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Una bienvenida a todos

Hola a todos.

Soy ingeniero civil, apasioando por diversos temas que hacen parte de esta hermosa profesión, quiero compartir con ustedes mis experiencias, conceptos y datos que he acumulado durante mas de 15 años; esperando que sean el insumo para los ingenieros que hoy se forman o a quienes ya tienen un rol o una actividad ligada a esta profesión

Encontraran aqui temas relacionados con diseño de estructuras, patologia del concreto, diseño de mezclas de concreto, mezclas de concreto vibroprensadas, prefabricados de concreto, costos y presupuestos, entre otros.

Mi nombre es Manuel Tobios, y espero que cada entrada sea un aporte mas a la base de conocimiento de la comunidad de ingenieros civiles.

Saludos a Todos!

Ensayo de Compactación Proctor

Alrrededor de 1933 el ingeniero Ralph R. Proctor, ideó un método para medir la calidad de un suelo seleccionado para recibir sobre el, una obra civil. El método se centraba en establecer las condiciones de humedad con las cuales un suelo se densificaba eficientemente bajo la acción de una energia constante.

El método o ensayo consistía en tomar un molde cilindrico de volumen conocido y compactar en el, con un martillo de operación manual; una porción de suelo con una humedad conocida, esto permitía obtener un valor de densidad seca de la masa de suelo, conocidos el peso del molde, el volumen del molde y el peso del molde mas el material compactado secado al horno. Así,de esta forma, al mismo suelo seco se le hacia variar la cantidad de agua -humedad-; obteniendose de esta manera valores correlacionables entre la humedad -como variable independiente- y la densidad -como variable dependiente-. Valores que al llevarlos a una gráfica, se obtiene una curva similar a una parabola invertida donde el valor maximo de densidad obtenido en la curva, viene a ser el valor optimo de humedad para compactación del suelo tratado. Con ello se estableció la primera version del ensayo: la Estandar.

Luego con el devenir de la segunda guerra mundial, y la necesidad de los ejercitos que en ella intervenian; de construir infraestructura vial y aeroportuaria que soportase vehiculos de mayor peso a los existentes y el peso de los aviones que empezaban a surcar los cielos; se modificó el metodo del ensayo propuesto. La modificación se concentró en aplicar mayor energia al suelo de muestra y estudio. Para eso, la masa o peso del martillo se aumentó en un 81% y la altura de caida se aumentó tambien en un 50%

Estos ensayos tienen una utilidad ineludible dentro de la construccion y especificamente dentro del area de Geotecnia, en el diseño y construcción de vías; y aun en el diseño y formulación de mezclas secas para la elaboracion de prefabricados de concreto, toda vez que el comportamiento de estas mezclas, se asemejan al de un suelo o de un suelo-cemento.

Estos metodos estan reglados por las normas de cada pais. La norma de mayor referencia para el ensayo estandar es la Estadounidense ASTM D-558 y la ASTM D 698 para el ensayo modificado, y su correspondienet Colombiana para cada uno de ellos es la INV E-141 e INV E-142, del insitituto nacional de Vías -INVIAS-

Ambos métodos consideran la posibilidad de elegir entre dos cilindros de distintos tamaños, en funcion de la granulometría del suelo en estudio, como se describe en la tabla siguiente para el ensayo estandar. La diferencia estriba en las caracteriticas del martillo y el numero de capas para el llenado del cilindro. Mientras en el ensayo estandar se exige que el martillo tenga una masa de 2495g mas una tolerancia, en el modificado el peso del martillo corresponde a 4536,4g con su correspondiente tolerancia. En el ensayo estandar la altura de caida del martillo es de 304,8mm en el modificado es de 457,2mm. En el ensayo estandar el numero de capas para llenado del cilindro es de tres, en el ensayo modficado ese numero es de cinco.

Método ABC
Diámetro del Molde101.6mm (4″) 101.6mm (4″) 152.4mm
(6″)
MateialPasa Tamiz 4.75mm (No 4) Pasa Tamiz 9.5mm (3/8) Pasa Tamiz 19mm (3/4)
Capas333
Golpes/capa252556
UsoSi el material retenido en el tamiz No 4 es menor o igual a 25% Si el material retenido en el tamiz 3/8 es menor o igual a 25% Si el material retenido en el tamiz 3/4 es menor o igual a 30%
Otro UsoSi el requisito no se cumple, pasar al metodo C Si el requisito no se cumple, pasar al metodo C

De apuntes de física conocemos que la energia cinetica de un cuerpo viene dada por el producto de su masa y el cuadrado de su velocidad. El cuadrado de la velocidad de un cuerpo en caida libre es dos veces el producto de la graveddad (una constante =9,81m/s2) por la altura de caida. asi que, conociendo las diferrencias entre uno y otro método, podemos inferir que la energia con la que golpea el martillo al suelo en el ensayo modificado es 2.7 veces mayor al golpe del martillo en el ensayo estandar.

Ejemplo de aplicación del ensayo INV E-142

Sobre los procemientos a seguir, podrás consultarlos en cada norma, Por lo general estas tienen un costo por su acceso, caso contrario a la de INVIAS, para la cual su acceso y descarga no tiene costo alguno.

Saludos a todos. cualquier duda, inquietud o pregunta favor dejarala justo aqui debajo y estare respondiendola.

Mezclas secas para Bloques.

Las mezclas secas de concreto han permitido elaborar a gran escala, prefabricados de menor formato con los cuales la industria de la construccion tomo un gran impulso este ultimo siglo

Algo de Historia

Los mampuestos han estados con nosotros desde el punto evolutivo cuando dejamos de ser sociedades nómadas y pasamos a establecer asentamientos y conformar un tipo de sociedad sedentaria. Es a partir de allí donde aparece la necesidad de contar con albergues que brindaran seguridad frente a las amenazas del entorno y protección en cuanto a las condiciones del clima

La Mampostería por definición es lo que se coloca “a mano”, y fue el concepto de construcción con el que las sociedades primitivas evolucionaron. Las construcciones históricas que aun permanecen hoy día tuvieron como fundamento la construcción con mampuestos. Hasta hace poco más de un siglo cuando se empezó a desarrollar la construcción con concreto y luego el concreto reforzado.

Si bien, el uso de materiales cementantes data de siglos; el desarrollo de la industria del cemento apenas completará dos siglos, desde 1824; cuando un ciudadano de Leeds (Gran Bretaña), logró patentar el primer cemento obtenido de manera artificial, luego de años de experimentación con mezclas de arcilla y caliza; cemento al que denominó «Portland». A partir de aquí, aparece en la industria de la construcción un nuevo insumo: el concreto y con los estudios que llevaron a proponer metodologías para dosificaciones optimas y que se centraban básicamente en tres variables: Características de los agregados, cantidad de agua y cantidad de material cementante. Luego con la aparición de la industria del acero, se consolidad la idea del concreto reforzado.

Para ese entonces, en la historia que llevamos resumienso; dentro del mundo de posiblidades que brindaba el nuevo producto: el cemento; aparecio la oportuniad de fabricar mampuestos. Pero como se podia escalar esta produccion sin que se necesitase una robusta infraestructura?; La solucioón fue elaborar piezas que pudiesen moldear la mezcla, que fuera facil de desmoldar al instante, de manera tal; que permitiese con un mismo molde; fabricar el mayor numero de unidades en una unidad de tiempo determinada. Y logicamente para que la produccion tuviese la mejor eficiencia, la mezcla debia cumplir con ciertos requisitos, entre ellos la humedad caracteristica: mezclas secas o muy secas y que los agregados deberian seleccionarse por un tamaño que se adaptara a las condiciones del molde.

Actualidad

A principios de siglo pasado empezaron a aparecer las máquinas para fabricación de mampuestos tanto para la edificación como para pavimentos, a partir de mezclas vibro-prensadas. Esta maquinas permitieron escalar la producción de elementos vibro prensados a partir de mecanismos eléctricos, mecánicos e hidráulicos. Y con ellas aparecieron los primeros estudios relacionados con optimización y proporcionamiento de mezclas.

Hay que advertir que a diferencia del concreto tradicional, el concreto vibro prensado hoy día no cuenta con una teoría única, consolidada y aceptada de manera universal o internacional. La diferencia la hace ese factor que la distingue del concreto tradicional: La Vibro – Compresión. Y como este último factor viene dado por el tipo de máquina que se utilice; y en el mercado podemos encontrar prefabricadores con máquinas que van desde lo artesanal hasta las automatizadas al máximo posible; la labor de parametrizar esta variable termina siendo una utopía. De la mecánica de suelos conocemos que la energía de compactación, es decir: el modo de vibrado, frecuencia y tiempo; guardan una relación proporcional e inversa con la dosificación de cemento y condiciones de humedad óptima para un producto con determinadas especificaciones.

Los primeros estudios relacionados con mezclas para concreto, los realizó Menzel, en 1934 para el fabricante de máquinas Columbia. Estudios que luego fueron complementados por Wilk y Grants entre 1947 y 1948. Menzel hizo énfasis en obtener mezclas con distintos módulos de finura a partir de materiales de origen geológico distinto; encontrando puntos de inflexión positivos que se interpretarían como valores óptimos a partir de los cuales, hacia adelante o hacia atrás en la escala de finura, los bloques obtenidos a partir de estas mezclas disminuían el valor de su peso y de su resistencia (Figura 1). Luego con los aportes de Wilk en 1947, se estableció que el módulo de finura óptimo para fabricación de bloques estaba alrededor de 3.70. Estos últimos estudios consideraron cilindros de 3″x6″, elaborados con las mismas mezclas que se elaborarían bloques y curados durante 21 días; a diferencia del estudio hecho por Menzel, en el cual se usaron bloques elaborados con una máquina de la época y una relación de Área neta/área Bruta de 0.625

MF Menzel .Columbia
Figura 1. Relacion del mudulo de Finura- Peso de un Bloque de referencia (Lbs) y Resistencia a compresión (PSI).
Fuente: Materials_Aggregate Gradation for Concrete Blocks, Columbia
Figura 2. Relacion del mudulo de Finura- Resistencia a compresión (PSI).
Fuente: Materials_Aggregate Gradation for Concrete Blocks, Columbia

Estos aportes han tenido gran trascendencia, al punto que las recomendaciones de la ACI 211.3R-02, revisión de 2009 (Guide for Selecting Proportions for Non-Slump Concrete), termina sugiriendo el uso de granulometrías registradas como optimas en estos estudios. Así, por mucho tiempo el parámetro de módulo de finura fue el determinante para la selección de agregados y elección de mezclas. Sin embargo, el método poco o nada relataba sobre factores claves como las condiciones de humedad y la compactación de la mezcla; estos pasaron a ser variables manejadas por los prefabricadores de manera empírica y ajustadas mediante ensayo-error según las condiciones locales de los agregados y maquinaria disponible.

Lucas E. PfeifFenberger, a partir de los aportes que registró columbia, estableció un método practico que luego la compañia de maquinas Vibro-prensas Besser adoptó. y consistía en establecer la propocion de dos materiales a los que se les concia su modulo de finuta de manera tal que al mezclarlos se obtuviese un valorde M.F de 3.70 o del valor que se estimara como optimo. Si bien para la epoca, empezaban a aparecer mecanismos de conctrol automatico de de humedad; el emtodo aun dejaba por fuera este aspecto como el de energia de compactación.

Paralelamente con la evolución de la industria del bloque de concreto, evoluciona también la teoría de compactación de suelos. Fue el ingeniero Ralph R. Proctor quien en 1933 desarrollo el ensayo que hoy lleva su apellido, para el estudio de densidades y compactación optima de un suelo; ensayo que luego se modificó durante la segunda guerra mundial, para controlar la calidad en obras como aeropuertos que debían sostener cargas mayores a las consideradas para las vías. Esto significo mucho para entender el comportamiento de este tipo de mezclas, puesto que, contrario a lo que se cree; las mezclas vibro-prensadas se comportan de manera similar a un suelo cemento o a un suelo cohesivo.

Para el año 2000, el ingeniero Artêmio Frasson Junior, de la Universidad Federal de Santa Catarina, en su documento: «Proposta de metodologia de dosagem e controle do processo produtivo de blocos de concreto para alvenaria estrutural», para obtener su título de maestría; propuso un método que por medio de la elaboración de elementos de prueba en laboratorio se pueda obtener información cuantificable relacionada con las características físicas y mecánicas que se persiguen en elementos prefabricados como son la resistencia a compresión, textura, absorción entre otros. Los elementos de prueba consisten en cilindros formados a partir de un molde tripartito de 50x130mm. Luego las características de la mezcla optima obtenida se llevan hasta la máquina para tratar de asemejarla de acuerdo con las condiciones de esta. El método conjuga más variables que los anteriormente relatados, reduciéndose a la incógnita de los parámetros de máquina que permitan reproducir la energía de compactación de laboratorio; tiene una gran ventaja: reduce costos por cuanto no es necesario gastar en cantidades significativas de materiales y horas de máquina para obtener elementos de prueba. Si bien el resultado no es determinante y definitivo, ayuda a minimizar el margen de ensayo-error que normalmente se hacía con la maquina únicamente.

Este método viene siendo reconocido como de los más aproximados, hace poco, en 2018; fue retomado en un artículo de la Journal of Emerging Technologies and Innovative Research –JETIR-, en ella el ingeniero Gebreyesus, de la universidad Wolaita Sodo de Etiopia, reconoce al método como practico, de sentido común y de bajo costo.

En la literatura disponible, se puede encontrar otras metodologías propuestas. Como las de la Asociación Brasilera de cemento portland que básicamente era una representación propia de la prueba de Proctor aplicada a una mezcla de concreto, pero variando el proporcionamiento de agregados. Luego Carlos E.S Tango (1994) tomo este método y lo adaptó involucrándole contenido estadístico para asegurar el resultado de la resistencia que se persigue.