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UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERIA CIVIL
BARQUISIMETO, EDO. LARA
PROPUESTA DE DISEÑO DE MEZCLA PARA LA FABRICACIÓN DE
DURMIENTES DE CONCRETO POSTENSADO PARA VÍAS FÉRREAS
CON SUSTITUCIÓN PARCIAL DE AGREGADO FINO POR RASPADURAS
DE BANDAS DE RODAMIENTO DE NEUMÁTICOS
BARQUISIMETO, ENERO 2014
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERIA CIVIL
BARQUISIMETO, EDO. LARA
PROPUESTA DE DISEÑO DE MEZCLA PARA LA FABRICACIÓN DE
DURMIENTES DE CONCRETO POSTENSADO PARA VÍAS FÉRREAS
CON SUSTITUCIÓN PARCIAL DE AGREGADO FINO POR RASPADURAS
DE BANDAS DE RODAMIENTO DE NEUMÁTICOS
Trabajo Especial de Grado presentado como requisito final para optar al grado de
Ingeniero Civil
Autores: Alvarado C. Edgar M.
Velásquez P. Pedro M.
Tutor: Ing. Isabel Romero
BARQUISIMETO, ENERO 2014
AGRADECIMIENTO
A Dios, fuente de toda sabiduría, por darnos la energía y el conocimiento necesario
para el desarrollo de este Trabajo de Grado.
A la Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, por formarnos como los
profesionales que somos.
A nuestra Tutora, la Ingeniero Isabel Romero, por su interés y seguimiento en el
desarrollo de la Tesis.
Al Ingeniero Heisbert Rangel, por su magnífica y permanente ayuda durante el
desarrollo de los ensayos en las instalaciones de INFERCA. También a todos los
trabajadores de la empresa por la colaboración prestada.
A los Profesores, Alejandro Jiménez y Eleazar Colina, por brindarnos su tiempo y
demostrar su generosidad e interés por el trabajo.
ÍNDICE
PÁG.
DEDICATORIA i
AGRADECIMIENTO iii
ÍNDICE iv
ÍNDICE DE CUADROS
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
RESUMEN 1
INTRODUCCIÓN 2
CAPÍTULO
I EL PROBLEMA 4
Planteamiento del Problema 4
Objetivos 9
General 9
Específicos 9
Justificación 10
Alcances y limitaciones 13
II MARCO TEÓRICO 14
Antecedentes de la Investigación 14
Bases Teóricas 17
III MARCO METODOLÓGICO 96
Tipo de Investigación 96
Población y Muestra 97
Diseño y metodología de la Investigación 97
IV ANÁLISIS DE RESULTADOS 129
V CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES 158
VI PROPUESTA 163
Presentación 163
Objetivos de la Propuesta 164
General 164
Específico 164
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 218
ANEXOS 221
GLOSARIO DE TÉRMINOS 280
ÍNDICE DE CUADROS
TABLA N° TÍTULO PÁG.
1 Límites de los constituyentes químicos del cemento. 23
2 Componentes mineralógicos del cemento. 24
3 Propiedades de los componentes mineralóg. del cemento 25
4 Valores promedios para las propiedades físicas de los tipos
principales de rocas. 34
5 Propiedades de las rocas según su clase. 36
6 Valores máximos recomendados de concentraciones de
impurezas en agua de mezclado para concreto. 45
7 Impurezas tolerables en el agua de mezclado de concretos
y morteros 46
8 Clasificación general de los aditivos del concreto-Norma
ASTM C-494. 49
9 Efecto de los principales aditivos en el concreto 50
10 Tolerancias en el asentamiento por el método del cono
de Abrams. 53
11 Variables que intervienen en el concreto 63
12 Relación de los principales factores en la Trabajabilidad y
Resistencia del concreto. 71
13 Asentamientos para concretos 73
14 Tamaños máximos de agregados según el tipo de
Construcción 74
15 Cantidad de agua para concretos. 75
16 Volumen de agregado grueso por volumen unitario
de concreto 77
17 Asientos en cono de Abrams correspondientes a
diferentes consistencias. 80
18 Cantidad de agua requerida en función de la tipología
y el tamaño máximo de los áridos utilizados. 81
19 Modificaciones sobre el contenido de agua. 81
20 Valores de “a” en función de la tipología de árido y la
consistencia del concreto. 85
21 Porcentaje de sustituciones parciales de Banda de rodadura 99
22 Probetas para los ensayos de las propiedades del concreto
Endurecido 100
23 Resumen esquemático de los ensayos para la caracterización
de los agregados 104
24 Resumen esquemático de los ensayos para la caracterización
del cemento 106
25 Resumen de la caracterización del agregado fino. 134
26 Resumen de la caracterización del agregado grueso. 136
27 Resumen de la caracterización arena+banda de rodadura,
sustitución de 1%. 138
28 Resumen de la caracterización arena+banda de rodadura,
sustitución de 3%. 139
29 Resumen de la caracterización arena+banda de rodadura,
sustitución de 5%. 140
30 Resultados experimentales del ensayo de Permeabilidad o
Finura. 142
31 Resultados experimentales del ensayo de Fraguado
del cemento (Tiempo de inicio y tiempo final). 143
32 Resultados experimentales del ensayo de Consistencia
Normal. 144
33 Resultados de los métodos de diseños de mezcla. 145
34 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cilindros de concreto, con sustitución parcial de
1% a los 7 días. 147
35 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cilindros de concreto, con sustitución parcial de
1% a los 28 días. 148
36 Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción
de vigas de concreto, con sustitución parcial de 1% a
los 7 días. 148
37 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cubos de concreto, con sustitución parcial de 1% a
los 7 días. 149
38 Resultados de ensayo de resistencia a flexión de
durmientes, con sustitución parcial de 1% a los
7 días. 149
39 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cilindros de concreto, con sustitución parcial de 3%
a los 7 días. 150
40 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cilindros de concreto, con sustitución parcial de 3%
a los 28 días. 150
41 Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción
de vigas de concreto, con sustitución parcial de 3%
a los 7 días. 151
42 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cubos de concreto, con sustitución parcial de 3%
a los 7 días. 151
43 Resultados de ensayo de resistencia a flexión de
durmientes, con sustitución parcial de 3% a los
7 días. 152
44 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cilindros de concreto, con sustitución parcial de
5% a los 7 días. 152
45 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cilindros de concreto, con sustitución parcial de 5%
a los 28 días. 153
46 Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción
de vigas de concreto, con sustitución parcial de 5%
a los 7 días. 153
47 Resultados del ensayo de resistencia a la compresión
de cubos de concreto, con sustitución parcial de
5% a los 7 días. 154
48 Resultados de ensayo de resistencia a flexión
de durmientes, con sustitución parcial de 5%
a los 7 días. 154
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURA N° TÍTULO PÁG.
1 Resumen del proceso de producción del cemento 27
2 Hidratación de los granos de cemento en función
a la finura. 28
3 Detalle del Permeabilímetro de Blaine 29
4 Aparato de Vicat 31
5 Probetas cúbicas encofradas. 33
6 Estados de saturación de los agregados 39
7 Máquina de los Ángeles 41
8 Detalle del equipo para el ensayo del Cono de Abrams. 53
9 Resistencia a la compresión en función de la relación
Agua/Cemento 76
10 Medición para determinar el asentamiento del concreto. 88
11 Cilindros para ensayos de resistencia a la compresión 89
12 Curado de Cilindros. 90
13 Ensayo de resistencia a la compresión en concreto 92
14 Limites granulométricos sustitución 1%. 131
15 Limites granulométricos sustitución 3%. 131
16 Limites granulométricos sustitución 5%. 132
17 Limites granulométricos agregado grueso. 133
1
INTRODUCCIÓN
Hoy en día el acelerado crecimiento poblacional ha hecho que el consumo de
recursos naturales renovables y no renovables tenga esta esa misma demanda
apresurada, esto nos deja frente a una situación desfavorable ante aquellos recursos
que se agotan, ya que al existir menos disponibilidad de materia prima y la misma
demanda, los costos aumentan, tendiéndose a buscar nuevas alternativas que
sustituyan parcial o totalmente las deficiencias en este aspecto. En la construcción
civil pasa lo mismo con los materiales, el crecimiento de la población aumenta la
demanda de materia prima para poder mejorar la calidad de hábitat de una población
que tiene mayores necesidades en ambientes que se transforman para cumplir con un
estilo de vida de consumo y alta movilidad. Esto ha dejado como consecuencia que
los principales materiales de construcción sean más costosos y menos accesibles, por
lo tanto es ya común ver como en diversas investigaciones se emplean nuevas
tecnologías y nuevos materiales en la construcción. En este trabajo especial de grado
la intención es la misma, basándose en investigaciones previas se propone una
solución para satisfacer la creciente demanda de agregados minerales que son parte
de la mezcla de concreto utilizada en la fabricación de durmientes de concreto
postensado para vías férreas.
Siendo los durmientes elementos primordiales en la vía, y el sistema
ferroviario una alternativa que día a día se abre camino como un medio de transporte
que implica tecnología y progreso, tanto en Venezuela como en el mundo, se hace
necesario estar a la vanguardia y buscar alternativas que mejoren su calidad total
contribuyendo a su avance, sin afectar el medio ambiente que se encuentra cada vez
más deteriorado.
Los durmientes de concreto presentan grandes ventajas ante los durmientes de
madera respecto a su durabilidad y disponibilidad, pero no poseen propiedades
particulares de la madera, como la flexibilidad y su poco peso. Por ello en este trabajo
2
especial de grado se presenta una alternativa viable que podría conferirle dichas
propiedades, colocando al concreto como la mejor opción para la fabricación de
durmientes, para ello se ha planteado la sustitución parcial del agregado fino en la
mezcla por partículas de raspadura de banda de rodamiento; ya que los neumáticos en
desuso además de ser un problema ambiental grave, si se emplea la raspadura del
proceso de reencauchado como sustituto parcial de la arena, podría conferirle al
concreto propiedades ideales que lo colocarían en ventaja ante otros materiales
utilizados en la elaboración de durmientes, y se le daría al caucho desechado un
destino final adecuado que no representa daño alguno al medio ambiente.
Basándose en antecedentes sobre este nuevo agregado, se decide evaluar solo
la sustitución parcial del agregado fino, teniendo en cuenta la adherencia con los otros
agregados ya que a mayor tamaño de la partícula menor es esta, y pensando también
en la poca disponibilidad de la arena ya que proviene de un proceso mecánico de
mayor tiempo y energía.
En la investigación se analizarán y evaluarán los efectos del sustituto parcial,
y a través de ensayos mecánicos normados se determinará cuál será el porcentaje
ideal de sustitución que no comprometa los requerimientos mínimos para que la
mezcla pueda ser usada en la fabricación de durmientes. La misma está estructurada
de la siguiente manera:
Capítulo I, donde se presenta el planteamiento del problema, los objetivos de
la investigación, la justificación, los alcances y limitaciones de la misma.
Capítulo II, donde se analizan los antecedentes de la investigación, se abordan
los aspectos teóricos que dan soporte al trabajo y se definen términos importantes.
Capítulo III, comprende el marco metodológico, donde se muestra el tipo y
naturaleza de la investigación realizada, la población y muestra, así como las fases de
la investigación.
3
Capítulo IV, Se ofrece de manera detallada, los análisis e interpretación de los
resultados.
Capítulo V, Se presentan las conclusiones y recomendaciones de la
investigación.
Capítulo VI, Vislumbra la propuesta planteada, en base a la posibilidad del
uso de la raspadura de banda de rodamiento como sustituto parcial de la arena para la
fabricación de durmientes de concreto postensado.
CAPÍTULO I
4
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del problema
A lo largo de la historia de la humanidad el ferrocarril ha sido uno de los
medios de transporte más utilizado, el hombre desde sus inicios en su afán de ir
siempre más allá y conforme satisfacía sus necesidades de comunicación,
industrialización y mercadeo fue incorporándole innovadoras técnicas y
tecnologías, de manera que, según estadísticas de la Asociación Latinoamericana
de Ferrocarriles (ALAF) sobre la historia de este importantísimo medio de
transporte, afirma que gracias a sus progresivos adelantos se ha convertido en uno
de los sistemas de transporte más seguros en el mundo, siendo en la actualidad un
medio que al compararlo con otros, presenta ventajas en diversos aspectos tales
como consumo de combustible por Ton/Km transportada, impacto ambiental,
rapidez que ofrece en detrimento de otros medios de transporte, y la posibilidad de
realizar movilizaciones masivas de mercancías o de pasajeros. Por lo tanto su uso
se constituye en una alternativa del mundo moderno, especialmente en las
sociedades más vanguardistas que están en la persistente búsqueda de acortar
distancias con mayor eficiencia al usar los recursos naturales no renovables que
cada día son más escasos.
Las ventajas ecológicas, económicas, estratégicas y de accidentalidad del
ferrocarril son apreciables: Un ferrocarril puede trasladar la misma carga que 20
gandolas pero con un 50% menos de combustible. El ferrocarril tiene una
incidencia de contaminación menor a la de las gandolas y vehículos automotores;
un avión genera 16 Kg de CO2 por Km. de viaje, mientras que los trenes
convencionales tanto de carga como de pasajeros y de alta velocidad un máximo
de 3 Kg. Aparte del hecho que las tierras por donde cruza el ferrocarril se
revalorizan, es importante tomar en cuenta la prolongación de la vida útil que
adquieren las carreteras cuando se pone en funcionamiento una red ferroviaria.
Como lo afirmó el actual presidente del IFE (Instituto de Ferrocarriles del Estado,
CAPÍTULO I
5
en Venezuela), Franklin Pérez Colina en declaraciones el pasado mes de
septiembre del 2012: “El Plan Nacional de Desarrollo Ferroviario 2006-2030
promoverá la desconcentración vehicular en las autopistas, beneficiará al sector
industrial, generará más de 25 mil empleos directos e indirectos, además de la
descentralización en las principales ciudades”. En general tanto los ferrocarriles
que transportan carga como los de pasajeros presentan características positivas a
la ecología y tecnología de avance, y ambos se fundamentan en partes
primordiales comunes y similares en la constitución de la vía.
Como partes esenciales en la constitución del camino de rodadura que se
ofrece a los trenes, se consideran la infraestructura y la superestructura. La
primera es la parte que da origen a la línea, con sus cortes y terraplenes, viaductos,
puentes, alcantarillas, túneles, y en general, con todas las obras de arte y de
fábrica necesarias para el establecimiento de la superficie sobre la que se asienta
la vía. La superestructura es la vía férrea propiamente dicha, con el balasto, los
durmientes, los rieles, los aparatos de vía, y también los elementos precisos para
asegurar la circulación de los trenes, como las señales, y enclavamientos.
Dentro de los elementos de la superestructura toman especial importancia
los durmientes, a través de la historia estos se han fabricado de diversos materiales
como madera, acero y concreto armado; siendo estos últimos, los más utilizados
actualmente en Venezuela. Los primeros intentos por desarrollar los durmientes
de concreto datan de principios del siglo XX, sin embargo surgieron dos
problemas en los primeros modelos: fisuración con posterior rotura del concreto
en la zona de asiento del riel y rotura por fatiga en la zona central del durmiente
por estar sometida a esfuerzos alternativos de flexión. Estos problemas fueron
resueltos en principio con el diseño de durmientes de concreto armado de dos
bloques, unidos por una riostra de acero laminado que absorbe los momentos
alternativos en la zona central. Posteriormente después de la Segunda Guerra
Mundial, como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas de tensado del
hormigón, surgieron los primeros durmientes de hormigón pretensado y
postensado. El tensado de las armaduras permite que el durmiente trabaje siempre
CAPÍTULO I
6
a compresión, con lo que se resuelve el problema de los momentos flectores
alternativos en la zona central. A partir de la aparición y del buen desempeño de
los durmientes de hormigón tanto bibloques como monobloques, su uso se ha
generalizado desplazando a los durmientes de madera y metálicos,
fundamentalmente en la instalación de vías constituidas con riel continuo soldado.
La rigidez es un factor común tanto en los durmientes monobloques como
bibloques, y debido a que se utilizan a lo largo de todo el trayecto de la vía férrea,
esto podría representar una desventaja en aquellas zonas donde esta rigidez traería
problemas a la infraestructura, como la excesiva transmisión de vibraciones
producto del paso del material rodante que podría originar desgaste y fisuras.
Los durmientes monobloques de concreto se construyen con materiales
cerámicos como piedras, arena y cemento y la producción en serie de gran número
de ellos amerita el uso de grandes cantidades de dicha materia prima natural; estos
recursos en la actualidad se hallan cada vez más escasos y a un costo mayor, lo
que hace necesario la búsqueda de la sustitución parcial o total de los materiales
con los que se construyen los durmientes, que se muestren como una alternativa
factible de sustitución sin desmejorar las propiedades mecánicas y físicas que
garanticen el mismo desempeño.
El concreto es actualmente un elemento extraordinario, versátil y hoy por
hoy el más usado en el ámbito mundial para la construcción, empleado para una
amplia variedad de propósitos en la ingeniería civil, en consecuencia, surge la
necesidad de modificar sus propiedades según el uso que se le quiera dar, para la
adecuación de las mismas a exigencias tales como: trabajabilidad, resistencia a la
tensión, dureza, ductilidad y durabilidad. Es por ello que expertos en el ámbito de
construcción en nuestro país, tales como AVECRETO (Asociación Venezolana
del Concreto Premezclado), CEMEX Venezuela (Empresa líder en Venezuela en
el mercado de cemento y concreto premezclado) y LATEICA (Laboratorio para el
control de calidad en concreto, suelos y asfaltos) han llegado a tomar plena
conciencia del rol determinante que juega el concreto en el desarrollo nacional. La
CAPÍTULO I
7
adecuada selección de los materiales integrantes de la mezcla y el conocimiento
profundo de las propiedades del concreto son aspectos a considerar cuando se
construyen estructuras de concreto que deben cumplir con los requisitos de
calidad, seguridad, y vigencia en el tiempo que se espera de ellas.
Existe un material que podría representar un sustituto viable del agregado
fino: el caucho, el cual, a su vez representa una potencial amenaza ambiental por
su dificultad para ser eliminado o reutilizado. Los desechos de caucho han
recibido gran atención en los últimos años tanto en Venezuela como a nivel
internacional, debido al gran volumen que se produce anualmente a nivel mundial
y no existe un destino final adecuado. Según la página web de la compañía Magna
Kefas (empresa dedicada a la consultoría en seguridad, higiene y ambiente),
afirma que: “Venezuela consume o utiliza aproximadamente unos 6 millones de
cauchos por año, generando un pasivo ambiental cercano a las 50 mil toneladas
esparcidas en botaderos no controlados, quemas indiscriminadas que generan
gases tóxicos, obstrucción de cañadas y quebradas, sirven para acumulación de
aguas y criaderos de roedores, zancudos y otros insectos con la consecuente
afectación de la salud de la comunidad”. De esta manera, en Venezuela, la
disposición final más utilizada es el de colocarlos en los rellenos sanitarios, sin
embargo representa un problema al momento del proceso de compactación de los
sólidos ya que el caucho no se compacta. Con la finalidad de minimizar el
impacto ambiental que estos generan luego de transcurrida su vida útil se ha
planteado recientemente la utilización del caucho luego de cumplida su vida útil
en la construcción, ejemplos de ello son las “Earthships” que son viviendas cuyo
principal componente estructural es neumáticos de automóvil reciclado llenos de
tierra comprimida para formar un ladrillo comprimido de tierra revestido en
caucho, desplegado en el estado Nueva Esparta-Venezuela, en el año 2009. Así
como investigaciones sobre la fabricación de losas de mortero de cemento común
y metacaolín, que incorporan crecientes fracciones volumétricas de polvo de
caucho triturado procedente de Neumáticos Fuera de Uso (NFU), realizadas por el
CAPÍTULO I
8
Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas – ETS de
Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid.
Según lo antes planteado, de la expansión del ferrocarril como medio de
transporte y muy popular del siglo XXI; y en aserción de que el caucho luego de
cumplida su vida útil es un grave problema ecológico-ambiental, este trabajo
especial de grado ofrece una propuesta de un diseño de mezcla para ser utilizado
en la fabricación de durmientes de concreto postensado donde se sustituya parte
del agregado fino por raspaduras de bandas de rodamiento de neumáticos
provenientes del proceso de su renovación y evaluar el comportamiento de dicha
mezcla ante las solicitaciones requeridas que debe cumplir según las instrucciones
para la fabricación de durmientes de concreto pretensado Dywidag con el método
de desencofrado inmediato de Insumos Ferroviarios C.A.
CAPÍTULO I
9
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Objetivo General
Proponer un diseño de mezcla para la fabricación de durmientes de
concreto postensado para vías férreas con sustitución parcial del agregado fino por
raspaduras de bandas de rodamiento de neumáticos.
Objetivos Específicos
Caracterizar los agregados a fin de establecer el cumplimiento de las
propiedades mínimas requeridas por la Norma Venezolana COVENIN.
Diseñar mezclas con sustitución parcial de agregado fino en función de su
peso por raspaduras de bandas de rodamiento de neumáticos en
proporciones de 1, 3 y 5 %.
Someter a ensayos mecánicos los diferentes diseños de mezclas y
compararlos con las Normas Venezolanas COVENIN y con la mezcla
patrón establecida por INFERCA para la fabricación de los durmientes.
Determinar la sustitución óptima que cumpla con la resistencia mínima
establecida por las Normas Venezolanas COVENIN y por las
Instrucciones para la fabricación de durmientes de concreto pretensado
dywidag con el método de desencofrado inmediato de Insumos
Ferroviarios C.A.
Evaluar el comportamiento del durmiente ante las solicitaciones requeridas
por las Instrucciones para la fabricación de durmientes de concreto
pretensado dywidag con el método de desencofrado inmediato de Insumos
Ferroviarios C.A., con la sustitución parcial de banda de rodadura
seleccionada como óptima.
CAPÍTULO I
10
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Actualmente con el desarrollo de políticas acerca de protección del medio
ambiente tanto en Venezuela a través del Ministerio del Poder Popular para el
Ambiente y a nivel internacional mediante la Asociación Ecológica para la
Preservación del Medio Ambiente y la adopción de sistemas para la sostenibilidad
de la construcción, se planteó el reto del reciclaje de desechos producidos
masivamente por el hombre y su reutilización alternativa, lo que representa hoy
día una opción ecológica y viable que se adapta a los nuevos tiempos y a las
nuevas necesidades, en especial en el campo de la construcción civil, donde los
recursos minerales y energéticos son cada vez más escasos y con mayores costos
de producción.
Venezuela en la actualidad presenta un reimpulso de su sistema ferroviario
nacional, con el Plan Nacional de desarrollo Ferroviario 2006-2030, cuyo
proyecto contempla 13 mil 665 kilómetros de vía férrea, a través de la
construcción y rehabilitación de 16 líneas en todo el territorio nacional además de
las labores sociales que realiza el IFE (Instituto de Ferrocarriles del Estado) en
torno a estos trazados, lo que significa que la demanda de durmientes ferroviarios
es cada vez mayor y se presentan limitaciones con la disponibilidad de los
agregados de la mezcla del concreto, por lo tanto el caucho se presenta como una
alternativa viable a ser usado como un sustituto de parte del agregado fino
empleado en la mezcla de concreto, lo que garantizaría un mayor rendimiento en
la fabricación y disminución de los costos, acarreando una reducción en el uso de
arena como agregado fino.
Asimismo el caucho luego del cumplimiento de su vida útil se ha
empleado en disposiciones finales diversas como uso eventual en áreas deportivas
y en su reutilización en carpetas asfálticas, en producción de ladrillos de tierra
comprimida con cobertura de caucho, muy comúnmente en la realización de
morteros de cemento con fracciones volumétrica de caucho triturado y en menor
CAPÍTULO I
11
medida en usos artesanales como construcciones de muros de contención de
tierras, en canchas y parques infantiles. Pero estas han sido prácticas no muy
extendidas y que lejanamente representan un porcentaje que iguale la cantidad de
neumáticos desechados anualmente, por lo que su uso como sustituto parcial del
agregado fino en la mezcla de concreto para durmientes se muestra como una
alternativa que incrementaría su disposición final contribuyendo con el tema
ecológico, al igual que la disminución del uso, y por consiguiente de la
explotación de agregado fino como recurso natural básico y necesario en la
producción en serie de durmientes de concreto para vías férreas.
También se toma en cuenta que la disponibilidad a la materia prima de
raspadura de banda de rodamiento es accesible ya que representa un material de
desecho de un proceso industrial que se lleva a cabo diariamente y con mucha
frecuencia en nuestro país.
Al emplear este material de desecho en la mezcla de concreto para
durmientes de vías férreas, se estaría ante la posibilidad de un comportamiento
dúctil del concreto, que disminuiría la rigidez, propiedad que pone a este tipo de
durmientes en desventaja ante los de madera en zonas específicas de la vía como
los puentes y cambia vías.
La intención es el uso de la raspadura de banda de rodamiento como una
alternativa ecológica para colaborar con la disminución del impacto ambiental que
generan los desechos de caucho y de la extendida explotación de arena usada
como agregado fino en las mezclas para concreto, a la vez de obtener como
producto final durmientes menos rígidos sin alterar las propiedades físicas y
mecánicas mínimas que estos deben cumplir por norma.
Trabajo que se presenta con la convicción de que desarrollo y medio
ambiente se pueden compatibilizar bajo el concepto de “Desarrollo Sustentable”
que se define como: el aprovechamiento de los recursos de forma tal de no
comprometer la satisfacción de las necesidades de generaciones futuras. Por
consiguiente el trabajo especial de grado titulado “Propuesta de diseño de mezcla
CAPÍTULO I
12
para la fabricación de durmientes de concreto postensado para vías férreas con
sustitución parcial de agregado fino por raspadura de banda de rodamiento de
neumáticos”, se desarrolla con miras de presentar una alternativa ecológica ligada
al ámbito del desarrollo y elaboración en serie de durmientes de concreto armado
para vías férreas.
CAPÍTULO I
13
ALCANCES Y LIMITACIONES
La presente investigación está orientada a la propuesta de un diseño de
mezcla para durmientes de concreto postensado para vías férreas, en la cual se
evaluarán los efectos de la sustitución parcial de hasta un 5 % del agregado fino,
en base a su peso, por raspadura de banda de rodamiento de neumáticos, que
cumplan con los parámetros mecánicos estipulados en la Norma Venezolana
COVENIN y en las Instrucciones para la fabricación de durmientes de concreto
postensado dywidag con el método de desencofrado inmediato de Insumos
Ferroviarios C.A. (INFERCA); dando cumplimiento a los criterios mínimos de
propiedades físicas y mecánicas de los durmientes en Venezuela.
Las limitaciones del trabajo se podrían referir a la disponibilidad de
materiales y al control de variables experimentales, sin embargo se han gestionado
a través de la RENOVADORA CAUCA C.A. la donación de la banda de
rodadura de neumáticos, así como el uso de los laboratorios y donación de
agregados por INFERCA C.A., por lo cual no se consideran que en el trabajo
hallan limitaciones trascendentales que puedan restringir el desarrollo de la
investigación.
CAPÍTULO II
14
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Antecedentes de la investigación:
En el desarrollo de la presente investigación titulada “Propuesta de diseño
de mezcla para la fabricación de durmientes de concreto postensado para vías
férreas con sustitución parcial de agregado fino por raspaduras de bandas de
rodamiento de neumáticos”, se tiene como soporte los siguientes antecedentes:
Parga, Bollati, Benito (2004). Ponencia VI Congreso Nacional de Firmes,
León, España: “Hormigón con fibras de caucho de recuperación de
neumáticos usados y de polipropileno diseño del firme de hormigón de
caucho”. En el cual se concluyó principalmente: “Este trabajo preliminar
demuestra la viabilidad de las adiciones de caucho reciclado de neumáticos de
camiones a los firmes de rodadura rígidos, contando con una base elástica de
calidad. Las cantidades de caucho pueden variar hasta lo que se desee, entre unos
límites razonables que en este trabajo previo se han establecido entre 3.5% y 5%
en volumen, pero que en otras exploraciones de los mismos autores aquí no
presentadas se alcanzan valores del 8%. En otro lugar se ha demostrado la
compatibilidad entre el caucho y el hormigón, su mejora respecto de la fisuración
por retracción y de disipación de energía elástica, lo que redundaría en una
reducción del nivel sonoro del tráfico. Queda planteado y en curso de resolución
el empleo de otro tipo de caucho, el granulado fino utilizado en mezclas betún-
caucho para aglomerados asfálticos”
Vieira y Barluenga (2008). Artículo: “Properties of concrete containing
scrapttire rubber – an overview (Propiedades del concreto conteniendo
neumático de caucho)”. Autores: Gonzalo Barluenga Badiola y Débora Cristina
Vieira. Según investigaciones realizadas concluyen: “La reducción de la
compresión de hormigón fabricados con caucho agregados podrá limitar su uso en
CAPÍTULO II
15
algunas aplicaciones estructurales. Tiene algunas características deseables como la
densidad más baja de mayor impacto, la resistencia y la dureza, mayor ductilidad
y mejor aislamiento acústico asi como la adherencia entre las partículas de caucho
y otros materiales constituyentes pueden mejorar con el pretratamiento de la goma
de los agregados. Se requieren más investigaciones para optimizar el tamaño de
las partículas, el porcentaje de caucho, el tipo de cemento, el uso de químicos y
las mezclas minerales, y los métodos de tratamiento previo de las partículas de
caucho de las características del hormigón”
Fun y Kiong (2009). Trabajo especial de investigación: “Uso de
neumáticos de caucho reciclado en concretos de cemento Portland que
adoptan materiales locales y tecnologías de construcción que son apropiados
para las condiciones climáticas de Singapur y de la región tropical” Autores:
Suk Fun y Seng-Kiong Ting. En el cual según ensayos y análisis de resultados se
concluyó fundamentalmente: “Los dos tipos de concreto con 25% de caucho
granulado o en retazos tenían menor asentamiento y peso unitario, pero mayor
contenido de aire que mezclas sin incorporación de caucho. La incorporación de
65% de escoria granulada o 15% de microsílice también mostró dichos patrones
en comparación con concretos impregnados de caucho sin aditivo mineral. El uso
de 25% de retazos de caucho redujo el asentamiento pero incrementó el peso
unitario y el contenido de aire, comparado con el 25% de caucho granulado. Por
lo general, mientras más baja fue la relación a/c y mayor la edad de curado, se
evidenció mayor densidad endurecida, mayor resistencia a la compresión y mayor
rigidez. Los dos tipos de concreto con 25% de retazos de caucho tienen mayor
densidad endurecida y resistencia a la compresión que aquellos con 25% de este
material. Los concretos con 25% de caucho tenían menor densidad endurecida,
menor resistencia a la compresión y menor rigidez que aquellos sin caucho. El uso
de dichos retazos condujo a la reducción de rigidez comparada con el caucho
granulado. La incorporación de 65% de escoria o de 15% de microsílice causó
menor densidad endurecida, mientras que la adición de 0,25% de fibras de acero
incrementó la densidad endurecida de los concretos con adición de caucho. El uso
CAPÍTULO II
16
de 65% de escoria, de 15% de microsílice y de 0,25% de fibras de acero mejoró la
resistencia a la compresión. En ambos tipos de concreto, el uso de 65% de escoria
mejoró el módulo elástico, especialmente a una edad de curado más tardía,
mientras que 15% de microsílice incrementó el modulo elástico, particularmente
en etapas de curado tempranas. El concreto de alta resistencia sin adición de
caucho experimentó una fractura nítida de tipo frágil, mientras que el concreto
normal sin adición y ambos concretos con adición del caucho presentaron fractura
frágil gradual y menor, posiblemente debido a su alta capacidad de absorción de
energía”
Albano, Camacho, Hernández, Bravo y Guevara (2009). Trabajo de
investigación del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC),
Centro de Química, Laboratorio de Polímeros, Caracas, Universidad Central de
Venezuela, Facultad de Ingeniería: “Estudio de concreto elaborado con caucho
de reciclado de diferentes tamaños de partículas”. En el cual se muestra como
conclusión imperante: “El descenso en los valores de las propiedades de
resistencia a la compresion y resistencia a la traccion de los compuestos con
caucho de tamaño fino y grueso, se debe a la porosidad que se origina en las
muestras. Por otra parte, el comportamiento del compuesto de concreto con 5% en
peso de caucho de tamaño al azar muestra en todas las propiedades analizadas,
valores similares a los del concreto tradicional. Esto se debe a que las particulas
pequeñas se colocan en los huecos dejados por las partículas grandes de caucho,
disminuyendo de esta forma la porosidad. En resumen, se puede inferir que es
factible, de acuerdo a la data analizada, utilizar 5% en peso de caucho de tamaño
aleatorio (al azar), ya que no deteriora las caracteristicas del concreto, ademas lo
vuelve mas liviano y al mismo tiempo ayuda a disminuir los efectos negativos que
generan los desechos de caucho en el medio ambiente”
CAPÍTULO II
17
BASES TEÓRICAS
De acuerdo al tema que se plantea en la siguiente investigación, se hará
referencia a los siguientes fundamentos teóricos, ubicados y desarrollados por
categoría para su mejor entendimiento:
DEL FERROCARRIL:
Ferrocarril
Del Latín ferrum que quiere decir hierro, y carril es un sistema
de transporte terrestre de personas y mercancías guiado sobre carriles o rieles. Es
el camino formado por dos carriles paralelos sobre los cuales rueda un tren
arrastrado generalmente por una locomotora.
Constitución de la vía
La vía de un ferrocarril se compone de dos partes principales:
Infraestructura:
Conjunto de obras formadas por cortes y terraplenes viaductos, puentes,
alcantarillas, túneles, y en general, con todas las obras de arte y de fábrica
necesarias para el establecimiento de la superficie sobre la que se asienta la vía
que dan origen a la línea para llegar al nivel de la subrasante, y a la
superestructura.
Superestructura:
Es la vía propiamente dicha, con el balasto, los durmientes, los rieles, los
aparatos de vía, y también los elementos precisos para asegurar la circulación
de los trenes, como las señales y enclavamientos.
Durmiente
Es un elemento estructural, componente transversal y esencial de la vía
férrea, que transmite al balasto la carga aplicada a los rieles y, junto a la fijación
riel-durmiente, controla la trocha.
CAPÍTULO II
18
Tipos de durmientes
Durmiente de madera:
Es un tipo de durmiente utilizado en la construcción de vías férreas,
usados desde los inicios del ferrocarril, por ser un material apto para
cumplir con las funciones necesarias para un durmiente. Las propiedades
físicas y mecánicas de la madera, y la abundancia de recursos naturales de
esta materia prima en la mayoría de los países hizo posible su empleo. El
durmiente de madera ha sido un producto fundamental en el sector del
ferrocarril de todo el mundo. Hoy en día se sigue utilizando y hay
situaciones en las que es la mejor alternativa como en: desvíos, puentes,
sustituciones, vías secundarias y cambiavías.
Durmientes de acero:
Es el durmiente constituido por una sola pieza de acero laminado y
luego matrizado para alcanzar su forma definitiva. Los durmientes de
acero tienen forma de U invertida monobloque (perfil laminado y
extremos embutidos) o son de dos bloques con riostra. Su forma por la
parte inferior hace que se fije al balasto impidiendo su desplazamiento
transversal. La sujeción al riel se hace por medio de grapas atornilladas,
admitiendo la posibilidad de usar dispositivos elásticos.
Durmientes de concreto:
Los primeros intentos por desarrollar los durmientes de hormigón
datan de principios del siglo XX, sin embargo los problemas que surgieron
en los primeros modelos fueron dos: fisuración y posterior rotura del
hormigón en la zona de asiento del riel con rotura por fatiga en la zona
central del durmiente por estar sometida a esfuerzos alternativos de
flexión. Estos problemas fueron resueltos en principio con el diseño de los
durmientes de hormigón armado de dos bloques unidos por una riostra de
CAPÍTULO II
19
acero laminado que absorbe los momentos alternativos en la zona central y
posteriormente con el desarrollo de los durmientes de hormigón pre y pos
tensado, que al trabajar a compresión resuelve también la variación de los
momentos en el centro del durmiente.
Durmientes de concreto bibloque:
Es el durmiente constituido por dos bloques de hormigón armado
vinculados por un elemento de unión que provee al conjunto las características
estructurales adecuadas. Tiene gran simplicidad de forma y presentan
facilidades para su fabricación, debido especialmente, a estar fabricadas de
concreto armado. En vía presentan buena resistencia lateral y resistencia
longitudinal aceptable, aunque menor a la proporcionada por un durmiente
monobloque.
Durmientes de concreto pretensado:
Son aquellos durmientes en los que la armadura se tensa antes del
endurecimiento del concreto, una vez endurecido el concreto se sueltan los
anclajes del acero, con ello el concreto es sometido a esfuerzos de compresión
por la tendencia del acero a recuperar su estado original.
Durmientes de concreto postensado:
Son aquellos durmientes que se fabrican en moldes sin armadura pero
dejando conductos internos, para una vez que el concreto ha endurecido se
proceda a introducir el acero para aplicarles una fuerza de tensión.
Posteriormente se le aplica un mortero de inyección para proteger las barras de
acero contra la corrosión y se sella lateralmente con un mortero que hará la
misma función.
CAPÍTULO II
20
Durmientes monoboque:
Es un durmiente constituido por un elemento de hormigón sometido a
tensiones previas de compresión. El esfuerzo de precompresión del durmiente
se obtiene mediante alambres, cordones o barras de acero traccionadas con la
carga correspondiente y que transmiten el esfuerzo ya sea por adherencia,
anclaje o una combinación de ambos procedimientos. Desempeñan bien las
distintas funciones de un durmiente y debido a sus dimensiones y rigidez,
conserva la estabilidad de la vía en los planos vertical y horizontal.
Durmientes de plástico reciclado:
La madera plástica es un sustituto ecológico para la madera natural
fabricado con polietileno reciclado el cual es recolectado de desechos
industriales y desechos post-consumo lo que lo hace un producto 100%
ecológico.
Balasto
Se llama balasto a cierta clase de material escogido, tal como piedra
triturada, grava, escoria, entre otros, que se coloca sobre las terracerías
compactadas para dar apoyo y estabilidad a los durmientes o traviesas. El balasto
mantiene a los durmientes alineados y nivelados, permitiendo el drenaje,
arrojando el agua fuera de ellos y haciendo posible el asiento, elevación y
sujetación de la vía o bien la renovación de los durmientes sin tocar el lecho.
Cuando se coloca correctamente y tiene suficiente espesor, el balasto proporciona
un soporte firme y uniforme a los durmientes y distribuye por igual la presión
causada por el peso y el empuje de los trenes que transitan por la vía, a la vez que
le proporciona el drenaje que necesita la vía.
El material que llena mejor los requisitos de un balasto ideal es la piedra triturada.
Sin embargo, la piedra caliza, el granito y la lava volcánica son las variedades mas
empleadas.
CAPÍTULO II
21
MATERIALES CONSTITUYENTES DEL CONCRETO:
CEMENTO:
Breve historia del cemento:
Desde los tiempos de la antigua Grecia y Roma y hasta mediados del siglo
XVIII se empleaba la cal como elemento fundamental y único aglomerante para
las construcciones. Sin embargo esta no posee la cualidad de fraguar bajo el agua
cuando se hidrata, es decir, no es hidráulica. A estos morteros se les adicionaba en
determinadas circunstancias materiales de origen volcánico o materiales de
alfarería triturados, obteniéndose, experimentalmente un mejor resultado de la
resistencia química frente al agua natural y de un modo especial frente al agua de
mar.
Por ejemplo el “cemento Romano”, se obtenía mezclando dos partes de
puzolana y una parte de cal apagada. Las puzolanas procedían de las cenizas
volcánicas que se encontraban al pié del Vesubio en la región de Puzzole, de
donde proviene el término puzolana.
De todos los cementos desarrollados, el cemento Portland, patentado en
Inglaterra el 1824, es el que se emplea hoy en la mayoría de las estructuras de
concreto armado. Su nombre deriva de la semejanza en apariencia, en el estado
endurecido, con la piedra Portland de Inglaterra.
Cemento
Del latín Cementum, es una cal hidráulica que sirve para fabricar una
especie de argamasa. Constituye un material con propiedades adhesivas y
cohesivas, que le dan la capacidad de unir fragmentos sólidos para formar un
material resistente, el cual puede ser moldeado y tomar la forma que el diseñador
desee darle.
Esta definición abarca una gran diversidad de materiales cementantes, pero
los más utilizados en construcción son:
Cemento Hidráulico: Cemento que fragua y endurece por su interacción
química con el agua, tanto al aire libre como bajo el agua, a causa de las
CAPÍTULO II
22
reacciones de hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos
hidratados mecánicamente resistentes y estables.
Cemento Portland: Cemento hidráulico producido por la pulverización
del clinker Portland, usualmente en combinación con sulfato de calcio.
Procesos de fabricación:
Materias primas
El proceso de fabricación del cemento comienza por la obtención de las
materias primas necesarias para conseguir las proporciones deseadas para la
producción del clinker. Los componentes básicos para la fabricación del cemento
Potland son:
CaO, obtenidos de materiales ricos en cal, como la piedra caliza rica en
CaCO3, con impurezas de SiO2, Al2O3, MgCO3, de Margas que son calizas
acompañadas de sílice y productos arcillosos, conchas marinas, arcillas calcáreas,
ect.
SiO2 y Al2O3, obtenidos de Arcillas, arcilla esquistosa, pizarras, ceniza
muy fina o arena para proporcionar sílice y alúmina.
Fe2O3, obtenido del mineral de hierro, costras de laminado o algún
material similar para suministrar hierro o componente ferrífeo.
Con los dos primeros componentes se produce el cemento Portland blanco,
el tercero es un material fundente que reduce la temperatura de calcinación
necesaria para la producción del cemento gris. Esta disminución en la
temperatura, hace que sea más económico en su fabricación, en relación al
cemento blanco, aunque ambos poseen las mismas propiedades aglomerantes.
El cemento es una especie de cal hidráulica perfeccionada, un cemento
típico y de buena calidad debe tener los siguientes límites en sus constituyentes:
CAPÍTULO II
23
Tabla N° 1.
Límites de los constituyentes químicos del cemento.
COMPUESTO SÍMBOLO QUÍMICO LÍMITES
APROXIMADOS (%)
Cal CaO 60-67
Sílice SiO2 17-25
Alúmina Al2O3 3-8
Óxido de Hierro Fe2O3 0,5-6,0
Óxido de Magnesio MgO 0,1-7,0
Álcalis --- 0,1-1,3
Anhídrido Sulfúrico SO3 1,0-3,5
Fuente: Componentes y propiedades del cemento. Instituto Español del
Cemento y sus Aplicaciones (IECA). (2012)
Trituración y molienda
La finalidad de la trituración y posterior molienda es reducir el tamaño de
las partículas de la materia prima, para que las reacciones químicas de cocción en
el horno puedan realizarse de manera adecuada:
Trituración: Después de la excavación, la primera operación de
procesamiento es la trituración, esta se realiza en dos etapas, primeramente
la piedra bruta se pasa por la trituradora primaria donde los fragmentos se
reducen desde un tamaño de 1,5 m a 15 cm, enseguida el producto pasa a
la trituradora secundaria, la cual lo reduce hasta un tamaño de
aproximadamente 1,5 cm hasta alcanzar la granulometría deseada. Los
materiales son almacenados en tolvas de control, para pasar a la molienda,
separados en sus cuatro componentes: piedra caliza, arcilla desmenuzada,
oxido de hierro y yeso.
Molienda: La molienda de materias primas (molienda de crudos) se
realiza en equipos mecánicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de
materias primas es sometido a impactos de cuerpos metálicos ó a esfuerzos
de compresión elevadas. En la línea de transporte del polvo crudo se
CAPÍTULO II
24
toman muestras representativas para controlar la composición química y la
finura del producto. El polvo crudo es almacenado en silos.
Nota: A partir de este punto en el proceso los métodos aplicados divergen
en función de cómo se procesa el material antes de su entrada al horno. Se
distinguen dos tipos de procesos: vía seca y vía húmeda.
Calcinación
La reacción química tiene lugar entre las materias primas finamente
molidas que se llevan al proceso de calcinación en hornos a temperaturas de
semifusión. El producto resultante no es una especie química o mineralógica
única, sino una mezcla compleja de minerales. A efectos prácticos se puede
considerar esta mezcla como formada por los cuatro primeros componentes que se
formulan en la tabla que se ilustra a continuación:
Tabla N° 2.
Componentes mineralógicos del cemento.
COMPONENTE FÓRMULA
QUÍMICA
FORMULA
ABREVIADA
Silicato tricálcico
Silicato dicálcico
Aluminato tricálcico
Ferroaluminato tetracálcico
Yeso
Álcalis
Magnesia
Cal libre
Residuo insoluble
3CaO SiO2
2CaO SiO2
3CaO Al2O3
4CaO Al2O3 Fe2O3
CaSO4 2H2O
Na2O+K2O
MgO
CaO
SiO2+R2O3
C3S
C2S
C3A
C4FA
Y
N+K
M
C. L.
R. I.
Fuente: Componentes y propiedades del cemento. (2012) Instituto Español
del Cemento y sus Aplicaciones (IECA). Madrid-España.
CAPÍTULO II
25
Molienda de acabado (molienda del cemento)
El material que sale del horno en la fábrica de cemento, denominado
clinker, son trozos redondeados de mayor o menor tamaño, formados por
conglomerados debido a la semifusión a que estuvo sometida el polvo inicial. Este
clinker debe ser molido de nuevo a polvo fino y se hace junto a un 5 a 7 % de
yeso. La función de este último es de controlar el tiempo de fraguado, mejorar las
características de resistencia y cambio de volumen. El polvo resultante es el
cemento tal como lo conocemos, capaz de combinarse con agua, dando lugar a
productos hidratados que se entraban entre sí adquiriéndose las propiedades más
importantes de los cuatro componentes mineralógicos principales del cemento; las
cuales se muestran a continuación:
Tabla N° 3.
Propiedades de los componentes mineralógicos del cemento.
COMPONENTE PROPIEDADES
C3S Altas resistencias iniciales.
Alto calor de hidratación.
C3A Muy rápido desarrollo de
resistencia.
Muy alto calor de hidratación.
Gran sensibilidad a los agresivos
químicos (sulfatos).
C2S Desarrollo lento de resistencias.
Moderado calor de hidratación.
C4FA Útil para la formación del
clinquer (fase líquida).
Escoria siderúrgica u otros Desarrollo de resistencia.
Bajo calor de hidratación.
CAPÍTULO II
26
Buena resistencia a la agresión
química.
Fuente: Componentes y propiedades del cemento. (2012) Instituto Español
del Cemento y sus Aplicaciones (IECA). Madrid-España.
El cemento se obtiene a partir de materias primas abundantes en la
naturaleza, pero como es difícil obtener las calizas con la cantidad precisa de
arcilla, la industria recurre a la dosificación artificial de estos insumos en
proporciones determinadas, utilizando para ello dos procesos. Por vía seca y por
vía húmeda:
Proceso por vía seca: En la vía seca la dosificación va precedida del
secado de los materiales y la molienda se efectúa sin adición de agua, con
lo cual el material que sale de los molinos es un polvo que se denomina
harina, y que se deposita en silos especiales en los cuales se homogeniza
por medio de agitación con aire. La homogenización pretende que las
partículas se distribuyan en la masa buscando una composición lo más
uniforme posible del material que pasará al horno.
Proceso por vía húmeda: En este proceso la molienda de las materias primas
y la dosificadas se efectúa con adición de agua al molino, por lo que el
material resultante de los molinos es un lodo, denominado pasta, el cual es
almacenado y homogeneizado en grandes almacenes llamados balsas. La
pasta es transportada por tuberías a los hornos de calcinación que manejan
temperaturas de hasta 500°C y del cual sale una piedra conocida como
clinker.
Finalmente el proceso de producción del cemento lo podemos esquematizar de la
siguiente manera:
Continuación Tabla 3
CAPÍTULO II
27
Figura N° 1. Resumen del proceso de producción del cemento
Fuente: EHE (Instrucción de Hormigón Estructural) Artículo 26, Cementos.
ENSAYOS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL
CEMENTO:
Finura – Superficie específica del cemento
Al hacer concreto, las finas partículas de cemento se mezclan con el agua
de amasado para constituir la pasta que engloba a los materiales pétreos; la cual, a
medida que transcurre el tiempo, va adquiriendo dureza, por reacciones de
hidratación entre el cemento y el agua.
CAPÍTULO II
28
Como en toda reacción, la superficie reaccionante es uno de los factores
que condiciona la velocidad. De aquí a que los cementos más finamente molidos
tengan una velocidad de hidratación mayor y, por lo tanto, un desarrollo de
resistencia más rápido junto a un fraguado en menor tiempo; al entrar en contacto
con el agua los granos de cemento solo se hidratan en una profundidad de 0,01
mm, por lo que si dichos granos son muy gruesos, su rendimiento sería muy
pequeño, ocasionando que quede en su interior un núcleo prácticamente inerte,
como se ilustra en la siguiente figura:
Figura N° 2. Hidratación de los granos de cemento en función a la finura.
Fuente: Tecnología del Hormigón. Quiroz Mariela, Salamanca Lucas (2006).
Universidad Mayor de San Simón-Bolivia.
Las partículas de cemento, debido a su pequeño tamaño, no pueden
caracterizarse por medio de tamices, por lo que se necesitan otros métodos para
medir el tamaño de sus partículas. Existen varios procedimientos para determinar
esta característica, pero en la práctica los de uso más extendido son dos: El
Tubidímetro Wagner (COVENIN 488; CCA: Ce 6) y el Permeabilímetro Blaine
(COVENIN 487; CCA: Ce 5), siendo este último el de más frecuente referencia.
Para la presente investigación se desplegará el ensayo del Permeabilímetro
de Blaine, el cual se basa en determinar la velocidad del paso de una corriente de
CAPÍTULO II
29
aire a través de un bloque de polvo de cemento compactado, velocidad que por la
Ley de Stokes, se relaciona con la geometría de las partículas. Las cifras que
proporciona, en centímetros cuadrados de superficie de partículas de cemento por
cada gramo del producto (cm2/gr), no son absolutas ni comparables directamente
con otros procedimientos, pero sí son válidas y reproducibles dentro del método,
que por los demás es sensible y seguro.
Figura N° 3. Detalle del Permeabilímetro de Blaine
Fuente: ASTM C204-00. Ensayo del método estándar para finura de cemento
hidráulico mediante el Permeabilímetro de Blaine.
Los cementos usuales se muelen a finuras Blaine del orden de 2800 a 3500
cm2/gr. Cuando se sobrepasan los 4000 cm
2/gr., y dependiendo de la composición
del cemento, se empiezan a presentar en los concretos problemas secundarios
CAPÍTULO II
30
debidos a finura; los más destacados son dificultades de mezclado en el concreto y
retracción. Esta pérdida de calidad, unida al alto costo de la molienda a granos
finos, limita la finura del producto.
El procedimiento de moler más fino es un recurso usual de la fabricación
del cemento para obtener un producto de más altas resistencias iniciales.
Fraguado y Endurecimiento
El fraguado es la pérdida de plasticidad que sufre la pasta de cemento. La
velocidad de fraguado viene limitado por las normas estableciendo un período de
tiempo, a partir del amasado, dentro del cual debe producirse el inicio y fin del
fraguado. Este proceso es controlado por medio del ensayo del aparato de Vicat,
en el que se prepara una pasta (cemento+agua) de consistencia normal, y se
determina la penetración de la aguja de Vicat cada 15 minutos hasta que se
obtenga una penetración de 25 mm. ó menos, midiendo los siguientes parámetros:
Inicio de fraguado: Cuando la aguja no penetra más de 25 mm en la pasta.
Fin de fraguado: Cuando la aguja se deja caer libremente y no existe
penetración alguna, sin dejar marcas sobre la superficie.
En términos generales el fraguado se refiere a un cambio del estado fluido al
estado rígido. Aunque durante el fraguado la pasta adquiere cierta resistencia, para
efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues
este último término se refiere al incremento de resistencia de una pasta de
cemento fraguada.
CAPÍTULO II
31
Figura N° 4. Aparato de Vicat
Fuente: ASTM C191-04. Ensayo del método estándar para el tiempo de
fraguado del cemento hidráulico mediante el uso del aparato de Vicat.
Consistencia
El agua de mezclado actúa al unirse con el cemento y los otros
componentes del concreto (piedra y arena), por un mecanismo de lubricación de la
mezcla para darle la trabajabilidad necesaria, es decir, permite en un manejo del
concreto, además de permitir, al entrar en contacto con el cemento, el inicio de las
reacciones de hidratación, que posteriormente, van formándose cristales y los
componentes se unen en un todo coherente o piedra artificial llamado concreto.
Cuando se determina la consistencia normal del cemento, se determina la
cantidad de agua por gramo de cemento, necesaria para obtener una pasta de
cemento de consistencia normal, o necesaria para promover las reacciones de
componentes mineralógicos.
CAPÍTULO II
32
El contenido de agua con relación al contenido de cemento en una mezcla
de concreto, es un parámetro determinante en las propiedades de resistencia y
durabilidad del concreto. El ambiente determina la relación agua/cemento, cuando
se diseña una mezcla por razones de durabilidad del concreto. A medida que
disminuye la relación agua/cemento, se aumenta la durabilidad de la mezcla. Si la
durabilidad no es un factor determinante en la calidad de la obra o estructura en
diseño, se elige dicha relación en base a la resistencia del concreto.
El ensayo de consistencia del cemento consiste en preparar al igual que
para el ensayo de fraguado una pasta (cemento+agua) de consistencia normal, en
este caso se determina la penetración del émbolo de Vicat, hasta que se obtenga la
penetración del émbolo en 10±1mm.
Resistencia mecánica
Las velocidades de endurecimiento del cemento depende de las propiedades físicas y
químicas del propio cemento y de las condiciones del curado, como son la temperatura y la
humedad. La relación agua/cemento (A/C) influye sobre la resistencia última, con base en el
efecto del agua sobre la porosidad de la pasta, por lo que una relación A/C elevada produce una
pasta de alta porosidad y baja resistencia.
Para determinar la resistencia a compresión se realiza el ensayo de compresión en el cual
se usan cubos de mortero de 5 cm de lado con una relación A/C constante de 0,485. El mortero
para las pruebas consta de una parte de cemento y 2,75 partes de arena graduada estándar,
mezclados con agua. Los cubos de morteros se preparan en moldes que se compactan en 2 capas
con una varilla de vidrio normalizada, los mismos son curados durante 24 horas en los moldes,
luego son desencofrados y son sumergidos en agua hasta el momento del ensayo.
CAPÍTULO II
33
Figura N° 5. Probetas cúbicas encofradas.
Fuente: Propia. Laboratorio de Química de los Materiales, Universidad Centroccidental
“Lisandro Alvarado”-Decanato de Ingeniería Civil
AGREGADOS:
Deben cumplir con la Norma Venezolana COVENIN 277, los agregados
son Materiales granulares generalmente inertes, naturales o no, los cuales se
mezcla con cemento hidráulico y agua para producir morteros de concreto.
Los agregados son materiales que abarcan fundamentalmente a las arenas
y gravas naturales o procedentes de machaqueo de rocas. En términos generales,
los agregados ocupan aproximadamente las tres cuartas partes del volumen del
concreto y por lo tanto su calidad es de considerable importancia, no solamente
desde el punto de vista económico sino también desde otros, no menos
importantes, como la resistencia, durabilidad, trabajabilidad y en general del
comportamiento estructural del concreto. Siendo las aplicaciones principales de
los agregados la fabricación de hormigón, donde ocupan aproximadamente el
75% de su volumen, para la edificación y para las obras públicas, las bases y
cimentaciones granulares, es obvio que constituyen uno de los materiales más
utilizados en la construcción, oscilando su consumo anual entre 5 y 10 toneladas
por habitante en los países industrializados y llegando, en casos específicos, hasta
20 toneladas por habitante.
CAPÍTULO II
34
Clasificación de los agregados
Por su procedencia:
Agregados Naturales: Formados por procesos geológicos
Agregados Artificiales: Provienen de un proceso de formación de los
agregados naturales, dichos agregados artificiales son productos
secundarios, como la piedra triturada y la escoria siderúrgica.
Por su tamaño:
Agregado Grueso: Agregado retenido de modo predominante por el tamiz
#4. Conocida como piedra, que resulta de la desintegración natural de la
roca o de la trituración de la misma.
Agregado Fino: Agregado que pasa por el tamiz ¾ y es retenido de modo
predominante por el tamiz # 200. Conocido como arena, que resulta de la
desintegración natural de la roca o de la trituración de la misma.
Por su gravedad específica:
Tabla N° 4. Valores promedios para las propiedades físicas de los tipos
principales de rocas.
Tipo de Roca Gravedad
específica
Absorción % Prueba de
Abrasión de los
Ángeles%
Ígneas
Granito
Sienita
Diorita
Gabro
Peridotita
Felsita
Balasto
Diabasa
2,65
2,74
2,9
2,96
3,31
2,66
2,86
2,96
0,3
0,4
0,3
0,3
0,3
0,8
0,5
0,3
38
24
---
18
---
18
14
18
Sedimentarias
Piedra Caliza
2,66
0,9
26
CAPÍTULO II
35
Dolomita
Arcilla esquistosa
Arenisca
Chert
Conglomerado
Brecha
2,7
1,8-2,5
2,54
2,5
2,68
2,57
1,1
---
1,8
1,6
1,2
1,8
25
---
38
26
---
---
Metamórficas
Gneis
Esquisto
Anfibolita
Pizarra
Cuarcita
Marmol
Serpentina
2,74
2,85
3,02
2,74
2,69
2,63
2,62
0,3
0,4
0,4
0,5
0,3
0,2
0,9
45
38
35
20
28
47
19
Fuente: EHE (Instrucción de Hormigón Estructural) Artículo 28, Áridos.
Clasificándose a su vez en:
Ligeros, Gs < 2,5
Normales, 2,5 < Gs < 2,75
Pesados, Gs ˃ 2,75
Origen y localización de los agregados
La distribución de los minerales en una región está determinada por los
procesos naturales que intervienen en la conformación del relieve; así, la
existencia de minerales tiene que ver con los cambios sucesivos que han operado
en los elementos abióticos y bióticos en la naturaleza.
Continuación Tabla 4
CAPÍTULO II
36
Tabla N° 5.
Propiedades de las rocas según su clase.
CLASE DE ROCAS RESISTENCIA A
COMPRESIÓN (Mpa)
MÓDULO DE
ELASTICIDAD (Gpa)
Granitos sanos 120 a 240 40 a 70
Riolitas 150 a 340 70 a 80
Sienitas 110 a 250 60 a 80
Dioritas 140 a 230 40 a 60
Microdioritas 160 a 300 90 a 100
Ofitas 210 a 270 90 a 100
Basaltos 130 a 450 60 a 78
Cuarcitas 360 91
Calizas y dolomitas duras 130 a 190 50 a 70
Fuente: Propiedades físicas y utilización de rocas ornamentales. D.
Benavente. (2008)
PROPIEDADES Y ENSAYOS DE LOS AGREGADOS:
Granulometría
Es la distribución de los tamaños de los agregados, es decir, los diámetros
de los granos que constituyen al mismo.
Los grandes factores que se derivan de un análisis granulométrico, son:
Módulo de finura
El módulo de finura, también llamado módulo granulométrico, da una idea
del grosor o finura del agregado, es aplicado a las arenas y es un valor que se
obtiene sumando los porcentajes de los retenidos acumulados sobre los tamices de
la serie normativa y dividiendo la suma entre 100. En cierto modo, este valor es
representativo de la finura de la arena, Se considera el módulo de finura adecuado
de una arena para producir concreto dentro de una granulometría aceptable debe
CAPÍTULO II
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estar entre 2,3 y 3,1; donde un valor menor de 2 indica una arena fina, 2,5 una
arena media y más de 3 una arena gruesa (Manual del Concreto fresco, 1996).
Los tamices especificados para determinar el módulo de finura son:
#100, #50, #30, #16, #8, #4, 3/8”, ¾”, 1 ½”, 3” y de 6”
Y el Módulo de Finura vendrá determinado por:
MF
Tamaño máximo del Agregado
Se denomina tamaño máximo del agregado al tamaño de sus partículas
más gruesas, medido como la apertura del cedazo de menor tamaño que deje pasar
el 25% o más del material (Manual del Concreto fresco, 1996).
Tamaño máximo nominal
Está definido como el tamiz que le sigue en abertura a aquel cuyo
porcentaje retenido o acumulado es del 15% o más.
Forma y textura superficial
La forma y textura superficial es otra propiedad física que influye en las
características del concreto en estado fresco y teniendo gran influencia en las
resistencias, repercutiendo más en la resistencia a la flexotracción que a la
compresión.
Mientras mayor sea la rugosidad superficial de los agregados, mayor será
la superficie de contacto con la pasta de cemento, haciendo necesaria la utilización
de mayor cantidad de pasta de cemento para obtener la trabajabilidad deseada,
pero favorece la adherencia pasta-agregado y así mejora las resistencias
En términos generales las piedras naturales sometidas a un proceso de
trituración tiene forma que varían desde la aproximadamente cúbica a las
alargadas y aplanadas y de textura rugosa, mientras que los agregados de río
CAPÍTULO II
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tienen formas redondeadas y de textura lisa debido al proceso de arrastre al que
han sido sometidas.
Densidad
Se define según las normas NTC 176 y 237 como una propiedad física
de los agregados definida como la relación entre la masa y un volumen
determinado, lo que significa que depende directamente de las características del
grano de agregado.
Porosidad
Es una de las propiedades físicas de los agregados más importantes dentro
de la masa de concreto, porque una partícula porosa es mucho menos dura que
una partícula compacta, con lo que se afectan desfavorablemente propiedades
como la adherencia, resistencia a la compresión y a la flexión.
La porosidad se encuentra bajo dos formas:
La porosidad cerrada, en el caso en que los poros no se comuniquen entre
ellos ni con el exterior, está principalmente formada por una parte de la
porosidad de los agregados y por el aire atrapado en el concreto.
La porosidad abierta, en el caso en que los poros se comuniquen entre sí y
con el medio exterior al concreto; está formado por una parte de la
porosidad de los agregados y por microcanales dejados al evaporarse parte
del agua de mezclado del concreto (poros capilares). La porosidad abierta,
es aquella que debe preocupar a los constructores del concreto. Es la que
favorece:
La entrada de los agentes agresivos hacia las armaduras
La contracción hidráulica
La acción de la helada
La permeabilidad
Las resistencias bajas
La suma de las dos porosidades constituye la porosidad total o denominada
simplemente porosidad.
CAPÍTULO II
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Gravedad específica, Absorción y Humedad de la superficie
Gravedad específica: Es la relación entre la densidad del agregado y la
del agua (1000 Kg/cm3). Sin embargo todos los agregados son porosos
hasta cierto punto, permitiendo la entrada de agua en los poros o capilares
cuando se coloca en la mezcla de concreto o bien, ya están húmedos
cuando entran al concreto. Por lo tanto en esta definición se debe tomar en
cuenta tanto el peso como el volumen de la porción de agua contenida
dentro de las partículas. Se presentan 4 estados de agregados:
1. Seco (secado al horno)
2. Parcialmente saturado
3. Saturado con superficie seca (SSD, por sus siglas en inglés) es
decir, poros llenos de agua y seco en la superficie.
4. Saturado húmedo en la superficie, poros llenos de agua y húmedo
en la superficie.
Ilustrativamente será:
Figura N° 6. Estados de saturación de los agregados
Fuente: Tecnología del Hormigón. Quiroz Mariela, Salamanca Lucas (2006).
Universidad Mayor de San Simón-Bolivia.
Absorción: Se define como el incremento de peso en un árido poroso
seco, hasta lograr su condición de saturación con la superficie seca, debido
a la penetración del agua a sus poros permeables.
CAPÍTULO II
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Masa unitaria
Indica el grado de acomodamiento de las partículas, y entre mejor sea este,
menor será el volumen de vacío entre las partículas haciendo la mezcla más
económica, ya que habrá menor cantidad de huecos a ser llenados por la pasta.
Resistencia estructural a la abrasión
“No se puede producir un concreto de alta resistencia que contenga agregados
estructuralmente débiles”
Para que un agregado pueda considerarse de resistencia adecuada debe
sobrepasar la resistencia propia del aglomerante (cemento).
La resistencia estructural depende principalmente de las características de
la roca madre. Se cuantifica por medio de un ensayo de dureza del cual se ha
estandarizado la máquina de los ángeles. La arena debe proceder de rocas como
las mencionadas anteriormente y su forma debe ser cúbica o redondeada;
recomendándose los molinos de barras para producir la parte fina cuando sea
necesario. Finalmente, los agregados no deben contener impurezas como micas,
arcillas, materia orgánica, partículas ligeras, etc., que inciden negativamente en la
resistencia del concreto. Las experiencias realizadas para la obtención de
concretos de alta resistencia con áridos gruesos machacados procedentes de
canteras, utilizados normalmente, y arena del mismo origen, señalan que el límite
superior de resistencia que se puede conseguir con los citados áridos está
alrededor de los 80 MPa.
Prueba de desgaste del agregado grueso ó abrasión (Prueba de los Ángeles)
Es la prueba que más se aplica para averiguar la calidad global estructural
del agregado grueso. Este método establece que el procedimiento a seguir para
determinar el desgaste, por abrasión del agregado grueso, menor de 1/2 ” (38
mm), utilizando la máquina de los Ángeles. Consiste en tomar una muestra
CAPÍTULO II
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representativa limpia y seca del agregado que se vaya a ensayar, una vez que ha
alcanzado el número requerido de revoluciones del tambor, se tamiza el agregado
para determinar el porcentaje de agregado que ha sido reducido hasta un tamaño
menor que 1,7 mm.
Figura N° 7. Máquina de los Ángeles
Fuente: Tecnología del Hormigón. Quiroz Mariela, Salamanca Lucas (2006).
Universidad Mayor de San Simón-Bolivia.
La máquina de los Ángeles consiste en un tambor cilíndrico hueco, de
acero, cerrado en sus extremos. La carga abrasiva consiste en esferas de acero.
Cada una de ellas debe pesar entre 390 y 445 gr., esta carga depende de la
granulometría de la muestra a ensayarse. Un anaquel que está en el interior del
tambor rotatorio recoge la carga de bolas y agregado en cada revolución y la deja
caer conforme se aproxima al punto más alto de su recorrido. De esta manera el
agregado experimenta cierto frotamiento y vuelcos, así como un impacto
considerable, durante las 500 revoluciones que especifica la norma.
CAPÍTULO II
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Combinación de los agregados
Se intenta la combinación de los agregados para diversos fines, por
ejemplo, para mejorar las propiedades de un agregado considerado no apto, con
uno de mejor calidad, de modo que resulte aceptable, también para corregir alguna
deficiencia que pueda presentar en su gradación.
Proporción de mezcla de dos agregados
Un problema que se presenta a menudo es el de determinar en qué
proporción mezclar dos o más materiales para cumplir una cierta gradación que
cumpla con los requisitos establecidos por las normas, para los tamices que
especifica esta. Se pueden emplear dos métodos para conseguir esto:
Método gráfico: Empleando una gráfica donde, en la parte superior e
inferior se marcan los porcentajes a usar de cada agregado (A y B), y a la
derecha e izquierda los porcentajes que pasan de cada uno, se marcan los
rangos que delimitan la norma para el porcentaje que pasa para cada tamiz,
luego:
1. Se une por una línea el porcentaje que pasa del agregado “A”, a la
izquierda del gráfico, con el porcentaje que pasa del agregado “B”,
a la derecha, para los tamices correspondientes entre sí.
2. Se marca la intersección de esta línea con sus límites superior e
inferior, del rango correspondiente al tamiz. Se repite esto para
todos los tamices.
3. La marca con el límite inferior más a la derecha y la marca con el
límite superior más a la izquierda, darán los valores para calcular
las proporciones, en porcentaje, de cada agregado.
4. Estas dos marcas se prolongan hasta la parte superior e inferior de
la gráfica, obteniéndose 2 valores, que se promedian, para obtener
el porcentaje a usar de cada agregado.
CAPÍTULO II
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Método por tanteos: Sin trazar la gráfica de los datos, por ejemplo en
primer lugar se podría prestar atención a la cantidad que pasa por el tamiz
# 50, ya que por estudios realizados, expertos del concreto consideran que
esta cantidad ejerce una influencia importante sobre la trabajabilidad del
mismo. En principio podría considerarse una mezcla 50-50%, y ver si con
esta relación se satisfacen los requisitos para todos los tamices, y a partir
de este primer tanteo variar las proporciones hasta cumplir con todos los
tamices.
AGUA:
Del latín Aqua, es un líquido transparente, insípido e inodoro. Es el
elemento por medio del cual el cemento desarrolla sus propiedades aglutinantes,
debido a las distintas reacciones químicas que este presenta en presencia de ella.
Durante el proceso de elaboración del concreto el agua es usada para tres
propósitos, como:
agua de mezclado,
agua de curado y
agua para lavado de los agregados.
Cada propósito afecta de manera directa el comportamiento del concreto, por
lo que es necesario controlar las características del agua y su calidad dependiendo
del uso que se le piense destinar en la elaboración del mismo.
Calidad del agua
El agua de mezclado, lavado y curado será satisfactoria si es potable (apta para el
consumo humano). Esta debe estar razonablemente limpia y sin cantidades dañinas de materia
orgánica, fango y sales. El límite máximo de turbidez debe ser de 2000 ppm. Cuando las
impurezas en el agua de mezclado son excesivas pueden afectar no solo el tiempo de fraguado, la
resistencia y la estabilidad del volumen sino también provocar esflorescencia o corrosión en la
armadura de refuerzo.
CAPÍTULO II
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En general para estos 3 propósitos pueden emplearse aguas sin necesidad de realizarles
análisis químicos, siempre y cuando sean aguas que no tengan sabores ni olores notorios, con
excepción, casi exclusivamente las aguas de alta montaña, ya que su gran pureza le confiere
carácter agresivo al concreto.
El agua de ciénagas o de lagos y pozos estancados pueden contener ácido tánico, el cual
puede causar retardo en el fraguado y desarrollo de la resistencia. No obstante el agua
visiblemente insalubres pueden ser utilizadas, previo análisis de las mismas: aguas bombeadas de
minas, aguas de residuos industriales, aguas pantanosas, ect.
Agua de mezclado
Según la Norma COVENIN 2385-2000 define el agua de mezclado como
“El agua que se añade a las mezclas de concreto o de mortero para darles la
fluidez necesaria para manejarlas, colocarlas y que después reaccionará en parte
con el cemento, dándole a la mezcla las propiedades resistentes”.
El agua de mezclado es aquella que se le agrega al cemento para formar la
pasta; esta agua ocupa un 15% aproximadamente del volumen total del concreto;
tiene como funciones proporcionar la fluidez necesaria a la mezcla e hidratar el
cemento gastándose aproximadamente un 5% en esto, el 10% restante lubrica el
concreto y luego se evapora durante el proceso de fraguado. La fluidez de la pasta
depende de la cantidad de agua de mezclado. Si ésta se aumenta sin aumentar la
cantidad de cemento, la parte de agua de hidratación del cemento permanece
constante, incrementándose así la parte evaporable; cierta porción de esta queda
atrapada en el interior del concreto y al producirse la evaporación se forman una
serie de conductos capilares que se llenan de aire generando un concreto
endurecido poroso, menos resistente y más permeable.
En general se puede decir que cualquier agua natural que sea apta para el
consumo humano y no tenga sabores u olores fuertes pueden ser usadas para la
elaboración de concreto sin que este implique que el agua de mezclado sea
potable. Un agua que presente alta temperatura o impurezas causara daños a corto
o largo plazo; a corto plazo afectando la temperatura de fraguado pudiendo esto
generar exudación y a largo plazo afectando la resistencia y durabilidad.
CAPÍTULO II
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Tabla N° 6.
Valores máximos recomendados de concentraciones de impurezas en agua de
mezclado para concreto
TIPO DE IMPUREZA VALOR MÁXIMO
RECOMENDADO (ppm)
Carbonatos y bicarbonatos 1000
Cloruros 20000
Sulfatos de Sodio 10000
Carbonato de Calcio y Magnesio 400
Sales de Hierro 40000
Sulfato de Magnesio 25000
Sales de Magnesio 500
Agua de mar 35000
Ph 6-8
Ácidos inorgánicos 10000
Hidróxido de Sodio (por peso de
cemento)
0,5%
Aguas sanitarias 20
Azúcar 500
Partículas en suspensión 2000
Aceite mineral (por peso de cemento) 2%
Fuente: Elaboración de concretos con aguas tratadas. Vázquez, Adán;
González, Francisco; Díaz, Luis; Flores, Antonio. (2006). Instituto Mexicano
del Cemento.
Clasificación del agua de mezclado
La Norma COVENIN 2385:2000 clasifica el agua de mezclado según sus
características de la siguiente forma:
Agua potable: Es aquella apta para el consumo humano y se podrá usar
como agua de mezclado en todos los casos.
CAPÍTULO II
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Aguas provenientes de pozos, lagos, lagunas, ríos y otros: Se puede
usar como agua de mezclado siempre que cumpla con los requisitos
químicos de impurezas, en caso que sea necesario realizarlos:
Tabla N° 7.
Impurezas tolerables en el agua de mezclado de concretos y morteros
IMPUREZA CONTENIDO MÁXIMO EN
PARTES POR MILLÓN (p.p.m.)
Sólidos disueltos
Cloruro (C1)
Materia orgánica por consumo de
oxígeno
PH-------------- de 5,0 a 7,5
5.000
500
250
Fuente: Elaboración de concretos con aguas tratadas. Vázquez, Adán;
González, Francisco; Díaz, Luis; Flores, Antonio. (2006). Instituto Mexicano
del Cemento.
Agua de mar: No debe usarse en morteros y concretos que tengan
armaduras metálicas. En los morteros o concretos simples, puede producir
manchas superficiales y disminución en la resistencia.
Aguas de efluentes industriales o de redes de alcantarillados o
cualquier agua de procedencia dudosa: Debe cumplir con los requisitos
químicos de la tala VI así como los requisitos físicos que se basan en la
comparación de los tiempos de fraguado y resistencia a la compresión de
mezclas hechas con agua potable y mezclas hechas con el agua en estudio.
Agua de curado
En el proceso de hidratación, la partícula de cemento no se hidrata
totalmente, sino que, a medida que entra en contacto con el agua, se va formando
una película superficial quedando en el interior una porción sin reaccionar y por
tanto inerte. Para que este núcleo reaccione es necesario lograr un abastecimiento
CAPÍTULO II
47
adicional de agua durante las etapas tempranas de endurecimiento después del
proceso de fraguado y lograr así que el cemento desarrolle todo el potencial
aglutinante.
Los requerimientos para el agua de curado son menos exigentes que
aquellos usualmente utilizados para el agua de mezcla, principalmente porque el
agua de curado está en contacto con el concreto por un periodo relativamente
corto. Por lo general, el agua que se considera buena para el mezclado lo es para
el curado.
Agua para lavado de agregados
Los requerimientos para el agua de lavado de agregados son mínimos, se
puede emplear agua de camiones cisternas así como aguas que vengan
directamente del suministro hidráulico de la ciudad que sirva al sitio de acopio de
los agregados.
Relación Agua/Cemento
La relación Agua/Cemento es un factor muy importante para obtener
concretos de alta resistencia, ya que la resistencia del concreto es inversamente
proporcional a la razón Agua/Cemento, por lo que debemos tratar de obtener
aquella mínima razón que nos permita una buena trabajabilidad considerando los
demás componentes del concreto.
La combinación de dos efectos, razón Agua/Cemento y la densidad de la
matriz, permite que la razón Agua/Cemento influya sobre la resistencia solamente
sobre un cierto valor mínimo de esta razón. Por lo tanto, para cementos Portland y
los superplastificantes disponibles, con los métodos usuales de mezclado y
colocación y las prácticas de curado, se ha encontrado que el valor óptimo de esta
razón Agua/Cemento es cercano a 0,22.
Para valores más altos que 0,22 existe influencia de la razón
Agua/Cemento sobre la resistencia; valores más bajos son perjudiciales porque no
se puede obtener en forma adecuada una alta densidad para la estructura de la
pasta de cemento. (High-Performance Concrete Demystified, 1996)
CAPÍTULO II
48
AIRE:
El aire que generalmente queda atrapado sin intención se controlara
por métodos mecánicos como un vibrado impartido por golpes en la formaleta o
incrustando el vibrador dentro del hormigón, se logra eliminar, junto con las
medidas correctivas tomadas al trabajar con un agregado lo menos poroso posible,
todo para no afectar la resistencia esperada. Pero cuando se prevea que habrá
condiciones de exposición severa, es recomendable incluir aire, sobre todo cuando
predomina la necesidad de durabilidad más que de la de resistencia del hormigón.
ADITIVOS Y ADICIONES:
Aditivos
Deben cumplir con las Normas Venezolanas COVENIN 356 y COVENIN
357, los aditivos son materiales diferentes del cemento, agregados o agua que se
incorporan en pequeñas cantidades al concreto antes o durante la mezcla para
modificar alguna de sus propiedades sin perjudicar su durabilidad.
Hoy en día, los aditivos son considerados un ingrediente más del concreto
y son utilizados para mejorar las características de este, ya sea en estado fresco o
endurecido. Con esta meta, se han desarrollado tecnologías para los productos
químicos, en su mayoría, que cumplen con estos fines.
Los aditivos podrán utilizarse siempre que se compruebe, mediante los
oportunos ensayos, que las sustancias agregadas en las condiciones y
proporciones previstas produce el efecto deseado sin perturbar excesivamente las
restantes características del concreto ni representar peligro alguno para la
estabilidad del mismo ni para la corrosión de las armaduras.
Clasificación de los aditivos
La clasificación general de los aditivos es con base a los efectos de estos
en el concreto, aunque podría ser medida de comparación su origen, composición
química o momento de aplicación, sea en estado fresco o endurecido.
CAPÍTULO II
49
Tabla N° 8.
Clasificación general de los aditivos del concreto-Norma ASTM C-494.
TIPO DESCRIPCIÓN ADITIVOS
QUÍMICOS. NORMA ASTM C-494
A Aditivos reductores de agua
B Aditivos retardantes
C Aditivos acelerantes
D Aditivos reductores de agua y
retardantes
E Aditivos reductores de agua y
acelerantes
F Aditivos reductores de agua de alto
rango
G Aditivos reductores de agua de alto
rango retardante
Fuente: Clasificación de aditivos SIKA-Venezuela.
Dosificación de los aditivos
Los aditivos se adicionan según indicaciones del fabricante, por lo general
en una cantidad menor al 5% del peso del cemento, pudiendo ser en el agua de
amasado, en el agregado, ect. Una dosificación que no sea la conveniente puede
influir de forma indeseable, a veces opuesta a la que se quería conseguir. Todos
los aditivos se pueden adicionar después de que el concreto se ha mezclado
parcialmente, en ninguna circunstancia los aditivos deben adicionarse al cemento
Portland antes de la adición del agua de mezclado.
Es posible que sea necesario adicionar dos o más aditivos de tipos
diferentes a la mezcla de concreto para obtener las características deseadas. La
mayor parte de aditivos son compatibles cuando se mezclan en el concreto pero,
en ninguna condición debe permitirse que dos aditivos de tipos diferentes se
CAPÍTULO II
50
mezclen entre sí antes de su adición a la mezcladora, ya que en la mayor parte de
los casos, los aditivos reaccionan provocando precipitación y pérdida de eficacia.
Tabla N° 9.
Efecto de los principales aditivos en el concreto
ADITIVO EFECTOS PRINCIPALES
Plastificantes Reducción de la necesidad de agua y/o mejoramiento de
la trabajabilidad.
Super-
plastificantes
Pronunciada reducción de la necesidad de agua y/o
mejoramiento de la trabajabilidad para la obtención de un
concreto fluido
Inclusores de aire Producción y dispersión de minúsculas burbujas de aire en
la masa de concreto para una mejor resistencia al
hielo/sales anti-hielo
Retardadores Demora en el inicio de fraguado del concreto
Aceleradores Aceleración del fraguado y del endurecimiento del
concreto, sobre todo a bajas temperaturas
Fuente: Desing and Control of Concrete Mixtures. Kostmatka S., Kerkhoff
H., Panarese W., (2004). Portland Cement Association.
Adiciones
En general las adiciones, a diferencia de lo que ocurre con los aditivos, se
agregan al concreto en cantidades importantes, por lo que es necesario tenerlas en
cuenta al determinar la composición volumétrica del concreto.
Podrán utilizarse adiciones, para modificar favorablemente algunas de las
propiedades del concreto o conseguir ciertas características especiales como
aislamiento térmico o acústico, determinada coloración, ect. Tienen el carácter de
adiciones, las escorias, cenizas, ciertos polvos minerales, materiales inertes,
materiales no minerales, ect.
Al utilizar adiciones con el concreto, no deben sobrepasarse valores
límites, ya que en caso contrario, pueden resultar perjudicadas la durabilidad del
CAPÍTULO II
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concreto así como la adecuada protección de la armadura contra la corrosión, sin
que esta influencia desfavorable pueda ser detectada mediante ensayos previos de
corta duración.
EL CONCRETO Y SUS PROPIEDADES
El concreto es una mezcla de cemento Portland, agregado fino, agregado
grueso, aire y agua. Es un material temporalmente plástico que puede colocarse o
moldearse y, más tarde, se convierte en una masa sólida por reacción química con
propiedades aislantes y resistentes lo que hace que sea un material ideal para la
construcción. (Manual del concreto fresco 1996).
La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua.
Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo
de ella misma a través de todo el conjunto.
El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas
partículas no están unidad o en contacto unas con otras, sino se encuentran
separadas por espesores diferentes de pasta reducida.
Las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por
las características físicas y químicas de sus componentes.
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
Trabajabilidad
Conocida también como manejabilidad se considera como aquella
propiedad del concreto mediante la cual se puede mezclar, manejar, transportar y
ser vaciado en su posición final con una pérdida mínima de homogeneidad. Esta
depende de las proporciones y características físicas de los ingredientes, de las
condiciones de puesta en obra, de la geometría del elemento y del espaciamiento y
tamaño del refuerzo.
La manejabilidad no se puede medir de manera directa, pero existen
ensayos que correlacionan este factor cualitativo de manera cuantitativa, como la
esfera Kelly y el ensayo de asentamiento. Durante el desarrollo de la investigación
CAPÍTULO II
52
de los concretos de alta resistencia se utilizara el método de la medida de
asentamientos para estimar los valores de manejabilidad en estado plástico de las
mezclas.
Consistencia
La consistencia puede definirse como la fijeza o resistencia que opone el
concreto fresco a experimentar deformaciones y permite conocer el estado en que
se presenta el concreto para su puesta en obra.
En la actualidad, el concreto suele llegar a la obra preparado desde una
planta de premezclado por lo que es preciso analizar adecuadamente su
consistencia. No existen métodos de medición exactos para determinar la
consistencia de un concreto. Pero un sistema utilizado es el cono de Abrams.
Prueba del Cono de Abrams
La prueba del cono de Abrams o de Slump es tal vez el ensayo más
largamente usado para caracterizar la consistencia de un concreto, esta debe
cumplir con lo establecido en la Norma COVENIN 339.
Muchos investigadores han tratado de realizar modelos con los cuales
puedan predecir el valor de Slump, sin embargo los modelos presentados hasta el
momento presentan un error promedio alto.
Una limitante en el cono de Abrams es que el mismo es útil solamente para
concretos con agregados pétreos, tamaños menores a 5cm. Y con relativa
plasticidad, caracterizada con asentamientos entre unos 2 y 17 cm.
CAPÍTULO II
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Figura N° 8. Detalle del equipo para el ensayo del Cono de Abrams.
Fuente: Tecnología del Hormigón. Quiroz Mariela, Salamanca Lucas (2006).
Universidad Mayor de San Simón-Bolivia.
Tabla N° 10.
Tolerancias en el asentamiento por el método del cono de Abrams
ASENTAMIENTOS TOLERANCIA
Menor de 5 cm
entre 5 – 12,5 cm
mayor de 12,5 cm
±1,5 cm
±2,5 cm
±4,0 cm
Fuente: Porrero, J. (2004). Manual del Concreto Estructural.
Plasticidad
Es una consistencia del concreto de tal forma que le permita ser fácilmente
moldeado y a su vez cambiar de forma lentamente. El concreto en condiciones
normales presenta su fraguado inicial, de acuerdo a normas norteamericanas,
aproximadamente a los 30 minutos de la preparación de la mezcla y el fraguado
final, cerca de las 8 horas. Estos tiempos son determinados por convención en
función de la resistencia a la penetración de unas agujas metálicas de 16 mm.
CAPÍTULO II
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aprox. de diámetro, y presentan pocas diferencias entre los diferentes concretos de
la misma relación agua cemento.
Segregación
Es la separación de los materiales que constituyen una mezcla
heterogénea, de manera que su distribución deje de ser uniforme por falta de
cohesión. La segregación se puede presentar de dos maneras:
1. Separación entre agregados gruesos y finos: Ya sean porque se
amontonan o se van al fondo de los elementos por acción de la
gravedad produciendo lo que se llaman cangrejeras, generalmente
se presentan porque las mezclas están muy secas.
2. Por la separación entre la pasta y los agregados: En este caso se
presenta por el exceso de humedad.
Asimismo la segregación se puede dar debido a dos causas:
1. Internas: Por diferencias de tamaños de partículas, mala
distribución granulométrica, diferencias de densidades de los
componentes y mala producción de la mezcla.
2. Externas: Debido a mal manejo, mala colocación, mal mezclado,
poco mezclado, transporte demasiado largo y con vibraciones o
sobre vibración al momento de vaciar.
Exudación
Se presenta cuando parte del agua de mezclado se eleva a la superficie del
concreto recién colocado, o durante el proceso de fraguado. Tanto la cantidad de
agua de exudación como la velocidad con que esta llega a la superficie del
concreto, tiene mucho que ver con la evaporación, debido a que si la velocidad de
evaporación es menor que la velocidad de exudación, se forma una película de
agua que aumenta la relación Agua/Cemento en la superficie, que posteriormente
queda porosa y con baja resistencia al desgaste. Si la velocidad de evaporación es
mayor que la velocidad de exudación, se pueden producir grietas de contracción
plástica. La exudación puede ser controlada por medio del uso de aditivos,
cementos más finos y control del contenido de arena en su fracción más fina.
CAPÍTULO II
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Curado
El curado es la operación mediante la cual se protege el desarrollo de las
reacciones de hidratación del cemento, evitando la pérdida parcial de agua de
reacción por efecto de la evaporación superficial. (Manual del Concreto fresco,
1996)
El curado tiene por objeto evitar un secado prematuro, especialmente bajo
la acción de los rayos del sol y del viento.
Curado del concreto
Es el procedimiento que asegura la temperatura y humedad necesarias para
que se cumplan las reacciones de hidratación del cemento, propias de los procesos
de fraguado y endurecimiento del concreto.
El método aplicado y la duración del curado dependen esencialmente del
ambiente circundante y del tipo de concreto. Las distintas condiciones del medio
ambiente pueden alterar las propiedades del concreto fresco, lo cual también
modificará las propiedades del concreto endurecido.
Tipos de curado:
Curado Ordinario
Es aquel en el que se hace que el concreto experimente una evolución normal
en la ganancia de sus resistencias, por la cual, únicamente se protege al mismo
con el fin que no lo afecten las bajas y/o altas temperaturas, especialmente a cortas
edades, junto con el viento y la sequedad puedan provocar su desecación dando
lugar a mermas en su resistencia.
Curado Húmedo
Se trata de compensar la pérdida de agua por evaporación mediante el aporte
de agua externa o bien impedir dicha evaporación mediante la creación de
barreras impermeables.
CAPÍTULO II
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Curado Acelerado
Tiene por misión conseguir resistencias iniciales altas a fin de disponer cuanto
antes de los moldes, tener más espacio disponible para la fabricación y menos
capital inmovilizado, por consiguiente son impartidos en prefabricación.
PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO
Las resistencias del concreto, tanto a compresión, tracción y corte, y sus
propiedades como el módulo de elasticidad y la relación de Poisson, son utilizadas
por el proyectista para el diseño de las estructuras. Estas reciben la influencia de
los tipos y cantidades de los materiales que conforman el concreto, y la forma de
puesta en obra. En virtud de esto deben emplearse métodos de verificación de
dichas propiedades y de la calidad del concreto.
El procedimiento usual es fabricar probetas al mismo tiempo que se vacía
el concreto en la estructura y considerar la resistencia de esa muestra como una
medida de la resistencia del concreto de la estructura. El objeto de este control es
comprobar que la resistencia del concreto que se vacía en obra es por lo menos
igual a la especificada por el proyectista y que ha servido de base para los
cálculos.
Las pruebas mecánicas que evalúan la resistencia del concreto pueden
ser destructivas, para lo cual los especímenes vaciados se hacen fallar, o, no
destructiva, las cuales permiten ensayar repetidamente la muestra de manera que
se pueda estudiar la variación de la resistencia y otras propiedades con el paso del
tiempo.
ENSAYOS AL CONCRETO ENDURECIDO
Resistencia a compresión
Se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de
concreto o mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por
centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días, y se le designa con el
símbolo de f´c. Para realizar la resistencia a compresión se realizan ensayos a
CAPÍTULO II
57
muestras de mortero o concreto. Los ensayos de compresión se efectúan sobre
cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, a menos que se
especifique de otra manera. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a
la compresión de 210 y 350 Kg/cm2, por su parte en uno de alta resistencia, es de
420 Kg/cm2.
Resistencia a Tracción
Normalmente no se requiere que el concreto resiste fuerzas directas de
tracción, sin embargo esta resistencia es importante con respecto al agrietamiento,
debido a la limitación de las contracciones. La formación y propagación de las
grietas en el lado de tracción de elementos de concreto armado sometidos a
flexión dependen principalmente de la resistencia a tracción; también ocurren
esfuerzos de tracción en el concreto como resultado de cortante, torsión y otras
acciones, y en la mayoría de los casos el comportamiento del elemento cambia
después de ocurrido el agrietamiento.
Existen 3 formas de obtener la resistencia a tracción:
1. Por flexión ó módulo de rotura
2. Por hendimiento ó tracción indirecta y
3. Por tracción axial ó tracción indirecta.
Siendo los dos primeros los más empleados en Venezuela y a definirse a
continuación:
Tracción indirecta
Para este ensayo se marcan líneas diametrales en cada extremo de las probetas
usando el aparato de marcado, que garanticen que están en el mismo plano axial.
Se determina el diámetro de la probeta de ensayo, promediando tres diámetros
medidos cerca de los extremos y a la mitad de la probeta; y se determina la
longitud de la probeta, promediando por lo menos dos longitudes tomadas en un
plano que contenga la línea en los extremos.
Las tiras de contacto se colocan entre las probetas y las placas de apoyo
superior de la máquina de ensayo, o entre la probeta y las placas suplementarias,
en el caso de ser usadas. Se centra una de las tiras de contacto a lo largo del centro
CAPÍTULO II
58
de la placa de acero inferior. Se coloca la probeta sobre la tira y se dispone de tal
modo que las líneas marcadas en el extremo de la probeta sean verticales y queden
centradas sobre la tira de contacto.
Se coloca la segunda tira longitudinal sobre el cilindro, centrada sobre la línea
marcada en los extremos del mismo. Se coloca el conjunto de tal forma que
garantice las siguientes condiciones: La proyección del plano que contiene las dos
líneas marcadas en los extremos de la probeta, debe interceptar el centro de la
placa superior de apoyo; la placa suplementaria, de ser usada, y el centro de la
probeta deben estar directamente por debajo del centro de carga de la placa de
apoyo esférico; se aplica la velocidad de carga sin impacto, de forma continua a
una velocidad constante, de forma tal que los esfuerzos en el plano diametral de
rotura se incremente a razón de 0.5 ± 0.2 Kg/cm2 por segundo, hasta la falla de la
probeta.
Resistencia a Flexión
También llamada módulo de ruptura, para un concreto de peso normal se
aproxima de 1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la
compresión.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO:
Los principales factores que afectan la resistencia son:
La relación Agua/Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la
hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia a flexión y a
tensión, así como la adherencia del concreto con el acero.
Las relaciones Edad-Resistencia a compresión. Cuando se requiera de
valores más precisos para el concreto se deberán desarrollar curvas para
los materiales específicos y para las proporciones de mezclado que se
utilicen en el trabajo.
CAPÍTULO II
59
Las características de los agregados que influyen sobre la resistencia del
concreto son: la forma, textura, tamaño máximo, solidez, gradación y
limpieza de la partícula.
Método y temperatura de curado, influyendo directamente el efecto de la
temperatura y del grado de humedad durante el tiempo de curado sobre la
resistencia obtenida.
Fraguado
El fraguado es un proceso de hidratación mediante el cual un
conglomerante hidráulico adquiere una mayor consistencia, el mismo va
acompañado de cambios de temperatura en la pasta de cemento, esto se especifica
y se conoce mediante el uso de los siguientes términos:
Principio de fraguado: Se dice que el fraguado inicia cuando este pierde
su plasticidad y corresponde a un rápido aumento en la temperatura.
Final de fraguado: Se considera que el fraguado ha finalizado cuando la
masa se consolida, aumentando su dureza hasta alcanzar aspecto pétreo;
correspondiendo a su vez al máximo de temperatura. En este momento
también se produce una fuerte caída en la conductividad eléctrica, por lo
que se han realizado algunos intentos de medir el fraguado por medios
eléctricos.
Fraguado y endurecimiento
Al amasar el cemento con agua, reaccionan sus componentes, formándose
una masa plástica que dura un cierto tiempo para poder ser colocada en obra,
perdiendo después, primero su plasticidad (principio de fraguado), volviéndose
más o menos quebradizo, no pudiendo ser moldeada o re-amasada con agua, y
después se consolida (fin de fraguado), aumentando su dureza hasta alcanzar
aspecto pétreo. Al primer proceso se le llama fraguado y al segundo,
endurecimiento.
CAPÍTULO II
60
Esto es debido a la hidratación de los constituyentes anhídridos del
cemento. La reacción del silicato tricálcico se puede expresar de la siguiente
forma:
SiO2 CaO + 4,5 H2O → SiO2 CaO 2,5 H2O + 2 Ca(OH)2
Hidratándose al cabo de pocas horas, formándose cristales de hidróxido
cálcico y silicato hidratado gelatinoso que rodea a los granos de silicato tricálcico,
impidiendo ser nuevamente atacado por el agua, por ser muy impermeable. Los
silicatos bicálcicos son atacados muy lentamente por el agua, y al cabo de algunas
semanas se ven cristales recubiertos por una capa superficial de silicato hidratado
amorfo, expresándose de la siguiente manera:
SiO2 CaO + 3,5 H2O = SiO2 CaO 2,5 H2O + Ca(OH)2
Luego el aluminato tricálcico reacciona muy rápidamente con el agua en
presencia del Ca(OH)2 producido en la hidratación de los silicatos, formándo
cristales hexagonales en forma de placas. Si se amasa en consistencia plástica, se
eleva tanto la temperatura que se deseca la masa, lo que se refleja:
Al2O3 3 CaO + CaO + 12 H2O = Al2O3 4 CaO 12 H2O
El ferroaluminato tetracálcico reacciona como el aluminato tricálcico, para
formar plaquitas hexagonales de aluminio tricálcico cristalizado y ferrito
monocálcico hidratado amorfo, que expresado químicamente es:
Fe2O3 Al2O3 4 CaO + H2O = Al2O3 3 CaO 5 H2O + Fe2O3 CaO 6 H2O
Finalmente el sulfoaluminato cálcico o sal de CANDLOT se produce al
reaccionar el sulfato cálcico sobre el aluminato cálcico; cristaliza en el sistema
hexagonal:
3SO4Ca 2 H2O + Al2O3 3 CaO 6 H2O = 3SO4Ca Al2O3 3 CaO 30 H2O
Falso fraguado
Se observa al amasar el cemento con agua, que el material adquiere
consistencia, parece fraguar, y si se prosigue el amasado sin agregar más agua, se
deshace aquella consistencia y fragua normalmente. Es debido a la deshidratación
total o parcial del yeso al moler el clinquer, en las que se alcanzan temperaturas de
150 °C. No hay desprendimiento de calor, diferenciándolo, por lo tanto, del
CAPÍTULO II
61
fraguado relámpago de los cementos mal retardados. Se observa más en los
clinquers poco o muy cocidos, atribuyéndose, a que la cal libre contribuye a la
deshidratación del yeso. Otra causa puede ser la carbonatación de los álcalis del
cemento durante el ensilado en atmósfera húmeda que, al reaccionar con el
hidróxido cálcico liberado en la hidrólisis del silicato tricálcico, precipita
carbonato cálcico.
Retracción
Se entiende por retracción a las deformaciones o cambios de volumen que
se generan en el concreto, esta disminución o encogimiento será mayor cuanto
más desecante sea el ambiente.
La retracción que continúa durante varios meses a tasas cada vez menores,
puede ser una propiedad perjudicial en varios aspectos que dependen de la
configuración del elemento. Cuando no se controla de manera adecuada puede
causar grietas poco agradables a la vista y usualmente perjudiciales.
Módulo de Elasticidad
Denotado por medio del símbolo E, se puede definir como la relación del
esfuerzo normal y la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de
compresión por debajo del límite de proporcionalidad de un material. Para
concretos de peso normal, E fluctúa entre 140600 y 422000 Kg/cm2 y se puede
aproximas como:
√
El concreto no es un material verdaderamente elástico, pero, el concreto
que ha endurecido completamente y se ha cargado en forma moderada tiene una
curva de esfuerzo de compresión-deformación que en esencia, es una recta dentro
del rango de los esfuerzos usuales de trabajo.
CAPÍTULO II
62
Relación o módulo de Poisson
La relación de la deformación lateral a la deformación longitudinal, dentro
del rango elástico para muestras cargadas axialmente se llama Relación de
Poisson. Los valores de la relación de Poisson se requieren para el análisis
estructural y para el diseño de muchos tipos de estructuras. La mayor parte de los
valores de la Relación de Poisson que se han dado a conocer hasta un
envejecimiento de 50 años, caen dentro del rango de 0,15 a 0,25. A falta de datos
experimentales, se puede utilizar un valor de 0,20.
PROPIEDADES DEL CONCRETO BAJO CARGAS DINÁMICAS:
En general las propiedades mecánicas de los materiales estructurales
mejora cuando aumenta la rapidez de aplicación de la carga. No obstante el
módulo de elasticidad en el intervalo elástico no cambia. Para el concreto la
resistencia dinámica última en compresión puede ser mucho mayor que la
resistencia estática.
Bajo muchas repeticiones de carga un elemento o una conexión entre
elementos puede fallar por “fatiga”, con un esfuerzo menor que el límite de
fluencia del material. En general hay muy poca fluencia aparente al inicio de una
falla por fatiga. Se forma una grieta en el punto de alta concentración de
esfuerzos; cuando se repite el esfuerzo, la grieta se extiende poco a poco hasta que
se fractura el elemento sin que haya habido fluencia o cedencia mensurables.
Aunque el material pueda ser dúctil, la fractura parece ser frágil.
Fatiga del concreto
Algunos materiales tienen lo que se conoce como límite a la fatiga, que es
el esfuerzo unitario máximo que se puede repetir un número indefinido de veces,
en un rango definido, sin ocasionar daños estructurales. Cuando el concreto está
sometido a cargas fluctuantes en lugar de cargas sostenidas, su resistencia a la
fatiga es considerablemente menor que su resistencia estática. Cuando en
concretos simples se introducen esfuerzos cíclicos de compresión, variando desde
CAPÍTULO II
63
cero, hasta el máximo esfuerzo, el límite de fatiga está entre el 50 y el 60% de la
resistencia a la compresión estática.
Mejora de la resistencia a la fatiga del concreto
El diseño de miembros para que resistan las cargas repetidas no puede
efectuar con certeza, con la que se diseñan los miembros sometidos a cargas
estáticas. A continuación se muestras algunas recomendaciones para mejorar la
resistencia a la fatiga ó reducir la magnitud de una concentración de esfuerzos por
debajo de un valor mínimo que cause una falla por fatiga:
1. Evitar detalles de diseño que ocasionen concentraciones severas de
esfuerzos o distribuciones pobres de los mismos.
2. Proporcionar cambios graduales en las secciones.
3. Eliminar esquinas y ranuras agudas.
4. No usar detalles que generen restricciones muy localizadas.
5. Localizar los elevadores de esfuerzos inevitables en puntos cuyas
condiciones de fatiga sean menos severas.
6. Diseñar las estructuras con trayectorias múltiples de carga o
miembros redundantes, de manera que una grieta por fatiga en
cualquiera de los miembros primarios no cause el colapso de la
estructura entera.
Tabla N° 11.
Variables que intervienen en el concreto
VARIABLES CONCEPTUALIZACIÓN INDICADORES TRATAMIENTO
DE LAS
VARIABLES EN
FUNCIÓN DE
LOS OBJETIVOS
MATERIALES
Granulometría de
los Agregados o
Áridos
La granulometría es la
distribución de los tamaños
de las partículas de un
agregado tal como se
Porcentaje de
acumulado que
pasa por el tamiz
Comparativo-
medición
CAPÍTULO II
64
determina por análisis de
tamices (norma ASTM C
136). El tamaño de partícula
del agregado se determina
por medio de tamices de
malla de alambre aberturas
cuadradas. Los siete tamices
estándar ASTM C 33 para
agregado fino tiene
aberturas que varían desde
la malla No.100(150
micras) hasta 9.52 Mm. A
mayor tamaño del agregado
mayor resistencia del
concreto para una cantidad
fija de cemento. Se analiza
porque contribuye a
determinar las propiedades
de los elementos que
intervienen en la mezcla
PUREZA DE LOS
AGREGADOS
Existen diversos materiales
que con cierta frecuencia
acompañan a los agregados,
y cuya presencia es
inconveniente por los
efectos adversos que
producen en el concreto.
Entredichos materiales
contaminantes, los más
comunes son los finos
indeseables (limo y arcilla),
la materia orgánica, el
carbón y el lignito, las
partículas ligeras y los
terrones de arcilla y otras
partículas desmenuzables.
Para los agregados
finos, ensayo de
colometría. Para
los agregados
gruesos porcentaje
máximo de la
muestra total por
peso
Comparativo-
medición
Continuación tabla 11
CAPÍTULO II
65
Se analiza porque se
debe identificar el grado de
contaminación que hay
en cada elemento
CEMENTO El cemento es uno de los
ingredientes que se usan en
el concreto. Sus primeros
usos datan de los inicios de
1800 y, desde entonces, el
cemento Pórtland se ha
convertido en el cemento
más usado en el mundo. Su
inventor le dio ese nombre
porque el concreto ya
curado es del mismo color
que una piedra caliza que se
obtiene cerca de Pórtland,
Inglaterra. Este tipo de
cemento es una mezcla de
caliza quemada, hierro,
sílice y alúmina, y las
fuentes más comunes donde
se pueden obtener estos
materiales son el barro, la
piedra caliza, esquisto y
mineral de hierro. Esta
mezcla se mete a un horno
de secar y se pulveriza hasta
convertirlo en un fino
polvo, se empaca y se pone
a la venta. Existen cinco
tipos de cemento Pórtland,
cada uno con características
físicas y químicas
diferentes. Se
analiza porque se debe
Uniformidad en el
tipo de cemento
Evaluativo
Continuación Tabla 11
CAPÍTULO II
66
establecer las
características, sus
propiedades y formas de
mezclarlo con los elementos
en la identificación de la
mezcla de alta resistencia
superior o iguala 42 M
AGUA Como componente del
concreto convencional, el
agua suele representar
aproximadamente entr el O
y 25 por ciento del volumen
del concreto recién
mezclado, dependiendo del
tamaño máximo de
agregado que se utilice y
del revenimiento que se
requiera. Esto le concede
una influencia importante a
la calidad del aguade
mezclado en el
comportamiento y las
propiedades del concreto,
pues cualquier sustancia
dañina que contenga, aún en
proporciones reducidas,
puede tener efectos
adversos significativos en el
concreto Se analiza porque
permite homogeneizar los
tipos de mezclas
Porcentaje de
pureza
Comparativo-
medición
MANEJABILIDAD
DEL CONCRETO
Propiedad del concreto que
se refiere a la facilidad con
que este puede ser
mezclado. Se analiza por
que permite la disolución de
Prueba de slump o
asentamiento
Medición
Continuación Tabla IX
Continuación Tabla 11
CAPÍTULO II
67
materiales con el cemento
DURABILIDAD Capacidad de soportar
agentes exteriores que
puedan privarlo de su
capacidad de servicio, como
congelación, deshielo,
sustancias químicas,
ambiente marino, etc. Se
analiza por que identifica la
estabilidad de la mezcla de
alta resistencia
Porcentaje de
absorción agua-
cemento
Medición
Fuente: Propia.
DURABILIDAD DEL CONCRETO ARMADO
Durabilidad
Habilidad del concreto para resistir la acción continua de agentes
destructivos ambientales, ataques químicos, abrasión y otras condiciones de
servicio, antes que termine su vida útil y sin intervención. (Manual del Concreto
fresco, 1996)
La durabilidad, del latín, Durabilis, indica la permanencia, persistencia y
estabilidad de algo durante el tiempo.
El concreto, y su durabilidad a través de la vida de una estructura es una de
las propiedades más importantes, dado que es esencial que la construcción sea
capaz de resistir el tiempo necesario, a las condiciones físicas y químicas para las
cuales fue diseñada, y que podrían llegar a provocar su degradación como
consecuencia de estos efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas
en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una
estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar
consecuentemente sobre cada una de las fases del proyecto, ejecución y puesta en
uso de la estructura.
Continuación Tabla 11
CAPÍTULO II
68
El comité 201 del ACI define la durabilidad del concreto de cemento
Portland, como: “La capacidad para resistir a la acción del tiempo, los ataques
químicos, la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro, es decir, el concreto
durable retendrá su forma original, su calidad y su servicio, cuando se exponga a
su medio ambiente”.
Influencia del medio ambiente sobre la durabilidad
Un concreto durable debe mantener su forma original, calidad y
serviciabilidad al ser expuesto al medio ambiente. Es claro que la durabilidad de
un elemento de concreto depende de sus propiedades y de las prácticas de puesta
en obra, pero también es función de las condiciones que lo rodean y por esto es
importante estudiar muy bien el medio ambiente y las características de servicio a
las que estará sometido para diseñar una mezcla adecuada y económica que
presente un buen comportamiento.
Las condiciones medioambientales que afectan la durabilidad del concreto
pueden ser de origen químico y físico:
1. Ataque químico: Ataque por ácidos, ataque por sulfatos, reacción
álcali-agregados, carbonatación del cemento, corrosión del acero y
efecto de la disolución de hidróxido de calcio.
2. Ataque físico: Congelación y deshielo, humedecimiento y secado,
fuego, cambios de temperatura y abrasión.
DISEÑO DE MEZCLA Y DOSIFICACION PARA CONCRETO:
Mortero
El mortero es una mezcla de cemento, arena y agua con proporciones
técnicamente controladas con propiedades de adherencia, cohesividad, fluidez y
textura en estado fresco y resistencias mecánicas en estado endurecido (Manual
del Concreto fresco, 1996).
Esta argamasa o mezcla de pasta de cemento y agregado fino, es la que en
el concreto fresco ocupa los vacíos entre las partículas del agregado grueso.
CAPÍTULO II
69
Diseño de mezcla
Es la selección de las proporciones de los materiales integrantes de la
unidad cubica de concreto, puede ser definida también como el proceso
de selección de los ingredientes más adecuados y de la combinación más
conveniente, con la finalidad de obtener un producto que en el estado no
endurecido tenga la trabajabilidad y consistencia adecuados y que endurecido
cumpla con los requisitos establecidos por el diseñador indicados en los planos
y/o las especificaciones de la obra.
Viene a ser más que nada la elección de proporciones adecuadas para
preparar concreto teniendo en cuenta a la clase de estructura de la que va a formar
parte, y las condiciones ambientales a las que estará expuesto. Los elementos que
intervienen en la elaboración de una mezcla son: Cemento, agua, arena, grava,
aditivo (en algunos casos cuando es requerido).
Dosificación
La dosificación de un concreto tiene por objeto determinar las
proporciones (cantidad, ya sea en peso o en volumen) en que hay que mezclar los
distintos componentes del mismo, para obtener mezclas y hormigones que reúnan
las características y propiedades exigidas dentro de un proyecto, entre ellas
podemos nombrar:
1. Resultados económicos, no solo respecto al costo inicial, sino
durante la vida útil, hasta su servicio final.
2. Trabajabilidad adecuada, para poder dar lugar a un vaciado
satisfactorio en las condiciones de trabajo.
3. Resistencia suficiente para soportar cargas de diseño.
4. Durabilidad, para permitir un servicio satisfactorio en las
condiciones esperadas de exposición durante su vida útil.
CAPÍTULO II
70
Cada una de las anteriores requiere variaciones en la dosificación y como
consecuencia, en la mayor parte de la mezcla de concreto, se busca un balance en
las proporciones para satisfacer todas en cierta medida.
La mejor forma de dosificar un concreto es dando las cantidades de cada
material en peso, debido a que si se hace en volumen, existe la incertidumbre de
no conocer cuánto volumen ocupa en realidad el material dentro del envase que lo
contiene y la susceptibilidad de la arena como agregado fino a sufrir grandes
cambios de volumen.
Los datos iniciales necesarios, y con los que se debe contar para
determinar las cantidades necesarias de agua, cemento y agregados (fino y
grueso), para obtener el concreto deseado al más bajo costo posible, son:
1. Resistencia a una edad especificada según el tipo de obra.
2. Consistencia requerida según las condiciones de puesta en obra y
el tipo de compactación.
3. Tamaño máximo del agregado grueso.
4. Granulometría y módulos de finuras de los agregados.
5. Condiciones de exposición a la que va a estar expuesta la
estructura.
Consideraciones para determinar las proporciones de los materiales
Cemento: Según sus características variará la capacidad de desarrollo de
la resistencia. A mayor cantidad de cemento, aumenta la resistencia, pero
también el calor de hidratación y los costos, es por ello que se este se debe
mantener entre los límites de un mínimo necesario, así como de un
máximo.
Agua: La cantidad de agua debe ser solamente la necesaria para alcanzar
la trabajabilidad requerida. Ya que el exceso, al evaporarse dejará una red
capilar que afectará tanto la resistencia como la durabilidad del concreto.
CAPÍTULO II
71
Agregados: Cuanto mayor sea el tamaño del árido, menos agua se
necesitará para conseguir la consistencia deseada. Como consecuencia
podrá reducirse la cantidad de cemento. Por otra parte, tamaños superiores
a 40 mm no siempre conducen en mejoras a la resistencia, porque con
agregados muy gruesos disminuye en exceso la superficie adherente y se
crean discontinuidades importantes dentro de la masa, especialmente si
esta es rica en cemento.
Tabla N° 12.
Relación de los principales factores en la Trabajabilidad y Resistencia del
concreto.
CUANDO EXISTE
UN AUMENTO DE:
LA
TRABAJABILIDAD:
LA RESISTENCIA:
La cantidad de
cemento
Disminuye Aumenta
La cantidad de agua Aumenta Disminuye
La finura de la arena Aumenta Disminuye
El tamaño máximo del
agregado grueso
Disminuye Aumenta
El contenido del aire Aumenta Disminuye
Fuente: Guía práctica para el diseño de mezclas de hormigón. (2000)
Giraldo Bolívar, Orlando. Universidad Nacional de Colombia-Medellín.
MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO:
La versatilidad de construcción en concreto armado y las crecientes exigencias
técnicas especificadas para este material llevaron a diversos investigadores a
conjugar investigación, experiencia y empirismo en la búsqueda de un método
para encontrar la dosificación de materiales que garanticen la obtención de un
concreto con las características que más se ajusten a la necesidad que se tuvieran
en cada caso. Es por ello que han surgido varios métodos, cada uno especial para
CAPÍTULO II
72
optimizar unas variables en particular y obtener concretos especiales, llamados:
normal, seco, pesado, liviano, de alta resistencia, autonivelante, de fraguado
rápido, con adiciones, con aditivos y de alto desempeño.
A continuación se describen 4 de los métodos existentes, que en el Capítulo III
se desarrollarán y realizarán los cálculos oportunos para la selección del método
más adecuado con el fin de realizar los ensayos y pruebas correspondientes:
1. Método del ACI diseño de mezcla para concreto convencional:
En este manual se describe el método utilizado es el del Instituto Americano
del Concreto (ACI), este se basa en los cálculos de los volúmenes absolutos
ocupados por los ingredientes del concreto, estableciendo la resistencia buscada
para el mismo, fijando la relación A/C, tal que asegure la durabilidad y la
resistencia del concreto. Pasos a seguir:
1. Selección del asentamiento de diseño
2. Selección del tamaño máximo nominal del agregado
3. Estimación del contenido de agua y aire
4. Determinación de la resistencia de diseño
5. Selección de la Relación Agua/cemento.
6. Calculo del contenido de cemento
7. Estimación de la cantidad de agregado grueso
8. Estimación del agregado fino.
9. Calculo de proporciones iniciales
10. Ajuste por humedad de los agregados
11. Ajustes a las mezclas de prueba
Para la ejecución del diseño de mezcla se debe verificar que los materiales a
utilizar cumplan las reglamentaciones estipuladas y se debe poseer la siguiente
información:
a) Datos de los materiales
Granulometría.
CAPÍTULO II
73
Módulo de finura de la arena. Tamaño máximo nominal de la grava.
Densidad aparente de la grava y la arena.
Máximo porcentaje de absorción de la grava y la arena.
Masa unitaria compacta de la grava.
Masa unitaria suelta y seca de la grava y la arena.
Humedad de los agregados en el momento de efectuar las mezclas de
prueba.
Densidad y masa unitaria suelta y seca del cemento.
b) Datos de la obra
F´c.
Asentamiento.
Separación barras de refuerzo.
Dimensiones de la formaleta.
Coeficiente de variación según datos tomados en obra.
Determinación de Ambientes agresivos en caso de existir
Procedimiento para obtener las proporciones óptimas de la mezcla de
concreto método del ACI diseño de mezcla para concreto convencional:
Paso 1. Selección del asentamiento:
De acuerdo a la siguiente tabla:
Tabla N° 13.
Asentamientos para concretos
ASENTAMIENTOS RECOMENDADOS PARA CONCRETOS DE
DIFERENTES GRADOS DE MANEJABILIDAD
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO (cm)
Muy seca 0-2.0
Seca 2.0-3.5
CAPÍTULO II
74
Semi seca 3.5-5.0
Media 5.0-10.0
Húmeda 10.0-15.0
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
Paso 2. Selección del tamaño máximo de agregado:
Tabla N° 14.
Tamaños máximos de agregados según el tipo de construcción
TAMAÑO MÁXIMO EN PULGADAS (mm)
DIMENSIÓN
MÍMINA DE
LA SECCIÓN
(cm)
MUROS
REFORZADOS,
VIGAS Y
COLUMNAS
MUROS SIN
REFORZAR
LOSAS MUY
REFORZADAS
LOSAS SIN
REFUERZO O
POCO
REFORZADAS
6-15 ½´´ (12) -
¾´´(19)
¾´´ (19) ¾´´ (19) -
1´´(25)
¾´´(19) -
1½´´(38)
19-29 ¾´´(19) -
1½´´(38)
1½´´ (38) 1½´´ (38) 1½´´(38) -
3´´(76)
30-74 1½´´ (38) -
3´´(76)
3´´ (76) 1½´´(38) -
3´´(76)
3´´ (76)
75 o más 1½´´(38) -
3´´(76)
6´´ (152) 1½´´(38) -
3´´(76)
3´´(76) -
6´´(152)
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
Continuación Tabla 13
CAPÍTULO II
75
Paso 3. Estimación de los contenidos de agua y aire:
La cantidad de agua que se requiere para producir un asentamiento dado,
depende del tamaño máximo de agregado, de la forma de las partículas y
gradación de los agregados y de la cantidad de aire incluido. La tabla siguiente
proporciona estimaciones de la cantidad de agua requerida en la mezcla de
concreto en función del tamaño máximo de agregado y del asentamiento con aire
incluido y sin él. De acuerdo con el asentamiento de la mezcla seleccionada en el
paso 1 y el tamaño máximo de agregado, obtenemos la cantidad de agua por m³ de
concreto.
Tabla N° 15.
Cantidad de agua para concretos.
AGUA EN KILOGRAMOS POR METRO CÚBICO DE CONCRETO PARA LOS
TAMAÑOS DEAGREGADO INDICADOS
CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO
ASENTAMIENTO
(cm)
10mm 13mm 20mm 25mm 40mm 50mm 75mm
3 a 5 205 200 185 180 160 155 145
8 a 10 225 215 200 195 175 170 180
15 a 18 240 230 210 205 185 180 170
Contenido de aire
por ciento
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3
CONCRETO CON AIRE INCLUIDO
ASENTAMIENTO
(cm)
10mm 13mm 20mm 25mm 40mm 50mm 75mm
3 a 5 180 175 165 160 145 140 135
8 a 10 200 190 180 175 165 155 150
15 a 18 215 205 190 185 170 165 160
Contenido de aire
por ciento
8 7 6 5 4.5 4 3.5
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
CAPÍTULO II
76
Paso 4. Determinación de la resistencia de diseño:
Se debe determinar la resistencia de diseño de la mezcla f´cr, conociendo
f´c (resistencia dada en los planos estructurales) y conociendo el coeficiente de
variación (V) o la variación estándar (Dn).
Según la NSR 89 determina unos Valores de f́ cr cuando se desconozca Dn.
Dn: Desviación típica obtenida de pruebas de resistencia con cilindros fabricados en condiciones
similares y con los mismos materiales.
f́ c menor o igual a 21Mpa…………………………f́ cr = f́ c +7.0 Mpa.
f́ c entre 21y 35 Mpa……………………………...f́ cr=f́ c + 8.5 Mpa.
f́ c mayor a 35Mpa………………………………...f́ cr=f́ c +10.0 Mpa.
En el caso que se conozca Dn f´cr = f´c + 2.33 Dn - 3.50 (Mpa)
f´cr = f´c + 1 . 34 Dn (Mpa)
Paso 5. Selección de la relación Agua/Cemento (A/C):
La relación Agua/Cemento requerida se determina según la curva de
Solingral promedio, conociendo f´cr:
Figura N° 9. Resistencia a la compresión en función de la relación Agua/Cemento
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
CAPÍTULO II
77
Paso 6. Cálculo del contenido de cemento:
La cantidad de cemento por unidad de volumen de concreto se obtiene de
las determinaciones hechas en los numerales 3 y 5: el contenido de cemento
requerido es igual al contenido estimado de agua en la mezcla (3), dividido por la
relación Agua/Cemento (5).Contenido de cemento C= A/(A/C).
Paso 7. Estimación del contenido de agregado grueso:
Se determina primero el volumen seco y compactado de agregado grueso
por volumen unitario de concreto (b/bo) de la tabla:
Tabla N° 16.
Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto
Tamaño
máximo de
agregado, mm
Volumen de agregado grueso, seco y compactado, para
diferentes módulos de finura.
2.60 2.8 3.00 3.11 3.20
10 0.48 0.46 0.44 0.43 0.42
13 0.57 0.55 0.53 0.52 0.51
20 0.64 0.62 0.60 0.59 0.58
25 0.69 0.67 0.65 0.64 0.63
40 0.73 0.71 0.69 0.68 0.67
50 0.76 0.74 0.72 0.71 0.70
75 0.79 0.77 0.75 0.74 0.73
150 0.85 0.83 0.81 0.80 0.79
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
El volumen de agregado grueso por metro cúbico de concreto será
entonces, según la fórmula b= (b/bo) * bo
Dónde: bo= relación entre la la masa unitaria seca y compactada y la densidad
aparente seca del agregado grueso.
CAPÍTULO II
78
Paso 8. Estimación del contenido del agregado fino:
Al terminar el paso anterior, todos los ingredientes del concreto están
estimados, a excepción del agregado fino. El contenido de agregado fino
se expresa en porcentaje con respecto al volumen total de agregados: p = ((CK-
1000*b) / CK)*100; en donde: p: % de agregado fino, CK: 1000-0.318*C-A:
Volumen total de agregados
Paso 9. Cálculo de las proporciones iniciales:
El método que utilizamos para expresar las proporciones de la mezcla de
concreto, es el de indicarlas en forma de relaciones por peso de cemento, agregado
fino y agregado grueso, tomando como unidad el cemento. Además de lo anterior,
se considera conveniente colocar antes de la unidad, la proporción de agua, o sea
la relación agua/cemento. A continuación aparecen las formulas para calcular las
proporciones:
A/C ; 1 : f : gf = ((K*p) / 100 ) *G
f : Proporción de agregado fino
g = ((K* (100 ± p)) / 100) *G
g : Proporción de agregado grueso
Donde: K: (1000 / C) ± 0.318 ± A/C,A/C: relación agua/cemento
Gf: densidad aparente seca del agregado fino
Gg: densidad aparente seca del agregado grueso
Paso 10. Ajuste por humedad de los agregados:
Para la primera mezcla de prueba (chequeo del asentamiento) se utilizaran
4 Kg. de cemento y se deben determinar las humedades de la arena y el agregado
grueso para tenerlas en cuenta en la corrección del agua a agregar.
Paso 11. Ajuste por asentamiento:
Al preparar la primera mezcla si el asentamiento difiere de lo calculado en
el paso 3, es necesario, calcular los contenidos ajustados de cemento y arena y las
proporciones ajustadas de la mezcla.
CAPÍTULO II
79
Contenido de cemento ajustado (Caj):
Caj= (A/C)/(A/C)*((1000)/ ((1000/C) + (A/C)¹ - (A/C)))
Dónde:
(A/C): Relación agua/cemento obtenida en el paso 5.
(A/C)¹: Relación agua/cemento utilizada para la obtención del asentamiento
requerido.
Porcentaje de arena ajustado (paj):
Paj= p + Δp
Dónde: Δp= (1- (CK / (Caj * Kaj))) * (100 ± p)
Kaj= (1000 / Caj) ± 0.318 ± A/C
Proporciones ajustadas: A/C; 1 : faj : gajfaj= (Kaj * paj) / 100 ) *G
fgaj= (Kaj * (100 - paj) / 100 ) *Gg
2. Método del ACI diseño de mezcla para concreto seco:
Este es un método que complementa al método anteriormente expuesto,
mediante el cual se pueden dosificar concretos con consistencias muy bajas
(asentamiento del cono de Abrams inferiores a 25 mm) especialmente útil en el
diseño de estructuras prefabricadas y/o pretensadas. Se define la cantidad de agua
necesaria según la consistencia que se desee del concreto y en función del tamaño
máximo del agregado grueso. Las cantidades de agua pueden varias si la forma y
la granulometría no son las adecuadas, en el caso de que las cantidades de agua
sean mayores que las indicadas en el proyecto, se debe aumentar la cantidad de
cemento para mantener constante la relación A/C, y en caso tal que se necesite
menos agua no se disminuirá la cantidad de cemento predefinida. Asimismo el
tamaño máximo del agregado grueso dependerá de la dimensión mínima de la
sección, de la separación entre las barras del armado, cables o vainas de
pretensado, entre otros condicionantes, debiendo emplearse el tamaño mayor
compatible con dichos requerimientos.
3. Método de Füller:
Este método es uno de los más clásicos, su aplicación está dirigida
principalmente a diseños de concretos en los que el tamaño máximo del agregado
CAPÍTULO II
80
grueso se encuentra comprendido entre 50±20 mm, los áridos son rodados, no
existen secciones fuertemente armadas y la cantidad de cemento por m3 es
superior a los 300 kg/m3.
Para la aplicación del método se considera como tamaño máximo del árido la
abertura del menor tamiz que retiene menos del 25% (ó pasa más del 7%) al cribar
por él, solo el árido de mayor tamaño (la grava) excluyéndose de esta
determinación los grandes cantos de tamaños anormales.
La cantidad de cemento a introducir en el diseño de la mezcla será la real que
se vaya a emplear en la fabricación del concreto. De igual forma la cantidad de
agua dependerá de la tipología del árido utilizado, de su tamaño máximo y de la
consistencia que deba tener el concreto. Si el concreto debe ser bombeable o se
debe colocar en secciones estrechas es conveniente emplear una consistencia
blanda; si el concreto se va a consolidar por vibración energética puede emplearse
consistencia seca. La cantidad de agua viene determinada por los parámetros
especificados en las siguientes tablas:
Tabla N° 17.
Asientos en cono de Abrams correspondientes a diferentes consistencias.
CONSISTENCIA CONO DE ABRAMS
(cm)
TOLERANCIA
Seca
Plástica
Blanda
Fluida
Líquida
0 – 2
3 – 5
6 – 9
10 – 15
16 - 20
+ 1
± 1
± 2
± 3
± 4
Fuente: Instrucción de Hormigón estructural, Consistencias y valores límites
del cono de Abrams. EHE (2008). Madrid-España.
Cantidad de agua requerida en dm3 por m
3 de mezcla para áridos con
granulometría media, en función de la tipología del árido y su tamaño máximo en
CAPÍTULO II
81
mezclas con una relación A/C de 0,57 en peso y con un asiento de 76 mm en el
cono de Abrams:
Tabla N° 18.
Cantidad de agua requerida en función de la tipología y el tamaño máximo
de los áridos utilizados.
TAMAÑO MÁXIMO
DEL ÁRIDO
ÁRIDO RODADO ÁRIDO
MACHACADO
12,7
19,1
25,4
38,1
50,8
76,2
199
184
178
166
157
148
214
199
193
181
172
163
Fuente: Hormigón. (2007) Fernández Cánovas, M. Colegio de Ingenieros de
caminos, canales y puertos. Servicio de Publicaciones-Colección Escuelas. 8va
Edición. Madrid-España.
Si las condiciones anteriores varían según sea el parámetro, se modifican
los valores de la Tabla XVIII, siendo necesario efectuar unos cambios. En la tabla
que se presenta a continuación se muestran los cambios a efectuarse, en ella, el
signo + indica aumento y el signo – indica una disminución, dependiendo de los
cambios de las condiciones definidas en la primera columna:
Tabla N° 19.
Modificaciones sobre el contenido de agua.
CAMBIO DE CONDICIÓN MODIFICACIONES EN LA
CANTIDAD DE AGUA
Por cada 25 mm de aumento o
disminución del asiento.
± 3 por cada 100
CAPÍTULO II
82
Arenas artificiales con cantos vivos.
Hormigones poco trabajables.
+ 6,8 litros
- 3,6 litros
Fuente: Hormigón. (2007) Fernández Cánovas, M. Colegio de Ingenieros de
caminos, canales y puertos. Servicio de Publicaciones-Colección Escuelas. 8va
Edición. Madrid-España.
En el método de Fuller, la curva granulométrica de referencia para obtener
una buena compacidad y docilidad, es la denominada Parábola de Gessner, que
viene definida por la ecuación:
√
Dónde:
y = Tanto % en volumen que pasa por cada tamiz de abertura d.
d = Abertura en mm de cada uno de los tamices de la serie empleada.
D = Tamaño máximo de árido en mm.
Posteriormente se calcula el llamado módulo granulométrico o de finura de
cada fracción mi, que es la suma de los % de retenidos acumulados en los tamices
de la serie utilizada, dividido entre 100:
El paso a seguir es el ajuste granulométrico de la mezcla de los diferentes
áridos de la curva Fuller, para ello puede emplearse el sistema de tanteos o uno
basado en los módulos granulométricos:
El sistema de tanteos consiste en un procedimiento gráfico con el
propósito de conseguir que el árido resultante se adapte lo máximo posible
a la curva teórica, así pues deben realizarse tanteos hasta que las áreas por
encima y por debajo de la curva de referencia queden compensadas.
Continuación Tabla 19
CAPÍTULO II
83
El sistema basado en los módulos granulométricos es más exacto que el
sistema de tanteos, en él se considera que el árido está fraccionado en n
tamaños, siendo m1, m2,…,mn los módulos granulométricos de cada
fracción, y mt2, mt3,…, mtn los módulos granulométricos de las curvas de
Fuller cuyos tamaños máximos coinciden con los de las fracciones 2, 3,…,
n, siendo t1, t2,…,tn los porcentajes que hay que tomar para que la
granulometría de la mezcla se ajuste a la curva de referencia, se tendrá el
siguiente sistema de ecuaciones con n incógnitas:
t1+t2+…+tn=100
En el caso de emplear dos fracciones de árido para la resolución del
sistema anterior, tenemos:
t2 = 100 – t1
Si las fracciones son tres, se tiene:
CAPÍTULO II
84
Dónde:
Una vez encontrada la proporción en la que hay que mezclar las distintas
fracciones de los agregados, de 1,025 m3, se resta el volumen relativo del cemento
más el del agua, necesarios para obtener la consistencia buscada y el volumen
resultante se divide proporcionalmente entre los porcentajes obtenidos de la
mezcla de los agregados. Se utiliza la cifra 1,025 como una aproximación
empírica que tiene en cuenta la retracción que sufrirá el concreto. La pasta
hidratada ocupa un volumen menor que la suma de agua más cemento antes de
hidratarse, debido a las pérdidas de agua del concreto antes del fraguado, entre
otras causas.
4. Método de Bolomey:
Este método puede ser considerado como un perfeccionamiento del método
Fuller, los datos para efectuar la dosificación por este método suelen ser los
mismos que los utilizados por el método Fuller.
Para la determinación del tamaño máximo del árido se sigue el mismo criterio
utilizado en el método anterior. La cantidad de agua necesaria por m3 de concreto
dependerá de la tipología del árido utilizado, de su tamaño máximo y de la
consistencia que deba presentar el mismo. El siguiente paso es determinar en qué
proporción se mezclan las distintas fracciones de los agregados, es en este punto
donde se aportan modificaciones respecto al método anterior, pues Bolomey
utiliza una curva de referencia de granulometría variable en función de la
consistencia deseada en el concreto y en la forma de los agregados (teniendo en
cuenta el tamaño máximo del agregado grueso al igual que en el método de
Fuller). Dicha curva viene definida por la siguiente ecuación:
CAPÍTULO II
85
√
Dónde:
y = Tanto % en volumen que pasa por cada tamiz de abertura d.
d = Abertura en mm de cada uno de los tamices de la serie empleada.
D = Tamaño máximo de árido en mm.
A = Parámetro que toma distintos valores en función del tipo de agregado
y de la consistencia del concreto. Dichos valores se presentan en la tabla a
continuación:
Tabla N° 20.
Valores de “a” en función de la tipología de árido y la consistencia del
concreto.
TIPO DE ÁRIDO CONSISTENCIA DEL
CONCRETO
VALOR DE “a”
Rodado Seca-Plástica
Blanda
Fluida
10
11
12
Machacado Seca-Plástica
Blanda
Fluida
12
13
14
Fuente: Dosificación Ponderal para Hormigones de alta y baja densidad.
(2011) Correa Camargo, Diana. Escola Técnica Superior d´Enginyers de
Camins, Canais i Ports de Barcelona-Universitat Politécnica de Catalunya.
Para realizar el ajuste granulométrico de la mezcla de los áridos a la curva
tomada como referencia, tal como en el método Fuller se puede emplear un
sistema de tanteos o bien uno teórico basado en los módulos granulométricos. Al
igual que en el método Fuller, el segundo brinda una mayor exactitud, para dicho
sistema se considera el porcentaje de cemento que entra en la composición, y
viene dado por la siguiente ecuación:
CAPÍTULO II
86
Se considera que el módulo granulométrico es nulo. Se supone que los
agregados están fraccionados en n+1 tamaños y se designan por m0, m1, m2,…,
mn, los módulos granulométricos de cada fracción y por mt1, mt2, mt3,…, mtn, a
los módulos granulométricos de las curvas de Bolomey cuyos tamaños máximos
coinciden con las fracciones 1, 2, 3,…,n se tendrá el siguiente sistema de n+1
ecuaciones con n+1 incognitas:
t0+t1+t2+…+tn=100
Los módulos granulométricos mt1, mt2, mt3,…, mtn, no son los
correspondientes a las curvas de Bolomey, para cada tamaño máximo de la
fracción del árido considerado, sino los modificados de modo que si llamamos Cn
a la curva de Bolomey, para el tamaño máximo del árido n, la curva Cn-1 para el
árido de tamaño n-1, se deduce tomando los 100/m de las ordenadas sobre los
mismos tamaños de la curva Cn, siendo m la ordenada correspondiente al tamaño
n-1, así sucesivamente se procederá para las ordenadas de las curvas Cn-2
correspondientes al tamaño máximo del árido n-2.
Si el árido tiene dos fracciones, teniendo en cuenta el módulo
granulométrico del cemento, m0=0, se deducen estas ecuaciones:
CAPÍTULO II
87
t2 = 100 – (t0+t1)
Si las fracciones son tres, se tiene:
Dónde:
La dosificación por m3 del concreto al igual que en el método anterior se
determina sabiendo que los componentes de la pasta de concreto deben sumar
1025 dm3.
Procesos de toma de muestras y curado del concreto:
Procesos de toma de muestra.
La importancia de un buen proceso de toma demuestra radica en que si no
está bien ejecutada, se tendrán resistencias diferentes a la real que presenta la
mezcla, por lo cual se deben tomar las siguientes precauciones:
El recipiente que recibe el concreto de la mezcladora debe
estar completamente limpio y con las paredes húmedas, pero con el
cuidado de no dejar charcos en el mismo, pues altera la relación agua
cemento de la muestra.
Todos los elementos y herramientas para medir el asentamiento y fundir
los cilindros deben estar completamente limpios, sin deformaciones en las
paredes, húmedos o en el caso de los cilindros, lubricados con aceite con
el cuidado de no dejar charcos en el fondo.
CAPÍTULO II
88
Para la medición del asentamiento se procedió según la norma, la cual
indica que el cono de Abrams debe ser llenado en tres capas, cada una
debidamente compactada con 25 golpes proporcionados por una varilla de
diámetro 16 mm. y longitud 0.60 m. La medición de este asentamiento se
hace como se muestra a continuación:
Figura N° 10. Medición para determinar el asentamiento del concreto.
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
En lo que respecta a la elaboración de las muestras de los cilindros, estos
deben ser llenados en tres capas de aproximadamente 10 cm cada una, las cuales
se compactan de forma repartida con 25 incrustaciones realizadas con la varilla
del mismo tipo que la utilizada para el ensayo de asentamiento. Seguido a la
compactación de cada capa, se vibra el concreto, lo cual se logra suministrándole
unos golpes por fuera del molde a través de un martillo de caucho. El proceso de
vibrado de capa termina una vez que desaparecen los vacíos en el proceso de
compactación y se presenta la acomodación del agregado grueso, lo cual se
nota con la aparición de una capa de mortero en la superficie de cada capa. Es
muy importante el control en el proceso de vibrado durante la elaboración de las
CAPÍTULO II
89
probetas, ya que influye de gran manera en los resultados finales de las
resistencias del concreto a evaluar. Esto se debe principalmente a que un mal
vibrado genera una gran cantidad de vacíos en la mezcla, haciendo las probetas
altamente porosas y como resultado la disminución en la resistencia del concreto
endurecido.
Figura N° 11. Cilindros para ensayos de resistencia a la compresión
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de mezclas.
Una vez que los moldes son terminados, se cubren con bolsas plásticas,
con el fin de que el agua que se evaporaba durante el proceso de fraguado actúe
como agua de curado para la superficie mientras que las muestras se desencofran
y son llevadas a las piscinas para su curado definitivo.
Proceso de curado.
Transcurrido un tiempo aproximado de 24 horas después de su
elaboración, se desencofran las muestras correspondientes a los ensayos de
compresión, y se colocan en una piscina espaciosa, donde se produce el proceso
de curado definitivo hasta el día de su ensayo.
CAPÍTULO II
90
Figura N° 12. Curado de Cilindros.
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
Temperatura.
La temperatura se define como el grado de calor en los cuerpos, y es uno
de los factores externos que afecta la resistencia del concreto durante los procesos
de fraguado y curado, debido a que una elevación en la temperatura de curado
acelera las reacciones químicas de la hidratación, afectando benéficamente la
resistencia inicial del concreto, sin efectos contrarios en las resistencias
posteriores. Sin embargo un aumento en la temperatura durante la colocación y el
fraguado, aunque incrementa la resistencia a muy temprana edad, puede producir
efectos adversos en la resistencia a partir de los siete días de edad. La explicación
es que una rápida hidratación de los granos de cemento es superficial y parece
formar productos de una estructura físicamente más pobre y probablemente más
porosa.
Exigencias de resistencia del concreto.
Según la patente Dywidag para la fabricación de durmientes de concreto
postensado para vías férreas se hace necesario el uso de concretos de alta
resistencia, mediante las pruebas de calidad según DIN-1045, se debe determinar
CAPÍTULO II
91
una mezcla de concreto y una cantidad de agregado cuyos resultados deben
alcanzar con seguridad la siguiente resistencia:
Resistencia a la compresión al tiempo de aplicarse la fuerza de postensado;
Mínimo Wv = 40 N/mm2
Resistencia a la compresión después de 28 días:
Mínimo W28 = 50 N/mm2
Resistencia a la flexotracción después de 28 días:
Mínimo B7 = 5 N/mm2
Información extraída de las Instrucciones para la fabricación de
durmientes de concreto postensado Dywidag con el método de
desencofrado inmediato de Insumos Ferroviarios C.A. (INFERCA)
Resistencia a la compresión.
Esta propiedad se mide a través de la resistencia a la compresión que
presenta un cilindro concreto de 15 cm. de diámetro por 30 cm. de altura como lo
especifican las normas. Para la medición de las resistencias se definen edades de
pruebas para 3, 7 y 28 días, las cuales se realizan en una maquina universal de
ensayos, dichas maquinas tienen un periodo de calibración de 6 meses.
CAPÍTULO II
92
Figura N° 13. Ensayo de resistencia a la compresión en concreto
Fuente: Instituto Americano del Concreto. Método ACI para el diseño de
mezclas.
CAPÍTULO II
93
NEUMÁTICOS, CAUCHOS Y RASPADURA DE BANDA DE RODAMIENTO:
Neumático
Un neumático también denominado cubierta o llanta en algunas regiones,
es una pieza toroidal de caucho o tubo de goma lleno de aire que se coloca en
las ruedas de diversos vehículos y máquinas. Su función principal es permitir un
contacto adecuado por adherencia y fricción con el pavimento, posibilitando el
arranque, el frenado y la guía.
Los neumáticos generalmente tienen hilos que los refuerzan. Dependiendo
de la orientación de estos hilos, se clasifican en diagonales o radiales. Los de tipo
radial son el estándar para casi todos los automóviles modernos.
Tipos de neumáticos
Por su construcción existen tres tipos de neumáticos:
Diagonales: en su construcción las distintas capas de material se colocan de
forma diagonal, unas sobre otras.
Radiales: en esta construcción las capas de material se colocan unas sobre
otras en línea recta, sin sesgo. Este sistema permite dotar de mayor estabilidad
y resistencia a la cubierta.
Autoportantes: en esta construcción las capas de material se colocan unas
sobre otras en línea recta, sin sesgo, también en los flancos. Este sistema
permite dotar de mayor resistencia a la cubierta aunque es menos confortable
por ser más rígida, se usa en vehículos deportivos y tiene la ventaja de poder
rodar sin presión de aire a una velocidad limitada, sin perder su forma.
Igualmente y según su uso de cámara tenemos:
Neumáticos tubetype: aquellos que usan cámara y una llanta específica para
ello. No pueden montarse sin cámara. Se usan en algunos 4x4, y vehículos
agrícolas.
CAPÍTULO II
94
Neumáticos tubeless o sin cámara: estos neumáticos no emplean cámara.
Para evitar la pérdida de aire tienen una parte en el interior del neumático
llamada talón que, cómo tiene unos aros de acero en su interior, evitan que se
salga de la llanta. La llanta debe ser específica para estos neumáticos. Se
emplea prácticamente en todos los vehículos.
Caucho
El caucho es un polímero elástico y resistente; 1,4 polisopreno, polímero
del isopreno o 2 metilbutadieno. C5H8 que surge como una emulsión lechosa
(conocida como látex) en la savia de varias plantas y se extrae por incisión pero
que también puede ser producido sintéticamente.
Reciclaje de neumáticos
El reciclaje de los residuos es considerado como una tecnología limpia y
amiga de los recursos naturales. En el mundo de la tecnología, una de las
consecuencias más visibles de las llamadas crisis energéticas, fue el renacer del
interés por el reciclaje de los materiales. Así se desarrollaron técnicas especiales,
que intentaron hacer más económica la recuperación de ciertos tipos de desechos,
hasta el momento sin ningún valor. Este interés de reciclar llegó al mundo de la
construcción, y en particular el reciclaje de los neumáticos es uno de los
problemas de primer orden para el ambiente y de posible uso en la construcción
civil, como en reciclado de asfalto y hoy día en estudios de sustituciones parciales
en mezclas de concreto.
Banda de rodadura
La banda de rodadura de un neumático es aquella parte plana que entra en
contacto con la superficie. Es, por tanto, la zona que más desgaste sufre de todo el
neumático. En neumáticos comunes, el dibujo de la banda de rodadura no debe ser
inferior a los 1,6 mm de profundidad; y tampoco debe ser inferior a los 3 mm en
neumáticos de invierno.
CAPÍTULO II
95
Reencauchado
El reencauchado es el proceso de retirado de la banda de rodadura o
rodamiento remanente o gastada y aplicación de una nueva. El recauchutado
resulta económico para grandes neumáticos, puesto que su precio es muy bajo;
pero no para neumáticos pequeños, ya que el ahorro no es significativo con
respecto a un neumático nuevo, eventualmente el precio de un reencauchado de un
neumático pequeño igualaría al de uno nuevo, de ahí que no sea una práctica
común. Del proceso de reencauchado queda un residuo que para la empresa
reencauchadora es un desecho no reutilizable e inservible.
CAPÍTULO III
96
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
TIPO DE INVESTIGACIÓN
El estudio se enmarca en una investigación de tipo experimental de carácter
descriptivo, según lo establece el Manual para la Elaboración del Trabajo de Grado y
Tesis Doctoral de la UCLA, se define como:
“…la aplicación del método científico en el tratamiento de un sistema de variables
y sus relaciones, las cuales conducen al análisis de resultados, conclusiones y al
enriquecimiento de un campo del conocimiento o disciplina inherente a la
especialidad. Con la sustentación de los experimentos y observaciones realizadas y
apoyada en una investigación documental y bibliográfica…”
A partir de toda la información recopilada, se realizará un análisis sistemático y se
elaborará una propuesta teórica con sustentación técnico-experimental que estará
dirigida a la elaboración, desarrollo y evaluación de un diseño de mezcla donde se
sustituirá parte del agregado fino por raspaduras de bandas de rodamiento de
neumáticos provenientes del proceso de su renovación para ser utilizado en la
fabricación de durmientes de concreto postensado y se evaluará el comportamiento de
dicha mezcla ante las solicitaciones requeridas que deberá cumplir según las normas
Dywidag en la fabricación de durmientes de concreto armado.
CAPÍTULO III
97
POBLACIÓN Y MUESTRA
La población y muestra para el presente trabajo estará constituida por
durmientes monobloque de concreto armado postensado para vías férreas, que
cumplan con lo establecido en las instrucciones para la fabricación de durmientes de
concreto postensado dywidag con el método de desencofrado inmediato, elaborados
con materiales de buena calidad según lo establecido en la Norma Venezolana
COVENIN y con unas sustituciones parciales del agregado fino por raspadura de
banda de rodamiento de neumáticos provenientes del proceso de reencauchado, donde
se pretende evaluar su comportamiento, cumpliendo con los requerimientos
mecánicos y físicos para su puesta en uso en la vía férrea, así como con los criterios
de durabilidad y calidad de diseño de mezcla. La muestra está representada por el
100% de la población que para el caso de estudio está constituida por diseños de
mezcla elaborados con sustituciones del 0, 1, 3 y 5 % del agregado fino en base a su
peso por banda de rodadura de neumáticos.
DISEÑO Y METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
A fin de dar cumplimiento con los objetivos pautados en la presente
investigación, se procederá a la recopilación de información de las Instrucciones
para la fabricación de durmientes de concreto postensado Dywidag con el
método de desencofrado inmediato de Insumos Ferroviarios C.A. (INFERCA),
ubicada en Barquisimeto, Venezuela. Con la finalidad de generar un diseño de mezcla
que sea aplicable al diseño preestablecido por las instrucciones, a la vez que sea apto
para aportar las capacidades físicas y mecánicas, durante la vida útil para la que han
sido proyectados los durmientes en cumplimiento mínimo de los requerimientos
preestablecidos, asimismo las condiciones físicas y químicas a las que están
expuestos, y la degradación que sufren como consecuencia de efectos de las cargas y
solicitaciones del material rodante que circula por las vías férreas.
CAPÍTULO III
98
En la investigación se analizarán y evaluarán los efectos del sustituto parcial
del agregado fino por raspaduras de bandas de rodamiento de neumáticos
provenientes del proceso de rencauchado de la RENOVADORA CAUCA C.A.
ubicada en la zona industrial I en Barquisimeto, Estado Lara, Venezuela. Con la cual
se realizarán sustituciones en distintos porcentajes para una misma resistencia de
diseño, en cilindros, cubos y vigas de concreto así como en durmientes monobloque
de concreto postensado. La capacidad de obtención de este material de desecho será
accesible y es lo que permitirá su uso como sustituto parcial del agregado fino, a la
vez que se muestra como una nueva alternativa ecológica con miras a proporcionar un
aporte de merma a la contaminación ambiental producida por los desperdicios de
caucho, ya que, al ser usados, implicaría un adecuado destino final para este material
no biodegradable que representa una amenaza directa al medio ambiente.
La metodología a emplear está basada, en los ensayos de laboratorio
manejados por la Norma Venezolana COVENIN, con la que se llevará a cabo la
caracterización de los agregados (piedra, arena y banda de rodamiento de neumático)
para obtener su granulometría, la determinación de la resistencia a la abrasión del
agregado grueso mediante el ensayo de la máquina de los ángeles, así como el
módulo de finura de la raspadura de banda de rodamiento. Los ensayos cualitativos
de impurezas orgánicas, el peso unitario suelto y compacto, peso específico y
absorción del agregado fino y determinación de cloruros y sulfatos. También se
realizarán los ensayos de finura, consistencia y fraguado del cemento. Luego se
realizarán diseños de mezclas empleando el método ACI, el método de Füller y el de
Bolomey, para determinar las proporciones de los elementos componentes de la
mezcla de concreto, con un asentamiento de 0 cm y una relación inicial a/c óptima de
acuerdo a la sustitución de hasta un 5 % de la arena en base a su peso;
seleccionándose el método más idóneo, con el que se realizará el vaciado de
durmientes, y probetas (cilíndricas, cúbicas y vigas), a las cuales además se le
estudiarán las características de resistencia mecánica la compresión a los 7 y 28 días;
y a los durmientes el ensayo de flexión a los 7 días, dando cumplimiento a lo
CAPÍTULO III
99
establecido en la Norma Venezolana, así como a los ensayos establecidos en las
Instrucciones Dywidag. También se realizará el ensayo complementario de
ultrasonido.
COMBINACIONES
Se realizarán tres diseños de mezclas, con una resistencia de diseño de 560
Kg/cm2, con las que se vaciarán durmientes, cilindros, cubos y vigas con las
siguientes proporciones de sustitución parcial de banda de rodadura:
Tabla N° 21.
Porcentaje de sustituciones parciales de Banda de rodadura
TIPO DE MEZCLA % DE BANDA DE RODADURA
Patrón (empleada en INFERCA C.A.) 0
A 1
B 3
C 5
Fuente: Propia
Los cilindros serán ensayados a los 7 y 28 días y los cubos a los 7 días de edad
para determinar su resistencia a compresión, análogamente a las vigas se les realizará
el ensayo de flexión correspondiente a los 7 días; así como a los durmientes el ensayo
de flexo-tracción a los 7 días.
Se elaborarán mezclas de concretos con diferentes relaciones Agua/Cemento,
los tres diseños estarán conformados por dieciocho (18) probetas cilíndricas, doce
(12) cubos, doce (12) vigas y seis (6) durmientes para la evaluación de las
propiedades mecánicas indicadas en este capítulo.
Para cada diseño se procederá a realizar los ensayos de resistencia mecánica a
compresión en probetas cilíndricas y cubos, y el ensayo de flexión a las vigas y flexo-
CAPÍTULO III
100
tracción a durmientes, con relaciones de a/c diferentes para cada diseño de mezcla y
sustitución parcial del agregado fino en peso por banda de rodadura de 5, 3 y 1 %,
para la cual se dispondrá un total de muestras de:
Treinta y seis (36) probetas cilíndricas de 30 cm de alto y 15 cm de diámetro,
a ensayarse en tres grupos de seis (6) probetas cada uno, a los 7 y a los 28
días.
Dieciocho (18) vigas de 15 × 15 × 60 cm, a ensayarse en tres grupos de seis
(6) probetas cada uno.
Dieciocho (18) cubos de 20 cm de lado, a ensayarse en tres grupos de seis (6)
cubos cada uno.
Seis (6) durmientes monobloque, a ensayarse en tres grupos de dos (2)
durmientes cada uno.
Lo antes expuesto se muestra esquemáticamente a continuación:
Tabla N° 22.
Probetas para los ensayos de las propiedades del concreto endurecido
ENSAYO FORMA Y
DIMENSIÓN DE
LAS
PROBETAS
N° DE
PROBETAS A
ENSAYAR A
LOS 7 DÍAS
POR CADA
TIPO DE
MEZCLA
DISEÑADA
N° DE
PROBETAS A
ENSAYAR A
LOS 28 DÍAS
POR CADA
TIPO DE
MEZCLA
DISEÑADA
TOTAL DE
PROBETAS
ENSAYADAS
RESISTENCIA
A
COMPRESIÓN
Cilíndricas de
15 × 30 cm
18
18
36
CAPÍTULO III
101
RESISTENCIA
A FLEXO-
TRACCIÓN
Prismáticas de
15×15×60 cm
12
-------
12
RESISTENCIA
A
COMPRESIÓN
Cúbicas de 200
mm de lado
12
-------
12
FLEXIÓN DE
DURMIENTES
Monobloques 6 ------- 6
Fuente: Propia
MATERIALES UTILIZADOS
Los materiales a emplearse para la elaboración de los durmientes de
ferrocarriles deberán cumplir con ciertas características, en base a los requerimientos
de durabilidad.
Cemento y Agua
Se utilizará cemento Portland Tipo I Gris para todas las mezclas a realizarse;
que sea de media finura, es decir con una superficie específica de por lo menos 2700
cm2 según el método Blaine establecido en la Norma COVENIN 487-93 “Cemento
Portland. Determinación de la finura por medio del aparato de Blaine de
Permeabilidad”. El cemento es normalmente suministrado en sacos de 50 Kg., y para
su utilización no deberá presentar una edad mayor a 3 semanas ni deberá tener más de
40 °C, o haber sido depositado al aire libre. Como agua de mezclado se utilizará agua
potable, que cumpla con los límites de calidad exigidos por la Norma Venezolana
COVENIN 2385-86 “Concretos y Morteros. Agua de Mezclado. Requisitos”.
Continuación Tabla 22
CAPÍTULO III
102
Agregados
Los agregados deberán cumplir con las características establecidas en la
Norma Venezolana COVENIN, procedente del Río Sele.
Piedra triturada: Agregado grueso utilizado para realizar la mezcla de
concreto.
Arena Lavada: Agregado fino utilizado para hacer la mezcla de concreto.
Banda de Rodadura de Neumático
Utilizado como sustituto parcial del agregado fino (arena). Es un desecho de
las renovadoras en todo el país. En este caso la banda de rodadura será proporcionada
por donación proveniente de la Renovadora Cauca C.A. ubicada en la zona industrial
I en Barquisimeto, Estado Lara, Venezuela.
ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS:
Se realizarán los ensayos de laboratorio, con la finalidad de obtener la
caracterización del agregado grueso y fino proveniente del Río Sele, para el diseño de
la mezcla y posterior elaboración de los cilindros, cubos, vigas y durmientes; de esta
manera se dará a conocer las características físicas y químicas que garanticen la
calidad de los mismos.
Extracción de la muestra
Tanto para el agregado grueso como para el fino, proveniente de montones o
pilas, se seguirá el procedimiento empleado en la Norma COVENIN 270-98
“Agregados. Extracción de muestras representativas para morteros y concreto”.
CAPÍTULO III
103
Composición granulométrica de los agregados fino y grueso
Siguiendo el procedimiento de la Norma COVENIN 255-1977 “Método de
ensayo para determinar la composición granulométrica de agregados finos y
gruesos”.
Desgaste del agregado grueso o abrasión
Procedimiento tomado de la Norma COVENIN 266-77 “Ensayo para la
determinación de la resistencia al desgaste en agregados gruesos menores de
38,1 mm. (1 ½
”) por medio de la máquina de los ángeles”.
Peso unitario suelto y compacto del agregado grueso y fino
Se determinará el peso unitario suelto y compacto del agregado siguiendo la
Norma COVENIN 263-78 “Método de ensayo para determinar el peso unitario
del agregado”
Peso específico y absorción del agregado fino
Se seleccionará una porción del la muestra aprobada según los requisitos
exigidos para dicho ensayo, que se encuentra especificado en la Norma
COVENIN 268-78 “Método de ensayo para determinar el peso específico y la
absorción del agregado fino”. Este ensayo se realizará para la muestra de
agregado fino, y para la muestra de agregado fino con la sustitución de banda de
rodadura de neumático.
Determinación de impurezas orgánicas
Para la determinación de las impurezas orgánicas presentes en la muestra se
tomará el procedimiento que se encuentra especificado en la Norma COVENIN
256-1077 “Método de ensayo para la determinación cualitativa de impurezas
orgánicas en arenas para concretos (Ensayo Clorimétrico)”.
CAPÍTULO III
104
Determinación de cloruros y sulfatos
Se determinará la presencia de cloruros y sulfatos presentes en la muestra de
agregado fino y de la banda de rodadura de neumático, según lo especificado en
la Norma COVENIN 261-1992 “Método de ensayo para determinar la presencia
de cloruros y sulfatos presentes en la muestra de agregado fino”.
Tabla N° 23.
Resumen esquemático de los ensayos para la caracterización de los agregados
AGREGADO ENSAYO OBJETIVO FINAL
FINO Y GRUESO
Agregados. Determinación
de la composición
granulométrica COVENIN
255-1998
Determinar la gradación
y superficie del agregado
y conocer de acuerdo al
peso referido en cada
tamiz, si el agregado
cumple con las
especificaciones o límites
granulométricos
establecidos por norma.
FINO Y GRUESO
Determinar el peso
específico y absorción del
agregado fino COVENIN
268-1998 y para el agregado
grueso COVENIN 269-
1998
Determinar el peso
específico saturado con
superficie seca en el
agregado grueso y fino.
Determinar la capacidad
de absorción de agua para
llenar los poros
permeables del agregado
grueso y fino.
CAPÍTULO III
105
FINO Y GUESO
Determinación del peso
unitario suelto y compacto
del agregado fino y grueso
COVENIN 263-1978
Determinar el peso
unitario suelto y
compacto tanto del
agregado grueso como
del fino.
FINO
Métodos para determinar la
presencia de cloruros y
sulfatos en el agregado fino
COVENIN 261-1992
Determinar en forma
cualitativa la presencia de
cloruros y sulfatos en las
arenas mediante el
ensayo cualitativo.
FINO
Determinación cualitativa de
impurezas orgánicas en la
arena para concreto
COVENIN 256-77
Determinar la presencia
de impurezas orgánicas
en las arenas al comparar
la solución que sobrenada
la muestra con el test de
colores.
GRUESO
Determinación de la
resistencia al desgaste en
agregados gruesos menores
de 38,1 mm. (1 ½”) por
medio de la máquina de los
ángeles
COVENIN 266-77
Determinar la resistencia
a la abrasión que puede
presentar el agregado
grueso que se usará en el
concreto.
Fuente: Propia
Continuación Tabla 23
CAPÍTULO III
106
ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DEL CEMENTO:
Consistencia
Se realizará la pesada de una porción de 500 gr. de cemento Portland Tipo I
para preparar una pasta (cemento+agua) de consistencia normal (considerándose
consistencia normal según Norma COVENIN 494-1994, cuando la aguja de Vicat
penetra la pasta 10±1mm. a los 30 seg. de haber sido soltada), a la cual se le
aplicará el procedimiento establecido en la Norma COVENIN 494-1994
“Cemento Portland. Determinación de la consistencia normal”.
Fraguado
Similar al ensayo de consistencia del cemento, se preparará una pasta
(cemento+agua) de consistencia normal con 500 gr. de Cemento Portland Tipo I,
realizando el procedimiento pertinente establecido en la Norma COVENIN 494-
1994 “Cemento Portland. Determinación del tiempo de fraguado”.
Finura
Se pesarán 2,8 gr. de Cemento Portland Tipo I y se aplicará el procedimiento
tomado de la Norma COVENIN 487-93 “Cemento Portland. Determinación de la
finura por medio del aparato de Blaine de Permeabilidad”.
Tabla N° 24.
Resumen esquemático de los ensayos para la caracterización del cemento
ENSAYO OBJETIVO FINAL
Determinación de la
consistencia normal Norma
COVENIN 494-1994
Método empleado para
determinar la cantidad de
agua necesaria para
obtener pastas de cemento
CAPÍTULO III
107
CEMENTO
PORTLAND TIPO I
Portland de consistencia
normal.
Determinación de la finura
por medio del aparato de
Blaine de Permeabilidad
Norma COVENIN 487-93
Determinar la finura del
cemento en función de la
superficie específica,
expresada en cm2/gr de
cemento.
Determinación del tiempo
de fraguado Norma
COVENIN 494-1994
Determinar el tiempo final
de fraguado de una pasta
de cemento de
consistencia normal.
Fuente: Propia
OBTENCIÓN DE LA RASPADURA DE LA BANDA DE RODAMIENTO DE
NEUMÁTICOS
Los desechos de raspadura de banda de rodamiento de neumáticos, se
recolectarán en sacos en forma directa en las pilas donde estos son almacenados
durante el proceso de raspado, dichos desechos recolectados son provenientes de la
Renovadora Cauca, ubicada en la zona industrial I, carrera 5 entre calle 31 y Av.
Ferrocarril, Barquisimeto, estado Lara, Venezuela.
Para ser utilizados como sustituto parcial de la arena, a estos desechos
únicamente se le realizará los ensayos de impurezas y de tamizado para determinar su
composición granulométrica.
DISEÑO DE MEZCLA
Una vez realizados los diversos ensayos para la caracterización de los
agregados y del cemento a utilizar, se procederá a diseñar las mezclas con la finalidad
Continuación Tabla 24
CAPÍTULO III
108
de calcular las proporciones necesarias para la mezcla de concreto, como son:
Agregado grueso y fino, cemento y agua; así como de las proporciones para la
sustitución parcial de la arena por la banda de rodadura de neumático; para ello se
emplearán los métodos de dosificación y diseño de mezclas: ACI, Füller y Bolomey.
Los cuales se desarrollarán, y se seleccionará el más idóneo para las condiciones
planteadas en la presente investigación. Véase ANEXO A.
PROCESO DE MEZCLADO
Una vez obtenida las cantidades de cada uno de los materiales que componen
la mezcla de concreto, se procederá a la elaboración de la misma en las instalaciones
de la empresa INFERCA, aplicando el procedimiento especificado en las
Instrucciones Dywidag de INFERCA C.A. en su apartado 2.1 “Hormigón,
(Concreto)”:
Los componentes que formarán parte del concreto se encuentran por separado, la
arena y la piedra que inicialmente se depositan en pilas al aire libre son transportadas
y almacenadas en tolvas mecánicas, donde se cuenta con un sistema de mandíbulas
que abren y cierran por medio de unos gatos neumáticos. El cemento se encuentra
almacenado en silos y el agua en tanques contenedores, todos programados
electrónicamente para su dosificación.
Las proporciones de agregados se regulan por medio de una balanza a través
de sensores, que determinan la apertura de la mandíbula de la dragalina que contiene
la arena y la piedra. La balanza indica la medida específica para depositarlo en la
correa transportadora, ésta vacía un total de agregados según el diseño especificado y
son transportados al área de mezclado.
El operador se encarga de extraer en forma automática desde el tablero de la
mezcladora la carga que compone un terceo con el fin de unir el agua, agregados y
CAPÍTULO III
109
cemento por una estación hidroneumática. El procedimiento de mezclado consiste en
que:
Los agregados son depositados en la mezcladora por medio de la banda
transportadora. La cantidad de cemento para un terceo es equilibrado por la
balanza y el agua está regulada por medio de un cuenta litros estableciéndose
una adecuada relación agua/cemento (por medio de válvulas), especialmente
observada por el operador y analista de calidad que tienen que estar atentos a
la consistencia ideal de la mezcla de concreto.
Para nuestro caso particular de estudio, se agregará directamente a la
mezcladora la cantidad de banda de rodamiento de neumático seleccionada
según sustitución parcial (1, 3 o 5% según sea el caso). Continuándose el
mezclado de los componentes de la mezcla y de la sustitución parcial de
banda de rodamiento por unos instantes.
Luego, el operador encargado chequea si la mezcla está lista para el vaciado.
Se abren las compuertas de la mezcladora para vaciar el concreto en el carro
transportador y dispensador de concreto. Esta operación la realiza un
operador que controla el carro por medio de un sistema electrónico. Con esta
operación culmina el proceso de mezclado, y enseguida se da inicio al proceso
de vaciado.
Este proceso cuenta con dos tipos de mezcladora de concreto planetaria de marca:
SIMEN: Cuenta con un proceso automatizado y manual.
PICCINI: Realiza un trabajo manual semiautomático.
CAPÍTULO III
110
VACIADO Y CURADO DE PROBETAS CILÍNDRICAS, CÚBICAS Y VIGAS
DE CONCRETO
El concreto obtenido pasará por una serie de etapas para lograr terminar su
confección, cuya consecuencia empieza por el vaciado del concreto en estado fresco
con moldes previamente preparados para las vigas, cubos y cilíndros, para el
desarrollo de los objetivos planteados se procederá a aplicar el procedimiento
plasmado en la Norma COVENIN 338-2002 “Concreto. Método para la
Elaboración, Curado y Ensayo a Compresión de Cilindros de Concreto”, así como lo
establecido en las Instrucciones Dywidag de INFERCA C.A. en su apartado 2.1.2
“Fabricación y almacenamiento de probetas”, realizando el vaciado en el lugar
donde van a estar almacenados todos los elementos, se procederá de la siguiente
manera:
Al estar bien mezclados todos los elementos, se descargará la mezcla
directamente de la salida del carro transportador y dispensador de concreto en
los moldes previamente lubricados con un aceite especial desencofrante, y
sujetándose firmemente por las aletas, se llenará en tres capas con la mezcla
de concreto fresco. Cada capa deberá tener aproximadamente un tercio del
volumen del molde.
Cada una de las capas se compactarán con 25 golpes de la barra metálica
compactadora, los golpes se distribuirán uniformemente por toda el área
transversal.
Al momento de colocar la última capa, el molde se llenará en exceso antes de
compactar, una vez compactada se deberá evitar un exceso de concreto de más
de 6mm de altura.
Se golpeará suavemente las paredes del molde y se enrazará utilizando la
barra compactadora o una cuchara de albañil de manera que la superficie
quede perfectamente lisa y al ras con el borde del molde.
CAPÍTULO III
111
Para el caso de las vigas y los cubos, se procederá el vaciado de manera
similar, a diferencia que luego de lubricar los moldes y hacer el vaciado, se les
inducirá un vibrado especial a la mezcla una vez dentro de los moldes, sobre
la mesa vibratoria de la producción corriente, no se compactará según capas y
se enrazará con unas placas especiales del tamaño longitudinal de los moldes.
Una vez vaciados los elementos y transcurridas veinticuatro (24) horas,
cuando el material ya haya ganado cierta consistencia se someten al
procedimiento de curado, de la siguiente manera:
Se identificarán los elementos en la parte superior, expresando la fecha de
elaboración, la relación agua/cemento y la fecha posterior en la cual van a
ser ensayadas.
Los elementos se retirarán de sus moldes, una vez transcurridas las 24
horas después de su elaboración
Se almacenarán los cilindros, cubos y vigas hasta el ensayo a los 7 y 28
días, directamente sumergidos en una piscina especial llena de agua para
evitar pérdidas por evaporación y manteniendo las probetas a una
temperatura de 23° ± 1,5; especificaciones descritas en la Norma
COVENIN 338-79, evitando en lo posible golpearlas en su traslado desde
el lugar de vaciado a la piscina y de la piscina al lugar de ensayo.
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE
LAS PROBETAS CILÍNDRICAS
Manteniendo las muestras por un período de siete (7) y veintiocho (28) días en
el proceso de curado, posteriormente se realizará el ensayo a compresión a los
cilindros de concreto basándose en la Norma COVENIN 338-2002 “Concreto.
Método para la Elaboración, Curado, y Ensayo a Compresión de Cilindros de
CAPÍTULO III
112
Concreto”. Obteniéndose así una de las características técnicas del concreto, el cual
es una de las formas cuantitativas para determinar si el material cumple o no con las
exigencias que impone el diseño estructural, y que en el caso particular de los
durmientes de ferrocarriles son de primera importancia su riguroso cumplimiento a la
hora de su puesta en servicio, esta característica puede ser afectada por la
compactación diseño, materiales utilizados y el curado inicial de las probetas, es por
ello que dicha caracterización se determinará siguiendo el procedimiento normativo
que se presenta a continuación:
Antes de realizar el ensayo correspondiente, se tomarán los datos de
cada una de las probetas cilíndricas que se encontraban en proceso de
curado en la piscina. Empleando un vernier para medir el diámetro y la
altura de cada una de las probetas y por medio del uso de la balanza se
obtendrá su masa.
Se colocará un plato como base en la parte superior e inferior de la
probeta, centrando cuidadosamente en la máquina. Tanto la superficie
del cilindro como la de los platos deben estar exentos de polvo, grasa y
de cualquier otro material extraño.
Se encenderá la máquina, a una velocidad constante, dejándola actuar
hasta conseguir comprimir el cilindro hasta fallar.
La resistencia a la compresión será el cociente entre la carga máxima y
la sección medida de la probeta.
Los criterios de evaluación de este ensayo están establecidos por la Norma
COVENIN 76-83 y son:
El promedio de todas las series de tres (3) pruebas de resistencia
consecutivas debe ser mayor o igual que la resistencia de cálculo, es
decir f´c.
CAPÍTULO III
113
Ningún resultado individual (promedio de dos cilindros) deberá estar
por debajo de la resistencia de diseño en más de 35 Kg/cm2.
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE
LAS PROBETAS CÚBICAS
El ensayo se realizará según lo especificado en las Instrucciones para la
fabricación de durmientes de concreto postensado Dywidag con el método de
desencofrado inmediato de Insumos Ferroviarios C.A. (INFERCA), en su apartado
2.1.3 “Cubos de 200 mm para ensayo de resistencia a la compresión. Procedimiento
de ensayo”, especificado a continuación:
El ensayo del cubo se lleva a cabo en una máquina para ensayos de
compresión calibrada con 4000 KN de esfuerzo de compresión. El procedimiento es
el siguiente:
Las longitudes laterales de los cubos para el ensayo deberán medirse a media
altura exactamente sobre un milímetro con un calibrador, y de esto calcular el
área (A) a compresión en mm2. Esta área de compresión A, será tomado para
un cálculo posterior de resistencia.
La probeta deberá colocarse verticalmente con respecto a la dirección del
llenado del concreto sobre la placa de compresión inferior de la máquina de
ensayo. Capas intermedias, ya sean de plomo, cartón, fieltro o similares, entre
placas de compresión y la probeta, son inadmisibles; las placas de compresión
también deben estar libres de restos de aceites.
Al salir el émbolo de la máquina de ensayo, la placa de compresión superior
deberá depositarse totalmente plano sobre la probeta, cuando esto se haya
logrado, podrá comenzarse a inducir la carga de ensayo.
CAPÍTULO III
114
La carga deberá irse elevando de tal forma que la tensión a la compresión sea
aproximadamente de 0,5 N/mm2 de aumento por segundo. Esto corresponde
para el cubo de 200 mm un crecimiento de carga aproximado de 20 KN por
segundo. El indicador del valor teórico de la máquina de ensayo, que es
conectado sobre el manómetro 4000 KN, deberá ajustarse a un tiempo de 4
minutos y 26 segundos.
Se leerá la carga que resiste la probeta al romperse, marcada por la aguja de
arrastre del manómetro. El cálculo de la resistencia a compresión del cubo se
determinará por el cociente del esfuerzo de rotura en N entre el área de
compresión en mm2.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO DE RESISTENCIA A FLEXO-TRACCIÓN
DE VIGAS
El ensayo se realizará según lo especificado en las Instrucciones para la
fabricación de durmientes de concreto postensado Dywidag con el método de
desencofrado inmediato de Insumos Ferroviarios C.A. (INFERCA), en su apartado
2.2.2 “Resistencia a la flexo-tracción. Procedimiento de ensayo”, especificado a
continuación:
En cada ensayo se comprobarán tres prismas de 40×40×160 mm. El ensayo se
llevará a cabo en un equipo de flexo-tracción, que está conectado a una cápsula
manométrica para compresión calibrada a 4000 KN de esfuerzo, con una escala
graduada hasta 16 KN. Los puntos de apoyo de los prismas, en el equipo de flexo-
tracción, tienen una separación entre sí de 100 mm y la carga de comprobación está
situada centralmente.
Antes de realizar el ensayo correspondiente, se tomarán los datos de cada una
de las probetas cilíndricas que se encontraban en proceso de curado en la piscina.
Empleando un vernier para medir el diámetro y la altura de cada una de las probetas y
CAPÍTULO III
115
por medio del uso de la balanza se obtendrá su masa. El procedimiento de ensayo es
el siguiente:
Las medidas de los prismas serán tomadas con un vernier en diferentes
lugares en la zona de la sección transversal de la viga, y se anotará el valor
promedio. El ancho del prisma longitudinalmente debe ser constante y con
una tolerancia de 40 ± 0,2 mm.
El prisma deberá colocarse centrado en el equipo para flexo-tracción. La zona
lateral del mismo la cual está situada en la parte superior al hormigonarse, se
encuentra también en la parte superior durante el ensayo.
El equipo para flexo-tracción, conjuntamente con la cápsula manométrica de
compresión, deberán asentarse totalmente planas y lentamente en la placa de
compresión superior de la prensa durante la salida del émbolo de la prensa.
Cuando esto ya se haya alcanzado, podrá el émbolo de la prensa, continuar
saliendo lentamente. Con la transferencia de la carga al prisma comenzará a
marcar mediciones del esfuerzo inducido.
La prensa continuará realizando una presión de carga a una velocidad de 50 ±
10 N por segundo, la carga deberá elevarse hasta el momento de rotura.
Se leerá la fuerza que marque la aguja de arrastre del manómetro en el
momento último de rotura.
La resistencia a la flexo-tracción será el cociente de la carga de rotura entre el
momento de resistencia por una constante de valor 25, obteniéndose un
resultado en N/mm2.
CICLO DE FABRICACIÓN DE DURMIENTES
Para dar cumplimiento al objetivo principal de la presente investigación se
pretende seleccionar el diseño de mezcla que cumpla con la resistencia mínima
establecida por las Normas Venezolanas COVENIN y por las Instrucciones para la
CAPÍTULO III
116
fabricación de durmientes de concreto postensado Dywidag con el método de
desencofrado inmediato de Insumos Ferroviarios C.A. y realizar una serie de 6
durmientes, para evaluar su comportamiento ante las solicitaciones requeridas y que a
la vez cumplan con la Norma e Instrucciones antes mencionadas.
El ciclo de fabricación de los durmientes de concreto postensado de INFERCA C.A.
según lo establecido en las Instrucciones Dywidag, en su apartado 3.0 “Ciclo de
Fabricación de Durmientes monobloque” consiste en:
1. Preparación de los moldes de encofrado:
Se limpiarán los moldes de encofrado y con una pistola-soplete se procederá a
aceitarlos con desencofrante especial, se introducirán luego las barras matrices desde
el lado de la cruz en el molde de encofrado, y se colocarán las piezas de anclaje
(campanas o arandelas) así como los soportes para agujeros de tensión, se
introducirán las barras matrices a través de los agujeros en el lado frontal así como las
partes de anclaje cuádruplo en el molde de encofrado, se colocarán el estribo tensor
en los finales de las barras matrices y arriostrar, apretar el tornillo tensor hasta que los
soportes para agujeros de tensión se pendeen ligeramente y las barras matrices estén
tensadas.
Controlar situación y tensión de las barras matrices, éstas no deben combarse.
Las cuatro piezas de anclajes deberán quedar en ángulo recto hacia las barras matrices
y deberán apretarse fuertemente por los soportes para agujeros de tensión. Para el
instalado deberá tenerse el cuidado de que entre los soportes para agujeros de tensión
y las piezas de cono truneado no queden residuos de concreto. Según fijación de riel
que será aplicada, se fijan las partes necesarias en el molde. El molde es transportado
a la mesa de vibración y apretado hidráulicamente.
CAPÍTULO III
117
2. Llenado y vibrado:
El llenado de los moldes de encofrado se efectuará por lo menos en cuatro
capas (seis son mejor) bajo un vibrado de los moldes al mismo tiempo. El tiempo de
vibrado dependerá de la energía de vibrado aplicada y de la capacidad de
compactación del concreto. El molde de encofrado deberá llenarse de tal forma que,
después del vibrado por medio de una viga de compresión, la superficie deberá
quedar totalmente plana sin tener más de 2 mm sobre el borde superior del molde.
Faltantes deberán colocarse con palas manuales. El exceso de concreto deberá
quitarse con una pequeña paleta.
Para el compactado adicional del concreto, se colocará la viga de compresión
con vibradores sobre el molde, que aún se encuentra bajo vibración. En caso
necesario es posible con esto perfilar la superficie inferior del durmiente al mismo
tiempo. Todo el proceso de vibrado dura aproximadamente 2 minutos y se termina
cuando la viga de compresión haya compactado el concreto hasta el borde superior
del molde. El elevado de la viga de compresión y el soltado de los gatos hidráulicos
de la mesa vibratoria se llevará a cabo en el transcurso en que los vibradores se giran
hasta la parada. Los retenedores para el concreto de los tacos de plástico también son
soldados respectivamente se abre el retenedor para los “Hombros Pandrol”. Las
lenguas para fijar las placas de anclaje RN durante el proceso del vibrado son
retiradas lateralmente de los moldes. Habiendo terminado estos trabajos, se depositan
sobre los moldes las bandejas con el equipo automático para colocar bandejas. Los
moldes son levantados de la mesa vibratoria y transportados para el desencofrado. En
la mesa de desencofrado se retirará el estribo tensor de anclaje cuádruplo por medio
de soltar el tornillo tensor y de empujar hacia arriba los estribos tensores.
3. Extracción de Barras Matrices y Desencofrado:
Las vigas giratorias serán conectadas en los moldes de encofrado y las
bandejas serán sujetadas y fijadas sobre los moldes por medio de retenedores en las
CAPÍTULO III
118
vigas giratorias. Los moldes serán recogidos del carro transportador por medio del
polipasto. El carro transportador será retirado bajo los moldes, los cuales serán
girados en 180°. Luego se depositarán los moldes sobre el carro para desencofrar, se
soltarán los anclajes cuádruplos y se extraerán de los moldes.
Las barras matrices serán quitadas por medio del carro extractor, con
elevación y precisión rápida; y éste las llevará de regreso. Las barras matrices
permanecerán sobre el carro extractor y serán limpiados con una pistola de aire.
Después de haber quitado las barras matrices de los encofrados, deberán
abrirse los retenedores de las vigas giratorias, lo necesario para poderlas extraer de
los tubos giratorios de los encofrados hasta que las bandejas se encuentren libres.
Con la mesa hidráulica de desencofrado, se elevarán los moldes
aproximadamente 5 cm sobre los durmientes frescos. Luego los moldes serán
elevados por medio del polipasto y girados 180° para luego colocarlos sobre el
transportador de cadenas.
Estando ya 4 durmientes desencofrados, serán elevados por medio del polipasto desde
el carro para desencofrar, primero en forma lenta y después rápida, las cuales son
transportadas hacia las tiendas de vapor; allí serán bajadas lentamente sobre los
caballetes de ampliamiento.
4. Escantillones:
Los trabajos posteriores en los asientos del concreto donde tocan los arcos de
las horquillas, se realizarán con un escantillón. Las superficies de los apoyos para la
fijación de los rieles deberán ser controlados con un escantillón de concreto fresco
con respecto a la inclinación y paralelidad. Este escantillón deberá ser controlado dos
veces diarias en el negativo y eventualmente, nuevamente ajustarse.
CAPÍTULO III
119
Pequeñas desviaciones en el durmiente fresco podrán ser corregidas por medio
de pequeños golpes con un martillo de goma, sobre el escantillón de concreto fresco.
Todos los durmientes cuyo ancho de vía depende de una perfecta formación de
hombros en el concreto, o de acero hormigonado, deberán ser controladas con un
escantillón, el cual es ajustado a tolerancia por exceso.
Observación: En las líneas férreas es usual para el ancho de vía utilizar una
medida nominal en el orden de ± 1mm de tolerancia. Ya que los durmientes con el
tratamiento de curado se acortan en el tamaño de su ancho de vía en 1 mm con el
pretensado en aproximadamente 0,5 mm, los escantillones de concreto fresco deben
ajustarse, utilizando toda tolerancia por exceso permisible, para que de esta forma
después del postensado, las dimensiones se mantengan en ± 0,0 mm.
Los soportes para agujeros de tensado, los cuales durante el encofrado son
colocados, se mantienen en los agujeros de tensado hasta el cerrado de la tienda de
vapor. Después del retirado de los soportes para agujeros de tensado, eventualmente,
quedan restos de concreto en las campanas, los cuales se retiran por medio de una
varilla especial de limpieza. Seguidamente se limpia el borde inferior del durmiente,
especialmente en el lado frontal de los agujeros de tensado, por medio de una paleta
alisadora, logrando así eliminar irregularidades.
5. Tratamiento del Curado:
En el momento en que un apilamiento de durmientes esté completo, se
colocará la cubierta para el tratamiento del curado. A través del proceso de fraguado
del concreto se forma calor bajo la tienda.
No antes que después de 3 horas, puede comenzarse con el abasto de vapor.
La temperatura del concreto fresco no deberá sobrepasar, hasta ese momento, los 30
°C, ó no antes que después de 4 horas puede comenzarse con el abasto de vapor. La
temperatura del concreto fresco no debe sobrepasar los 40 °C.
CAPÍTULO III
120
El abasto de vapor posterior debe ser realizado con un incremento de
temperatura de 20 °C por hora. La temperatura máxima deberá ser 65 °C y no deberá
sobrepasarse de esta. La duración del abasto de vapor depende grandemente del
cemento así como también del tipo de calidad del concreto. Por esta razón el
tratamiento del curado debe averiguarse por medio de pruebas.
Para obtener la resistencia a compresión del concreto necesaria para poder
aplicar el postensado, se necesitan según la experiencia, aproximadamente de 550
hasta 600 °C por hora. El vapor debe estar fuertemente saturado de agua. Por esta
razón este debe ser dirigido a través de un baño de agua después de salir de la tubería
de vapor, permanece en la tienda por 1 a 2 horas colocada, realizando un enfriamiento
lento en los durmientes. Durante el enfriamiento los durmientes no deben ser
expuestos a un cambio de temperatura brusco.
Naturalmente es posible la fabricación de durmientes también sin un
tratamiento con vapor. Para esto los durmientes tienen que estar un tiempo con vapor.
Para esto los durmientes tienen que estar un tiempo determinado expuestos al aire
libre, hasta que el concreto logre la resistencia a compresión necesaria, para poder
aplicarse el postensado.
6. Desaceitaje de los Elementos Tensores y de Anclaje:
Para esto existen diversos tipos de métodos. Para poder decidir cuál método es
el adecuado de emplear para cada país se deben hacer comprobaciones especiales,
INFERCA emplea aceite desencofrante común que se encuentre para la fecha en el
mercado Venezolano.
7. Colocación de los Elementos de Tensión (horquillas):
Las ya desaceitadas horquillas serán introducidas del lado de la cruz del
durmiente de tal forma que se empuje primeramente la horquilla corta marcada y
CAPÍTULO III
121
luego la más larga. Estas horquillas no deberán ser introducidas violentamente, ya
que podrán resultar deformaciones en las partes dobladas y en las roscas.
Pequeñas piezas de concreto podrán ser sacadas de los ductos tensores por
medio de las barras ya preparadas. Variaciones en la sección transversal podrán
eliminarse mediante un taladro especial. Las horquillas no deben ser introducidas
estando oxidadas. Deberán estar exentos de aceite y de grasa. Deberá observarse
cuidadosamente que las roscas estén brillantes y sin defecto en su roscado. En el lado
de tensado del durmiente serán colocadas las tuercas hexagonales ranuradas y
apretadas con herramientas especiales.
8. Postensado:
Para el postensado se utilizará una máquina de postensado con 8
acoplamientos de fricción. El proceso consiste en que la máquina de postensado se
colocará en la cabeza del durmiente y la conecta al mismo girando los husillos
tensores hasta que los cuatro acoplamientos de fricción giren libremente. La placa de
presión deberá tirar hacia la cabeza del durmiente en forma pareja.
Con las palancas en los cuatro trinquetes en los accionamientos de las llaves
tubulares, se prueba si estas solapan sobre las tuercas. Si un trinquete gira libremente,
quedaría la campana de anclaje con la tuerca muy profunda en el durmiente (error de
fabricación).
Se cambiará el engranaje a accionamiento de llave tubular y se postensará
hasta 120 bar. Las tuercas deberán atornillarse con las llaves tubulares hasta que los
cuatro acoplamientos de fricción giren libremente. En el caso de que una tuerca no se
dejara girar, podrá ayudarse con el trinquete manual. Se quitará la presión hidráulica
y se cambiará el engranaje a accionamiento de husillo tensor. Se continuará
atornillando más los husillos tensores a las espigas roscadas de las horquillas hasta
que los cuatro acoplamientos de fricción estén accionando.
CAPÍTULO III
122
Se cambiará el engranaje a accionamiento de llave tubular y se postensará
hasta 325 bar y al mismo tiempo atornillar las tuercas con las llaves tubulares a partir
de 150 bar hasta que los cuatro acoplamientos de fricción estén en acción. En el caso
de que una tuerca no se dejara atornillar, podrá ayudarse con la palanca del trinquete
correspondiente.
Luego se dejará fija la presión hidráulica de 325 bar y se cambiará el
engranaje a accionamiento de husillo tensor y se comprobará con el trinquete a mano
si todas las cuatro tuercas están fijadas a la campana de anclaje. Al mismo tiempo se
observará la lectura del manómetro. Se quitará la presión hidráulica y a la vez se
observará si los cuatro husillos tensores se mueven hacia adelante, en dirección del
durmiente. El movimiento no deberá ser mayor de 2 a 3 mm. Este camino estará
compuesto por medio de descarga de los gatos hidráulicos y del peso propio de la
máquina de postensado; si el camino es mayor a 3 mm, esto querrá decir que la tuerca
no fue colocada en la campana del anclaje. En este caso se deberá postensar
nuevamente con 325 bar y esta tuerca deberá apretarse con el trinquete hasta la
campana del anclaje.
Se destornillarán los husillos tensores de las roscas de las horquillas. El
hombre que se encuentre en servicio detendrá el postensado una vez finalizado y
colocará un sello de aprobación con su firma de aprobación y la fecha.
Dispositivos de protección para postensado:
Es de gran importancia que en las líneas de postensado sean puestas las
instalaciones de seguridad para el personal de trabajo, de manera que además de
mantener las normas de salud e higiene laboral, se implementen aquellas de seguridad
que conlleven a evitar accidentes laborales, que este particular podrían ser causadas
por roturas de acero.
CAPÍTULO III
123
9. Ensayo con Dinamómetro:
Este ensayo sirve para la determinación y el control de la fuerza de postensado
en un durmiente de concreto pretensado, el ensayo se realizará una media hora
después del proceso de postensado.
En los terminales de las roscas de una horquilla, es decir diagonalmente a los
enfrentes situados en agujeros de postensado, se atornillará un husillo tensor alargado
y en el otro extremo se atornillará un husillo tensor normal, hasta tocar con la tuerca
hexagonal ranurada. Los husillos tensores se destornillarán una vuelta, para que las
tuercas hexagonales ranuradas se liberen. Sobre los husillos tensores se coloca una
placa de compresión. Esta es fijada al husillo tensor normal por medio de una pieza
intermedia y una tuerca calota. Sobre el husillo tensor alargado, son empujados, un
gato hidráulico y el dinamómetro, el cual sobre los dos terminales de los cables, es
unido con la placa de presión. El dinamómetro se coloca en la posición de 0, por
medio de la tuerca de ajuste lateral. Todo el complejo del ensayo es fijado
manualmente sin utilizar ninguna llave de tuercas; con ambas tuercas de calota contra
la cabeza del durmiente, de tal forma que no quede ningún movimiento notable entre
las piezas individuales.
Mediante una bomba manual se activará el gato hidráulico. Durante la
aplicación de la fuerza de presión, el comprobador practica constantemente una
pequeña presión sobre la palanca del trinquete en el sentido de las agujas del reloj.
Con esto, a través de las ruedas dentadas y la llave tubular, la tuerca hexagonal es
forzada en dirección para flojarla.
Con el lograr de una fuerza de presión, la cual empareja o sobrepasa la fuerza
de postensado inducida, se eleva la tuerca hexagonal de la pieza de anclaje y se
vuelve libre su movimiento. En el momento de soltarse la tuerca, es decir cuando el
comprobador puede mover levemente la palanca del trinquete, se lee la indicación de
la aguja del dinamómetro. El número de rayas de graduación leídas se multiplica por
CAPÍTULO III
124
la constante del dinamómetro, lo cual da como resultado la fuerza de postensado en
KN.
La tuerca hexagonal ranurada se atornillará en su posición original, por medio
del comprobador, con la presión hidráulica inalterada. Esta prueba se realiza en todos
los extremos de la barra de postensado y se registra. Ya que la presión sobre la
palanca del trinquete debe ser constante e igual durante todos los ensayos para lograr
resultados iguales, debe hacerse el ensayo preferiblemente siempre por el mismo
comprobador.
Deberá tomarse en cuanta que durante los ensayos los comprobadores deben
encontrarse siempre lateralmente al durmiente, por motivos de seguridad, para que
por cualquier rotura del acero los comprobadores no salgan heridos. Al terminar de
ensayar el durmiente, éste debe ser tapado inmediatamente con la capa protectora de
seguridad ya prevista. Y después del terminado del ensayo con el dinamómetro, los
durmientes podrán ser inyectados y sellados.
10. Inyección:
La mezcla en el mezclador de lechada para inyectar se realizará en el orden:
1. Agua
2. Aditivos
3. Cemento
La lechada de inyección deberá mezclarse en el mezclador durante 3 minutos y
después se vacía para su uso al recipiente de bombeo. Para la inyección de los
durmientes, debe apretarse fuertemente con el gato hidráulico el casquete con
empaquetadura de caucho en el lado de la cruz del durmiente. Mediante un
interruptor se echa a andar la bomba, la cual inyecta en forma comprimida la lechada
a través de una manguera los ductos tensores. La salida de la lechada de inyección a
través de los agujeros de tensado es observada por el operador, el cual mira la salida
CAPÍTULO III
125
de la lechada mediante un espejo colocado al otro lado del equipo de inyección.
Después de haber salido la lechada de inyección de todos los agujeros de tensado, el
operador de la bomba soltará el casquete de inyección y todo el proceso vuelve a
repetirse con el siguiente durmiente.
En el caso de que la lechada no salga por un ducto a pesar de inyectar varias
veces, puede comprobarse por medio de una sonda de alambre, atravesándola por la
tuerca ranurada, para ver si el ducto está lleno. Durante el proceso de inyección debe
mantenerse limpio el aparato de inyección.
Solo deberá utilizarse cementos Portland que cumplan con la prueba de
calidad. Deberá ser de una resistencia mínima de 375 Kg/cm2 y de finura media con
una superficie específica de por lo menos 2700 cm2/g según el método de Blaine. El
cemento es normalmente suministrado en sacos de 50 Kg., no deberá tener una edad
mayor a tres semanas y para su utilización no deberá tener más de 40°C ni
depositarse al aire libre.
11. Preparación y Aplicación del Mortero de Sellado en los Terminales de los
Durmientes en el lado de Tensado de la Cruz de las Horquillas:
Este trabajo se deberá realizar con mucho cuidado. Debe garantizarse que no
queden huecos. Solamente a través de esto se puede garantizar una protección
adecuada duradera contra la oxidación de las armaduras del postensado.
Según las “Condiciones Técnicas para Suministros de los Ferrocarriles
Alemanes. (1987)”, los agujeros de tensado y las cavidades de en la cruz de las
horquillas en los lados frontales de los durmientes de concreto deben sellarse con
mortero de cemento con una resistencia a la compresión mínima de 30 N/mm2, y el
sellado debe garantizar una protección duradera contra la penetración de la humedad.
Según experiencias en la composición del mortero de sellado, la proporción de
la mezcla por m3 es de un contenido de cemento de 500 Kg y una relación a/c .
CAPÍTULO III
126
Al momento de su preparación se agrega sólo agua hasta que se forme una
consistencia húmeda como la tierra, y no se debe preparar más material del que pueda
ser usado en 1 hora, en general las mezclas no deben ser mayores a 200 L., en
cantidades mayores, la evaporación es elevada y la concentrabilidad del concreto se
disminuye.
Para lograr que todos los huecos queden sellados con toda seguridad, sería
necesario trabajar con 2 materiales de sellado. Por unas parte el material de sellado
debería lograr tal consistencia que los espacios entre la tuerca y la pared del agujero
de tensado queden totalmente sellados; por otra parte el material de sellado tiene que
estar bien estable en las zonas laterales, de tal forma que le impida hundirse motivado
por vibraciones durante el transporte lo cual podría producir ranuras entre el concreto
del durmiente y el mortero de sellado, con lo que facilitaría la penetración de
humedad produciendo en el acero de pretensado posibles corrosiones.
Para evitar el uso de 2 morteros de sellado diferentes, se ha comprobado que
es necesario tener la precaución de que se encuentre suficiente lechada de inyección
en los agujeros de tensado. Esta lechada de inyección es repartida en la pared del
agujero de tensado, por medio de un pistón para lechada de inyección, pero no es
removida de los agujeros de tensado. En el interior del agujero de tensado, alrededor
de la tuerca, debería encontrarse tanta lechada de inyección como para mezclarse con
el mortero de sellado relativamente seco, donde resulta un material elástico con el
cual puede llenarse con seguridad el espacio vacío entre la tuerca y la pared del
agujero tensado. En el caso de que no saliera suficiente lechada de inyección se una
de las ranuras, entonces se tendría que usar una lata para llenar los agujeros de
tensado con la lechada de inyección que haya goteado en los recipientes que se han
colocado especialmente para ello.
Luego, inmediatamente después del sellado, deberá hacerse una aplicación
con betún frío adecuado en los lados frontales. Con esto se reducirá la evaporación
CAPÍTULO III
127
del agua, mejorándose la calidad del mortero de sellado. Asimismo se deberá
comprobar con toda seguridad que todos los durmientes inyectados serán sellados
rápidamente a ambos lados, ya que si se posterga dicho sellado, la lechada
comenzaría a endurecerse de tal forma que entonces el sellado se haría sin seguir las
normas correctamente. De esta manera, se fabricarían inevitablemente durmientes de
baja calidad.
Con ésta última actividad culmina el proceso de fabricación de durmientes,
quedando por realizar dos actividades finales: el apilamiento en los patios y la carga y
despacho de los mismos.
12. Apilamiento:
Los durmientes serán traslados a la zona de acopio externo donde se
almacenarán hasta su posterior carga y despacho. Los fundamentos del apilamiento
de durmientes deberán tener las dimensiones de tal forma que no aparezcan daños de
hundimientos; las maderas de apilamiento deberán ser de 10×10 cm y deberán ser
colocadas una encima de otra, en ángulo recto, para que en los durmientes no
aparezcan momentos de flexión.
La altura máxima de apilado no debe ser mayor a 30 durmientes. En el caso de
que los durmientes apilados recientemente estén expuestos a los rayos solares en sua
caras frontales, lo cual pudiera ocasionar que el mortero de sellado perdiera humedad,
a pesar de la aplicación del bitumen, deberán utilizarse colchonetas apropiadas por
algún tiempo, manteniéndose éstas siempre húmedas por el tiempo que se haga
necesario.
13. Carga y despacho:
El cargado de los durmientes de concreto deberá realizarse según las
especificaciones de las Instituciones Ferroviarias. Las maderas de apoyo tendrán
que estar colocadas exactamente en el posterior apoyo central de los rieles. Los
CAPÍTULO III
128
terminales de las maderas de apoyo e intermedios deberán estar 50 cm
sobrepuestos. Los durmientes deberán asegurarse contra deslizamientos
provocados por el transporte mediante maderas cruzadas clavadas. La capa
superior de los durmientes deberá atarse.
Es importante asegurar que las capas individuales de los durmientes no
desprendan en traslaciones curvas, en pendientes y durante servicios de
maniobras. En caso de que los durmientes sean enviados únicamente con tablones
depositados intercaladamente, deberá llegarse a un acuerdo con los jefes de las
Instituciones Ferroviarias para aplicar una instalación adecuada con la que los
durmientes obtengan una posición segura.
La segunda aplicación con betún para los lados frontales de los
durmientes se realizará antes del cargado o ya en el camión de transporte.
CAPÍTULO IV
129
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En éste capítulo se analizaron e interpretaron los resultados obtenidos por
medio de los ensayos a los posibles diseños de mezcla que se usaron para la
fabricación de durmientes de concreto postensado para vías férreas con sustitución
parcial de agregado fino por raspadura de banda de rodamiento de neumáticos, con el
fin de conocer el diseño más adecuado que cumpla con las exigencias de calidad, así
como los parámetros mínimos de resistencia establecidos en la Norma Venezolana
COVENIN y las Instrucciones Dywidag para la fabricación de durmientes de
concreto postensado con el método de desencofrado inmediato de Insumos
Ferroviarios C.A. (INFERCA).
Además se presentan los resultados de los diferentes métodos de diseño de
mezcla empleados (ACI, Füller y Bolomey), la explicación de la selección del
método más idóneo, los resultados de los procedimientos experimentales de
caracterización de los agregados y del cemento, las características físicas, químicas y
mecánicas de los mismos, y finalmente los ensayos de resistencia realizados en los
laboratorios de Control de Calidad de la empresa INFERCA C.A. y en el laboratorio
de Suelos y Materiales del Decanato de Ingeniería Civil de la UCLA, que permitieron
alcanzar el cumplimiento del objetivo de este trabajo de investigación.
CAPÍTULO IV
130
Análisis granulométrico:
El estudio de los agregados para el concreto es de suma importancia, ya que
estos ocupan entre 70 y 75% aproximadamente del volumen de la masa endurecida,
por lo que se hace necesario realizar ciertos ensayos de laboratorio establecidos en la
Norma Venezolana COVENIN, lo cual es un aspecto fundamental al momento de
llevar un control de calidad de los mismos. En general los agregados deben ser
ensayados para la determinación de sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, y
así conocer las cualidades que puedan desarrollar al momento de utilizarse en
cualquier estructura y que sean capaces de aportar al diseño de mezcla,
conjuntamente con otros componentes como el cemento y el agua, las propiedades
para conformar un concreto durable y resistente, brindándole a la mezcla de concreto
las condiciones necesarias para crear las características exigidas por la estructura y el
ambiente al cual va a estar expuesta.
Una vez realizados los ensayos, es obtenida la caracterización de los
agregados, fino (arena sin sustitución y con las sustituciones parciales de raspadura de
banda de rodamiento de neumáticos) y grueso, representados y explicados en el
ANEXO B, importante para determinar la calidad del material para su uso como
componente del concreto. Expresando la granulometría de los agregados con el
pasante total por cada cedazo como porcentaje en peso, a su vez comparándolos con
los límites granulométricos para agregados según la Norma Venezolana COVENIN
277-83, representados gráficamente a continuación:
CAPÍTULO IV
131
Figura N° 14. Límites granulométricos sustitución 1%.
Fuente: Propia.
Figura N° 15. Límites granulométricos sustitución 3%.
Fuente: Propia.
0
20
40
60
80
100
120
0.050.55
% p
asan
te
Abertura del tamiz en mm
Sustitución 1 %
Limite Inferior
Limite Superior
1%
0
20
40
60
80
100
120
0.050.55
% p
asan
te
Abertura del tamiz en mm
Sustitución 3 %
Limite Inferior
Limite Superior
3%
CAPÍTULO IV
132
Figura N° 16. Límites granulométricos sustitución 5%.
Fuente: Propia.
Al analizar los resultados de las curvas granulometricas obtenidas para cada
porcentaje de sustitucion de agregado fino por raspadura de banda de rodamiento de
neumatico, se aprecia que tienen un comportamiento similar entre ellas, observandose que en
la parte superior el tamano del agregado fino es ligeramente menor al limite establecido por
la Norma COVENIN 277-83.
0
20
40
60
80
100
120
0.050.55
% P
asan
te
Abertura del tamiz en mm
Sustitución 5 %
Limite Inferior
Limite Superior
5%
CAPÍTULO IV
133
Figura N° 17. Límites granulométricos agregado grueso.
Fuente: Propia.
En el Anexo XVII se puede observar que la granulometria del agregado grueso se
encuentra dentro de los limites establecidos por Norma, pero en la parte inferior muestra un
comportamiento que indica una presencia de finos, debido a que se encuentra por encima del
limite establecido; sin embargo tomando en considseracion los porcentajes pasantes de cada
tamiz y según lo establecido en la Norma Venezolana COVENIN 277-83, el agregado se
define como Numero 1 (Tamano maximo 1”), el cual fue la gradacion mas cercana al
agregado en estudio.
Ensayos complementarios para la caracterización de los agregados:
De los ensayos aplicados para complementar la caracterización de ambos
agregados, se obtuvo la siguiente información de sus propiedades, establecidas en la
Tabla N° 26 para los finos y en la Tabla N° 27 para los gruesos:
0
20
40
60
80
100
120
51525
% P
asan
te
Abertura del tamiz en mm
Agregado Grueso
Limite Superior
Limite inferior
Agregado Grueso
CAPÍTULO IV
134
Tabla N° 25. Resumen de la caracterización del agregado fino.
Ensayos Característica Resultados Límites
Normalizados
Fuente
Peso unitario
suelto y
compacto
Peso unitario
suelto (Kgf/L)
1,55 1,5 a 1,6 COVENIN
263-78
Peso unitario
compacto
(Kgf/L)
1,63 1,6 a 1,9
Peso específico
y porcentaje
de absorción
Peso
específico
(Kgf/L)
2,65 2,5 a 2,7 COVENIN
268-78
Porcentaje de
absorción
2,04 % ----
Ensayo
cualitativo de
impurezas
orgánicas o
ensayo
clorimétrico
Presencia de
impurezas
orgánicas
No Presenta
----
COVENIN
256-1077
Color
Num. 1
Cloruros y
sulfatos
Presencia de
Cloruros
No presenta
----
COVENIN
261-1992
Presencia de
Sulfatos
No presenta
Granulometría Módulo de
finura
3,45 2,3 a 3,5 COVENIN
255-1977
Fuente: Propia.
Analizando el contenido de la Tabla XXVIII, de los resultados para el
agregado fino, se pudo determinar:
El agregado fino suele tener un peso unitario suelto entre 1,5 Kgf/L y 1,6
Kgf/L, para el resultado obtenido del agregado en estudio igual a 1,55; se
encuentra dentro de los límites establecidos por la Normativa.
CAPÍTULO IV
135
Los pesos unitarios compactados para agregados finos se encuentran entre 1,6
Kgf/L a 1,9 Kgf/L, límites establecidos por Norma, obteniéndose un peso
unitario compactado de 1,63Kgf/L, el cual se encuentra dentro del rango
establecido.
El peso específico para arenas de buena calidad suelen oscilar entre 2,5 Kgf/L
y 2,7 Kgf/L, con un valor obtenido de 2,65Kgf/L, el mismo se encuentra
dentro de este rango.
El agregado fino debe estar libre, de cantidades nocivas de impurezas
orgánicas, y al ser ensayado según la Norma COVENIN 256, no debe
producir un color más oscuro que el patrón. Dando como resultado un color
claro al compararlo con el test de colores, clasificado como Número 1, lo que
indica la presencia de impurezas orgánicas casi nulas.
El módulo de finura es una indicación aproximadamente proporcional al
tamaño promedio de las partículas de agregado, mientras más bajo es el
módulo de finura, más fina es la muestra. Los módulos de finura aprobados
por la Norma COVENIN para arenas bien gradadas deben estar entre 2,3 y
3,5, pudiendo llegar hasta 4,5 en arenas manufacturadas. Del resultado
obtenido para módulo de finura del agregado en estudio, se puede determinar,
que la arena natural, con un valor de 3,45; se encuentra dentro de los límites
establecidos por Norma.
CAPÍTULO IV
136
Tabla N° 26. Resumen de la caracterización del agregado grueso.
Ensayos Característica Resultados Límites
Normalizados
Fuente
Peso unitario
suelto y
compacto
Peso unitario
suelto (Kgf/L)
1,35 1,4 a 1,5 COVENIN
263-78
Peso unitario
compacto
(Kgf/L)
1,58 1,5 a 1,7
Peso específico
y porcentaje
de absorción
Peso
específico
(Kgf/L)
2,64 2,5 a 2,7
COVENIN
268-78
Porcentaje de
absorción
0,90% ----
Granulometría Tamaño
máximo
1 ” ---- ----
Ensayo de
desgaste de los
Ángeles
% de desgaste 37,72 < 50 % COVENIN
266-77
Fuente: Propia.
Analizando el contenido de la Tabla XXIX, de los resultados para el agregado
grueso, se pudo determinar:
El resultado del ensayo realizado para determinar el peso unitario suelto y
compactado del agregado grueso, arrojo valores que se encuentran dentro del
rango exigido por la Norma, así como también el peso específico y el
porcentaje de absorción.
CAPÍTULO IV
137
Se determinó mediante el mínimo tamaño del cedazo y el porcentaje del
agregado entre 100 y 95%, donde el tamaño máximo de los agregados es 1”,
indicando que el agregado analizado es una piedra número 1, cumpliendo a su
vez con los límites granulométricos establecidos por la Norma COVENIN.
El ensayo de resistencia al desgaste por medio de la máquina de los Ángeles,
nos muestra la capacidad de una superficie para resistir el desgaste producto
de la fricción o frotamiento, al ensayar la muestra de agregado grueso, dio
como resultado un porcentaje de 37,72%, valor menor al 50%, siendo este el
límite establecido por la Norma.
De acuerdo con los análisis realizados, los agregados estudiados cumplieron
de una manera aceptable con cada uno de los límites Normativos establecidos, lo cual
nos indica que son idóneos para su uso conforme a las necesidades requeridas para
los diseños de mezcla planteados en la presente investigación.
Caracterización de la banda de rodadura de neumático:
Los resultados de los ensayos realizados tanto a la banda de rodadura de
neumático empleada como sustitución parcial, como a la combinación de
arena+banda de rodadura, se presentan a continuación
CAPÍTULO IV
138
Tabla N° 27. Resumen de la caracterización arena+banda de rodadura,
sustitución de 1%.
Ensayos Característica Resultados Límites
Normalizados
Fuente
Peso unitario
suelto y
compacto
Peso unitario
suelto (Kgf/L)
1,61 1,5 a 1,6 COVENIN
263-78
Peso unitario
compacto
(Kgf/L)
1,91 1,6 a 1,9
Peso específico
y porcentaje
de absorción
Peso
específico
(Kgf/L)
2,63 2,5 a 2,7 COVENIN
268-78
Porcentaje de
absorción
2,04% ----
Ensayo
cualitativo de
impurezas
orgánicas o
ensayo
clorimétrico
Presencia de
impurezas
orgánicas
No presenta
----
COVENIN
256-1077
Color Num. 1
Cloruros y
sulfatos
Presencia de
Cloruros
No presenta
----
COVENIN
261-1992
Presencia de
Sulfatos
No presenta
Granulometría Módulo de
finura
3,45 2,3 a 3,5 COVENIN
255-1977
Fuente: Propia.
CAPÍTULO IV
139
Tabla N° 28. Resumen de la caracterización arena+banda de rodadura,
sustitución de 3%.
Ensayos Característica Resultados Límites
Normalizados
Fuente
Peso unitario
suelto y
compacto
Peso unitario
suelto (Kgf/L)
1,60 1,5 a 1,6 COVENIN
263-78
Peso unitario
compacto
(Kgf/L)
1,84 1,6 a 1,9
Peso específico
y porcentaje
de absorción
Peso
específico
(Kgf/L)
2,5 2,5 a 2,7 COVENIN
268-78
Porcentaje de
absorción
2,04% ----
Ensayo
cualitativo de
impurezas
orgánicas o
ensayo
clorimétrico
Presencia de
impurezas
orgánicas
No presenta
----
COVENIN
256-1077
Color Num. 1
Cloruros y
sulfatos
Presencia de
Cloruros
No presenta
----
COVENIN
261-1992
Presencia de
Sulfatos
No presenta
Granulometría Módulo de
finura
3,48 2,3 a 3,5 COVENIN
255-1977
Fuente: Propia.
CAPÍTULO IV
140
Tabla N° 29. Resumen de la caracterización arena+banda de rodadura,
sustitución de 5%.
Ensayos Característica Resultados Límites
Normalizados
Fuente
Peso unitario
suelto y
compacto
Peso unitario
suelto (Kgf/L)
1,55 1,5 a 1,6 COVENIN
263-78
Peso unitario
compacto
(Kgf/L)
1,81 1,6 a 1,9
Peso específico
y porcentaje
de absorción
Peso
específico
(Kgf/L)
2,44 2,5 a 2,7 COVENIN
268-78
Porcentaje de
absorción
2,04% ----
Ensayo
cualitativo de
impurezas
orgánicas o
ensayo
clorimétrico
Presencia de
impurezas
orgánicas
No presenta
----
COVENIN
256-1077
Color Num. 1
Cloruros y
sulfatos
Presencia de
Cloruros
No presenta
----
COVENIN
261-1992
Presencia de
Sulfatos
No presenta
Granulometría Módulo de
finura
3,58 2,3 a 3,5 COVENIN
255-1977
Fuente: Propia.
CAPÍTULO IV
141
Analizando el contenido de la Tabla XXX, de los resultados para el sustituto
empleado (arena+banda de rodadura), se pudo determinar:
Los resultados obtenidos de peso unitario suelto del agregado en estudio con
sustituciones parciales del 1, 3 y 5% de arena por raspadura de banda de
rodamiento, se encuentra dentro de los límites establecidos por la Normativa.
Oscilando entre valores iguales a 1,5 Kgf/L y 1,6 Kgf/L.
Los pesos unitarios compactados para agregados finos se encuentran entre 1,6
Kgf/L a 1,9 Kgf/L, límites establecidos por Norma, obteniéndose para todos
los casos pesos unitarios compactados dentro del rango establecido.
El peso específico para arenas de buena calidad suelen ubicarse entre 2,5
Kgf/L y 2,7 Kgf/L, para el agregado con sustituciones parciales se encontró
dentro del rango establecido por Norma para todos los casos.
A pesar de que se están haciendo sustituciones de agregado fino por raspadura
de banda de rodamiento, el mismo debe estar libre, de cantidades nocivas de
impurezas orgánicas, y al ser ensayado con cada sustitución parcial, según la
Norma COVENIN 256, no debe producir un color más oscuro que el patrón.
Se obtuvo en cada uno de los casos, un color claro al compararlo con el test de
colores, clasificado como Número 1, lo que indica la presencia de impurezas
orgánicas casi nulas.
El módulo de finura es una indicación aproximadamente proporcional al
tamaño promedio de las partículas de agregado, mientras más bajo es el
módulo de finura, más fina es la muestra. Los módulos de finura aprobados
por la Norma COVENIN para arenas bien gradadas deben estar entre 2,3 y
3,5, pudiendo llegar hasta 4,5 en arenas manufacturadas. De los resultados
obtenidos para módulo de finura del agregado en estudio con las sustituciones
parciales, se puede determinar, que la arena empleada se encuentra dentro de
los límites establecidos por Norma.
CAPÍTULO IV
142
Caracterización del Cemento:
Los resultados de los ensayos realizados al cemento son determinantes al
momento de caracterizarlo como agregado del concreto: la finura es un dato decisivo
para la interpretación de la resistencia, especialmente a temprana edad; la
consistencia determina la cantidad de agua por gramo de cemento necesaria para
obtener una pasta de cemento de consistencia normal o necesaria para promover las
reacciones de los componentes mineralógicos; y el fraguado por su parte es el que
determina el cambio del estado fluido al estado rígido del concreto. Dichos resultados
y análisis de los mismos se presentan a continuación:
Tabla N° 30. Resultados experimentales del ensayo de Permeabilidad o Finura.
Finura
Tipo de
Cemento
Muestra Tiempo (seg.) Resultado
experimental
Valor Norma
COVENIN 487
Portland Tipo I
1 28
2941,14
2800 – 3500 2 25
3 29
Promedio 27,33
Fuente: Propia
Según los valores obtenidos del ensayo de Permeabilidad, se aprecia que
cumplen con lo establecido en la Norma COVENIN 487-93 “Cemento Portland.
Determinación de la finura por medio del aparato de Blaine de Permeabilidad”,
arrojando como resultado una finura de 2941,14 gr/cm2, que se encuentra en el rango
establecido en la Norma, por lo que se considera ese valor como aceptable y óptimo.
CAPÍTULO IV
143
Tabla N° 31. Resultados experimentales del ensayo de Fraguado del
cemento (Tiempo de inicio y tiempo final).
Cantidad de agua: 130 ml
Peso total del cemento: 500 gr
Hora de inicio: 9:45 a.m.
Hora de culminación: 12:00 m.
Tiempo de Fraguado (min)
Tipo de
Cemento
Valores
obtenidos
del
ensayo
Valor
Norma
COVENIN
493-87
Portland
tipo I
Inicial=
105 min.
˃ 45 min.
Final=
135 min.
< 480 min.
Fuente: Propia.
El tiempo inicial de fraguado de la pasta de cemento se tomó cuando la aguja
del aparato de Vicat penetró la muestra 25 ± 1 mm, y el tiempo final cuando la
penetración fue de 0 mm y la aguja no dejó huella sobre la pasta como lo especifica
laNorma COVENIN 494-1994 “Cemento Portland. Determinación del tiempo de
fraguado”. Los resultados de tiempo inicial y final de fraguado se muestra en la Tabla
XXX, y ambos cumplen con lo convenido en la Norma para una relación
Agua/Cemento de 0,26.
CAPÍTULO IV
144
Tabla N° 32. Resultados experimentales del ensayo de Consistencia Normal.
Consistencia
Tipo de
Cemento
Muestra Agua
(ml.)
Penetración del
émbolo (mm.)
Valor Norma
COVENIN 494-94
Portland Tipo
I
1
130
11
10 ± 1 mm 2 11
3 10
Promedio: 10,67
Fuente: Propia.
El ensayo de consistencia se realizó según lo especificado en la Norma
COVENIN 494-1994 “Cemento Portland. Determinación de la consistencia
normal”, dejando fija la cantidad de cemento en 500 gr. y variando la relación
Agua/Cemento hasta que la penetración del émbolo del aparato de Vicat resultara
igual a 10 ± 1 mm a los 30 segundos de haber sido soltado, los valores de
penetración que cumplen con la Norma se encuentran en la Tabla XXXI, para una
cantidad de agua de 130 ml obteniéndose una buena trabajabilidad de la pasta.
CAPÍTULO IV
145
Tabla N° 33. Resultados de los métodos de diseños de mezcla:
Metodo de Füller Metodo de Bolomey Metodo ACI Sustitución
1%
Sustitución
3%
Sustitución
5%
Sustitución
1%
Sustitución
3%
Sustitución
5%
Sustitución
1%
Sustitución
3%
Sustitución
5%
Relacion
a/c 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32
Volumen
de cemeto
(m^3) 0.14881 0.14881 0.14881 0.14881 0.14881 0.14881 0.14881 0.14881 0.14881
Peso de
Cemento
(Kgr) 468.75 468.75 468.75 468.75 468.75 468.75 468.75 468.75 468.75
Volumen
de agua
(lts) 150 150 150 150 150 150 150 150 150
Volumen
de
agreagado
grueso
(m^3)
0.3878 0.3841 0.3727 0.4572 0.4542 0.4452 0.3885 0.384 0.37192
Peso del
agregado
grueso
(kgr)
1035.92 1025.89 995518 1221.2 1213.23 1189.09 1037.656 1026.513 993.423
Volumen
de
agreagado
fino (m^3)
0.3383 0.3421 0.3534 0.2689 0.2719 0.281 0.3127 0.3168 0.3293
Peso del
agregado
Fino (kgr)
889.88 855289 862154 707.45 679.94 685.402 822.43 792.206 803.092
Fuente: Propia
De acuerdo a los resultados obtenidos de los 3 métodos de diseño de mezcla
considerados para cada sustitución parcial, se realizó el siguiente análisis para la
selección del método más idóneo conforme a las necesidades requeridas:
El método de diseño que más se adapta las proporciones ideales es el método
de Füller tomando en cuenta la trabajabilidad y usando como guía las
cantidades de agregados que INFERCA C.A. tiene estipulados para la
CAPÍTULO IV
146
fabricación de los durmientes, cantidades que han surgido de las adaptaciones
y experiencia en el proceso de fabricación a través del tiempo.
El método de Füller nos da como resultados proporciones de áridos aceptables
y cuyo ajuste granulométrico se adapta significativamente a la parábola de
Gessner lo que nos da unos resultados confiables en cada una de las
sustituciones de agregado fino. Tomado como confiable debido a que en cada
una de estas proporciones se toma en cuenta el módulo de finura de la arena
con las diferentes sustituciones los cuales van variando y de igual manera
adaptándose a la parábola de Gessner.
El método de Bolomey a pesar de ser una mejora del método de Füller por
tomar en cuenta la cantidad de cemento de la mezcla, arroja proporciones de
agregados muy disparejas entre el agregado fino y el agregado grueso
teniendo este último una cantidad volumétrica muy alta pudiendo hacer que la
mezcla sea menos trabajable y se tenga un acabado final deficiente con
muchos espacios vacíos que podrían afectar considerablemente la resistencia y
el comportamiento del durmiente.
Al considerar la cantidad de cemento necesaria para alcanzar la resistencia
final esperada durante el proceso de estimación las proporciones de áridos, es
un parámetro que afecta dichos resultados finales y por lo tanto el ajuste
granulométrico no se adapta de la misma manera a la gráfica de la curva de
Bolomey como se adapta a la curva de Gessner en el método de Füller.
Al estimar las proporciones de agregados utilizando el método ACI tenemos
resultados muy similares a las obtenidas por el método de Füller, pero se
dejan solo como referencia por ser un método experimental que toma en
cuenta el módulo de finura del agregado fino para estimar las cantidades
volumétricas de los áridos según experimentos realizados y adaptando esos
resultados a diversas variaciones según sea el caso, lo que no lo hace
confiable para nuestro caso de investigación porque dichos experimentos se
CAPÍTULO IV
147
realizaron sin sustitución o alteración alguna de las propiedades normales de
los áridos que conformaron la mezcla.
Ensayo de resistencia al concreto endurecido:
La resistencia a compresión simple es la característica mecánica principal del
concreto, dada la importancia que reviste esta propiedad, que indica si el material
cumple o no con las exigencias que impone el diseño, se evaluó mediante pruebas
mecánicas a los siete (7) y veintiocho (28) días, para cada una de los diseños de
mezclas, cilindros normalizados, y cubos a los siete (7) días con sustituciones
parciales de 1, 3 y 5% de arena por banda de rodadura de neumático, también se
muestran los resultados de los ensayos de flexión y flexo-tracción a vigas
normalizadas y El producto final que es el durmiente a los siete (7) días:
Tabla N° 34. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 1% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
149 300 70,31 403,25
˃325
Kg/cm²
147 298 67,98 400,58
149 300 69,58 399,05
150 300 70,71 400,15
150 300 70,38 398,30
150 298 70,45 398,67
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
148
Tabla N° 35. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 1% a los 28 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
149 300 86,86 498,18
˃430
Kg/cm²
150 300 87,03 492,52
150 249 86,95 492,06
147 300 83,89 494,35
149 249 85,96 492,99
149 249 86,29 494,88
Fuente: Propia
Tabla N° 36. Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción de vigas de
concreto, con sustitución parcial de 1% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Altura
(mm)
Ancho
(mm)
70 100 150 1,152 69,11
˃50
Kg/cm²
70 101 150 1,159 68,08
70 101 150 1,206 70,98
70 101 150 1,172 68,97
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
149
Tabla N° 37. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cubos de
concreto, con sustitución parcial de 1% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Ancho
(mm)
Altura
(mm)
200 200 201 192,29 480,73
˃400
Kg/cm²
200 200 201 187,78 469,46
200 201 200 203,26 483,95
201 200 201 202,75 482,74
Fuente: Propia
Tabla N° 38. Resultados de ensayo de resistencia a flexión de durmientes, con
sustitución parcial de 1% a los 7 días.
Numero de
durmientes
ensayados
Fuerza
(KN)
Resistencia
(Kg)
Rango
1 64 6523,95 ˃3955,15Kg
1 67 6829,76
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
150
Tabla N° 39. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
149 300 59,42 340,78
˃325
Kg/cm²
147 298 59,55 350,90
149 300 60,82 348,81
150 300 61,55 348,32
149 300 60,92 349,40
148 298 60,33 350,70
Fuente: Propia
Tabla N° 40. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 28 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
150 300 76,56 433,26
˃430
Kg/cm²
149 300 75,26 431,65
150 249 76,57 433,32
149 300 75,44 432,69
147 249 73,58 433,55
150 249 77.19 436,80
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
151
Tabla N° 41. Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción de vigas de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Altura
(mm)
Ancho
(mm)
70 100 150 1,260 75,71
˃50
Kg/cm²
70 101 150 1,294 76,14
70 100 150 1,245 74,81
70 101 150 1,310 77,05
Fuente: Propia
Tabla N° 42. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cubos de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Ancho
(mm)
Altura
(mm)
201 200 201 190,86 454,42
˃400
Kg/cm²
201 200 201 192,25 457,74
200 201 200 187,92 447,42
201 200 201 189,42 451,01
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
152
Tabla N° 43. Resultados de ensayo de resistencia a flexión de durmientes, con
sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Numero de
durmientes
ensayados
Fuerza
(KN)
Resistencia
(Kg)
Rango
1 70 7135,57 ˃3955,15Kg
1 66 6727,83
Fuente: Propia
Tabla N° 44. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 5% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
147 300 55,67 328,03
˃325
Kg/cm²
149 298 56,65 324,89
149 300 56,03 321,36
150 300 57,69 326,47
149 300 56.51 324,12
150 298 57,09 323,05
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
153
Tabla N° 45. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 5% a los 28 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
147 300 74,34 438,05
˃430
Kg/cm²
149 300 75,65 433.86
150 249 75,83 429,15
150 300 77,04 435,97
149 249 75,47 432,83
150 249 76,23 431,41
Fuente: Propia
Tabla N° 46. Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción de vigas de
concreto, con sustitución parcial de 5% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Altura
(mm)
Ancho
(mm)
70 100 150 732,25 44,01
˃50
Kg/cm²
70 101 150 794,17 46,73
70 101 150 738,43 43.45
70 101 150 835,30 49.15
Fuente: Propia
CAPÍTULO IV
154
Tabla N° 47. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cubos de
concreto, con sustitución parcial de 5% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Ancho
(mm)
Altura
(mm)
200 200 201 152,27 380,67
˃400
Kg/cm²
200 200 201 154,50 386,23
200 201 200 158,11 376,45
201 200 201 163,56 389,44
Fuente: Propia
Tabla N° 48. Resultados de ensayo de resistencia a flexión de durmientes, con
sustitución parcial de 5% a los 7 días.
Numero de
durmientes
ensayados
Fuerza
(KN)
Resistencia
(Kg)
Rango
1 65 6625,89 ˃3955,15Kg
1 60 6116,20
Fuente: Propia
Análisis de resultados del ensayo de compresión de cilindros normalizados de
concreto:
Según los criterios de valoración de la Norma Venezolana COVENIN 76-83,
establece el análisis de aceptación y rechazo del ensayo de la resistencia a la
CAPÍTULO IV
155
compresión para cilindros de concreto, el cual debe cumplir con los siguientes
criterios específicos, el primero de ellos, es que el promedio de las series de tres (3)
pruebas de resistencia consecutivas debe ser igual o mayor que la resistencia de
cálculo (f’c), condición que se cumple para el diseño de mezcla con sustituciones
parciales del 1 y 3%; ya que se obtuvo un resultado promedio igual a 400,96 Kg/cm²
y 494,25 Kg/cm² para 1% y de 346,83Kg/cm² y 432,74 Kg/cm² para 3% a los 7 y 28
días respectivamente, resultando para ambas sustituciones mayores a las resistencias
de diseño: 325 y 430 Kg/cm² a los 7 y 28 días respectivamente.
El segundo criterio que debe cumplirse es que ningún resultado individual
(promedio de dos cilindros) deberá estar por debajo de la resistencia de diseño en más
de 35 Kg/cm², obteniéndose para la sustitución del 1% resultados de 401,92; 399,60 y
398,49 Kg/cm² para los 7 días y de 495,35 493,21; 493,94 Kg/cm² para los 28 días.
De igual forma para la sustitución del 3% se obtuvieron resultados de 345,84; 348,57
y 350,05 Kg/cm² para los 7 días y de 432,46; 433,01 y 435,18 Kg/cm² a los 28 días.
Con los resultados individuales de los diseños se pudo constatar, que para
ambas sustituciones fueron superadas notablemente las resistencias de diseño, para de
esta manera cumplir en su totalidad las condiciones prescritas, dando consecuencia
que las resistencias a la compresión fueron totalmente satisfactorias, cumpliendo en
su conformidad con el diseño y calidad del concreto en estudio.
Por su parte, los resultados de la sustitución del 5%, al aplicarle el análisis de
los criterios establecidos en la Norma, nos encontramos con valores promedios que se
hallan ligeramente por debajo de la resistencia de diseño a los 7 días, con valores
iguales a 324,54 y 324,76 Kg/cm² ambos inferiores a 325 Kg/cm², sin embargo a los
28 días se obtuvieron valores promedios iguales a 433,40 y 433,69 Kg/cm², siendo
mayores a la resistencia de diseño de 430 Kg/cm².
En cuanto al criterio de que ningún resultado individual (promedio de dos
cilindros) deberá estar por debajo de la resistencia de diseño en más de 35 Kg/cm², se
CAPÍTULO IV
156
cumple para todos los cilindros tanto a 7 como a 28 días con resultados iguales a
323,58; 323,92 y 326,46 Kg/cm²; y 432,12; 432,56 y 435,95 Kg/cm²,
respectivamente, esto a pesar de que los resultados individuales no cumplen en su
totalidad con valores mayores a la resistencia de diseño.
Análisis de resultados de los ensayos de resistencia a la compresión de cubos de
concreto y de flexión en vigas:
Para realizar el análisis de los resultados de las pruebas de resistencia a la
compresión de cubos de concreto y de resistencia a flexión de vigas, nos basaremos
en el criterio de aceptación y rechazo empleada por INFERCA, el cual consiste en
que cada uno de los resultados individuales de resistencia sea mayor a la resistencia
mínima establecida en las Instrucciones Dywidag de INFERCA C.A. en su apartado
2.1.2.1 “Ensayo a flexión de probetas prismáticas de 15x15x60 cm. Procedimiento de
ensayo” y en su apartado 2.1.3 “Cubos de 200 mm para ensayo de resistencia a la
compresión. Procedimiento de ensayo” según lo establecido en las normas DIN 1045
“Concrete and Reinforced Concrete”. Para los cuales en los casos de sustituciones del
1 y 3%, cada prueba individual tanto de vigas como de cubos, dieron resultados que
excedieron las resistencias mínimas establecidas. Por su parte la sustitución del 5 %
estuvo por debajo de los límites inferiores de resistencia establecida tanto para cubos
como vigas.
Análisis de resultados del ensayo de resistencia a flexo-compresión de
durmientes de concreto postensado:
Una vez realizado el control de calidad del producto final terminado
(durmiente monobloque con sustitución parcial de arena por raspadura de banda de
rodamiento) a través de la prueba de flexo-tracción de durmientes postensados, se
hace la comparación establecida en las Instrucciones Dywidag, en su apartado 3.0
“Ciclo de Fabricación de Durmientes monobloque” el cual basa su reglamento en las
normas AREMA, que establece que cada prueba individual de flexo-tracción
CAPÍTULO IV
157
realizada a cada durmiente, por medio del método normal, debe exceder 3955,15 Kg
de fuerza aplicada, que para los durmientes realizados con las 3 sustituciones
empleadas (1, 3 y 5%) fueron excedidos satisfactoriamente, dando cumplimiento a lo
establecido en la Instrucción antes mencionada.
CAPITULO V
158
CAPITULO V
CONCLUSIONES
Considerando los resultados obtenidos de las diferentes observaciones,
ensayos y análisis realizados en los capítulos anteriores, se pueden señalar las
siguientes conclusiones con respecto al objetivo planteado:
Mediante la caracterización de los agregados, se pudieron analizar las
características necesarias que deben poseer los mismos para diseñar concretos de
calidad, los cuales se constataron a través de los resultados de los ensayos, dando
cumplimiento a cada uno de ellos en base a las propiedades mínimas requeridas por la
Norma Venezolana COVENIN, y que deben ser verificados estrictamente a la hora de
fabricar durmientes para vías férreas.
Partiendo de la premisa de la diversidad de métodos de diseño de mezclas
existentes para determinar las cantidades de los componentes del concreto, se
realizaron tres (3) diseños de mezclas con sustitución parcial de agregado fino en
función de su peso por raspaduras de bandas de rodamiento de neumáticos en
proporciones de 1, 3 y 5 %, empleando los métodos Bolomey, Füller y ACI, con la
intención de emplear un diseño de mezcla de calidad, considerando una serie de
requerimientos necesarios para la confección de durmientes de concreto para vías
férreas, para lo cual se determinó que el método Füller es el más adecuado ya que
aporta resultados de cantidades de áridos aceptables y cuyo ajuste granulométrico se
adapta significativamente a la parábola de Gessner lo que proporciona unos
resultados confiables en cada una de las sustituciones de agregado fino. Establecido
como confiable debido a que en cada una de estas proporciones se toma en cuenta el
módulo de finura de la arena con las diferentes sustituciones los cuales van variando
y de igual manera adaptándose a la parábola de Gessner.
CAPITULO V
159
Una vez sometidos a ensayos mecánicos los diferentes diseños de mezclas, los
resultados de cubos, vigas y cilindros, se compararon con lo establecido en la Norma
Venezolana COVENIN y con la mezcla patrón constituida por INFERCA para la
fabricación de durmientes, pudiéndose concluir que las sustituciones del 1 y 3 % son
altamente factibles y recomendadas como una alternativa ecológica y económica para
su uso como sustituto parcial de la arena, optimizando el rendimiento de la misma, ya
que los resultados de los ensayos mecánicos cumplieron con lo establecido en las
Normas antes mencionadas. Por su parte en la sustitución del 5% se obtuvieron
resultados por debajo de los límites establecidos por Norma para cubos, vigas y
cilindros.
Resultando las sustituciones del 1 y 3 % las más óptimas para su uso como
sustituto parcial, se evaluó el comportamiento de 2 pares de durmientes ante las
solicitaciones requeridas por las Instrucciones para la fabricación de durmientes de
concreto postensado Dywidag con el método de desencofrado inmediato de Insumos
Ferroviarios C.A., con ambas sustituciones parciales de banda de rodadura,
obteniéndose resultados altamente aceptables, dando cumplimiento a lo establecido
en la Norma, y siendo el durmiente el producto final, es determinante la factibilidad
del uso de la banda de rodadura como un sustituto amigable con el ambiente, por
darle un destino final adecuado al caucho como desecho, a la vez que disminuiría
costos y explotación del agregado fino, y su uso en proporciones adecuadas no afecta
la resistencia mínima requerida.
En cuanto a la sustitución del 5%, también se evaluó el comportamiento de la
misma en un par de durmientes, obteniéndose resultados que al igual que las
sustituciones del 1 y 3%, sobrepasaron la resistencia mínima requerida por Norma
con un margen de aceptación muy elevado, mostrándose como una tercera sustitución
de uso factible a pesar de que las resistencias mínimas requeridas por Norma en
cubos, vigas y cilindros, no fueron alcanzadas.
CAPITULO V
160
Finalmente, las 3 sustituciones parciales que se evaluaron en la presente
investigación se muestran como un sustituto de uso altamente factible, sin embargo,
en base a los resultados específicos de resistencia y a las cantidades representativas de
arena que se dejaría de utilizar y de raspadura de banda de rodamiento que se
incorporaría, se hace la propuesta final del uso del diseño de mezcla para la
fabricación de durmientes de concreto postensado con sustitución del 3%; como una
tecnología en la que desarrollo y medio ambiente se compatibilizan bajo el concepto
de “Desarrollo Sustentable” que se define como: el aprovechamiento de los
recursos de forma tal de no comprometer la satisfacción de las necesidades de
generaciones futuras.
CAPITULO V
161
RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar las sustituciones en intervalos más cerrados, ya que
variándolos en porcentajes de 1, 3 y 5, arroja equivalencia de pesos muy alejados
entre sí; haciendo eso se obtendría mayor cantidad de datos para realizar una mejor
correlación entre el efecto del caucho y el producto final.
Se exhorta el uso de la raspadura de banda de rodamiento como sustituto
parcial de la arena ya que es una alternativa ecológica que contribuye a disminuir el
deterioro ambiental, representando una disminución directa a la explotación de arena
como recurso natural no renovable; por ejemplo, en 1 Km de vía se colocan 1666
durmientes, si se utilizan durmientes con sustitución parcial del 1%, se dejaría de
utilizar 7,5 Toneladas de Arena, implicando un uso de 7,5 Toneladas de raspadura de
banda de rodamiento a la que se le proporcionaría un destino final adecuado que
representa un desecho de un proceso productivo que se lleva a cabo diariamente en
nuestro país. Análogamente si en 1 Km de vía se colocan durmientes con sustitución
parcial de 3% y 5%, las cantidades de arena y raspadura de banda de rodamiento
serian 22,49 y 37,49 Toneladas respectivamente, mostrándose cada sustitución como
una alternativa en la que hay menor explotación de Arena y menos restos de caucho
que generen contaminación.
Se sugiere limpiar y filtrar las partículas de caucho para eliminar impurezas
incorporadas durante el proceso del reencauchado, de igual forma se debe hacer pasar
la raspadura de banda de rodamiento por el tamiz # 4 para eliminar partículas de
tamaño mayor que por su fisionomía pasan a considerarse agregado grueso.
Se propone el uso de un tercer agregado, con una granulometría diferente, que
permita con sus proporciones adecuar la curva granulometría final a la parábola de
Gessner.
CAPITULO V
162
Se sugiere continuar esta línea de investigación, para profundizar el estudio
del comportamiento de los durmientes de concreto armado postensado con sustitutos
del agregado fino por raspadura de banda de rodamiento u otro desecho que sea
factible usar en cuanto al tema ecológico y económico se refiere, y que a su vez
aporten los niveles de resistencia a compresión y a flexo-tracción requeridos.
LA PROPUESTA
163
CAPITULO VI
LA PROPUESTA.
PROPUESTA DE DISEÑO DE MEZCLA PARA LA FABRICACIÓN DE
DURMIENTES DE CONCRETO POSTENSADO PARA VÍAS FÉRREAS
CON SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL 3% DE AGREGADO FINO POR
RASPADURAS DE BANDAS DE RODAMIENTO DE NEUMÁTICOS.
PRESENTACIÓN
Los durmientes, también conocidos como traviesas, son los elementos
estructurales, transversales y esenciales en la vía férrea, cuya misión fundamental es
transmitir al balasto la carga aplicada a los rieles y, junto a la fijación riel-durmiente,
controlan la trocha. Siendo los durmientes elementos primordiales en la vía, y el
sistema ferroviario una alternativa que día a día se abre camino como un medio de
transporte que implica tecnología y progreso, tanto en Venezuela como en el mundo,
se hace necesario estar a la vanguardia y buscar alternativas que mejoren su calidad
total contribuyendo a su avance, sin afectar el medio ambiente que se encuentra cada
vez más deteriorado.
De acuerdo al escenario antes planteado, acerca de las bondades del ferrocarril
y con la aseveración de la problemática ambiental que se ha globalizado, la presente
propuesta tiene como finalidad presentar el procedimiento sugerido de un diseño de
mezcla para la fabricación de durmientes de concreto postensado para vías férreas, en
las que se esboza el empleo de la raspadura de banda de rodamiento de neumáticos
como un sustituto parcial de la arena.
LA PROPUESTA
164
El diseño se centra en la idea de incluir en el proceso productivo la raspadura
de banda de rodamiento como materia prima para la fabricación de durmientes, a la
vez que represente una sustitución parcial de la arena, y por consiguiente una
disminución en el uso de la misma como agregado fino. Implantando un acopio
adecuado de la raspadura de banda de rodamiento bajo un sistema automatizado de
descarga.
OBJETIVO GENERAL:
Proponer un diseño de mezcla para la fabricación de durmientes de concreto
postensado para vías férreas con sustitución parcial de 3% del agregado fino por
raspaduras de bandas de rodamiento de neumáticos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Incorporar el método de diseño de mezcla Füller al proceso productivo de la
planta, como método base para la fabricación de durmientes de concreto postensado.
Realizar convenios con las empresas renovadoras del país, para disponer de la
raspadura de banda de rodamiento, que representa un desecho de su trabajo.
Implementar una tolva de almacenamiento de raspadura de banda de rodamiento.
Disminuir los costos de producción en la elaboración de durmientes de concreto
postensado, mediante el uso de la raspadura de banda de rodamiento como sustituto
parcial de la arena.
Contribuir con la ecología Venezolana, al utilizar el caucho desechado, como
materia prima de un nuevo proceso productivo.
LA PROPUESTA
165
SUSTENTACIÓN TEÓRICA DE LA PROPUESTA
Dosificación:
La mejor forma de dosificar un concreto es dando las cantidades de cada
material en peso, debido a que si se hace en volumen, existe la incertidumbre de no
conocer cuánto volumen ocupa en realidad el material dentro del envase que lo
contiene y la susceptibilidad de la arena como agregado fino a sufrir grandes cambios
de volumen.
Los datos iniciales necesarios, y con los que se debe contar para determinar
las cantidades necesarias de agua, cemento y agregados (fino y grueso), para obtener
el concreto deseado al más bajo costo posible, son:
1. Resistencia a una edad especificada según el tipo de obra.
2. Consistencia requerida según las condiciones de puesta en obra y el
tipo de compactación.
3. Tamaño máximo del agregado grueso.
4. Granulometría y módulos de finuras de los agregados.
5. Condiciones de exposición a la que va a estar expuesta la estructura.
Por su parte, para obtener mezclas y hormigones que reúnan las características
y propiedades exigidas dentro de un proyecto, se debe tomar en cuenta:
1. Resultados económicos, no solo respecto al costo inicial, sino durante
la vida útil, hasta su servicio final.
2. Trabajabilidad adecuada, para poder dar lugar a un vaciado
satisfactorio en las condiciones de trabajo.
3. Resistencia suficiente para soportar cargas de diseño.
4. Durabilidad, para permitir un servicio satisfactorio en las condiciones
esperadas de exposición durante su vida útil.
LA PROPUESTA
166
Combinación de los agregados:
Se intenta la combinación de los agregados para diversos fines, por ejemplo,
para mejorar las propiedades de un agregado considerado no apto, con uno de mejor
calidad, de modo que resulte aceptable, también para corregir alguna deficiencia que
pueda presentar en su gradación.
Diseño de mezcla:
Realizar un diseño de mezcla, no es más que la selección de las proporciones
de los materiales integrantes de la unidad cubica de concreto, puede ser definida
también como el proceso de selección de los ingredientes más adecuados y de la
combinación más conveniente, con la finalidad de obtener un producto que en el
estado no endurecido tenga la trabajabilidad y consistencia adecuados y que
endurecido cumpla con los requisitos establecidos por el diseñador indicados en los
planos y/o las especificaciones de la obra.
Métodos de diseño de mezcla:
La versatilidad de construcción en concreto armado y las crecientes exigencias
técnicas especificadas para este material llevaron a diversos investigadores a conjugar
investigación, experiencia y empirismo en la búsqueda de un método para encontrar
la dosificación de materiales que garanticen la obtención de un concreto con las
características que más se ajusten a la necesidad que se tuvieran en cada caso. Es por
ello que han surgido varios métodos, cada uno especial para optimizar unas variables
en particular y obtener concretos especiales, llamados: normal, seco, pesado, liviano,
de alta resistencia, autonivelante, de fraguado rápido, con adiciones, con aditivos y de
alto desempeño.
LA PROPUESTA
167
Método Füller de diseño de mezcla:
Este método es uno de los más clásicos, su aplicación está dirigida
principalmente a diseños de concretos en los que el tamaño máximo del agregado
grueso se encuentra comprendido entre 50±20 mm, los áridos son rodados, no existen
secciones fuertemente armadas y la cantidad de cemento por m3 es superior a los 300
kg.
Para la aplicación del método se considera como tamaño máximo del árido la
abertura del menor tamiz que retiene menos del 25% (ó pasa más del 7%) al cribar
por él, solo el árido de mayor tamaño (la grava) excluyéndose de esta determinación
los grandes cantos de tamaños anormales.
La cantidad de cemento a introducir en el diseño de la mezcla será la real que se
vaya a emplear en la fabricación del concreto. De igual forma la cantidad de agua
dependerá de la tipología del árido utilizado, de su tamaño máximo y de la
consistencia que deba tener el concreto. Si el concreto debe ser bombeable o se debe
colocar en secciones estrechas es conveniente emplear una consistencia blanda; si el
concreto se va a consolidar por vibración energética puede emplearse consistencia
seca. La cantidad de agua viene determinada por los parámetros especificados en las
siguientes tablas:
Tabla N° 1.
Asientos en cono de Abrams correspondientes a diferentes consistencias.
CONSISTENCIA CONO DE ABRAMS
(cm)
TOLERANCIA
Seca
Plástica
Blanda
Fluida
Líquida
0 – 2
3 – 5
6 – 9
10 – 15
16 - 20
+ 1
± 1
± 2
± 3
± 4
LA PROPUESTA
168
Fuente: Instrucción de Hormigón estructural, Consistencias y valores límites del
cono de Abrams. EHE (2008). Madrid-España.
Cantidad de agua requerida en dm3 por m
3 de mezcla para áridos con
granulometría media, en función de la tipología del árido y su tamaño máximo en
mezclas con una relación A/C de 0,57 en peso y con un asiento de 76 mm en el cono
de Abrams:
Tabla N° 2.
Cantidad de agua requerida en función de la tipología y el tamaño máximo de
los áridos utilizados.
TAMAÑO MÁXIMO
DEL ÁRIDO
ÁRIDO RODADO ÁRIDO
MACHACADO
12,7
19,1
25,4
38,1
50,8
76,2
199
184
178
166
157
148
214
199
193
181
172
163
Fuente: Hormigón. (2007) Fernández Cánovas, M. Colegio de Ingenieros de
caminos, canales y puertos. Servicio de Publicaciones-Colección Escuelas. 8va
Edición. Madrid-España.
Si las condiciones anteriores varían según sea el parámetro, se modifican los
valores de la Tabla XVIII, siendo necesario efectuar unos cambios. En la tabla que se
presenta a continuación se muestran los cambios a efectuarse, en ella, el signo (+)
LA PROPUESTA
169
indica aumento y el signo (–) indica una disminución, dependiendo de los cambios de
las condiciones definidas en la primera columna:
Tabla N° 3.
Modificaciones sobre el contenido de agua.
CAMBIO DE CONDICIÓN MODIFICACIONES EN LA
CANTIDAD DE AGUA
Por cada 25 mm de aumento o
disminución del asiento.
Arenas artificiales con cantos vivos.
Hormigones poco trabajables.
± 3 por cada 100
+ 6,8 litros
- 3,6 litros
Fuente: Hormigón. (2007) Fernández Cánovas, M. Colegio de Ingenieros de
caminos, canales y puertos. Servicio de Publicaciones-Colección Escuelas. 8va
Edición. Madrid-España.
En el método de Füller, la curva granulométrica de referencia para obtener una
buena compacidad y docilidad, es la denominada Parábola de Gessner, que viene
definida por la ecuación:
√
Dónde:
y = Tanto % en volumen que pasa por cada tamiz de abertura d.
d = Abertura en mm de cada uno de los tamices de la serie empleada.
D = Tamaño máximo de árido en mm.
LA PROPUESTA
170
Posteriormente se calcula el llamado módulo granulométrico o de finura de
cada fracción mi, que es la suma de los % de retenidos acumulados en los tamices de
la serie utilizada, dividido entre 100:
))
El paso a seguir es el ajuste granulométrico de la mezcla de los diferentes áridos
de la curva Füller, para ello puede emplearse el sistema de tanteos o uno basado en
los módulos granulométricos:
El sistema de tanteos consiste en un procedimiento gráfico con el propósito de
conseguir que el árido resultante se adapte lo máximo posible a la curva
teórica, así pues deben realizarse tanteos hasta que las áreas por encima y por
debajo de la curva de referencia queden compensadas.
El sistema basado en los módulos granulométricos es más exacto que el
sistema de tanteos, en él se considera que el árido está fraccionado en n
tamaños, siendo m1, m2,…,mn los módulos granulométricos de cada fracción,
y mt2, mt3,…, mtn los módulos granulométricos de las curvas de Fuller cuyos
tamaños máximos coinciden con los de las fracciones 2, 3,…, n, siendo t1,
t2,…,tn los porcentajes que hay que tomar para que la granulometría de la
mezcla se ajuste a la curva de referencia, se tendrá el siguiente sistema de
ecuaciones con n incógnitas:
t1+t2+…+tn=100
LA PROPUESTA
171
En el caso de emplear dos fracciones de árido para la resolución del sistema
anterior, tenemos:
t2 = 100 – t1
Si las fracciones son tres, se tiene:
)
)
)
Dónde:
Una vez encontrada la proporción en la que hay que mezclar las distintas
fracciones de los agregados, de 1,025 m3, se resta el volumen relativo del cemento
más el del agua, necesarios para obtener la consistencia buscada y el volumen
resultante se divide proporcionalmente entre los porcentajes obtenidos de la mezcla
de los agregados. Se utiliza la cifra 1,025 como una aproximación empírica que tiene
en cuenta la retracción que sufrirá el concreto. La pasta hidratada ocupa un volumen
menor que la suma de agua más cemento antes de hidratarse, debido a las pérdidas de
agua del concreto antes del fraguado, entre otras causas.
LA PROPUESTA
172
Caucho:
El caucho es un polímero elástico y resistente; 1,4 polisopreno, polímero
del isopreno o 2 metilbutadieno. C5H8 que surge como una emulsión lechosa
(conocida como látex) en la savia de varias plantas y se extrae por incisión pero que
también puede ser producido sintéticamente.
Neumático:
Un neumático también denominado cubierta o llanta en algunas regiones, es
una pieza toroidal de caucho o tubo de goma lleno de aire que se coloca en
las ruedas de diversos vehículos y máquinas. Su función principal es permitir un
contacto adecuado por adherencia y fricción con el pavimento, posibilitando el
arranque, el frenado y la guía.
Los neumáticos generalmente tienen hilos que los refuerzan. Dependiendo de
la orientación de estos hilos, se clasifican en diagonales o radiales. Los de tipo radial
son el estándar para casi todos los automóviles modernos.
Banda de rodadura:
La banda de rodadura de un neumático es aquella parte plana que entra en
contacto con la superficie. Es, por tanto, la zona que más desgaste sufre de todo el
neumático. En neumáticos comunes, el dibujo de la banda de rodadura no debe ser
inferior a los 1,6 mm de profundidad; y tampoco debe ser inferior a los 3 mm en
neumáticos de invierno.
Reencauchado:
El reencauchado es el proceso de retirado de la banda de rodadura o
rodamiento remanente o gastada y aplicación de una nueva. El recauchutado resulta
económico para grandes neumáticos, puesto que su precio es muy bajo; pero no para
neumáticos pequeños, ya que el ahorro no es significativo con respecto a un
neumático nuevo, eventualmente el precio de un reencauchado de un neumático
LA PROPUESTA
173
pequeño igualaría al de uno nuevo, de ahí que no sea una práctica común. Del
proceso de reencauchado queda un residuo que para la empresa reencauchadora es un
desecho no reutilizable e inservible.
Reciclaje de neumáticos:
El reciclaje de los residuos es considerado como una alternativa limpia y
amiga de los recursos naturales. En el mundo de la tecnología, una de las
consecuencias más visibles de las llamadas crisis energéticas, fue el renacer del
interés por el reciclaje de los materiales. Así se desarrollaron técnicas especiales, que
intentaron hacer más económica la recuperación de ciertos tipos de desechos, hasta el
momento sin ningún valor. Este interés de reciclar llegó al mundo de la construcción,
y en particular el reciclaje de los neumáticos es uno de los problemas de primer orden
para el ambiente y de posible uso en la construcción civil, como en reciclado de
asfalto y hoy día en estudios de sustituciones parciales en mezclas de concreto.
El caucho como agente contaminante:
El caucho luego de cumplida su vida útil, representa un desecho que genera
daños considerables al medio ambiente debido a la dificultad para ser reutilizado o
desaparecido por completo; es por ello que los desechos de caucho han recibido gran
atención en los últimos años tanto en Venezuela como a nivel internacional, debido al
gran volumen que se produce anualmente a nivel mundial y no existe un destino final
adecuado.
Según la página web de la compañía Magna Kefas (empresa dedicada a la
consultoría en seguridad, higiene y ambiente), afirma que: “Venezuela consume o
utiliza aproximadamente unos 6 millones de cauchos por año, generando un pasivo
ambiental cercano a las 50 mil toneladas esparcidas en botaderos no controlados,
quemas indiscriminadas que generan gases tóxicos, obstrucción de cañadas y
quebradas, sirven para acumulación de aguas y criaderos de roedores, zancudos y
otros insectos con la consecuente afectación de la salud de la comunidad”.
LA PROPUESTA
174
De esta manera, en Venezuela, la disposición final más utilizada es el de
colocarlos en los rellenos sanitarios, sin embargo representa un problema al momento
del proceso de compactación de los sólidos ya que el caucho no se compacta. Con la
finalidad de minimizar el impacto ambiental que estos generan luego de transcurrida
su vida útil se ha planteado recientemente la utilización del caucho luego de cumplida
su vida útil en la construcción, ejemplos de ello son las “Earthships” que son
viviendas cuyo principal componente estructural es neumáticos de automóvil
reciclado llenos de tierra comprimida para formar un ladrillo comprimido de tierra
revestido en caucho, desplegado en el estado Nueva Esparta-Venezuela, en el año
2009.
Así como investigaciones sobre la fabricación de losas de mortero de cemento
común y metacaolín, que incorporan crecientes fracciones volumétricas de polvo de
caucho triturado procedente de Neumáticos Fuera de Uso (NFU), realizadas por el
Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas – ETS de Arquitectura
de la Universidad Politécnica de Madrid.
El ferrocarril:
Del Latín ferrum que quiere decir hierro, y carril es un sistema de transporte
terrestre de personas y mercancías guiado sobre carriles o rieles. Es el camino
formado por dos carriles paralelos sobre los cuales rueda un tren arrastrado
generalmente por una locomotora.
El ferrocarril comenzó su desarrollo a principios del siglo XIX dentro de la
llamada Revolución Industrial, y supuso una transformación absoluta en la historia
del transporte de pasajeros y mercancías, al mostrarse como un medio seguro,
confortable y económico para desplazarse por la superficie terrestre, el cual ha ido
evolucionando, consolidándose y perdurando en el tiempo hasta nuestros días.
LA PROPUESTA
175
Constitución de la vía:
La vía de un ferrocarril se compone de dos partes principales:
Infraestructura:
Conjunto de obras formadas por cortes y terraplenes viaductos, puentes,
alcantarillas, túneles, y en general, con todas las obras de arte y de fábrica
necesarias para el establecimiento de la superficie sobre la que se asienta la vía
que dan origen a la línea para llegar al nivel de la subrasante, y a la
superestructura.
Superestructura:
Es la vía propiamente dicha, con el balasto, los durmientes, los rieles, los
aparatos de vía, y también los elementos precisos para asegurar la circulación de
los trenes, como las señales y enclavamientos.
Durmiente:
Es un elemento estructural, componente transversal y esencial de la vía férrea,
que transmite al balasto la carga aplicada a los rieles y, junto a la fijación riel-
durmiente, controla la trocha.
Durmientes de concreto:
Los primeros intentos por desarrollar los durmientes de hormigón datan de
principios del siglo XX, sin embargo los problemas que surgieron en los primeros
modelos fueron dos: fisuración y posterior rotura del hormigón en la zona de asiento
del riel con rotura por fatiga en la zona central del durmiente por estar sometida a
esfuerzos alternativos de flexión. Estos problemas fueron resueltos en principio con el
diseño de los durmientes de hormigón armado de dos bloques unidos por una riostra
de acero laminado que absorbe los momentos alternativos en la zona central y
posteriormente con el desarrollo de los durmientes de hormigón pre y pos tensado,
LA PROPUESTA
176
que al trabajar a compresión resuelve también la variación de los momentos en el
centro del durmiente.
Durmientes de concreto postensado:
Son aquellos durmientes que se fabrican en moldes sin armadura pero dejando
conductos internos, para una vez que el concreto ha endurecido se proceda a
introducir el acero para aplicarles una fuerza de tensión. Posteriormente se le aplica
un mortero de inyección para proteger las barras de acero contra la corrosión y se
sella lateralmente con un mortero que hará la misma función.
DESARROLLO METODOLÓGICO DE LA PROPUESTA:
A partir de toda la información recopilada, análisis sistemático e investigación
experimental de carácter descriptivo, se elaboró una propuesta teórica con
sustentación técnico-experimental que está dirigida a la elaboración de un diseño de
mezcla donde se sustituirá el 3% del agregado fino por raspadura de banda de
rodamiento de neumáticos provenientes del proceso de su renovación para ser
utilizado en la fabricación de durmientes de concreto postensado.
Propuesta con el basamento de que la mezcla cumpla las solicitaciones requeridas
según las Normas Dywidag para la fabricación de durmientes de concreto armado
postensado y de acuerdo a lo establecido en las Normas Venezolanas COVENIN en
cuanto a materiales, ensayos y procesos.
MATERIALES UTILIZADOS
Los materiales a emplearse para la elaboración de los durmientes de
ferrocarriles con sustitución parcial del 3% de arena por raspadura de banda de
rodamiento, deberán cumplir con ciertas características, en base a los requerimientos
LA PROPUESTA
177
de durabilidad, dando cumplimiento a lo establecido en la Norma Venezolana
COVENIN.
Cemento y Agua:
Se utilizará cemento Portland Tipo I Gris para todas las mezclas a realizarse;
que sea de media finura, es decir con una superficie específica de por lo menos 2700
cm2 según el método Blaine establecido en la Norma COVENIN 487-93 “Cemento
Portland. Determinación de la finura por medio del aparato de Blaine de
Permeabilidad”.
Como agua de mezclado se utilizará agua potable, que cumpla con los límites
de calidad exigidos por la Norma Venezolana COVENIN 2385-86 “Concretos y
Morteros. Agua de Mezclado. Requisitos”.
Agregados:
Los agregados deberán cumplir con las características establecidas en la
Norma Venezolana COVENIN, sea cual sea su procedencia:
Piedra triturada: Agregado grueso utilizado para realizar la mezcla de
concreto.
Arena Lavada: Agregado fino utilizado para hacer la mezcla de concreto.
Raspadura de banda de rodamiento:
Utilizado como sustituto parcial del agregado fino (arena). Es un desecho de
las renovadoras en todo el país. En este caso la banda de rodadura será proporcionada
bajo previo acuerdo por la Renovadora Cauca C.A. ubicada en la zona industrial I en
Barquisimeto, Estado Lara, Venezuela. De igual forma, siendo la raspadura un
desecho final inservible para la empresa renovadora, se puede obtener de cualquier
otra renovadora de Barquisimeto, o del país; bajo la condición de que a su llegada a
LA PROPUESTA
178
INFERCA sea tamizada por el tamiz # 4, y que se encuentre carente de agentes
extraños o impurezas notorias a simple vista.
ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS:
Se deberán realizar los ensayos de laboratorio, con la finalidad de obtener la
caracterización del agregado grueso y fino, para el diseño de la mezcla mediante la
aplicación del método Fuller y posterior elaboración de los durmientes; de esta
manera se dará a conocer las características físicas y químicas que garanticen la
calidad de los mismos, esquemáticamente se muestran a continuación:
Tabla N° 4.
Resumen esquemático de los ensayos para la caracterización de los agregados
AGREGADO ENSAYO OBJETIVO FINAL
FINO Y GRUESO
Agregados. Determinación
de la composición
granulométrica COVENIN
255-1998
Determinar la gradación
y superficie del agregado
y conocer de acuerdo al
peso referido en cada
tamiz, si el agregado
cumple con las
especificaciones o límites
granulométricos
establecidos por norma.
FINO Y GRUESO
Determinar el peso
específico y absorción del
agregado fino COVENIN
268-1998 y para el agregado
grueso COVENIN 269-
1998
Determinar el peso
específico saturado con
superficie seca en el
agregado grueso y fino.
Determinar la capacidad
de absorción de agua para
LA PROPUESTA
179
llenar los poros
permeables del agregado
grueso y fino.
FINO Y GUESO
Determinación del peso
unitario suelto y compacto
del agregado fino y grueso
COVENIN 263-1978
Determinar el peso
unitario suelto y
compacto tanto del
agregado grueso como
del fino.
FINO
Métodos para determinar la
presencia de cloruros y
sulfatos en el agregado fino
COVENIN 261-1992
Determinar en forma
cualitativa la presencia de
cloruros y sulfatos en las
arenas mediante el
ensayo cualitativo.
FINO
Determinación cualitativa de
impurezas orgánicas en la
arena para concreto
COVENIN 256-77
Determinar la presencia
de impurezas orgánicas
en las arenas al comparar
la solución que sobrenada
la muestra con el test de
colores.
GRUESO
Determinación de la
resistencia al desgaste en
agregados gruesos menores
de 38,1 mm. (1 ½”) por
medio de la máquina de los
ángeles
COVENIN 266-77
Determinar la resistencia
a la abrasión que puede
presentar el agregado
grueso que se usará en el
concreto.
Fuente: Propia
Continuación Tabla 4
LA PROPUESTA
180
ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DEL CEMENTO:
Tabla N° 5.
Resumen esquemático de los ensayos para la caracterización del cemento
CEMENTO
PORTLAND TIPO I
ENSAYO OBJETIVO FINAL
Determinación de la
consistencia normal Norma
COVENIN 494-1994
Método empleado para
determinar la cantidad de
agua necesaria para
obtener pastas de cemento
Portland de consistencia
normal.
Determinación de la finura
por medio del aparato de
Blaine de Permeabilidad
Norma COVENIN 487-93
Determinar la finura del
cemento en función de la
superficie específica,
expresada en cm2/gr de
cemento.
Determinación del tiempo
de fraguado Norma
COVENIN 494-1994
Determinar el tiempo final
de fraguado de una pasta
de cemento de
consistencia normal.
Fuente: Propia
OBTENCIÓN DE LA RASPADURA DE LA BANDA DE RODAMIENTO DE
NEUMÁTICOS
Los desechos de raspadura de banda de rodamiento de neumáticos, se
recolectarán en camiones en forma directa en las pilas donde estos son almacenados
LA PROPUESTA
181
durante el proceso de raspado, dichos desechos recolectados son provenientes de la
Renovadora Cauca, ubicada en la zona industrial I, carrera 5 entre calle 31 y Av.
Ferrocarril, Barquisimeto, estado Lara, Venezuela.
Para ser utilizados como sustituto parcial de la arena, a estos desechos
únicamente se le realizará los ensayos de impurezas y de cernido por el tamiz # 4 que
es el tamaño de partícula que nos interesa utilizar.
La capacidad de obtención de este material de desecho será accesible y es lo
que permitirá su uso como sustituto parcial del agregado fino, a la vez que se muestra
como una nueva alternativa ecológica con miras a proporcionar un aporte de merma a
la contaminación ambiental producida por los desperdicios de caucho, ya que, al ser
usados, implicaría un adecuado destino final para este material no biodegradable que
representa una amenaza directa al medio ambiente
DISEÑO DE MEZCLA
Una vez realizados los ensayos para la caracterización de los agregados y del
cemento a utilizar, dando cumplimiento a lo establecido en las Normas, se procederá
a diseñar la mezcla a través del método Fuller, con la finalidad de calcular las
proporciones necesarias para la mezcla de concreto, como son: Agregado grueso y
fino, cemento y agua, con una sustitución parcial del 3% de arena por raspadura de
banda de rodamiento, presentado con un ejemplo a continuación:
Agua en l/m3
para un concreto de consistencia extremadamente seca y un tamaño
máximo de 25 mm según “Manual of Concrete practice ACI”: W = 150 lts = 0.15 m3
Resistencia de diseño: 50 N/mm2
Resistencia media necesaria en laboratorio:
fcm= 1.2*50 N/mm2 + 1.0 N/mm
2 = 61 N/mm
2
Relación agua cemento según el método de La Peña:
LA PROPUESTA
182
Como el Factor K depende de la forma del agregado tomamos 0.043
Z = K*fcm + 0.5 = 0.043*61 + 0.5 = 3.123
a/c = 1/Z = 1 / 3.123 = 0.32
Contenido de cemento (kg/m3
):
C1= W / a/c = 150 / 0.32 = 468.75 Kgr.
Volumen de Cemento:
Vc = C1 / γc = 468.75 Kgr / 3150 Kgr/m3
= 0.14881 m3
Para encontrar los porcentajes en los cuales hay que mezclar los áridos, se emplea el
sistema de los módulos de finura, que se obtienen sumando los porcentajes retenidos
acumulados en cada uno de los tamices y para cada fracción del árido y dividiéndolo
entre cien.
Tabla N° 6.
Granulometría del agregado fino.
Agregado Fino
Diámetros Ret. Acum. %Ret. Acum. % Pasante
2" 50 11/2" 37.5 11/4" 31.5 0 0 100
1" 25 0 0 100
3/4" 19 0 0 100
1/2" 12.5 0 0 100
3/8" 9.5 86 5.85034014 94.1496599
1/4" 6.3 231 15.7142857 84.2857143
4 4.75 304 20.6802721 79.3197279
8 2.36 501 34.0816327 65.9183673
16 1.18 699 47.5510204 52.4489796
30 0.6 937 63.7414966 36.2585034
50 0.3 1204 81.9047619 18.0952381
100 0.15 1344 91.4285714 8.57142857
200 0.075 1383 94.0816327 5.91836735
Fuente: Propia.
LA PROPUESTA
183
Tabla N° 7.
Granulometría del agregado grueso.
Agregado Grueso
Diámetros Ret. Acum. %Ret. Acum. % Pasante
2" 50 0 0 100
11/2" 37.5 0 0 100
11/4" 31.5 0 0 100
1" 25 0 0 100
3/4" 19 533 26.91919192 73.0808081
1/2" 12.5 1113 56.21212121 43.7878788
3/8" 9.5 1418 71.61616162 28.3838384
1/4" 6.3 1761 88.93939394 11.0606061
4 4.75 1818 91.81818182 8.18181818
8 2.36 1894 95.65656566 4.34343434
16 1.18 1913 96.61616162 3.38383838
30 0.6 1918 96.86868687 3.13131313
50 0.3 1924 97.17171717 2.82828283
100 0.15 1932 97.57575758 2.42424242
200 0.075 1942 98.08080808 1.91919192
Fuente: Propia.
Para hallar los módulos de finura de la curva de Füller, para los tamaños máximos de
25 mm, primero aplicamos la ecuación √
a los diferentes tamices. Al
aplicar la ecuación tenemos:
LA PROPUESTA
184
Tabla N° 8.
Granulometría del agregado fino, método Fuller.
Método de Füller
Diámetros %Pasante Ley de Füller %ret acum
2" 100 0
11/2" 100 0
11/4" 100 0
1" 100 0
3/4" 87.1779789 12.8220211
1/2" 70.7106781 29.2893219
3/8" 61.64414 38.35586
1/4" 50.1996016 49.8003984
4 43.5889894 56.4110106
8 30.724583 69.275417
16 21.725561 78.274439
30 15.4919334 84.5080666
50 10.9544512 89.0455488
100 7.74596669 92.2540333
200 5.47722558 94.5227744
Fuente: Propia.
Para encontrar los porcentajes de los áridos que se deben tomar para ajustar su mezcla
a la curva del método, se aplica el siguiente sistema de ecuaciones:
En la se presenta el ajuste de la granulometría a la parábola de Gessner, que se
consigue multiplicando los porcentajes anteriormente obtenidos por la granulometría
de su correspondiente fracción, y sumando posteriormente estos resultados para cada
tamiz.
LA PROPUESTA
185
Tabla N° 9.
Ajuste granulométrico.
Ajuste granulométrico
Diámetros Ag. Fino Ag. Grueso Fino +grueso
2" 11/2" 11/4" 46.59 53.406075 99.996075
1" 46.59 53.406075 99.996075
3/4" 46.59 39.0295912 85.61959117
1/2" 46.59 23.3853874 69.97538739
3/8" 43.8643265 15.158694 59.02302055
1/4" 39.2687143 5.90703557 45.17574985
4 36.9550612 4.36958795 41.32464918
8 30.7113673 2.3196578 33.03102515
16 24.4359796 1.80717527 26.24315486
30 16.8928367 1.67231144 18.56514817
50 8.43057143 1.51047485 9.941046277
100 3.99342857 1.29469273 5.288121299
200 2.75736735 1.02496508 3.782332423
Fuente: Propia.
En la figura se presentan gráficamente los resultados del ajuste; en ella, se aprecia
cómo la curva granulométrica de la mezcla de áridos se adapta significativamente a la
parábola de Gessner.
LA PROPUESTA
186
Figura N° 1. Resultados del ajuste granulométrico.
Fuente: Propia.
Posteriormente se procede a calcular el volumen de los áridos:
Vol. relativo de los áridos =Vol. total - Vol. del agua – Vol. Del cemento. Vol. relativo de los áridos = (1.025 – 0.15 – 0.14881) m
3 = 0.7261 m3
Finalmente los volúmenes de áridos son:
Vol. Agregado fino= 0.4659*0.7261 m3
= 0.3383 m3
Vol. Agregado Grueso = 0.5340*0.7261 m3 = 0.3878 m
3
Pesos de los agregados:
Peso del agregado fino = 2630 Kgr/m3* 0.3383 m
3 = 889.88 Kgr
Peso del agregado grueso = 2671.07 Kgr/m3
* 0.3878 m3
= 1035.92 Kgr
Ajuste por humedad:
Peso A. grueso húmedo (Kgr): Peso de agregado grueso seco *(1+(%Wg/100))
Peso A. grueso húmedo (Kgr): 1035.92 *(1+(0.9/100))= 1045.24
LA PROPUESTA
187
Peso A. fino húmedo (Kgr): Peso de agregado fino seco *(1+(%Wf/100))
Peso A. fino húmedo (Kgr): 889.88*(1+(2.31/100))= 910.43
Agua Efectiva:
Agua en agregado grueso: Peso de A. grueso seco*((%Wg-%ABSg)/100))=X
Agua en agregado grueso: 1035.92 *((0.5-0.9)/100))=X= -4.14 Lts
Agua en agregado fino: Peso de A. fino seco*((%Wf-%ABSf)/100)=Y
Agua en agregado fino: 889.88 *((2,31-2.08)/100)=Y= 2.05
Agua efectiva (Lts) = Agua de diseño − (X +Y)
Agua efectiva (Lts) = 150− (-4.14+2.05)= 152.09
PROCESO DE MEZCLADO
Una vez obtenida las cantidades de cada uno de los materiales que componen
la mezcla de concreto por medio del método Fuller, se procederá a la elaboración de
la misma en las instalaciones de la empresa INFERCA, aplicando el procedimiento
especificado en las Instrucciones Dywidag de INFERCA C.A. en su apartado 2.1
“Hormigón, (Concreto)”:
Los componentes que formarán parte del concreto se encuentran por separado, la
arena y la piedra que inicialmente se depositan en pilas al aire libre, luego son
transportadas y almacenadas en tolvas mecánicas, donde se cuenta con un sistema de
mandíbulas que abren y cierran por medio de unos gatos neumáticos. El cemento se
encuentra almacenado en silos y el agua en tanques contenedores, todos programados
electrónicamente para su dosificación.
La propuesta contempla la implementación de una nueva tolva, en la que se
depositaría la raspadura de banda de rodamiento, controlando su descarga
LA PROPUESTA
188
y dosificación electrónicamente, para que de esta manera la raspadura se
mezcle como un agregado más.
Figura N° 2. Arena y piedra depositadas en pilas al aire libre en INFERCA.
Fuente: Propia.
Las proporciones de agregados se regulan por medio de una balanza a través
de sensores, que determinan la apertura de la mandíbula de la dragalina que contiene
la arena y la piedra. La balanza indica la medida específica para depositarlo en la
correa transportadora, ésta vacía un total de agregados según el diseño especificado y
son transportados al área de mezclado.
La nueva tolva de almacenamiento de raspadura de banda de rodamiento al
igual que la de arena y piedra se controlaría por medio de una balanza a
través de sensores que permitirían la descarga de la cantidad de raspadura
de banda de rodamiento en Kg. necesaria para un terceo.
LA PROPUESTA
189
Figura N° 3. Tolvas de almacenamientos de agregados y silos de
almacenamiento del cemento. Fuente: Propia.
El operador se encarga de extraer en forma automática desde el tablero de la
mezcladora la carga que compone un terceo con el fin de unir el agua, agregados y
cemento por una estación hidroneumática.
Para dar cumplimiento a la propuesta, el operador extraería
automáticamente desde el tablero electrónico de la mezcladora la carga que
compone un terceo, con la particularidad que se incluiría la descarga de la
raspadura de banda de rodamiento correspondiente a la sustitución de
arena, para que junto al cemento, arena y piedra sean mezclados en la
mezcladora mecánica.
Figura N° 4. Correa transportadora que traslada los agregados a la
mezcladora. Fuente: Propia.
El procedimiento de mezclado consiste en que:
Los agregados son depositados en la mezcladora por medio de la banda
transportadora. La cantidad de cemento para un terceo es equilibrado por la
balanza y el agua está regulada por medio de un cuenta litros estableciéndose
una adecuada relación agua/cemento (por medio de válvulas), especialmente
observada por el operador y analista de calidad que tienen que estar atentos a
la consistencia ideal de la mezcla de concreto.
LA PROPUESTA
190
Figura N° 5. Operador y analista de control de calidad chequeando la
consistencia en la mezcladora mecánica. Fuente: Propia.
Análogamente, en el proceso de mezclado con la sustitución parcial de
raspadura de banda de rodamiento, los agregados, el cemento y la
raspadura serían transportados por la banda transportadora y depositados
en la mezcladora. El agua de mezclado seria suministrada por un cuenta
litros, según relación agua/cemento establecida por medio del método
Fuller.
Luego, el operador encargado chequea si la mezcla está lista para el vaciado.
Se abren las compuertas de la mezcladora para vaciar el concreto en el carro
transportador y dispensador de concreto. Esta operación la realiza un
operador que controla el carro por medio de un sistema electrónico. Con esta
operación culmina el proceso de mezclado, y enseguida se da inicio al proceso
de vaciado.
LA PROPUESTA
191
Figura N° 6. Vista del carro transportador y dispensador de concreto. Fuente:
Propia.
Una vez que el operador de la mezcladora y el analista de control de calidad
chequean la consistencia de la mezcla, se abrirán las compuertas de la
mezcladora, y se vacía en el carro transportador y dispensador de concreto
la mezcla con sustitución parcial de raspadura de banda de rodamiento, en
este punto culmina el proceso de mezclado y con él la novedad de la
propuesta en el proceso productivo; enseguida se da inicio al proceso de
vaciado, el cual no presenta ningún cambio, sino que se siguen los
lineamientos establecidos por INFERCA sin realizar cambio alguno por la
inclusión del sustituto parcial.
Este proceso cuenta con dos tipos de mezcladora de concreto planetaria de marca:
SIMEN: Cuenta con un proceso automatizado y manual.
LA PROPUESTA
192
PICCINI: Realiza un trabajo manual semiautomático.
CICLO DE FABRICACIÓN DE DURMIENTES
El ciclo de fabricación de los durmientes se desarrollará sin cambio alguno,
según las Instrucciones para la fabricación de durmientes de concreto
postensado Dywidag con el método de desencofrado inmediato de Insumos
Ferroviarios C.A., la única particularidad será que la mezcla tiene un nuevo
componente, la raspadura de banda de rodamiento. Pero esta variante no
modifica de forma alguna los procesos siguientes al mezclado.
Específicamente, el ciclo de fabricación de los durmientes de concreto
postensado de INFERCA se rige según lo establecido en las Instrucciones
Dywidag, en su apartado 3.0 “Ciclo de Fabricación de Durmientes monobloque”,
descrito a continuación:
1. Preparación de los moldes de encofrado:
Se limpiarán los moldes de encofrado y con una pistola-soplete se procederá a
aceitarlos con desencofrante especial, se introducirán luego las barras matrices desde
el lado de la cruz en el molde de encofrado, y se colocarán las piezas de anclaje
(campanas o arandelas) así como los soportes para agujeros de tensión, se
introducirán las barras matrices a través de los agujeros en el lado frontal así como las
partes de anclaje cuádruplo en el molde de encofrado, se colocarán el estribo tensor
en los finales de las barras matrices y arriostrar, apretar el tornillo tensor hasta que los
soportes para agujeros de tensión se pendeen ligeramente y las barras matrices estén
tensadas. Según fijación de riel que será aplicada, se fijan las partes necesarias en el
molde. El molde es transportado a la mesa de vibración y apretado hidráulicamente.
LA PROPUESTA
193
Figura N° 7. Moldes preparados con fijación RN, canutos y campanas, previo al
inicio del proceso de vaciado. Fuente: Propia.
Figura N° 8. Aceitado con desencofrante a los moldes. Fuente: Propia.
Figura N° 9. Campanas. Fuente: Propia.
LA PROPUESTA
194
Figura N° 10. Fijaciones RN. Fuente: Propia.
Figura N° 11. Canuto o funda. Fuente: Propia.
2. Llenado y vibrado:
El llenado de los moldes de encofrado se efectuará por lo menos en cuatro
capas (seis son mejor) bajo un vibrado de los moldes al mismo tiempo. El tiempo de
vibrado dependerá de la energía de vibrado aplicada y de la capacidad de
compactación del concreto. El molde de encofrado deberá llenarse de tal forma que,
después del vibrado por medio de una viga de compresión, la superficie deberá
quedar totalmente plana sin tener más de 2 mm sobre el borde superior del molde.
Faltantes deberán colocarse con palas manuales. El exceso de concreto deberá
quitarse con una pequeña paleta.
LA PROPUESTA
195
Figura N° 12. Inicio del llenado de moldes sobre la mesa de vibrado. Fuente:
Propia.
Figura N° 13. Fin del llenado y vibrado de los moldes, se procede a eliminar
excesos. Fuente: Propia.
Para el compactado adicional del concreto, se colocará la viga de compresión
con vibradores sobre el molde, que aún se encuentra bajo vibración. En caso
necesario es posible con esto perfilar la superficie inferior del durmiente al mismo
tiempo. Todo el proceso de vibrado dura aproximadamente 2 minutos y se termina
cuando la viga de compresión haya compactado el concreto hasta el borde superior
del molde. Los moldes son levantados de la mesa vibratoria y transportados para el
desencofrado.
LA PROPUESTA
196
Figura N° 14. Aplicación del compactado adicional por medio de la viga de
compresión. Fuente: Propia.
3. Extracción de Barras Matrices y Desencofrado:
Las vigas giratorias serán conectadas en los moldes de encofrado y las
bandejas serán sujetadas y fijadas sobre los moldes por medio de retenedores en las
vigas giratorias. Los moldes serán recogidos del carro transportador por medio del
polipasto. El carro transportador será retirado bajo los moldes, los cuales serán
girados en 180°. Luego se depositarán los moldes sobre el carro para desencofrar, se
soltarán los anclajes cuádruplos y se extraerán de los moldes.
Figura N° 15. Extracción de moldes y elevación de moldes. Fuente: Propia.
LA PROPUESTA
197
Las barras matrices serán quitadas por medio del carro extractor, con
elevación y precisión rápida; y éste las llevará de regreso. Las barras matrices
permanecerán sobre el carro extractor y serán limpiados con una pistola de aire.
Con la mesa hidráulica de desencofrado, se elevarán los moldes
aproximadamente 5 cm sobre los durmientes frescos. Luego los moldes serán
elevados por medio del polipasto y girados 180° para luego colocarlos sobre el
transportador de cadenas.
Estando ya 4 durmientes desencofrados, serán elevados por medio del polipasto
desde el carro para desencofrar, primero en forma lenta y después rápida, las cuales
son transportadas hacia las tiendas de vapor; allí serán bajadas lentamente sobre los
caballetes de ampliamiento.
Figura N° 16. Serie de 4 durmientes desencofrados, en estado fresco. Fuente:
Propia.
4. Escantillones:
Los trabajos posteriores en los asientos del concreto donde tocan los arcos de
las horquillas, se realizarán con un escantillón. Las superficies de los apoyos para la
fijación de los rieles deberán ser controlados con un escantillón de concreto fresco
LA PROPUESTA
198
con respecto a la inclinación y paralelidad. Este escantillón deberá ser controlado dos
veces diarias en el negativo y eventualmente, nuevamente ajustarse.
Pequeñas desviaciones en el durmiente fresco podrán ser corregidas por
medio de pequeños golpes con un martillo de goma, sobre el escantillón de concreto
fresco. Todos los durmientes cuyo ancho de vía depende de una perfecta formación
de hombros en el concreto, o de acero hormigonado, deberán ser controladas con un
escantillón, el cual es ajustado a tolerancia por exceso.
Figura N° 17. Control de escantillones. Fuente: Propia.
Observación: En las líneas férreas es usual para el ancho de vía utilizar una
medida nominal en el orden de ± 1mm de tolerancia. Ya que los durmientes con el
tratamiento de curado se acortan en el tamaño de su ancho de vía en 1 mm con el
pretensado en aproximadamente 0,5 mm, los escantillones de concreto fresco deben
ajustarse, utilizando toda tolerancia por exceso permisible, para que de esta forma
después del postensado, las dimensiones se mantengan en ± 0,0 mm.
Los soportes para agujeros de tensado, los cuales durante el encofrado son
colocados, se mantienen en los agujeros de tensado hasta el cerrado de la tienda de
vapor. Después del retirado de los soportes para agujeros de tensado, eventualmente,
quedan restos de concreto en las campanas, los cuales se retiran por medio de una
LA PROPUESTA
199
varilla especial de limpieza. Seguidamente se limpia el borde inferior del durmiente,
especialmente en el lado frontal de los agujeros de tensado, por medio de una paleta
alisadora, logrando así eliminar irregularidades.
Figura N° 18. Aplicación de la viga especial de limpieza para eliminar restos de
concreto. Fuente: Propia.
5. Tratamiento del Curado:
En el momento en que un apilamiento de durmientes esté completo, se
colocará la cubierta para el tratamiento del curado. A través del proceso de fraguado
del concreto se forma calor bajo la tienda.
No antes que después de 3 horas, puede comenzarse con el abasto de vapor.
La temperatura del concreto fresco no deberá sobrepasar, hasta ese momento, los 30
°C, ó no antes que después de 4 horas puede comenzarse con el abasto de vapor. La
temperatura del concreto fresco no debe sobrepasar los 40 °C.
LA PROPUESTA
200
Figura N° 19. Tinas de curado. Fuente: Propia.
Naturalmente es posible la fabricación de durmientes también sin un tratamiento
con vapor. Para esto los durmientes tienen que estar un tiempo con vapor. Para esto
los durmientes tienen que estar un tiempo determinado expuestos al aire libre, hasta
que el concreto logre la resistencia a compresión necesaria, para poder aplicarse el
postensado.
6. Desaceitaje de los Elementos Tensores y de Anclaje:
INFERCA emplea aceite desencofrante común que se encuentre para la fecha en
el mercado Venezolano.
7. Colocación de los Elementos de Tensión (horquillas):
Las ya desaceitadas horquillas serán introducidas del lado de la cruz del
durmiente de tal forma que se empuje primeramente la horquilla corta marcada y
luego la más larga. Estas horquillas no deberán ser introducidas violentamente, ya
que podrán resultar deformaciones en las partes dobladas y en las roscas.
LA PROPUESTA
201
Figura N° 20. Acero de refuerzo y tuercas para el postensado. Fuente: Propia.
Pequeñas piezas de concreto podrán ser sacadas de los ductos tensores por medio
de las barras ya preparadas. Variaciones en la sección transversal podrán eliminarse
mediante un taladro especial. Las horquillas no deben ser introducidas estando
oxidadas. Deberán estar exentos de aceite y de grasa. Deberá observarse
cuidadosamente que las roscas estén brillantes y sin defecto en su roscado. En el lado
de tensado del durmiente serán colocadas las tuercas hexagonales ranuradas y
apretadas con herramientas especiales.
8. Postensado:
Para el postensado se utilizará una máquina de postensado con 8
acoplamientos de fricción. El proceso consiste en que la máquina de postensado se
colocará en la cabeza del durmiente y la conecta al mismo girando los husillos
tensores hasta que los cuatro acoplamientos de fricción giren libremente. La placa de
presión deberá tirar hacia la cabeza del durmiente en forma pareja.
Con las palancas en los cuatro trinquetes en los accionamientos de las llaves
tubulares, se prueba si estas solapan sobre las tuercas. Si un trinquete gira libremente,
quedaría la campana de anclaje con la tuerca muy profunda en el durmiente (error de
fabricación).
LA PROPUESTA
202
Figura N° 21. Proceso de postensado, colocación de tuercas. Fuente: Propia.
Se cambiará el engranaje a accionamiento de llave tubular y se postensará
hasta 120 bar. Las tuercas deberán atornillarse con las llaves tubulares hasta que los
cuatro acoplamientos de fricción giren libremente. En el caso de que una tuerca no se
dejara girar, podrá ayudarse con el trinquete manual. Se quitará la presión hidráulica
y se cambiará el engranaje a accionamiento de husillo tensor. Se continuará
atornillando más los husillos tensores a las espigas roscadas de las horquillas hasta
que los cuatro acoplamientos de fricción estén accionando.
Se cambiará el engranaje a accionamiento de llave tubular y se postensará
hasta 325 bar y al mismo tiempo atornillar las tuercas con las llaves tubulares a partir
de 150 bar hasta que los cuatro acoplamientos de fricción estén en acción. En el caso
de que una tuerca no se dejara atornillar, podrá ayudarse con la palanca del trinquete
correspondiente.
Luego se dejará fija la presión hidráulica de 325 bar y se cambiará el
engranaje a accionamiento de husillo tensor y se comprobará con el trinquete a mano
si todas las cuatro tuercas están fijadas a la campana de anclaje. Al mismo tiempo se
LA PROPUESTA
203
observará la lectura del manómetro. Se quitará la presión hidráulica y a la vez se
observará si los cuatro husillos tensores se mueven hacia adelante, en dirección del
durmiente. El movimiento no deberá ser mayor de 2 a 3 mm. Este camino estará
compuesto por medio de descarga de los gatos hidráulicos y del peso propio de la
máquina de postensado; si el camino es mayor a 3 mm, esto querrá decir que la tuerca
no fue colocada en la campana del anclaje. En este caso se deberá postensar
nuevamente con 325 bar y esta tuerca deberá apretarse con el trinquete hasta la
campana del anclaje.
Se destornillarán los husillos tensores de las roscas de las horquillas. El
hombre que se encuentre en servicio detendrá el postensado una vez finalizado y
colocará un sello de aprobación con su firma de aprobación y la fecha.
Dispositivos de protección para postensado:
Es de gran importancia que en las líneas de postensado sean puestas las
instalaciones de seguridad para el personal de trabajo, de manera que además de
mantener las normas de salud e higiene laboral, se implementen aquellas de seguridad
que conlleven a evitar accidentes laborales, que este particular podrían ser causadas
por roturas de acero.
9. Ensayo con Dinamómetro:
Este ensayo sirve para la determinación y el control de la fuerza de postensado
en un durmiente de concreto pretensado, el ensayo se realizará una media hora
después del proceso de postensado.
Los durmientes con sustitución parcial del 3% de raspadura de banda de
rodamiento, respondieron satisfactoriamente al proceso de postensado,
sobrepasando la fuerza mínima y obteniendo resultados dentro del mismo
rango de los durmientes sin sustitución.
LA PROPUESTA
204
En los terminales de las roscas de una horquilla, es decir diagonalmente a los
enfrentes situados en agujeros de postensado, se atornillará un husillo tensor alargado
y en el otro extremo se atornillará un husillo tensor normal, hasta tocar con la tuerca
hexagonal ranurada. Los husillos tensores se destornillarán una vuelta, para que las
tuercas hexagonales ranuradas se liberen. Sobre los husillos tensores se coloca una
placa de compresión. Esta es fijada al husillo tensor normal por medio de una pieza
intermedia y una tuerca calota. Sobre el husillo tensor alargado, son empujados, un
gato hidráulico y el dinamómetro, el cual sobre los dos terminales de los cables, es
unido con la placa de presión. El dinamómetro se coloca en la posición de 0, por
medio de la tuerca de ajuste lateral. Todo el complejo del ensayo es fijado
manualmente sin utilizar ninguna llave de tuercas; con ambas tuercas de calota contra
la cabeza del durmiente, de tal forma que no quede ningún movimiento notable entre
las piezas individuales.
Mediante una bomba manual se activará el gato hidráulico. Durante la
aplicación de la fuerza de presión, el comprobador practica constantemente una
pequeña presión sobre la palanca del trinquete en el sentido de las agujas del reloj.
Con esto, a través de las ruedas dentadas y la llave tubular, la tuerca hexagonal es
forzada en dirección para flojarla.
LA PROPUESTA
205
Figura N° 22. Ensayo de dinamómetro. Fuente: Propia.
Con el lograr de una fuerza de presión, la cual empareja o sobrepasa la fuerza
de postensado inducida, se eleva la tuerca hexagonal de la pieza de anclaje y se
vuelve libre su movimiento. En el momento de soltarse la tuerca, es decir cuando el
comprobador puede mover levemente la palanca del trinquete, se lee la indicación de
la aguja del dinamómetro. El número de rayas de graduación leídas se multiplica por
la constante del dinamómetro, lo cual da como resultado la fuerza de postensado en
KN.
La tuerca hexagonal ranurada se atornillará en su posición original, por medio
del comprobador, con la presión hidráulica inalterada. Esta prueba se realiza en todos
los extremos de la barra de postensado y se registra. Ya que la presión sobre la
palanca del trinquete debe ser constante e igual durante todos los ensayos para lograr
resultados iguales, debe hacerse el ensayo preferiblemente siempre por el mismo
comprobador.
Deberá tomarse en cuanta que durante los ensayos los comprobadores deben
encontrarse siempre lateralmente al durmiente, por motivos de seguridad, para que
por cualquier rotura del acero los comprobadores no salgan heridos. Al terminar de
LA PROPUESTA
206
ensayar el durmiente, éste debe ser tapado inmediatamente con la capa protectora de
seguridad ya prevista. Y después del terminado del ensayo con el dinamómetro, los
durmientes podrán ser inyectados y sellados.
10. Inyección:
La mezcla en el mezclador de lechada para inyectar se realizará en el orden:
1. Agua
2. Aditivos
3. Cemento
La lechada de inyección deberá mezclarse en el mezclador durante 3 minutos y
después se vacía para su uso al recipiente de bombeo.
Solo deberá utilizarse cementos Portland que cumplan con la prueba de calidad.
Deberá ser de una resistencia mínima de 375 Kg/cm2 y de finura media con una
superficie específica de por lo menos 2700 cm2/g según el método de Blaine.
11. Preparación y Aplicación del Mortero de Sellado en los Terminales de los
Durmientes en el lado de Tensado de la Cruz de las Horquillas:
Este trabajo se deberá realizar con mucho cuidado. Debe garantizarse que no
queden huecos. Solamente a través de esto se puede garantizar una protección
adecuada duradera contra la oxidación de las armaduras del postensado.
Según las “Condiciones Técnicas para Suministros de los Ferrocarriles
Alemanes. (1987)”, los agujeros de tensado y las cavidades de en la cruz de las
horquillas en los lados frontales de los durmientes de concreto deben sellarse con
mortero de cemento con una resistencia a la compresión mínima de 30 N/mm2, y el
sellado debe garantizar una protección duradera contra la penetración de la humedad.
Según experiencias en la composición del mortero de sellado, la proporción de la
mezcla por m3 es de un contenido de cemento de 500 Kg y una relación a/c .
Al momento de su preparación se agrega sólo agua hasta que se forme una
LA PROPUESTA
207
consistencia húmeda como la tierra, y no se debe preparar más material del que pueda
ser usado en 1 hora, en general las mezclas no deben ser mayores a 200 L., en
cantidades mayores, la evaporación es elevada y la concentrabilidad del concreto se
disminuye.
Luego, inmediatamente después del sellado, deberá hacerse una aplicación con
betún frío adecuado en los lados frontales. Con esto se reducirá la evaporación del
agua, mejorándose la calidad del mortero de sellado. Asimismo se deberá comprobar
con toda seguridad que todos los durmientes inyectados serán sellados rápidamente a
ambos lados, ya que si se posterga dicho sellado, la lechada comenzaría a endurecerse
de tal forma que entonces el sellado se haría sin seguir las normas correctamente. De
esta manera, se fabricarían inevitablemente durmientes de baja calidad.
Figura N° 23. Aplicación del betún frío o primer asfáltico de sellado. Fuente:
Propia.
Con ésta última actividad culmina el proceso de fabricación de durmientes,
quedando por realizar dos actividades finales: el apilamiento en los patios y la carga y
despacho de los mismos.
12. Apilamiento:
Los durmientes serán traslados a la zona de acopio externo donde se
almacenarán hasta su posterior carga y despacho. Los fundamentos del apilamiento
LA PROPUESTA
208
de durmientes deberán tener las dimensiones de tal forma que no aparezcan daños de
hundimientos; las maderas de apilamiento deberán ser de 10×10 cm y deberán ser
colocadas una encima de otra, en ángulo recto, para que en los durmientes no
aparezcan momentos de flexión.
Figura N° 24. Zona de Acopio externo. Fuente: Propia.
La altura máxima de apilado no debe ser mayor a 30 durmientes. En el caso de
que los durmientes apilados recientemente estén expuestos a los rayos solares en sua
caras frontales, lo cual pudiera ocasionar que el mortero de sellado perdiera humedad,
a pesar de la aplicación del bitumen, deberán utilizarse colchonetas apropiadas por
algún tiempo, manteniéndose éstas siempre húmedas por el tiempo que se haga
necesario.
LA PROPUESTA
209
Figura N° 25. Almacenamiento de durmientes en pilas, mediante una
grúa mecánica. Zona puente-grúa. Fuente: Propia.
13. Carga y despacho:
El cargado de los durmientes de concreto deberá realizarse según las
especificaciones de las Instituciones Ferroviarias. Las maderas de apoyo tendrán
que estar colocadas exactamente en el posterior apoyo central de los rieles. Los
terminales de las maderas de apoyo e intermedios deberán estar 50 cm
sobrepuestos. Los durmientes deberán asegurarse contra deslizamientos
provocados por el transporte mediante maderas cruzadas clavadas. La capa
superior de los durmientes deberá atarse.
LA PROPUESTA
210
Figura N° 26. Despacho de durmientes. Fuente: Propia.
Es importante asegurar que las capas individuales de los durmientes no
desprendan en traslaciones curvas, en pendientes y durante servicios de
maniobras. En caso de que los durmientes sean enviados únicamente con tablones
depositados intercaladamente, deberá llegarse a un acuerdo con los jefes de las
Instituciones Ferroviarias para aplicar una instalación adecuada con la que los
durmientes obtengan una posición segura.
El proceso productivo antes descrito se muestra esquemáticamente a
continuación, siendo una representación de la propuesta mediante el DFP
(Diagrama de Flujo de Procesos), contemplado en las Normas ASME,
American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de
Ingenieros Mecánicos). La cual es una asociación de profesionales, que ha
generado un código de diseño, procesos productivos, construcción,
inspección y pruebas para equipos, entre otros, calderas y recipientes
sujetos a presión. Este código tiene aceptación mundial y es usado en todo
el mundo. Hasta el 2006, ASME tenía 120.000 miembros”:
LA PROPUESTA
211
Figura N° 26. Representación de la propuesta mediante el DFP de la Norma
ASME. Fuente: Propia.
LA PROPUESTA
212
RESULTADOS DE SUSTENTACIÓN DE LA PROPUESTA:
La propuesta se sustenta en una serie de ensayos realizados a múltiples
especímenes de concreto endurecido, basándose en que la resistencia a compresión
simple es la característica mecánica principal del concreto, dada la importancia que
reviste esta propiedad, que indica si el material cumple o no con las exigencias que
impone el diseño, se evaluó mediante pruebas mecánicas a los siete (7) y veintiocho
(28) días, cilindros normalizados, y cubos a los siete (7) días con sustituciones
parciales de 3% de arena por raspadura de banda de rodamiento de neumático,
también se muestran los resultados de los ensayos de flexión y flexo-tracción a vigas
normalizadas y El producto final que es el durmiente a los siete (7) días:
Tabla N° 10. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
149 300 59,42 340,78
˃325
Kg/cm²
147 298 59,55 350,90
149 300 60,82 348,81
150 300 61,55 348,32
149 300 60,92 349,40
148 298 60,33 350,70
Fuente: Propia
LA PROPUESTA
213
Tabla N° 11. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 28 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Diámetro
(mm)
Altura
(mm)
150 300 76,56 433,26
˃430
Kg/cm²
149 300 75,26 431,65
150 249 76,57 433,32
149 300 75,44 432,69
147 249 73,58 433,55
150 249 77.19 436,80
Fuente: Propia
Tabla N° 12. Resultados del ensayo de resistencia a flexo-tracción de vigas de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Altura
(mm)
Ancho
(mm)
70 100 150 1,260 75,71
˃50
Kg/cm²
70 101 150 1,294 76,14
70 100 150 1,245 74,81
70 101 150 1,310 77,05
Fuente: Propia
LA PROPUESTA
214
Tabla N° 13. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cubos de
concreto, con sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Medidas
Fuerza
(Ton)
Resistencia
(Kg/cm²)
Rango Largo
(mm)
Ancho
(mm)
Altura
(mm)
201 200 201 190,86 454,42
˃400
Kg/cm²
201 200 201 192,25 457,74
200 201 200 187,92 447,42
201 200 201 189,42 451,01
Fuente: Propia
Tabla N° 14. Resultados de ensayo de resistencia a flexión de durmientes, con
sustitución parcial de 3% a los 7 días.
Numero de
durmientes
ensayados
Fuerza
(KN)
Resistencia
(Kg)
Rango
1 70 7135,57 ˃3955,15Kg
1 66 6727,83
Fuente: Propia
Finalmente, la intención de la propuesta es dar a conocer la factibilidad del
uso de la raspadura de banda de rodamiento como un sustituto parcial de la
arena:
La sustitución del 3% de raspadura de banda de rodamiento, se muestra como un
sustituto de uso altamente factible, ya que, en base a los resultados específicos de
LA PROPUESTA
215
resistencia ante las solicitaciones requeridas por las Instrucciones para la fabricación
de durmientes de concreto postensado Dywidag con el método de desencofrado
inmediato de Insumos Ferroviarios C.A., así como por la Norma Venezolana
COVENIN, dan total cumplimiento; a la vez de las cantidades representativas de
arena que se dejaría de utilizar y de raspadura de banda de rodamiento que se
incorporaría al proceso productivo de durmientes, es determinante para aseverar que
la propuesta se concreta como una tecnología en la que desarrollo y medio ambiente
se compatibilizan bajo el concepto de “Desarrollo Sustentable” que se define como:
el aprovechamiento de los recursos de forma tal de no comprometer la satisfacción
de las necesidades de generaciones futuras.
Ecología y uso de raspadura de banda de rodamiento en durmientes:
La propuesta se fundamenta en la firme convicción del uso de la raspadura de
banda de rodamiento como sustituto parcial de la arena ya que es una alternativa
ecológica que contribuye a disminuir el deterioro ambiental, representando una
disminución directa a la explotación de arena como recurso natural no renovable; por
ejemplo, en 1 Km de vía se colocan 1666 durmientes, si se utilizan durmientes con
sustitución parcial del 3%, se dejaría de utilizar 22,49 Toneladas de Arena,
implicando un uso de 22,49 Toneladas de raspadura de banda de rodamiento a la que
se le proporcionaría un destino final adecuado que representa un desecho de un
proceso productivo que se lleva a cabo diariamente en nuestro país, mostrándose
como una alternativa en la que hay menor explotación de Arena y menos restos de
caucho que generen contaminación.
Disminución de costos en adquisición de arena:
Al implementar la raspadura de banda de rodamiento como sustituto parcial
de la arena en un 3% de su peso, se traduciría en una disminución del costo neto por
m3 empleado en la producción de durmientes. Estaríamos garantizando que ante el
caso común del aumento del costo del agregado fino causado por la situación de la
LA PROPUESTA
216
poca disponibilidad y acarreos cada vez mayores, influiría en menor medida en el
costo del producto final.
Tomando como dato el precio del agregado fino a la fecha: 500 Bsf. Por m3,
equivalente a 2650 Kg.
500 Bsf. = 1 m3 = 2650 Kg
Si al peso de 1 m3 le restamos el peso de la sustitución del 3%, se dejaría de
usar 79,5 Kg de arena, que equivalen a 15 Bsf. por cada m3.
2650 Kg/m3 × 0.03% = 79,5 Kg/m
3
79,5 Kg/m3 ×
Refiriendo los cálculos a la cantidad de arena que se dejaría de usar por m3
utilizado en el proceso productivo por día, tendríamos que con una demanda estimada
de 50 m3/día, el ahorro en Bsf. sería de 750 Bsf/día, que en un año representa un
ahorro total de 225000 Bsf/año.
15 Bsf/m3 ×50 m
3/día = 750 Bsf/día
750 Bsf/día × 250 días/año = 187500 Bsf/año
Obtención de la raspadura de banda de rodamiento:
Tomando en cuenta que la disponibilidad a la materia prima de la raspadura
de banda de rodamiento es accesible ya que representa un material de desecho de un
proceso industrial que se lleva a cabo diariamente y con mucha frecuencia en nuestro
país, y que representa un desecho totalmente inservible y carente de valor, la
propuesta contempla la realización de convenios con las empresas que se dedican a la
renovación de neumáticos en todo el país, para de esta manera cumplir con la
LA PROPUESTA
217
demanda de producción que pueda tener la empresa al implementar el uso de la
raspadura como materia prima para la fabricación de durmientes.
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impurezas orgánicas en arenas para concretos (ensayo clorimétrico)” Caracas.
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cloruros y sulfatos presentes en la muestra de agregado fino” Caracas.
Norma COVENIN 263-78 “Método de ensayo para determinar el peso unitario suelto
y compacto del agregado” Caracas.
Norma COVENIN 268-78 “Método de ensayo para determinar el peso específico y la
absorción del agregado fino” Caracas.
Norma COVENIN 270-1998 Agregado. “Método de extracción de muestras
representativas para morteros y concretos” Caracas.
Norma COVENIN 277-2000 “Concreto. Agregados. Requisitos”
Norma COVENIN 339-79 “Concreto. Medición del asentamiento con el cono de
Abrams”
Norma COVENIN 352-1979 “Método de ensayo para determinar el tiempo de
fraguado de mezclas de concreto por resistencia a la penetración” Caracas.
Norma COVENIN 356-83 “Aditivos químicos para el concreto. Especificaciones”
Norma COVENIN 377-78 “Definiciones y terminologías relativas al concreto”
Norma COVENIN 1976-1999 “Evaluación de los ensayos de resistencia del concreto”
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Norma COVENIN 3549-1999 “Tecnología del concreto. Manual de elementos de
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concretos con aguas tratadas. Instituto Mexicano del Cemento. 2006.
GLOSARIO DE TERMINOS
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Amasada: Cantidad de mortero o concreto preparado de una sola vez.
Argamasa: Mezcla de cal, arena y agua que se emplea en albañilería.
Compactación: Proceso normal o mecánico que tiende a reducir el volumen total de
vacíos de una mezcla de mortero o concreto fresco.
Conglomerante: Material capaz de unir partículas de materiales inertes y dar
cohesión al conjunto por efecto de transformaciones físico-químicas en su masa.
Contenido de humedad: Cantidad de agua de un material, expresada como un
porcentaje de su peso seco.
Compacidad: Calidad del compactado.
Corrosión: Deterioro o destrucción de los materiales provocado por el medio
ambiente que los rodea.
Cribar: Acción de tamizar.
Curado: Proceso que consiste en controlar las condiciones ambientales del fraguado
y/o del endurecimiento del concreto.
Dosificación: Proporción en peso o en volumen, de los distintos materiales que
integran una mezcla.
Durabilidad: Cualidad que poseen los concretos de soportar las condiciones para las
que fueron diseñados, sin sufrir deterioros durante su vida útil prevista.
Eflorescencia: Conversión espontánea en polvo, de diferentes sales al perder el agua
de cristalización, manifestada por manchas blanquecinas en la superficie del mortero
o del concreto.
GLOSARIO DE TERMINOS
Fraguado: Pérdida de elasticidad que sufre la pasta de cemento luego de haber sido
hidratada. Condición alcanzada por el mortero o concreto cuando ha perdido
elasticidad hasta un punto arbitrario, generalmente medido en términos de resistencia
a la penetración o deformación.
Fraguado inicial: Se refiere al primer endurecimiento de una pasta de cemento +
agua; generalmente lo determina un valor empírico que indica el tiempo en horas y
minutos que se requiere para que una pasta de cemento endurezca lo suficiente para
resistir hasta cierto grado la penetración de la aguja (Aguja de Vicat).
Fraguado final: Se refiere al punto donde la pasta logra un punto importante de
rigidez, mayor al del fraguado inicial; generalmente lo determina un valor empírico
que indica el tiempo en horas y minutos que se requiere para que una pasta de
cemento endurezca lo suficiente para resistir hasta cierto grado la penetración de la
aguja (Aguja de Vicat).
Falso fraguado: Endurecimiento prematuro; el desarrollo rápido de rigidez en la
pasta, mortero o concreto recién mezclado de cemento Portland, sin la generación de
mucho calor, en el cual la rigidez puede ser disipada y devolverle la plasticidad con
un mayor mezclado sin añadir agua.
Hormigón: Sinónimo al término de concreto. Es un material compuesto por varios
materiales que consiste esencialmente de un medio aglutinante dentro del cual se
encuentran partículas o fragmentos de agregado, por lo general una combinación de
agregado fino y grueso, en el hormigón de cemento Portland, el aglutinante es una
mezcla de cemento Portland y agua, con o sin aditivos.
Hormigonado: Operación que consiste en el llenado de los moldes (vaciado en el
encofrado) con hormigón.
Lechada: Acción de emplear una mezcla de cemento y agua como relleno o sellador,
generalmente de cubierta para el acero de refuerzo o sellado del mismo.
GLOSARIO DE TERMINOS
Mortero: Argamasa o mezcla plástica de cemento hidráulico y agua, tanto antes
como después de haber fraguado.
Peso unitario: Peso de unidad de volumen de material en las condiciones de
compactación y humedad en que se lo determina.
Relación Agua/Cemento (A/C): Es la relación entre la masa de agua, excluyendo la
absorbida por los agregados, a la masa de cemento Portland en el concreto, mortero o
lechada, tomada como decimal y abreviada a/c o A/C.
Segregación: Deshomogenización de una mezcla fresca de morteros o concreto.
Tendencia del agregado grueso a separarse de la mezcla de concreto en el transporte o
vaciado. Produce serias dificultades en la colocación y en la compactación, debido a
lo cual las estructuras resultan defectuosas.
Traviesa: Sinónimo del término durmiente, inicialmente se empleaba para llamar a
los maderos transversales de la vía férrea para asentar los rieles (Durmientes de
madera)
Tiempo de fraguado: Tiempo requerido por una mezcla fresca de cemento y agua de
un cierto grado de consistencia, para pasar de un esta plástico a otro de cierta rigidez,
determinado por un ensayo específico.
Trabajabilidad: Mayor o menor facilidad que presenta un mortero o concreto de ser
mezclado, transportado y colocado.
