jueves, 28 de abril de 2011

Suelos Sedimentarios.


La  formación  de  los  suelos  sedimentarios  puede  explicarse  más  adecuadamente considerando la formación, el transporte y el depósito de los sedimentos.

El modo principal de la formación de sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas en la superficie terrestre. En general, las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de las rocas, mientras que las partículas arcillosas proceden de la alteración química de las mismas.

Los  sedimentos  pueden  ser  transportados  por  cualquiera  de  los  cinco  agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. El  transporte afecta a  los sedimentos de dos formas principales: a) modifica  la  forma, el  tamaño y  la  textura de las  partículas    por  abrasión,  desgaste,  impacto  y disolución;  b)  produce  una clasificación o graduación de las partículas.

Después de que las partículas se han formado y han sido transportadas se depositan para formar un suelo sedimentario. Las tres causas principales de este depósito en el agua son la reducción de la velocidad, la disminución de la solubilidad y el aumento de electrolitos. Cuando una corriente de agua desemboca en un lago, océano, etc., pierde la mayor parte de su velocidad. Disminuye así  la  fuerza de  la corriente y se produce una sedimentación. Cualquier cambio en  la  temperatura del agua o en su naturaleza química puede provocar una reducción en la solubilidad de la corriente, produciéndose la precipitación de algunos de los elementos disueltos. 

Figura 2: Esquema del proceso de formación de los suelos

Por tanto, el suelo es el resultado del proceso de meteorización de las rocas, con o sin transporte  de  los  productos  de  alteración.  Los  suelos  se  caracterizan fundamentalmente por los siguientes aspectos:

·  Los  suelos  están  formados  por  partículas  pequeñas  (desde micras  a  algunos centímetros) e individualizadas que pueden considerarse indeformables.
·  Entre  estas  partículas  quedan  huecos  con  un  volumen  total  del  orden  de
magnitud  del  volumen  ocupado  por  ellas  (desde  la  mitad  a  varias  veces superior).
·  Un suelo es un sistema multifase (sólida, líquida y gaseosa).
·  Los huecos pueden estar  llenos de agua  (suelos saturados), o con aire y agua (suelos semisaturados), lo que condiciona la respuesta de conjunto del material.

En  condiciones  normales  de  presión  y  temperatura,  el  agua  se  considera incompresible.

Suelos Residuales.

Los  suelos  residuales  se  originan  cuando  los  productos  de  la meteorización  de  las rocas  no  son  transportados  como  sedimentos,  sino  que  se  acumulan  in  situ.  Si  la velocidad de descomposición de  la  roca supera a  la de arrastre de  los productos de descomposición, se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que influyen  sobre  la  velocidad  de  alteración  en  la  naturaleza  de  los  productos  de meteorización están el clima (temperatura y lluvia), el tiempo, la naturaleza de la roca original,  la  vegetación,  el  drenaje  y  la  actividad  bacteriana.  Los  suelos  residuales suelen  ser  más  abundantes  en  zonas  húmedas,  templadas,  favorables  al  ataque químico  de  las  rocas  y  con  suficiente  vegetación  para  evitar  que  los  productos  de meteorización sean fácilmente arrastrados.

miércoles, 27 de abril de 2011

CARACTERIZACION DE LOS SUELOS: Suelos y rocas,origen del suelo

La mayoría de los suelos que cubren la tierra están formados por la meteorización de  las rocas. Los geólogos emplean el  término meteorización de  las rocas para describir todos  los  procesos  externos,  por  medio  de  los  cuales  la  roca  experimenta  descomposición química y desintegración  física, proceso mediante el cual masas de roca  se  rompen  en  fragmentos  pequeños.  Esta  fragmentación  continua  es  un mero cambio  físico y por eso se  llama  también meteorización mecánica. Por otra parte,  la meteorización  química  de  una  roca  es  un  proceso  de  descomposición, mediante  el cual  los  minerales  constitutivos  de  rocas  allí  presentes  cambian  de  composición química.  En  la  descomposición,  los  minerales  persistentes  se  transforman  en minerales de composición y propiedades  físicas diferentes. Es preciso  indicar que  la desintegración  física  completa  la  descomposición,  ya  que  los minerales  y  partículas rocosas  de menor  tamaño  producidos  por meteorización mecánica  son mucho más susceptibles  al  cambio  químico  que  los  granos  minerales  firmemente  soldados  en grandes masas de roca compacta.

La meteorización mecánica es el proceso por el cual  las rocas se fracturan en piezas de menor  tamaño bajo  la acción de  las  fuerzas  físicas, como  la corriente de agua de los  ríos,  viento,  olas  oceánicas,  hielo  glacial,  acción  de  congelación,  además  de expansiones y contracciones causadas por ganancia y pérdida de calor.

La  meteorización  química  es  el  proceso  de  descomposición  química  de  la  roca original.  Entre  los  distintos  procesos  de  alteración  química  pueden  citarse:  la
hidratación  (paso  de  anhidrita  a  yeso),  disolución  (de  los  sulfatos  en  el  agua), oxidación  (de minerales de hierro expuestos a  la  intemperie), cementación  (por agua conteniendo carbonatos), etc.Por ejemplo, la meteorización química de los feldespatos puede producir minerales arcillosos.

Muy  relacionada  con  la  meteorización  química  se  encuentra  la  meteorización biológica,  producida  fundamentalmente  por  la  actividad  bacteriana,  originando putrefacciones en materiales orgánicos.

La acción conjunta o individual de estos procesos de meteorización da lugar a un perfil de meteorización de la roca en función de la profundidad (ver figura adjunta). En este
perfil  la  roca  sana  ocupa  la  zona  más  profunda,  transformándose  gradualmente  a suelo hacia la parte más superficial.

Figura 1: Perfil de meteorización, según diversas fuentes

Así, por ejemplo, la observación de una trinchera recién abierta (una excavación para una carretera, una pared de cantera, etc.), a menudo revelará una sucesión de capas de  diferentes  materiales  térreos.  En  la  base  del  afloramiento  puede  haber  roca compacta, denominada roca  firme; se encuentra  todavía en su  lugar de origen y está relativamente poco modificada. La  roca  firme  suele   presentar  innumerables grietas, denominadas  juntas o diaclasas, que son consecuencia de esfuerzos principalmente asociados a una historia anterior de procesos tectónicos. Allí donde existen familias de juntas que se cruzan, la roca firme se desintegra fácilmente en bloques.

Por  encima  de  la  roca  firme  puede  haber  una  capa  de  materia  mineral  blanda, denominada regolita. (El prefijo rego viene de la palabra griega que significa “manto”.)

La  regolita  puede  formarse  in  situ  por  descomposición  y  desintegración  de  la  roca firme  inmediatamente  subyacente;  este  tipo  se  denomina  regolita  residual  o  suelo residual.  Si  esta  capa  de  partículas  minerales  relativamente  sueltas  o  blandas, dispuestas sobre  la  roca  firme, es  transportada por agentes  tales como corrientes de agua,  hielo,  viento,  olas…,  recibe  el  nombre  de  regolita  transportada  o  suelo sedimentario.


martes, 26 de abril de 2011

Principales Formas Estructurales del Concreto Reforzado.


Las  figuras  que  siguen muestran algunas  de  las principales formas  estructurales del  concreto reforzado. Más adelante en este volumen se discuten métodos pertinentes de diseño para muchas de ellas.

Dentro de  los sistemas estructurales para entrepisos de edificios  se pueden mencionar el  entrepiso de placa y viga monolítica que se muestra en la figura  1.1, el  sistema de viguetas en una dirección de  la figura  1.2, y el sistema  tipo placa plana sin vigas que se muestra en la figura  1.3.

FIGURA 1.1 Losa de entrepiso de concreto reforzado en una dirección con vigas monolíticas  de apoyo.


FIGURA 1.2 Sistema de entrepiso de viguetas en 2 direcciones apoyado sobre vigas monolíticas de concreto y  riostra transversal  en la esquina.



FIGURA 1.3 Losa de entrepiso de placa plana sin vigas, apoyada directamente sobre columnas.

El  entrepiso  de  losa plana  que  se muestra  en  la  figura  1.4, frecuentemente usado  en  edificaciones más  cargadas  (como bodegas),  es  similar al  sistema de  entrepiso  de placa plana, pero utiliza mayores
espesores  de placa alrededor  de  las  columnas,  al  igual  que  columnas  acampanadas  en  la parte  superior para  reducir  los esfuerzos  y aumentar la resistencia en  las zonas de apoyo. La elección entre éstos y otros  sistemas de entrepiso y  cubierta depende de requisitos  funcionales, cargas,  luces  y espesores permisibles  de  elementos,  al  igual que de  factores económicos  y estéticos.

Cuando se requieren  luces  libres  largas para cubiertas,  se pueden utilizar cascarones  de  concreto que  permiten el uso de  superficies  extremadamente  delgadas, a menudo más delgadas que  una  cáscara de huevo. La cubierta en placa plegada de la figura 1.5 se puede construir fácilmente ya que está compuesta de  superficies planas. Estas cubiertas se han utilizado  para  luces de 200 pies y más. Los cascarones  cilíndricos de  la figura  1.6 son también fáciles  de  construir debido  a su curvatura  simple y
uniforme;  su comportamiento estructural  y el rango de  luces  y  cargas  son  similares  a  los del  sistema de placa plegada.


FIGURA 1.4 Sistema de entrepiso de losa plana, sin vigas pero con mayores espesores de placa alrededor de las columnas y columnas acampanadas  en la parte superior para absorber concentraciones  locales de fuerzas.



FIGURA 1.5 Cubierta de placas plegadas con una luz de 12 metros que, además de soportar las cargas normales de cubierta,  sostiene el cuarto piso mediante un sistema libre de columnas interiores.


FIGURA 1.6 Cubierta de cascarones cilíndricos que proporciona un espacio  interior libre de columnas. 

Los  cascarones  de  cubierta  con doble curvatura pueden generarse a partir  de  curvas matemáticas tales  como arcos  circulares, parábolas e hipérbolas, o pueden conformarse a partir de  combinaciones complejas de  formas. El paraboloide  hiperbólico, definido por una parábola  cóncava hacia abajo con movimiento a  lo largo  de una trayectoria parabólica  cóncava hacia arriba,  ha  sido ampliamente  utilizado. Aunque se  trata de una  superficie de doble  curvatura, tiene  la propiedad  de  contener  dos sistemas de  líneas  rectas generadoras  que permiten  la utilización  de  formaletas rectas  de madera.

El domo  de  la figura  1.7, que  sirve de  cubierta a eventos  de  tipo artístico, consiste esencialmente en un domo circular pero  incluye superficies monolíticas, y de bordes curvados hacia arriba, para proporcionar  rigidez  y  resistencia  en estas  regiones  críticas.


FIGURA 1.7 Cascarón esférico en Medellín, Colombia. Las superficies de borde en voladizo proporcionan rigidez al domo lateral.


FIGURA 1.8 Puente en concreto sobre el río Magdalena en Colombia

El diseño de puentes  ha dado  la oportunidad para algunas de las aplicaciones más retadoras  y creativas  de  la  ingeniería estructural. El puente que se muestra  en  la figura  1.8 consiste principalmente en dos vigas  cajón  gemelas de concreto  apoyadas  sobre  pilas con  forma de Y. La  figura  1.9 muestra un intercambiador  vial, estructura  en concreto que permite  el  flujo  vehicular  en tres  niveles. El  espectacular Natchez

Trace Parkway Bridge de  la figura  1.10, una estructura en arco de dos  luces que utiliza elementos  de concreto huecos  y prefabricados,  sirve de soporte  a una autopista de dos carriles a  155 pies por encima del nivel del  terreno  en el  valle. Esta estructura  ha merecido  varios honores,  incluyendo premios de  la American Society  of Civil Engineers y  de  la National Endowment  for  the Arts.
Los tanques  cilíndricos de concreto  se utilizan ampliamente para almacenamiento  de agua o como parte de plantas de tratamiento de aguas residuales. A menudo, los tanques cilíndricos se preesfuerzan circunferencialmente  para mantener  la compresión  en el concreto y  eliminar  el  agrietamiento que de  otra manera  produciría  la presión  interna  (figura  1.11).

Las  formas estructurales de  las  figuras.  1.1  a  1.11 difícilmente constituyen  un  inventario  completo, pero son ilustrativas de las formas compatibles  con las propiedades del concreto reforzado o preesforzado. Elias ilustran  la adaptabilidad del material a una  gran variedad de  estructuras y  componentes estructurales  unidimensionales  (vigas,  riostras,  columnas), bidimensionales  (losas, arcos, pórticos  rígidos) y  tridimensionales  (cascarones,  tanques). Esta variabilidad  permite adaptar  la  forma de  la estructura a  su función de una manera  económica,  y  proporciona al arquitecto y  al ingeniero  disefiador una amplia gama de posibilidades para  soluciones  estructurales estéticamente  satisfactorias.


FIGURA 1.9 Intercambiador vial de Carabineros en Medellín, Colombia.


FIGURA 1.10 Natchez Trace Parkway Bridge, cerca a Franklin, Tennessee, una estructura de dos luces en arcos de concreto merecedora de premios, que se levanta 155 pies por encima del nivel de terreno en el valle.

FIGURA  1.11 Tanques circulares de concreto utilizados en instalaciones para almacenamiento de malta en Cartagena, Colombia.

Concreto, Concreto Reforzado y Concreto Preesforzado.


El concreto es un material  semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado,  y agua; después, esta mezcla se endurece en formaletas  con la forma y dimensiones deseadas. El cuerpo del material  consiste en agregado  fino y  grueso. 

El cemento y el agua interactúan  químicamente para unir  las partículas de agregado y conformar una masa sólida. Es necesario agregar agua, además de aquella que se requiere para la reacción química, con el fin de darle a la mezcla la trabajabilidad adecuada que permita llenar  las formaletas y rodear el acero de refuerzo embebido, antes de que inicie el endurecimiento. Se pueden obtener concretos en un amplio rango de propiedades ajustando apropiadamente las proporciones  de  los materiales  constitutivos. Un  rango aún más amplio de propiedades puede obtenerse mediante  la utilización de cementos especiales (cementos de alta resistencia  inicial), agregados especiales (los diversos agregados ligeros o pesados), aditivos (plastificantes y agentes incorporadores  de aire, microsílice  o cenizas volantes) y mediante métodos especiales de curado (curado al vapor).

Estas propiedades dependen en gran medida de las proporciones de la mezcla, del cuidado con el cual se mezclan los diferentes materiales constitutivos, y de las condiciones de humedad y temperatura bajo las cuales se mantenga  la mezcla desde  el momento  en que se coloca en la formaleta hasta que se encuentra totalmente  endurecida. El proceso de control de estas condiciones se conoce como curado. Para evitar la producción de concretos de bajos estándares  se requiere un alto grado de  supervisión y  control por parte de personas  con experiencia  durante todo el proceso, desde el proporcionamiento en peso de los componentes, pasando por el mezclado y el vaciado, hasta la terminación del curado.

Los  factores que hacen del concreto  un material de construcción  universal son tan evidentes que ha sido utilizado de diversas maneras por miles de años; probablemente  se comenzó a usar en el antiguo Egipto. Uno de estos  factores  consiste en la facilidad  con la cual, mientras  se encuentra en estado plástico, puede depositarse y llenar las formaletas y moldes de cualquier forma. Su alta resistencia  al  fuego y al clima son ventajas  evidentes. La mayor parte de los materiales constitutivos, con la excepción del cemento y los aditivos, están disponibles  a bajo costo, localmente o muy cerca del sitio de construcción. Su resistencia  a  la compresión,  similar a  la de  las piedras naturales, es alta lo que lo hace apropiado para elementos sometidos principalmente a compresión, tales como columnas o arcos. Asimismo, de nuevo como en las piedras.naturales, el concreto es un material relativamente  frágil, con una baja resistencia a la tensión comparada con  la resistencia a  la compresión. Esto  impide su utilización económica en elementos estructurales sometidos  a tensión ya sea en toda su sección (como el caso de elementos de amarre) o sobre parte de sus secciones transversales (como en vigas u otros elementos sometidos a flexión).

Para contrarrestar esta limitación, en la segunda mitad del siglo XIX se consideró factible utilizar acero para reforzar el concreto debido a su alta resistencia a la tensión, principalmente  en aquellos  sitios donde la baja resistencia a la tensión del concreto limitaría la capacidad portante del elemento. El  refuerzo, conformado usualmente por barras circulares  de acero con deformaciones superficiales apropiadas para proporcionar adherencia, se coloca en las formaletas antes de vaciar el concreto. Una vez las barras estén completamente rodeadas por la masa de concreto endurecido,  comienzan a  formar parte  integral del elemento. La combinación  resultante de  los  dos materiales, conocida como concreto reforzado, combina muchas de las ventajas de cada uno:  el costo relativamente  bajo, la buena resistencia al clima y al fuego,  la buena resistencia  a la compresión y la excelente capacidad de moldeo del concreto con la alta resistencia a la tensión y la aún mayor ductilidad  y tenacidad del acero. Es precisamente esta combinación la que permite el casi ilimitado rango de usos y posibilidades del concreto reforzado en la construcción de edificios, puentes, presas, tanques, depósitos y muchas otras estructuras.

En tiempos más recientes se ha logrado la producción  de aceros  cuya resistencia  a  la  fluencia es del orden de  cuatro y más veces  que  la de  los  aceros  comunes de refuerzo,  a costos  relativamente bajos. Asimismo, ahora es posible producir concretos con resistencias a la compresión cuatro a cinco  veces mayores  que los concretos  comunes. Estos materiales  de alta resistencia ofrecen ventajas que incluyen la posibilidad de emplear elementos con secciones transversales más pequeñas disminuyendo las cargas muertas y  logrando  luces más largas. Sin embargo, existen límites en las resistencias  de  los materiales  constitutivos, por encima de  los cuales surgen ciertos problemas. En efecto, la resistencia del elemento se  incrementa aproximadamente  en proporción a aquélla de  los materiales. Sin embargo, las altas deformaciones unitarias que resultan de los altos esfuerzos darían como resultado altas deformaciones  y deflexiones de estos elementos bajo condiciones normales de carga.

Igualmente importante es que las grandes deformaciones unitarias en los aceros  de refuerzo de alta resistencia inducirían amplias grietas en el concreto, de baja resistencia a la tensión de sus alrededores, lo cual no sólo sería estéticamente inadmisible, sino que expondría el acero de refuerzo a la corrosión por humedad y otras acciones químicas.

Esto  limita  la resistencia a la fluencia útil de los aceros de alta resistencia a aproximadamente 80 Klb/pulg2,  de acuerdo con muchas normas y especificaciones;  el de 60 Klb/pulg2 es el más común.

A pesar de  lo anterior, se ha encontrado una manera especial para combinar aceros  y  concretos de muy alta resistencia. Este tipo de construcción se conoce como concreto preesforzado. El acero, usualmente en forma de alambres,  cables o barras, se embebe en el concreto sometiéndolo a una tensión alta, la cual se equilibrará con esfuerzos de compresión en el concreto después del endurecimiento. Debido a esta precompresión, el concreto de un elemento a flexión se agrietará en la zona  de  tensión  para cargas mucho más altas que cuando no está  precomprimido. El preesfuerzo reduce de manera significativa  las deflexiones y las grietas de  flexión para cargas normales, y de esta manera permite la utilización efectiva de materiales de alta resistencia. El concreto preesforzado ha extendido  significativamente el rango de  luces posibles  del concreto estructural y los tipos de estructuras para los cuales es adecuado.

lunes, 25 de abril de 2011

CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION





Fig 4.6-8CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION

CROQUIS No. 4 CORTE Y SELLADO DE JUNTA TRANSVERSAL DE CONSTRUCCION CON PASAJUNTAS (TIPO D)

D = Espesor de la losa de pavimento


Detalle de construcción de la junta


NOTA:
La relación ancho / profundidad del sellador de slilicón deberá ser como mínimo 1:1 y como
máximo 2:1.


Fig 4.6-7 Corte y sellado de junta de contracción transversal de construcción  (Con pasajuntas Tipo D)

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