durarían mucho más con poco o ningún mantenimiento. Antes de los 70, cualquier caso de deterioro prematuro del concreto se trataba como una excepción causada por alguna especificación indebida o el uso de materiales y técnicas de construcción inadecuadas. La durabilidad del concreto sólo atrajo atención formal en los Estados Unidos después de publicarse un del National Materials Advisory Board (Consejo Consultivo Nacional de Materiales). Según dicho informe, aproximadamente 253,000 losas o.

(19) Administración de la Construcción. 3/239. superestructuras de concreto en puentes, algunas de ellas coladas hace menos de veinte años, estaban en diferentes estados de deterioro, y a esta lista se añadían aproximadamente 35,000 cada año. [2] Este mismo año, Litvan y Bickley [3] publicaron los resultados de un estudio sobre la durabilidad del concreto en estructuras de estacionamientos de Canadá. Numerosas estructuras de estacionamientos mostraban un grave deterioro mucho antes de terminar su vida útil esperada. Gerwick [4] reportó casos de deterioro grave prematuro del concreto en túneles marinos de reciente construcción en varios países , Khanna et al[5] en pilones marinos, y Shayan y Quick[6] en durmientes de ferrocarril. Las anteriores investigaciones han demostrado que, en términos generales, el Diseño Estructural, los Materiales Especificados y las Técnicas de Construcción se apegaban a los sistemas más actualizados. [7] En respuesta al resurgimiento en los 70's, de grietas en losas o superestructuras de concreto en puentes, en los Estados Unidos las técnicas de construcción mostraron una tendencia hacia la generación de Proporcionamientos de concreto de Alta Resistencia. Hace tiempo los desarrollos en tecnología del cemento y del concreto se concentraban en alcanzar resistencias más y más altas. Esto parece no haber ayudado. Había la suposición de que "El concreto resistente era concreto durable", las únicas consideraciones especiales eran los efectos de la alternancia de congelación-deshielo y algunas formas de ataque químico. Ahora se sabe que para muchas condiciones de exposición de las estructuras de concreto, ambas propiedades, resistencia y durabilidad, se han de considerar explícitamente en la etapa de diseño. Se hace hincapié en la palabra "Ambas", porque sería una equivocación reemplazar el énfasis exagerado en la resistencia por el énfasis exagerado en la durabilidad. De acuerdo con los resultados de las últimas investigaciones National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) (Programa Nacional Cooperativo de Investigación de Carreteras) en más de 100,000 losas o superestructuras de concreto de puentes se formaron grietas transversales a todo el espesor espaciadas de uno a tres metros (3 a 10 pies) antes de cumplir un mes de coladas. Debido principalmente a factores económicos, la durabilidad del concreto está tomándose mucho más en serio ahora que antes. Los costos estimativos para rehabilitar y reparar la infraestructura llegan a miles de millones de dólares. Muchas dependencias públicas ya están gastando una parte importante de su presupuesto de construcción anual, hasta una tercera parte en algunos casos en reparación y rehabilitación. Esto se debe en parte a los altos costos actuales de la mano de obra especializada para realizar las reparaciones de construcción y el alto costo actual de la tecnología de los materiales necesarios para realizar dichas reparaciones. Como resultado, es más económico ampliar la vida útil de una estructura existente con mínimos costos de mantenimiento, que reemplazarla con una nueva. Por lo tanto, parece que las realidades económicas de hoy son parcialmente responsables del creciente interés en construir estructuras más durables con una vida útil proyectada a 100 años o más..

(20) Administración de la Construcción. 4/239. Por tanto es esencial que toda estructura de concreto deba continuar cumpliendo sus funciones destinadas, es decir manteniendo su resistencia y utilidad requeridas, durante el tiempo en servicio especificado o tradicionalmente esperado. El concreto debe ser capaz de soportar el proceso de deterioro al cual se puede esperar que vaya a estar expuesto. A tal concreto se le llama durable. Vale la pena agregar que la durabilidad no significa un tiempo indefinido, ni quiere decir soportar cualquier acción sobre el concreto. Además, ahora se comprende -aunque no fue así en el pasado- que, en muchas situaciones, se requiere mantenimiento al concreto. 1.13 Estrategias actuales y problemas críticos Históricamente, el concepto de que hay una relación directa entre la resistencia del concreto y su durabilidad, han sido medulares en las estrategias establecidas para ofrecer Proporcionamientos durables de concreto. La experiencia nos muestra que concretos con Proporcionamientos que tienen de 35 a 40 Mpa de resistencia a la compresión a los 28 días, cuando son fabricados con materiales adecuados y manejados con buenas técnicas de producción, muestran un permeabilidad baja pero adecuada y se comportan bien en la mayoría de las condiciones ambientales. Típicamente, estos concretos tienen un bajo contenido de cemento (300 a 350 kg/m3) y una relación Agua/Cemento baja (0.45 a 0.55). Las Mezclas de concreto hechas con menos material cementante y mayor relación agua/ cemento son más porosas y permeables y, por lo tanto, menos durables. En los años setenta, el advenimiento de aditivos reductores de agua de alto rango(superfluidificantes) causaron gran ímpetu en el desarrollo de mezclas de concreto de muy alta resistencia con alto contenido de cemento (400 a 500 kg/m3 muy baja relación agua/cemento (0.25 a 0.35). La alta resistencia temprana y baja permeabilidad han hecho atractivas estas mezclas para usos en ambientes agresivos, como la exposición al agua de mar y descongelantes químicos. Esta estrategia presupone que entre más resistente sea el concreto, tendrá más vida bajo condiciones ambientales severas. Dicha premisa requiere de un examen critico. Se han hecho grandes avances para entender y controlar las causas primarias del deterioro del concreto, particularmente: la corrosión del acero de refuerzo, acción congelante, expansión álcali-agregado y la agresión por sulfates. Se supone que las especificaciones del material y los métodos de prueba basados en conocimientos actuales, son adecuadas para tratar los problemas de durabilidad. Este tema requiere un examen más profundo, debido a que muchas estructuras construidas conforme a los reglamentos lincamientos de técnicas que se recomiendan han mostrado deterioro mucho antes del término de su vida útil de diseño. Si nuestro diseño estructural, especificaciones de material, y técnicas de construcción son satisfactorias, ¿Por qué tenemos tantos problemas de durabilidad?.

(21) Administración de la Construcción. 5/239. Otro tema que requiere de un estudio crítico es la comparación de la relación costo-beneflcio entre la tecnología tradicional de bajo costo y las costosas nuevas tecnologías para incrementar la durabilidad de estructuras de concreto expuestas a un medio ambiente hostil. ¿Cuánto aumento puede esperarse en la vida para el inicio de la corrosión de las estructuras de concreto reforzado, y a qué costo, con el uso de materiales y nuevos métodos como los superfluidificantes y superpuzolanas, o aceros recubiertos de epoxy o resistentes a la corrosión, aditivos que inhiben la corrosión y protección catódica del acero de refuerzo? 1.2 Tecnología de la información aplicada al concreto. En la actualidad existe demasiada información referente a Tecnología de Concreto; todo esto para fabricación, supervisión, control de calidad, reparación, aumento de durabilidad, agentes contaminantes etc., por lo cual es indispensable tener mucho conocimiento de esto así como experiencia y desarrollar cierto criterio para su fabricación, control, y no se diga para realizar un concreto con durabilidad adecuada ya que influyen infinidad de factores para poder obtener esto. Debido a lo antes comentado en EE.UU. el National Institute of Standards and Technology (NIST) y Hypercon socio de High Performance Concrete Technology, están trabajando conjuntamente para desarrollar sistemas que faciliten los estudios. Estos programas que se están creando son llamados Computer-Integrated Knowledge Systems (CIKS) los cuales están hechos con numerosas bases de datos aplicadas en herramientas computacionales. Esta herramienta también se le suele llamar Sistema Experto, lo cuales almacenan información de todo tipo en una base de datos para después aplicar el criterio más eficiente según el software y así obtener resultados estimados, los cuales están muy en la realidad. CIKS más recientes son el diseño para predecir la difusividad del cloro y la vida de servicio de un concreto con cemento Simple Pórtland, donde la corrosión del refuerzo es el mayor mecanismo de degradación. La mayoría de los modelos desarrollados por el NIST en el transcurso de 10 años han demostrado tener predicciones acertadas. El Virtual Cement and Concrete Testing Laboratory, cuenta con un sitio en la Web [Sitios] el cual esta organizado por capítulos y secciones, cuenta con aproximadamente 1900 paginas de información. El libro cuenta con todo los estudios computacionales de NIST en el tiempo de 10 años también como trabajos experimentales; todo esto puede ser clasificado como un libro virtual en la ciencia computacional de materiales del concreto..

(22) Administración de la Construcción. 6/239. 1.3 Sistemas expertos (SE). Introducción de software para análisis de durabilidad disponible en la World Wide Web (WWW) a utilizar Los sistemas expertos son programas especializados para resolver problemas, dichos programas necesitan de expertos humanos (EH). Los cuales tienen conocimientos profundos de ciertos temas en general. La mayoría de las computadoras tienen estos programas, sin embargo los programas utilizan poca cantidad de conocimientos; estos programas están divididos en dos partes: Algoritmos y datos. Los algoritmos especifican los pasos para resolver un problema especifico y los datos caracterizan los parámetros del problema en particular. Los expertos humanos, por otra parte, no siguen este modelo para resolver los problemas, utilizan fragmentos de conocimientos y su experiencia, para alcanzar la solución, que es aquí donde es difícil realizar un software para predecir la durabilidad del concreto conjuntamente con el acero ya que se ve afectado por gran cantidad de elementos. Los sistemas expertos representan estos fragmentos de conocimientos y experiencia en una base de datos llamada "Base de Conocimiento" (BC), que posteriormente es accesada para razonar sobre un problema en particular. Como consecuencia los SE difieren de los programas convencionales en su arquitectura, en la forma en que se incorpora el conocimiento, en la manera interactiva que se ejecutan y en la impresión que crean en los usuarios que lo utilizan, muestran, generalmente, un comportamiento similar al de un EH. Los SE tienen la capacidad de resolver problemas muy difíciles, tan bien o mejor que un EH, razonar heurísticamente, interactuar eficazmente, y en lenguaje natural con las personas, manipular expresiones simbólicas y razonar sobre ellas, funcionar con datos erróneos y reglas imprecisas, contemplar múltiples hipótesis alternativas, explicar por que plantean sus preguntas cuando están intentando resolver un problema, y justificar sus conclusiones. 1.3.1 Etapas de desarrollo de sistemas expertos. Invención: En esta etapa se marcan dos lineas de Investigación; los métodos de búsqueda heurísticos y los métodos de deducción automática. Prototipo: Es una etapa de consolidación. En ella se construyeron SE que hasta hoy se estudian y de los cuales se han estudiado sus formalismos de representación del conocimiento y de inferencia para la construcción de otros. Experimentación: Es una etapa en la cual se empiezan a consolidar las ideas obtenidas de la etapa prototipo, sobre todo en lo que respecta a la representación del conocimiento..

(23) Administración de la Construcción. 7/239. Industrialización: Esta etapa se caracteriza por la difusión de los SE, surgimiento de los lenguajes especializados y los esqueletos comerciales. Los sistemas expertos manejan eficazmente los problemas presentados con el fenómeno de la experiencia para resolver algún problema. Los sistemas expertos se pueden utilizar en Ingeniería, medicina, finanzas, industria, milicia, agricultura, etc. 1.4 Definición de Problema. El ACI (American Concrete Institute) define la durabilidad del concreto hecho con cemento hidráulico como la habilidad para resistir la acción del intemperismo, ataque químico, abrasión o cualquier otro proceso de deterioro. Y determina que el concreto durable debe mantener su forma original, calidad y características de servicio cuando es expuesto a este ambiente. [8] Tomando como base estas condiciones, la expectativa de mejorar la durabilidad y por tanto la vida útil de cualquier estructura esta dada por la definición de sus condiciones de exposición, condiciones de servicio y las practicas recomendadas en la construcción del elemento. En la determinación de cada uno de esos parámetros, las condiciones de exposición deben ser integradas a la posición geográfica, el carácter del lugar y el medio de contacto. Las condiciones de servicio que generan los daños mas comunes que afectan al concreto en su durabilidad están expresadas por ataques de sulfates, exposición al agua de mar, ataque ácido, carbonatación, abrasión, corrosión del acero de refuerzo y reacciones químicas; y por ultimo, se deben tomar en cuenta las practicas constructivas recomendadas, previas, durante y posteriores a la colocación del concreto. Con el transcurso del tiempo las Estructuras de concreto Reforzado presentan problemas de corrosión en el refuerzo y daños en el concreto, y esto se incrementa con el medio ambiente adverso, esta corrosión influye en el elemento estructural ya que el acero de refuerzo corroído aumenta de volumen, lo que hace que el concreto reviente y por lo tanto la estructura sufre daños estructurales, estos daños la hacen insegura, por lo tanto los daños ocasionan costos de reparación y en casos muy desfavorables es necesaria una reconstrucción parcial o total del elemento. 1.5 Objetivos. Referente a las obras de concreto reforzado, las propiedades que se requieren en el concreto endurecido las especifica el Ingeniero Civil y dichas propiedades se rigen por el tipo de construcción, por las técnicas de colado y transportación. Por tanto el diseño de una mezcla se puede definir como el proceso para seleccionar los componentes adecuados del concreto y determinar sus cantidades relativas con el fin de producir, un concreto mas durable y resistente; la cual trabaje mas eficientemente con el refuerzo..

(24) Administración de la Construcción. 8/239. Se diseñará una mezcla para un clima adverso (zona costera, la cual genera brisa salina, en la municipio de Madero Tamaulipas, y efectos producidos por la Industria; principalmente PEMEX), la cual pueda ser utilizada para construir cualquier elemento estructural reforzado, y así incrementar la vida útil de dicha estructura. Con la ayuda de sistemas expertos localizados en la World Wide Web, obtendremos proporcionamientos y durabilidad del concreto, para aplicarlo a una estructura y determinar que tan rentable es en función de otras. 1.6 Justificación. Hace algunos años se hicieron estudios del costo económico que produce la corrosión en algunos países y se encontró que consume entre el 2 y el 5% del PNB de cada país. [9] Entre un 15 y un 25% de este costo se pudo haber evitado si se hubiese aplicado la Tecnología existente para contrarrestarla. En México aún no se disponen de cifras que nos den una idea del problema, sin embargo, en encuestas recientes se ha informado que más del 90% de las industrias presentan algún daño por corrosión. [10] En el caso de Yucatán, trabajos recientes indican que los costos por corrosión rebasan el 8% del Pffi estatal. [11] Por otra parte, no se debe olvidar que México posee mas de diez mil kilómetros de costas y que en ellas hay numerosas obras susceptibles de sufrir daños por la corrosión. Dos de los fenómenos naturales que propician la destrucción de estructuras dañadas por corrosión en las costas son los sismos y los huracanes. Por lo general, los cloruros provenientes de la brisa marina atacan la estructura y la van debilitando con el tiempo, de tal manera que cuando ésta recibe solicitaciones de esfuerzo por sismos o huracanes, no soporta mas que una pequeña parte de la carga para la que fue diseñada debido a la pérdida de sección que ocurre por la acción agresiva de los cloruros. En la costa Yucateca, por ejemplo, muchas de las estructuras derrumbadas durante el paso del huracán Gilberto en 1988, estaban visiblemente afectadas por corrosión. Por las razones anteriores, el estudio de la corrosión, así como el desarrollo de métodos de diagnóstico, protección y reparación deben ser de vital importancia ya que se podrían ahorrar grandes cantidades de dinero en reparaciones y evitar pérdidas económicas. 1.7 Hipótesis. Las estructuras de concreto existentes, se ven afectadas por las condiciones del medio en que estén ubicadas, las cuales se ven afectadas a largo plazo en su vida útil y servicio para lo que fueron concebidas; los concretos de estructuras que están ubicados en zonas costeras son en comparación con los que están en el interior del continente y regiones elevadas, menos durables ya que rápidamente se deterioran teniendo que ser restauradas o sustituidas. Con la Tecnología existente se pueden diseñar Mezclas de concreto durables para elementos estructurales, repercutiendo en ahorros de reparación, los cuales se reflejan en dinero para los inversionistas en caso de inversión privada y lo mas importante se pueden reflejar en la economía de un país. Esto pude aplicarse en elementos computacionales para estimar dichos problemas..

(25) Administración de la Construcción. 9/239. El reemplazo del cemento Pórtland con materiales cementantes suplementarios, especialmente Silica Fume, disminuirá el permeabilidad rápida de cloro que se manifiesta en la reducción significativa de la conductividad eléctrica. Lo cual aumentara la capacidad de resistir la temprana corrosión del retuerzo. 1.8 Metodología. A continuación se comentara la metodología considerada en la Tesis: 1.- El diseño del proporcionamiento tiene como fin el de obtener el concreto con mayor durabilidad para diferentes porcentajes de aditivo (Silica Fume) 2.- El diseño y análisis de los porporcionamientos será en base a software existente en la World Wide Web. Se obtendrán proporcionamientos para resistencias de f c=250 kg/cm2 y f c=420 kg/cm2, para porcentajes de 0%, 5%, y 10% de silica fume. 3.- Con los proporcionamientos antes mencionados, en el mismo software de la World Wide Web, se determinará el tiempo estimado para el inicio de la corrosión, para cada proporcionamiento (seis proporcionamientos). 4.- Se diseñaran y analizaran dos estructuras de concreto reforzado localizadas en el Municipio de Madero Tamaulipas, una para una resistencia a la compresión del concreto de f c=250 kg/cm2 y la otra para f c=420 kg/cm2. (Se detallan características en Capitulo 7) 5.- Se determinaran los volúmenes de obra para la estructura con resistencia del concreto de f c=250 kg/cm2 y los volúmenes para la de resistencia de f c=420 kg/cm2. Hay que recalcar que los diseños de las estructuras consideran reducciones en secciones por el incremento de resistencia. 6.- Se determinará el costo por metro cúbico de concreto fabricado en obra, según el proporcionamiento dado por el software de la World Wide Web. 7.- Se cotizara vía telefónica el costo del metro cúbico de concreto premezclado, para cada proporcionamiento obtenido 8.- El costo de cada proporcionamiento para concreto fabricado en obra y para el concreto fabricado en planta premezcladora será aplicado a cada estructura (f c=250 kg/cm2 y f c=420 kg/cm2), a la cual también se le aplicaran los costos de construcción de la obra negra, incluyendo el costo del terreno. 9.- Ya teniendo el costo estimado de la obra, se realizara un estudio simple del valor del dinero, considerando un tiempo de comparación de la estructura para los diversos resultados obtenidos por el software de la Web..

(26) Administración de la Construcción. 10/239. 10.- El estudio económico es con el fin de obtener el TIR (Tasa Interna de Retorno), considerando la estructura para renta y aplicándole un mantenimiento de acuerdo con los sueldos[12] de un Ingeniero, una oficial albañil y un ayudante y un 3% del costo total de materiales[13]. El mantenimiento se aplicara durante cierto tiempo según el resultado obtenido por el Software de la Web. —Hay que mencionar que el % de materiales para mantenimientos es relativo ya que una estructura puede verse afectada en diversos porcentajes dependiendo del tiempo con el cual se empezó a dar el mantenimiento; nuestro análisis considera que el mantenimiento será inmediato al momento de surgir los daños por el intemperismo, por lo cual el%es relativamente bajo— 11.- Lo anterior lo manejaremos en una hoja de calculo sencilla hecha en Excel[14] a la cual aplicaremos el tiempo de comparación, renta, la inversión, el mantenimiento; dándonos como resultado la TIR, pudiendo concluir que mezcla es la mejor[15]. 12.- Finalmente obtendremos que proporcionamiento es mas rentable. A continuación, se mencionara la metodología original de la presente tesis, la cual podría ser aplicada para una futura continuación de la presente tesis: 1.- Realizar proporcionamientos aplicando la tecnología del concreto aquí mencionada. 2.- Se diseñan unas vigas de concreto reforzado para los proporcionamientos obtenidos con las siguientes características: (85mmX80mm)(1000mm),con refuerzo Fy=4200kg/cm2 , 2Vrs #5/16, en base a especificaciones de ACI y las cuales estén trabajando a cierto porcentaje de servicio.(Realizado) 3.- Diseño de molde para la fabricación de las vigas. (Realizado) 4.- Diseñar un marco de carga a base de perfiles metálicos A-36, desmontable, y de fácil fabricación, el cual soporte a las vigas por estudiar las cuales estarán sometidas a cargas constantes. (Realizado) 5.- fabricación de vigas, en los moldes. 6.- Una vez que estén curadas dichas vigas, ubicarlas en una zona con características climáticas desfavorables, pudiendo ser en Madero Tamaulipas. 7.- Realizar constantes inspecciones al marco de carga y documentar el proceso de deterioro de cada viga según diagrama de flujo de inspección y tablas para documentación. (Capitulo 4; Figura 8, Formato 1, Formato 2, Formato 3, Tabla 13 y Tabla 14) 8.- Realizar pruebas no destructivas para estudiar que proporcionamiento es el mas adecuado para los fines de durabilidad y por consiguiente para fines de rentabilidad, por ejemplo:.

(27) Administración de la Construcción. • « • « • .. 11/239. Pruebas de penetración de Iones de cloruro Pruebas de permeabilidad Pruebas de flujo de aire en la superficie. Prueba de resistencia a congelación-deshielo, etc. Resistencia a la compresión por medio del martillo de rebote. Resistencia a la compresión por medio de la Velocidad Ultrasónica (Pundit). 9.- Probar las vigas en la maquina universal (pruebas destructivas), a flexión para determinar su resistencia, como deflexiones producidas además de interpretaciones visuales durante su falla. 10.- Obtener de cada proporcionamiento cilindros para ensayarlos y así determinar la resistencia a la compresión. 11.- Hacer mediciones de la corrosión del acero de refuerzo de cada viga. 12.- En base a los resultados obtenidos dar una interpretación critica y así obtener conclusiones para determinar que factores impactaron al elemento reforzado y obtener el proporcionamiento mas durable para las características locales de cada área. NOTA: Dicha metodología de estudio no podrá ser realizada ya que no se pudo fabricar el Marco de Carga, las razones de esto fue debido a la falta de recursos económicos para desarrollar dicha estructura metálica, a lo cual se incluyeron factores del entorno económico de la ciudad, por lo cual la Metodología quedaría de la siguiente forma: Hay que mencionar que el análisis de la viga de concreto reforzado a escala, con la cual se analizarían las mezclas y el marco de carga sobre el cual colocaríamos dichas vigas fue realizado, aportando así con gran parte de un proyecto que puede ser continuado por algún alumno interesado en realizar un estudio de experimentación y así poder englobar todos los problemas reales a los que esta sujeto un elemento estructural bajo cargas de servicio. Se Coloco en el Anexo 9 el costo de la fabricación del Marco de Carga (Cotizaciones), así como el costo de los aditivos que se pretendían utilizar. También se coloco el diseño del marco de carga, así como el diseño de la viga reforzada..

(28) Administración de la Construcción. 12/239. CAPÍTULO 2. CONCRETO 2.0 Agregados. 2.0.1 Introducción Los agregados en las mezclas de concreto en promedio representan más del 60% por cada metro cúbico fabricado, condición que destaca la importancia que tienen estos materiales en la elaboración de este producto. Bajo esta condición, las características de los materiales que los forman y los efectos de su uso en el concreto se han estudiado con mucho mayor detalle ya que dichos elementos pueden propiciar concretos de muy buena calidad o de malísima calidad, por lo tanto si tenemos buenos agregados, buen conocimiento de la tecnología, y además de esto ponemos especial atención e el cuidado durante y después de su elaboración algo es seguro, generaremos un concreto de mayor durabilidad que alguien que tenga poco conocimiento del tema. En otras palabras las acciones agresivas pueden llegar, no solo a la pasta del cemento endurecida, sino también a los agregados, razón por lo que se debe conocer las características físicas y químicas de los agregados precisos para la fabricación del concreto. Se han presentado casos, en los cuales los agregados que se emplearon reaccionaron con las propiedades del concreto y las reacciones afectan a la estructura en sus propiedades de servicio y durabilidad, dichas reacciones se detallan mas adelante. 2.0.2 Clasificación de los Agregados; Terminología relativa a los agregados para concreto (ASTM C 125 - 92a ) Los agregados se clasifican de acuerdo a diferentes características (composición, modo de fragmentación, tamaño de partícula, origen, forma de partícula y color). -AgregadoMaterial granular, el cual puede ser arena, grava, piedra triturada o escoria, usado con un medio cementante para formar concreto o mortero hidráulico. -Agregado Grueso 1) Agregado predominantemente retenido en la malla No. 4 (4.75 mm) 2) Es la porción de un agregado retenido en la malla No. 4 (4.75 mm) -Agregado Fino1) Agregado que pasa la malla de 3/8" (9.5 mm) y casi totalmente pasa la malla No. 4 (4.75 mm) y es predominantemente retenido en la malla No. 200 (0.075 mm) 2) Es la porción de un agregado que pasa la malla No. 4 (4.75 mm) y es retenido en la malla No. 200 (0.075 mm) -Agregado Pesado Agregado de alta densidad, el cual puede ser barita, magnetita, limonita, ilmenita, hierro o acero..

(29) Administración de la Construcción. 13/239. -Agregado LigeroAgregado de baja densidad usado para producir concreto ligero, incluye: pómez, escoria volcánica, tobas, diatomita, arcilla sintética o expandida, lutita, pizarra, lutitas diatomáceas, perlita, vermiculita y productos de combustión de carbón. -Grava TrituradaEs el producto resultado de la trituración artificial de gravas, en la cual la mayoría de los fragmentos tienen mínimo una cara resultado de la fractura. -Piedra TrituradaEs el producto de la trituración artificial de rocas, peñascos o fragmentos de roca grandes, en el cual todas las caras resultantes se derivan de las operaciones de trituración. -GravaAgregado grueso resultante de la desintegración natural y abrasión de rocas o transformación de un conglomerado débilmente cementado. -Arena Manufacturada Agregado fino producido por trituración de grava, roca, escoria o concreto hidráulico. -Arena Agregado fino resultado de la desintegración y abrasión de roca o la transformación de una arenisca completamente friable. 2.03 Características físicas y químicas. Para la correcta utilización de los agregados y así evitar posibles reacciones con el cemento, aditivos etc., es necesario evaluar las características de los mismos; a continuación se presentan las pruebas aplicables mas recomendadas para agregados, Tabla 1: Característica Granulometría Limpieza - Finos indeseables. - Materia orgánica. - Partículas inconvenientes. Densidad Sanidad Absorción y Porosidad. Pruebas a plicables. NMX C-lll C-lll. ASTM C33 C33 D2419. C-88. C40. C-84/C-71/C-75/C-172 C117/C142/C88/123. C-164/C-165 C-75 C-164/C-165. C 127 /C 128 C88 C 127 /C 128.

(30) 14/239. Administración de la Construcción. C-265/C-165 C-265. C 295 / C 128 C295. C-265. C295. - Método químico. C-271 / C-272. C 289 / C 586. - Barras de mortero. C-180. C 227 /C 1105. Forma de Partícula Textura Superficial Reactividad con los álcalis - Examen petrográfico. Tabla 1,Pruebas aplicables para evaluar la calidad de los agregados. Por la gran importancia que tiene el especificar y clasificar los agregados de concreto para una obra, es necesario tener en cuenta lo siguiente: 1) Características y requisitos a cumplir de la estructura que se va a fabricar. 2) Si se cuenta con mano de obra calificada. 3) Equipó adecuado para hacer la mezcla, así como para la colocación y cuidados correspondientes. 4) Agregados disponibles en el sitio. 5) Composición granulométrica de los agregados a emplear. 2.0.4 Granulometría -Agregado Fino (arena)Constituido nominalmente por partículas cuyo tamaño está entre 0.075 y 4.75 mm, en donde es deseable que exista continuidad granulométrica, es decir que exista presencia de todos los tamaños representantes de las diferentes fracciones que están establecidas, para así que el agregado ocupe la mayor cantidad posible del concreto y sea mas económica la mezcla. Es importante comentar que si bien es útil que el agregado fino cumpla con la continuidad granulométrica, resulta poco prudente el especificar la arena con base a esta característica, ya que un adecuado diseño de mezclas o bien el uso de aditivos en el concreto, permite disminuir los posibles efectos no deseados por una deficiencia de esta característica del agregado; pero esto no quiere decir que olvidemos las propiedades de los agregados, siempre será algo de gran importancia. -Agregado GruesoEs el que queda en el intervalo nominal comprendido desde 4.75 mm hasta la dimensión máxima que contenga el concreto, magnitud que define el tamaño máximo en cada caso. Al igual que en el agregado fino, es deseable que exista una continuidad granulométrica de la fracción. Por lo anterior, es claro que el límite superior del agregado.

(31) Administración de la Construcción. 15/239. grueso es el que rige la curva granulométrica a especificar para cada tipo de concreto, de acuerdo con sus necesidades constructivas. De igual forma que en el agregado fino, los efectos por una deficiente composición granulométrica pueden ser disminuidos, vía la aplicación adecuada de la tecnología de concreto. 2.0.5 Finos indeseables (limo y arcilla) En forma general, para la especificación de esta característica hay dos criterios para la utilización de agregados en concretos, Tabla 2: Finos que pasan la malla No. 200 Norma aplicada NMX C-lll* (% Máximo Aplicable) Arena (%) Grava (%) Finos de cualquier tipo 5.0 2.0 Finos sin arcilla** 10.0 3.0 * % máximo aplicable. ** Para conocer el carácter arcilloso de los finos que pasan la malla No. 200, es aplicable la prueba de equivalente de arena. Tabla 2, Porcentaje de finos indeseables. 2.0.6 Materia orgánica La especificación de esta característica de los agregados limita el contenido de este producto con base en una clasificación calorimétrica, en donde un tono más oscuro que el color de referencia es condición que se considera como una presencia excesiva, y por tanto es causa de rechazo, ya que contamina el refuerzo, además de posibles reacciones con la pasta del cemento y reduce la resistencia del concreto. 2.0.7 Partículas inconvenientes Esta especificación se realiza con base en el tipo de partícula presente en el agregado, de acuerdo a lo siguiente: 1) Carbón y lignito en la arena 0.50 a 1.0% 2) Calcedonia de peso específico menor a 2.40 3.0 a 8.0% 3) Terrones de arcilla ver material que pasa la malla No 200 2.0.8 Densidad No hay una especificación de límites de aceptación para esta característica, principalmente porque no tiene correlación con el grado de sanidad de los materiales que se analizan. Además, depende del peso unitario del concreto que se va a producir, dividiéndose para ello en ligero, normal y pesado.. 624389.

(32) Administración de la Construcción. 16/239. 2.0.9 Sanidad La sanidad se define como la condición de un sólido que se halla libre de grietas, defectos y fisuras. Esta propiedad tiene mucha importancia porque es un buen índice del desempeño predecible del agregado al ser usado en concreto. La especificación para esta característica indica los siguientes límites, Tabla 3: NMXC-111 Agregado Fino Agregado 10% Máximo Grueso 12% Máximo Tabla 3, Porcentaje de Agregados en buen estado. 2.0.10 Absorción y Porosidad No hay una especificación sobre el límite de aceptación para la absorción y porosidad, dado que esta depende de muy diversos factores, como: contenido de finos, forma y textura superficial de las partículas, porosidad de la roca y distribución granulométrica. Se reconoce como información válida, sin embargo, que cuando se tienen rocas de buena calidad física y los agregados cumplen las otras especificaciones que se le solicitan, el agregado grueso no rebasa el 3% de la absorción, así como el agregado fino no supera el 5% máximo. 2.0.11 Forma de Partícula En términos generales, no existe una especificación estricta para esta característica que evalúe la redondez y esfericidad de los agregados, ya que es demostrable que en condiciones idénticas, son más adecuados los agregados de formas redondeadas para la producción de concretos con resistencias que no excedan los valores de 250 kg/cm2. Pero, es recomendable que para concretos que requieran desarrollar mayores resistencias a las de referencia, se haga uso de partículas de formas más angulosas. En el caso de la esfericidad evaluada por la presencia de partículas planas y alargadas, es recomendable que éstas no superen el 20% máximo de acuerdo con el comité ACI207. 2.0.12 Textura Superficial Al igual que para la forma, no existe una especificación rigurosa para la textura superficial, ya que los diferentes tipos de texturas que existen producen efectos diversos en la fabricación de concreto, mas no afectan la durabilidad de este. 2.0.13 Reactividad con los Álcalis Existen tres pruebas que evalúan esta característica de los agregados, independientemente de si la reacción es álcali-sílice o álcali-carbonato. Las tres son importantes por los elementos de juicio que aportan sobre el posible comportamiento del material al ser utilizado en la fabricación de concreto por lo que hay que considerarlos grandemente:.

(33) Administración de la Construcción. 17/239. Método de prueba Carácter del resultado Evaluación Estudio petrográfico* Definitivo, sólo material inocuo Inocuo/Deletéreo. Método químico Definitivo, sólo material inocuo Inocuo/Deletéreo. Barras de mortero Definitivo, estimación potencial. * Es importante ya que califica cuál es el tipo de reacción que puede presentar el agregado, al identificar y cuantificar los materiales potencialmente reaccionantes. ** Valor de la expansión en relación con el tipo de reacción y su clasificación. Tabla 4, Tipos de Pruebas para evaluar caract erística del agregado.. Alcali-Sflice (NMXC-180) Álcali- Carbonato (ASTM C 1105) Inocuo < 0.05% a tres meses < 0.015% a tres meses. Moderadamente reactivo > 0.05%, < 0.10% > 0.015%, < 0.025%. Deletéreo >0.10 a seis meses > 0.025% a seis meses. Tabla 5, Limites según la norma ASTM para determinar comportamiento de agregado 2.0.14 Influencia de los agregados en Concreto -Las características de los agregados, que influyen las propiedades del concreto en estado Fresco son: - Peso unitario• Densidad. . Tamaño máximo/granulometría. -Manejab'didad• Granulometría. • Forma de partícula. -Contracción plástica• Limpieza . Partículas friables.

(34) Administración de la Construcción. 18/239. -Requerimiento de agua• Tamaño máximo/granulometría • Sanidad • Limpieza -Sangrado• Granulometría • Forma de partícula -Pérdida de revenimiento• Absorción -Segregación• Tamaño máximo/granulometría -Las características de los agregados, que influyen las propiedades del concreto en estado Endurecido son: -La Durabilidad• Limpieza . Textura superficial • Sanidad • Absorción • Porosidad • Reactividad con los álcalis -Resistencia a compresión• Limpieza « Tamaño máximo/granulometría • Forma de partícula « Resistencia mecánica . Partículas friables . Textura superficial -Cambios volumétricos• Tamaño máximo/granulometría . Forma de partícula . Limpieza . Presencia de arcilla • Módulo de elasticidad -Costo• Tamaño máximo/granulometría • Forma de partícula . Textura superficial . Limpieza -Resistencia a la abrasión• Resistencia a la abrasión -Peso unitarío• Densidad.

(35) Administración de la Construcción. 19/239. -Permeabilidad• Porosidad 2.1 Aglomerantes. 2.1.1 Introducción Los aglomerantes son sustancias empleadas para adherir partículas y fibras orgánicas e inorgánicas para formar componentes resistentes, duros y/o flexibles. Esto es debido generalmente a las reacciones químicas que ocurren cuando el aglomerante es calentado, mezclado con agua y/o otros materiales, o simplemente expuesto al aire. Hay cuatro grupos principales de aglomerantes: 1) Aglomerantes minerales. 2) Aglomerantes bituminosos. 3) Aglomerantes naturales. 4) Aglomerantes sintéticos. 2.1.2 Aglomerantes Minerales Estos se dividen en tres categorías: 1) Aglomerantes hidráulicos, los cuales requieren agua para endurecer y desarrollar resistencia. 2) Aglomerantes no hidráulicos, los cuales sólo se pueden endurecer ante la exposición al aire. 3) Aglomerantes termoplásticos, los cuales se endurecen cuando se enfrian y se vuelven suaves cuando son calentados nuevamente. 2.13 Aglomerantes Hidráulicos • El aglomerante hidráulico más común es el cemento 2.13.1 Cemento 2.13.1.1 Introducción El Cemento Pórtland, uno de los componentes básicos para la elaboración del concreto. De la gran variedad de cementos disponibles hoy en día, el Cemento Pórtland ordinario (CPO) es el más común, y usualmente el tipo al que se hace referencia cuando se habla de cemento. Este es un polvo fino gris que puede ser mezclado con arena, grava y agua para producir concreto o mortero resistente y durable. Los cementos Pórtland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio hidráulicos, esto es, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. En el curso de esta reacción, denominada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una pasta, y cuando le son agregados arena y grava triturada, se forma lo que se conoce como el material más versátil utilizado para la construcción: el concreto..

(36) Administración de la Construcción. 20/239. En la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos -como el mineral de fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado clinker. El clinker, la materia prima para producir el cemento, se alimenta a los molinos de cemento junto con mineral de yeso, el cual actúa como regulador del fraguado. La molienda conjunta de éstos materiales produce el cemento. Las variables a controlar y los porcentajes y tipos de materiales añadidos, dependerán del tipo de cemento que se requiera producir. El tipo de materias primas y sus proporciones se diseñan en base al tipo de cemento deseado. El cemento usualmente es producido en grandes plantas centralizadas, que incurren en altos costos de capital y grandes distancias de transportación a la mayoría de obras. En la mayoría de países en desarrollo, las capacidades de producción están muy por debajo de la demanda y también debido a las perdidas y el deterioro en el transporte y almacenaje, el cemento generalmente esta asociado con altos costos y escasez de abastecimiento. 2.13.1.2 Clasificación de los cementos La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento Tabla 6, de acuerdo a los usos y necesidades del mercado de la construcción:. Tipo I. Nombre. Aplicación Normal Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento. IA Normal Uso general, con inclusor de aire. n Moderado Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación. HA Moderado Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire. Para uso donde se requieren altas resistencias a m Altas resistencias edades tempranas. niA Altas resistencias Mismo uso que el tipo ¡u, con aire incluido. rv Bajo calor de hidratación Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación. V Resistente a la acción de Para uso general y además en construcciones donde los sulfatos existe un alto ataque de sulfatos. Tabla 6, Tipos de Cementos. 2.13.1.3 Cementos hidráulicos mezclados. Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción..

(37) Administración de La Construcción. 21/239. La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados: 1) 2) 3) 4) 5). Cemento Pórtland de escoria de alto horno - Tipo IS. Cemento Pórtland puzolana - Tipo DP y Tipo P. Cemento de escoria - Tipo S. Cemento Pórtland modificado con puzolana - Tipo I (PM). Cemento Pórtland modificado con escoria - Tipo I (SM).. 2.13.1.4 Cementos especiales Para pozos petroleros; estos cementos son empleados para sellar pozos petroleros, normalmente están hechos de clinker de cemento Pórtland. Generalmente deben tener un fraguado lento y deben ser resistentes a temperaturas y presiones elevadas. El Instituto Americano del Petróleo establece especificaciones (API 10-A) para nueve clases de cemento para pozos (clases A, a la H). Cada clase resulta aplicable para su uso en un cierto rango de profundidades de pozo, temperaturas, presiones y ambientes sulfatados. También se emplean tipos convencionales de cemento Pórtland con los aditivos adecuados para modificar el cemento. Los cementos plásticos se fabrican añadiendo agentes plastificantes, en una cantidad no mayor del 12% del volumen total, al cemento Pórtland de TIPO Ion durante la operación de molienda. Estos cementos comúnmente son empleados para hacer morteros y aplanados. El cemento Pórtland impermeabilizado usualmente se fabrica añadiendo una pequeña cantidad de aditivo repelente al agua como el estearato de sodio, de aluminio, u otros, al clinker de cemento durante la molienda final. 2.1.3.1.5 Cemento Blanco. El cemento Pórtland blanco difiere del cemento Pórtland gris únicamente en el color. Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C 150, normalmente con respecto al tipo I ó tipo III; el proceso de manufactura, sin embargo, es controlado de tal manera que el producto terminado sea blanco. El cemento Pórtland blanco es fabricado con materias primas que contienen cantidades insignificantes de óxido de hierro y de manganeso, que son las sustancias que dan el color al cemento gris. El cemento blanco se utiliza para fines estructurales y para fines arquitectónicos, como muros precolados, aplanados, pintura de cemento, paneles para fachadas, pegamento para azulejos y como concreto decorativo. 2.13.1.6 Producción de Cemento a Gran Escala Aproximadamente el 95% del cemento del mundo es producido en hornos rotatorios con rendimientos diarios entre 300 y más de 5000 toneladas. La piedra caliza (carbonato de calcio) y la arcilla (sílice, alúmina y óxido de hierro) son trituradas y mezcladas con agua para formar una mezcla pastosa, que es alimentada por el extremo superior del horno rotatorio con recubrimiento refractario y ligeramente inclinado, que puede tener más de 100.

(38) Administración de la Construcción. 22/239. m. de largo. El aire caliente a temperaturas de 1300° y 1400°C es soplado por la parte inferior, secando la mezcla pastosa, que luego es sintetizada y fundida en bolas duras conocidas como clinker. Estas salen del horno, son enfriadas y trituradas en un molino de bolas con aproximadamente 3% de yeso para retardar el fraguado del cemento. Mientras más fino se muele, mayor es la velocidad de fraguado y la resistencia. El proceso húmedo, descrito aquí ha sido reemplazado en gran medida por el proceso seco que necesita menos energía para secar la materia prima alimentada. El Cemento Pórtland Ordinario es vendido en bolsas de 50 kg., preferiblemente en bolsas de papel multi-capas de alta calidad. Sin embargo en algunos países (ejem. India) se emplean bolsas de yute retornables, produciendo grandes desperdicios y dificultades en mantener el control de calidad. 2.1 J.1.7 Producción de Cemento en Pequeña Escala Este método de producción emplea pequeños hornos de eje vertical, una tecnología que implica más de la mitad de la producción de cemento anual en China. La alimentación del horno se hace de piedra caliza triturada, arcilla y carbón de piedra, que son proporcionados y molidos finamente en un molino de bolas y para luego formarse en nodulos con un disco nodulador. Los nodulos son alimentados por la parte cónica superior del horno, en la cual el aire precalentado que asciende causa que el combustible de los nodulos se prenda, formando clinker. Los nodulos de clinker caen gradualmente en la porción cilindrica, donde son enfriados con el aire que ingresa por debajo. Una parrilla giratoria descarga el clinker, que es entonces molido con yeso en un molino de bolas. Como los nodulos son porosos, se necesita poca energía para molerlos. El rendimiento diario de un horno de eje vertical es de 2 a 30 toneladas de Cemento Pórtland ordinario. 2.13.2 Puzolanas 2.13.2.1 Introducción Las puzolanas son materiales naturales o artificiales que contienen sílice y/o alúmina. No son cementosas en si, pero cuando son molidos finamente y mezcladas con cal, la mezcla fraguará y endurecerá a temperaturas normales en presencia de apara, como el cemento. Las puzolanas pueden reemplazar de 15 a 40% del Cemento Pórtland sin reducir significativamente la resistencia del concreto. La mayoría de materiales puzolanicos descritos aquí son subproductos de procesos industriales o agrícolas, que son producidos en grandes cantidades, constituyendo un problema de desperdicio, si permanecen sin utilizar. Incluso si no hubiera otros beneficios,.