Cap 18 Introducción al Análisis de Circuitos - Boylestad (1)
CAP 1 Introducción
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Capítulo 1 - Introducción
Postulante: Univ. Julia María Sossa Ortiz
1.1. Antecedentes
El hormigón es un material heterogéneo constituido por dos tipos de componentes:
Activos: el conglomerante, el agua y el aditivo (opcional).
Inactivos: los áridos
Conocido como la piedra artificial por excelencia, es de gran valía en el área de la
construcción civil, por
sus cualidades como:
su fabricación en obra,
su compatibilidad con
otros materiales, la
facilidad de crear con
él cualquier forma a
través de un
encofrado, y otras; lo
han convertido en uno
de los favoritos a
utilizar en todo tipo de
construcción.
Las propiedades de sus componentes y las proporciones de mezcla de los mismos,
dan como resultado distintos tipos de hormigón según sea el requerimiento de la
estructura. Podría decirse que la cualidad más importante que posee es su resistencia
a los esfuerzos de compresión simple, convirtiéndose en una de las causas para que
sea considerado entre los materiales más útiles y cotizados en el área de la
construcción civil en todas sus escalas, sin ser una excepción nuestra ciudad.
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Sin embargo, en nuestro medio, la fabricación del hormigón suele ser incorrecta o
escasamente adecuada ya que por naturaleza no existen los bancos de préstamo con
áridos de granulometría adecuada requeridos para cumplir este objetivo.
Esta falencia llevó a los constructores a buscar alternativas con las cuales reemplazar
estos materiales, siendo de fácil acceso y bajo costo por ejemplo: el cascote
artesanal, el cascote de cerámica industrial, la arena de río fina (Mamoré); los que
han sido usados para vaciados como hormigón pobre (de baja resistencia) y algunos
otros elementos pero sin llegar a establecer con exactitud la dosificación adecuada ni
realizar sobre ellos pruebas que establezcan su comportamiento.
Es precisamente para eso que realizaremos una comparación del hormigón
compuesto por estos materiales alternativos y el hormigón debidamente dosificado y
mezclado, determinando así el comportamiento de los materiales individuales y en
conjunto, en forma de mezclas de hormigón fresco y endurecido.
Habiendo establecido que la resistencia a la compresión es la característica mecánica
más importante del hormigón, la definimos como el parámetro con el que
comparamos el desempeño que este tipo de
materiales tiene al formar con él, mezclas
proporcionadas según sus propiedades
establecidas previamente en ensayos de
laboratorio.
La resistencia a la compresión se establece a
través del ensayo de rompimiento de probetas
cilíndricas de hormigón, el mismo que se
encuentra normalizado por la “Sociedad
Americana de Pruebas de Materiales
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(American Testing Society of Materials)” y sus especificaciones se detallan en la
ASTM C 39 “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de
probetas cilíndricas de concreto”. Tradicionalmente este ensayo determina a
través de una serie de procedimientos de laboratorio y cálculo, la “resistencia
característica del hormigón” que está definida como la media estadística que
cuenta no solo con la resistencia media obtenida en los ensayos sobre probetas de
15*30 cm a los 28 días de endurecimiento, sino con la desviación típica relativa o el
coeficiente de variación de la serie de valores.
Las pruebas de compresión en hormigón se han venido realizando desde que se vio
la necesidad de contar con una medida o parámetro para la calidad del hormigón,
tanto para el diseño de estructuras como para el control de obra. En nuestro
departamento y más específicamente en nuestra ciudad, solo se cuentan con tres
presas hidráulicas para rompimiento de probetas que pueden ser accesibles para la
población en general, la primera pertenece a “Administración de Aeropuertos y
Servicios Auxiliares a la Navegación Aérea” (AASANA), la segunda pertenece a la
“Dirección de Desarrollo Vial” dependiente del “Gobierno Autónomo Departamental
del Beni” y la última se encuentra en los laboratorios de Tecnología Hormigón de la
carrera de ingeniería civil de la Universidad Autónoma del Beni “José Ballivián” desde
el año 2009.
Estudios anteriores realizados a nivel nacional sobre la resistencia característica del
hormigón con materiales alternativos han sido realizados por estudiantes en la ciudad
de Santa cruz y La Paz con un estudios enfocado en hormigón ligero de cascote y
piezas de cerámica fundida, los resultados y datos obtenidos en estos, también se
consideraron para la realización de este trabajo.
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1.2. Planteamiento del Problema
Es la resistencia a la compresión una importante cualidad del hormigón endurecido
que depende de algunos factores como: la relación entre el agregado y el cemento
(A/C), entre el agua y el cemento (a/c), calidad y tamaño máximo del agregado,
fineza de la arena, calidad del agua, condiciones del curado, etc.
Siendo las propiedades de los áridos tan importantes para la resistencia del
hormigón, la falta de éstos encarece completamente el uso de este material. Esta
situación se encuentra influida principalmente por el hecho de que nuestra ciudad y
sus alrededores se ubica en una zona natural en la que no es posible conseguir árido
adecuado. Esta situación se complica por el deficiente sistemas de transporte desde
los bancos de préstamo, lo que incrementa un extra de costo; incitando al uso del
material alternativo como una solución rápida.
Fueron realizadas varias obras con ellos, en las que se usó este material, en las
mezclas de hormigón sin ninguna normativa y sin establecer sus propiedades,
basándose en la experiencia de los maestros albañiles y algunos profesionales del
área de construcción, para obras de mínima importancia como contra pisos, hormigón
en masa, y en algunos casos, elementos como columnas para el modelo clásico de
vivienda a medias aguas que es característico de la ciudad.
A pesar de que ha sido una solución útil, al no conocerse todas sus facultades
terminó empobreciendo la construcción y sin resolver la limitante del uso del árido en
el hormigón. Es de vital
importancia el corregir y
adaptar a nuestro medio
las técnicas y
conocimientos que
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permitan la elaboración de hormigón de calidad con la finalidad de fomentar la buena
práctica, la aplicación del método científico y contribuir al desarrollo general de la
región posibilitando el progreso.
Algunos factores que influyen además en esta situación son:
La realización de este tipo de estudios en la práctica común de la construcción
civil por parte de los profesionales resulta costosa y no rentable
La falta de material de laboratorio accesible y en buen estado, aumenta el
costo de dicho estudio, y deteriora el proceso de puesta en obra y control.
Por los puntos anteriores el conocimiento y preparación teórico-práctica es
poco valorado por parte de los propietarios que prefieren ahorrar y realizar
obras simples disminuyendo la calidad de la obra.
El transporte de agregados desde los bancos de préstamo por falta de caminos
accesibles en toda época del año entorpece el proceso constructivo y paraliza
las obras
Las condiciones de explotación de los bancos de préstamo distan de lo
adecuado por la falta de maquinaria, inversión e innovación en los métodos de
extracción, transporte y procesamiento del material a nivel departamental
1.2.1. Planteamiento del Problema Científico
1.2.1.1. Problema general
¿QUÉ RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PRESENTA EL HORMIGON AL VARIAR LOS
ARIDOS QUE FORMAN PARTE DE SU COMPOSICIÓN?
1.2.1.2. Problemas específicos
¿CUÁL SERIA EL USO CORRECTO PARA CADA TIPO DE MEZCLA HORMIGON SEGUN
SU RESISTENCIA Y COMPORTAMIENTO?
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¿CUÁL ES EL COMPORTAMIENTO DE CADA MATERIAL ALTERNATIVO CON LOS QUE
COMUNMENTE SE REALIZAN HORMIGONES LIVIANOS EN ÁREA DE LA
CONSTRUCCIÓN EN TRINIDAD?
¿DE QUÉ FORMA AFECTA EL TIEMPO DESDE QUE FUE VACIADO A LA RESISTENCIA
DEL HORMIGON DE ARIDO LIGERO?
1.3. Título de la Investigación
“Análisis comparativo de la resistencia a la compresión del hormigón
como material variado”
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo general
Realizar un estudio detallado que permita determinar las características de los
materiales alternativos por separado y en conjunto como mezclas, estableciendo y
comparando la resistencia del hormigón resultante, obteniendo así un parámetro que
sirva de base para el mejoramiento y optimización del método constructivo y puesta
en obra de todo tipo de estructura que utilice el hormigón normal y ligero en la
ciudad de Trinidad.
1.4.2. Objetivos Específicos
Como parte de la investigación científica a realizar incluimos los siguientes aspectos:
Determinar las características del agregado grueso normal y alternativo
Determinar las características del agregado fino
Elaborar mezclas para hormigones normales y livianos
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Determinar las características de las mezclas para hormigones normales y
livianos
Determinar las características estructurales en los hormigones normales y
livianos mediante el ensayo de rompimiento de probetas
Comprobar la resistencia a la compresión después de varios años de vaciado
con probetas de hormigón normal y ligero.
1.5. Planteamiento de la hipótesis
1.5.1. Hipótesis general
El Hormigón presenta un rango de variación en los resultados de los ensayos de
resistencia a la compresión, la misma que está en función de las propiedades físicas,
químicas y mecánicas que fueron determinadas en laboratorio para cada material
utilizado en la mezcla, por ende la durabilidad, estabilidad y resistencia química del
hormigón son distintas para cada variable.
A priori y basados en los conocimientos generales de los materiales podríamos decir
que el rango de resistencia a la compresión tendrán el siguiente orden de mayor a
menor:
Tabla Nº 1 Rango de resistencia de hormigones
Hormigón normal de árido con
piedra tritura
(RC)
Hormigón normal de árido con
canto rodado
(CR)
Hormigón normal
con arena del río Iténez
(AI)
Hormigón normal
con arena de río
Mamoré
(AM)
Hormigón ligero de
cascote de cerámica industrial
(CC)
Hormigón ligero de
cascote de tejería
artesanal
(LT)
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1.5.2. Hipótesis de Investigación
HIPÓTESIS 1.-
La comparación de las resistencias determinará la capacidad de carga a compresión
que puede recibir cada tipo de hormigón en un mismo elemento, determinando el
uso correcto para cada uno tomando en cuenta, las cargas que reciba el elemento,
las condiciones y método constructivo a utilizar, el incremento de la resistencia por
influencia de la edad, etc.
HIPÓTESIS 2.-
La resistencia a la compresión no se ve afectada por el tiempo en porcentajes
considerables para todas las combinaciones de áridos.
HIPÓTESIS 3.-
La naturaleza de los distintos áridos como componentes pasivos de la mezcla del
hormigón altera el comportamiento de la mezcla. Según la granulometría y la
composición de los áridos el hormigón resultante presentará distintas propiedades de
consistencia, maleabilidad y absorción de agua. Determinamos pues el siguiente
orden para determinar la mezcla óptima (la más trabajable) de mayor a menor:
Tabla Nº 2 Diferenciación de Hormigones por Árido Grueso
HORMIGÓN NORMAL
•Canto rodado
•Piedra triturada
HORMIGÓN LIGERO
•Cascote cerámica industrial
•Cascote tejería artesanal
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1.5.2.1. Variables e Indicadores
1.5.2.1.1. Variable independiente
La serie de probetas estándar “RC” elaborada con una dosificación en volumen 1:2:3,
el agregado grueso de material chancado y arena “Pacanova”
1.5.2.1.2. Variable dependiente
Variables en agregado grueso
Tabla Nº 3 Variables de Árido Grueso
Variables en agregado fino con material triturado
Tabla Nº 4 Variables de Árido Fino
Canto rodado de río
(CR)
Cascote de cerámica industrial
(CC)
Ladrillo artesanal de tejería
(LT)
Arena Itenez (AI)
Arena Mamoré (AM)
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1.6. Alcance de la Investigación
A través de este estudio intentamos abarcar los siguientes puntos:
La determinación de los factores que justifican el uso de los hormigones
normales y ligeros en la construcción civil.
El origen y las características de los materiales componentes del hormigón
normal.
El origen y las características de los materiales componentes del hormigón
liviano.
Las propiedades del hormigón normal, método de dosificación y su
comportamiento estructural.
Las propiedades y aplicaciones del hormigón de árido ligero y su uso
estructural.
Diseño y análisis estadístico de los datos experimentales, manejo de datos,
control de la estructura de hormigón.
1.7. Justificación
El crecimiento poblacional y el desarrollo del departamento han aumentado las
expectativas con respecto a la construcción civil, edificios, puentes, tanques elevados;
cada vez son más necesarios, pues garantizan el mejoramiento de la calidad de vida
de nuestros habitantes. Un material tan elemental como el hormigón debe ser
accesible a la población y de calidad requerida para todo tipo de estructuras.
El conseguir establecer los parámetros y características de los materiales que son de
fácil acceso para su elaboración justifica principalmente esta investigación.
1.7.1. Justificación técnica
La investigación propuesta requiere de un amplio grupo de estudios a realizados
paralelamente así como la aplicación de conocimientos y criterios de investigación
teórica, para la elaboración y procesamiento de los resultados de los mismos, entre
ellos tenemos:
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Determinación en laboratorio de las características y las propiedades requeridas
para la dosificación de hormigones de cada uno de los siguientes agregados:
arenas, cascotes, ripios, incluyendo a grandes rasgos:
Contenido de Humedad
Granulometría del agregado
Módulo de finura
Peso específico, unitario y absorción
Porcentaje de desgaste
Determinación de las características de consistencia, maleabilidad y resistencia de
cada mezcla utilizada para las probetas:
Consistencia
Determinación de las características estructurales del hormigón endurecido en los
tiempos de 7, 14 y 28 días de vaciado:
Resistencia a la compresión
Certificación de las características estructurales del hormigón normal y ligero con
tiempo mayor a 10 años de vaciado:
Resistencia a la compresión
1.7.2. Justificación económica
La repercusión económica de los resultados es directa sobre todos los integrantes del
círculo de compra y venta de material, productores, constructores y propietarios,
pues la propuesta indica el uso adecuado de cada material justificando la inversión
en el mejoramiento del proceso de extracción, procesamiento y transporte de
agregados de parte de los distribuidores.
La dosificación usada en cada tipo de requerimiento garantiza un óptimo uso de la
cantidad de material a utilizarse en una obra, los costos por posibles fallas o
mantenimientos realizados antes de tiempo en hormigones de mala dosificación
serían anulados. Además, los resultados pueden ser usados como documento de
respaldo para el uso de hormigón de árido ligero en cierto tipo de estructuras ya sin
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la necesidad de estudio específico (siempre y cuando cumpla con las observaciones
indicadas) ahorrando así el costo de estudio personalizado para ciertas estructuras.
La posibilidad de aminorar el costo en material, permite la inversión en otros campos
de la construcción que mejoren los tiempos de ejecución y calidad de obra final.
1.7.3. Justificación social
La construcción civil es un área que afecta a toda la población en general, el
garantizar materiales de alta calidad, bajo costo y fácil acceso, posibilita de gran
manera la ampliación del campo de trabajo llevando a cabo más obras, de mayor
duración y garantizando la inversión en nuevas construcciones civiles que mejoren las
condiciones de vida de la población en general.
1.8. Metodología
1.8.1. Métodos
Mediante la aplicación del método científico de técnica de laboratorio especificado en
la norma de la ASTM, se realizan pruebas sobre muestras categorizadas y procesan
los datos obtenidos para establecer un informe final con la comparación de todos
estos, con el siguiente orden:
Determinación de las características de cada material
Elaboración de un modelo patrón
Elaboración de las probetas variables
Determinación de las características de cada probeta según su composición
Determinación de las características de las probetas con mayor tiempo de
vaciado
Determinación de las diferencias y el uso estructural de las mismas.
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1.8.2. Técnicas
Las distintas técnicas de laboratorio están establecidas en la norma de la “Sociedad
Americana de Pruebas de Materiales (American Testing Society of Materials)” en los
siguientes capítulos:
1. ASTM C 566 “Método estándar para
medir el contenido de humedad de los
agregados”
2. ASTM D 6913 “Método de prueba
estándar para la distribución de tamaño de
partículas (Gradación) de Suelos mediante el
uso de tamices”
3. ASTM C127 “Método de prueba
estándar para la densidad, densidad relativa
(gravedad específica) y absorción del árido
grueso”
4. ASTM C128 “Método de prueba
estándar para densidad, densidad relativa
(gravedad específica), y absorción de agregado fino”
5. ASTM C535 “Método de prueba estándar para resistencia a la degradación
del agregado grueso por abrasión e impacto en la máquina de Los Ángeles”
6. ASTM C143 “Método de determinación de la consistencia en la mezcla de
hormigón a través de asentamiento con el cono de Abrams”
7. ASTM C 31 “Práctica estándar para elaborar y curar probetas de ensayo de
Concreto”
8. ASTM C 39 “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de
probetas cilíndricas de concreto”.