7/26/2019 000162523

1/108

7/26/2019 000162523

2/108

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIN DE INGENIERA DE MATERIALES

Evaluacin y Seleccin de Aditivos Impermeabilizantes para concreto con resistencia de

450kgf/cm2

Por:

Ernesto Luis Oquendo Rodrguez

Realizado con la asesora de:

Tutor Acadmico: Prof. Thierry PoirierTutor Industrial: Ing. Didio Castro

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn BolvarComo requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero de Materiales

Sartenejas, Enero de 2013

7/26/2019 000162523

3/108

iv

7/26/2019 000162523

4/108

v

RESUMEN

La construccin del Metro de los Teques se basa en la sucesin de anillos de concreto

armado cuyas piezas que conforman dicha estructura se denomina dovelas. El concreto es un

material compuesto principalmente por cemento, agregados y agua. Durante el proceso de

fraguado, debido principalmente a que el volumen de los productos solidos formados en la

hidratacin del concreto es menor a la suma de los volmenes absoluto, el concreto resultante

presenta espacios residuales mejor conocidos como porosidad. Dicha porosidad en presencia de

algn fluido acta como su va de ingreso; las condiciones subterrneas a las cuales se

encuentran sometidas las dovelas involucran presencia de agua la cual al entrar en contacto con

las cabillas que conforman el refuerzo metlico del concreto armado genera corrosin que afecta

la integridad de la estructura de concreto armado.

Una solucin para minimizar el ingreso de agua en las dovelas es la incorporacin de

aditivos impermeabilizantes en las mezclas de concreto. El presente trabajo se fundamenta en

evaluar el de 4 tipos de aditivos impermeabilizantes: S-1, X-130, PA y SL. En una primera fase

del proyecto se evalu la porosidad y resistencia mecnica en las cuales los aditivos S-1 y X-130

obtuvieron los mejores resultados. Adicionalmente, estos fueron evaluados en cuanto a las

propiedades de absorcin de un fluido presurizado y de permeabilidad al ion. Adicionalmente

fueron sometidos a una validacin estadstica de sus propiedades mecnicas y los resultados

obtenidos muestran que la incorporacin de los aditivos impermeabilizantes disminuye la

penetracin del agua en el concreto, lo cual prolonga la integridad de la estructura. La resistencia

mecnica promedio obtenido por el aditivo S-1 fue 49138kgf/cm2 con un cuantil entre 15-20%,

en comparacin con el aditivo X-130 que tuvo una resistencia de 503 40kgf/cm2y un cuantil

entre 10-15%, lo que sugiere la necesidad de optimizar ms las mezclas.

7/26/2019 000162523

5/108

vi

Nada te turbe,

nada te espante,

Todo se pasa,

Dios no se muda;

la paciencia

todo lo alcanza;

quien a Dios tienenada le falta:

Slo Dios basta.

7/26/2019 000162523

6/108

vii

AGRADECIMIENTOS

A Dios todo poderoso por las oportunidades para desarrollarme en la vida.

A mis amados padres Jairo Oquendo y Mara Teresa Rodrguez por ser mi ejemplo a seguir. Gracias por

su preocupacin a lo largo de la travesa a la cual llamo mi sueo.

Con mucho amor a mi hermana; Anazarina, no todos tienen la dicha de poseer una morocha en su vida

y menos una como la que yo poseo! Igualmente y no menos importante tambin hermanos Jairo y

Mariana por su apoyo incondicional en mis momentos de crisis y por compartir conmigo en mis

momentos de dicha.

Al profesor Thierry Poirier por brindarme la oportunidad de trabajar con l. Gracias por demostrar que la

docencia va ms all del conocimiento acadmico y que la formacin de un profesional debe ser integral:

con principios y valores

A Didio Castro por su increble disposicin e inters para que la experiencia fuese los ms enriquecedora a

lo largo del proyecto. A Cesar Camejo por sus valiosos consejos. A Roberto Briceo por su ayuda

incondicional, su disposicin y criterio durante la ejecucin del presente proyecto lo cual considero

invaluable.

A Franklin y Familia (llamado tambin como Vctor Marn) por trabajar conmigo codo a codo. A

Douglas, John, Jon, Jess, Nelson y Picn por darme toda la ayuda posible.

A mis preciados compaeros de estudio y amigos: Gilberto, Sampablo, Onaxy, Damarys, Violeta,

Jonathan, Jaime, Victor, Marcos, Marco, Ana, Diego, Rodrigo, Alexis y Juan Andres entre otros. Con un

especial cario a Valeria que lamentablemente que hoy no esta con nosotros

A Vernica mi fiel compaera, por ser fuente de buenos momentos a lo largo de todo este tiempo.

Gracias por el voto de confianza que me diste durante la carrera y muchas gracias por la preciada amistad

que compartimos.

A Raiza Briceo cuyo apoyo incondicional durante esta aventura fue determinante en el logro de miobjetivo. Gracias por ser fuente inspiradora en los momentos mas importantes, por mostrar inters en

cualquier cosa que te comentaba que haba visto en clases, por eso y por mucho te doy las gracias!

Y finalmente a mi alma mater: La Universidad Simn Bolvar por ser su campus el recinto de tantos

momentos gratificantes y fuente de valores ticos y morales formadores del profesional integral

7/26/2019 000162523

7/108

viii

NDICE GENERAL

INTRODUCCIN...................................................................................................................................... 1

OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 2Objetivo General .................................................................................................................................... 2

Objetivos Especficos.............................................................................................................................. 2

CAPTULO I .............................................................................................................................................. 3

1.1 Consorcio Lnea II ............................................................................................................................ 3

1.2 Misin del Consorcio ........................................................................................................................ 3

1.3 Visin del Consorcio ......................................................................................................................... 4

1.4 Valores del Consorcio ...................................................................................................................... 4

1.5 Objetivo del Consorcio ..................................................................................................................... 4

1.6 Estructura Organizativa del Consorcio Lnea II ........................................................................... 5

CAPTULO II ............................................................................................................................................ 7

MARCO TEORICO .................................................................................................................................. 7

2.1Concreto ............................................................................................................................................. 7

2.1.1Componentes del Concreto ........................................................................................................ 7

2.1.1.1 Agregados ............................................................................................................................ 7

2.1.1.2 Cemento Portland ............................................................................................................. 102.1.1.3 Agua ................................................................................................................................... 12

2.1.1.4 Aditivos .............................................................................................................................. 13

2.1.2Concreto Armado .................................................................................................................... 15

2.1.2.1 Corrosin en el Concreto Armado .................................................................................. 16

2.2 Hidratacion del Cemento Portland ............................................................................................... 16

2.2.1 Resistencia Mecnica................................................................................................................... 17

2.2.1.1 Validacin Estadstica de Resistencia a la Compresin ..................................................... 17

2.2.2Porosidad .................................................................................................................................. 19

2.3 Durabilidad ..................................................................................................................................... 21

2.3 1Mecanismo de Transporte en el Concreto .............................................................................. 21

2.3.1.1 Aspiracin Capilar ........................................................................................................... 22

2.3.1.2 Permeabilidad ................................................................................................................... 23

2.3.1.3 Difusin Inica .................................................................................................................. 25

7/26/2019 000162523

8/108

ix

2.3.1.3a Primera Ley de Fick ....................................................................................................... 26

2.3.1.3b Segunda Ley de Fick ...................................................................................................... 26

2.3.1.4 Electromigracin .............................................................................................................. 27

2.3.1.5 Mecanismo Mixto de Transporte..................................................................................... 28

2.4 Fabricacion Planta de anillos de Tejeras ..................................................................................... 282.4.1 Proceso Productivo Planta Tejeras. ...................................................................................... 29

2.4.1.1. Limpieza de Moldes ......................................................................................................... 30

2.4.1.2 Colocacin de Armadura ................................................................................................. 31

2.4.1.3. Vaciado ............................................................................................................................. 31

2.4.1.4 Acabado Superficial ........................................................................................................ 32

2.4.1.5 Curado. .............................................................................................................................. 33

2.4.1.6 Desmolde ........................................................................................................................... 33

CAPTULO III ......................................................................................................................................... 35

MARCO METODOLGICO ................................................................................................................. 35

3.1 Caracterizacin de los Componentes: ........................................................................................... 36

3.1.1 Agregados ................................................................................................................................. 36

3.1.1.1 Granulometra .................................................................................................................. 36

3.1.1.2 Pasante 200 ........................................................................................................................ 37

3.1.1.3 Peso Especfico (Densidad) y Absorcin.......................................................................... 37

3.1.1.4 Peso Unitario ..................................................................................................................... 37

3.1.1.5. Anlisis de Impurezas...................................................................................................... 37

3.1.1.6 Desgaste de los ngeles .................................................................................................... 37

3.1.7 Anlisis del tiempo de Fraguado ............................................................................................ 38

3.1.2 Cemento ................................................................................................................................... 38

3.1.3 Agua.......................................................................................................................................... 38

3.2 Realizacin de la Mezcla Patrn ................................................................................................... 39

3.3 Modificacin de la Mezcla Patrn ............................................................................................. 40

3.4 Adicin de Impermeabilizantes ..................................................................................................... 40

3.4.1 S-1 ............................................................................................................................................. 40

3.4.2 SL .............................................................................................................................................. 40

3.4.3 X-130 ........................................................................................................................................ 41

3.4.4 PA ............................................................................................................................................. 41

7/26/2019 000162523

9/108

x

3.5 Evaluacin ....................................................................................................................................... 42

3.5.1 Resistencia a la Compresin ................................................................................................... 42

3.5.2 Ensayos de Permeabilidad ...................................................................................................... 42

3.5.2.1Porosidad y Permeabilidad al Agua ................................................................................. 42

3.5.2.2 Permeabilidad al Ion Cloruro .......................................................................................... 443.6 Validacin Estadstica .................................................................................................................... 45

CAPTULO IV ......................................................................................................................................... 46

RESULTADOS Y DISCUSIN .............................................................................................................. 46

4.1 Caracterizacin de la Materia prima ............................................................................................ 46

4.1.1 Agregados: ............................................................................................................................... 46

4.1.1.1 Arena Puente reas .......................................................................................................... 46

4.1.1.2 Agregado Grueso .............................................................................................................. 48

4.1.1.3 Granulometra Combinada .............................................................................................. 50

4.2 Modificacin del Diseo Patrn .................................................................................................... 51

4.3 Comportamiento de Aditivos Impermeabilizantes: ..................................................................... 52

4.3.1 Curvas de Resistencia a la compresin .................................................................................. 52

4.3.2 Medicin de Porosidad ............................................................................................................ 54

4.3.3 Seleccin de Aditivos: .............................................................................................................. 55

4.4 Evaluacin de los Impermeabilizantes .......................................................................................... 55

4.4.1 Penetracin del Agua segn la norma UNE 83-910 .............................................................. 55

4.4.2 Permeabilidad al Ion Cloruro ................................................................................................. 57

4.4.3 Resistencia a la compresin .................................................................................................... 59

4.5 Verificacin del tiempo de fraguado ............................................................................................. 61

4.6 Costos de los Aditivos ..................................................................................................................... 62

REFERENCIAS ....................................................................................................................................... 68

ANEXOS ................................................................................................................................................... 71

7/26/2019 000162523

10/108

xi

NDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Ubicacin de frente de trabajo ...................................................................................................... 3

Tabla 2.1 Componentes del Cemento Portland........................................................................................... 11

Tabla32.2 Composicin de los Componentes del cemento Portland ........................................................... 12

Tabla42.3 Tipo de Cemento Portland [1,11]................................................................................................... 12

Tabla52.4 Concentraciones permisibles en el agua ..................................................................................... 13

Tabla62.5 Clasificacin Aditivos para el Concreto COVENIN 356-74 ...................................................... 13

Tabla72.8 Tabla de Correccin de la desviacin estndar segn el nmero de ensayo ............................... 18

Tabla 82.6 Tiempo de curado para segmentar los capilares ....................................................................... 22

Tabla92.7 Solucin a la segunda Ley de Fick............................................................................................. 27

Tabla 102.10 Propiedades de las dovelas .................................................................................................... 29

Tabla 112.9 Caractersticas de las Dovelas ................................................................................................. 31

Tabla123.1 Mezcla Patrn (1m3) ................................................................................................................. 39

Tabla134.1 Propiedades fisicoqumicas agregado fino ................................................................................ 46

Tabla144.2 Porcentajes granulometra agregado fino .................................................................................. 47Tabla154.3 Propiedades fsico-qumicas de la grava utilizada ..................................................................... 48

Tabla164.4 Granulometra agregado grueso ................................................................................................ 49

Tabla174.5 Comparacin de diseos patrn (Volumen= 1m3)..................................................................... 51

Tabla184.6 Diseo de mezclas con aditivos impermeabilizantes para un 1 m3. ........................................... 52

Tabla194.7 Volumen Permeable. ................................................................................................................. 54

Tabla204.8 Volumen Absorbido .................................................................................................................. 55

Tabla214.10 Resultados de permeabilidad ion cloruro ................................................................................ 58

Tabla224.11 Resumen de Propiedades del Concreto ................................................................................... 60

Tabla234.12 Tiempo de Fraguado .............................................................................................................. 62

Tabla 244.13 Anlisis Financiero Aditivos ................................................................................................. 62Tabla 254.14 Comparacion de Costos Materia Prima ................................................................................. 64

Tabla 4.15 Informacin del Proyecto Consorcio Lnea 2 ........................................................................... 64

7/26/2019 000162523

11/108

xii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Organigrama de la Empresa ........................................................................................................ 5

Figura 1 2Estructura Organizativa de Control Tecnolgico ......................................................................... 6

Figura32.2 Curvas Granulometricas COVENIN 277: (A) Finos, (B) Grueso............................................... 8

Figura42.3 Representacin de Curvas Granulomtricas propuestas por Porrero[1]. ....................................... 9

Figura 5 2.4 Proceso Bsico Fbrica de Cemento [12] ................................................................................. 10

Figura 62.5 Desarrollo de la Resistencia Segn Componentes del Cemento[11].......................................... 11

Figura 72.6 Interaccin Concreto: (A) Sin Aditivo, (B) Con aditivo Impermeabilizante[15]...................... 15

Figura 82.7 Funcionamiento Solidos Finos[15]. ........................................................................................... 15

Figura92.8. Distribucin Normal de Resistencia Mecnica[1] ..................................................................... 17

Figura 102.9 Evolucin de los capilares del concreto[34] ............................................................................. 19

Figura112. Evolucin del Proceso de Hidratacin Cemento Portland[12]. ................................................... 20

Figura 122.11 Relacin Resistencia a la Compresin con Respecto a la Temperatura[10]............................ 21

Figura132.12A Coeficiente de permeabilidad en funcin de la relacin agua/cemento. 2.12B Coeficiente de

permeabilidad con relacin al Tiempo de Curado

[11]

. ................................................................................ 24Figura142.13 Relacin del coeficiente de Permeabilidad en funcin dela Porosidad Capilar[11].................. 24

Figura152.14 A (Izq.) Estructura interconectada. B(Der) Estructura levemente interconectada[11].............. 25

Figura 162.15 Relacin Coulomb vs alfa .................................................................................................... 28

Figura172.16 Representacin Grfica de Anillos conformados por las dovelas........................................ 29

Figura 18.2.17 Proceso productivo............................................................................................................... 30

Figura 192.18 Moldes de las dovelas ........................................................................................................... 30

Figura202.19A (Izq.) Colocacin Armadura. B (Der) Bananos de Separacin ........................................... 31

Figura 212.20 Tolva de Vaciado .................................................................................................................. 32

Figura 222.21 Cangrejera en dovela ............................................................................................................ 32

Figura 232.22 Estacin de acabado superficial ........................................................................................... 33Figura 242.23. Entrada de dovelas al horno de curado. .............................................................................. 33

Figura253.1 Esquema General del presente trabajo. .................................................................................... 35

Figura263.2 A (Izq.) Tamizadora. B (Med.) Tamices utilizados. C (Der) Material utilizado...................... 36

Figura273.3 Mquina Desgaste los ngeles ................................................................................................ 38

Figura283.4 A (Izq.) Probetas de tiempo de fraguado. B (Der.) Penetrometro ............................................ 38

Figura293.5 Presentacin S-1 ...................................................................................................................... 40

Figura303.6 Presentacin SL (200 l) ........................................................................................................... 41

Figura313.7 Presentacin X-130 ................................................................................................................. 41

Figura323.8 Presentacin PA ...................................................................................................................... 42

Figura333.9 Esquema de Equipo................................................................................................................ 43Figura343.9 Montaje Permeabilidad. ........................................................................................................... 43

Figura353.10 A (Izq.) Bomba de vaco. B (Med.) Recipiente de la bomba de vaco. C (Der.) Conjuntos deceldas de permeabilidad del ion cloruro. .................................................................................................... 44

Figura363.11 A (Izq.) Fuente de poder. B (Der.) Voltmetro ....................................................................... 45

Figura374.1 Representacin grfica granulometra ..................................................................................... 48

Figura384.2 Granulometra agregado grueso: (A) Tamao mximo 1 (B) Tamao mximo ............... 49

Figura394.3 Combinacin de los agregados. ............................................................................................... 50

7/26/2019 000162523

12/108

xiii

Figura404.4 Curvas promedios aditivos ...................................................................................................... 53Figura414.5 Comparacin de los comportamientos de las repeticiones de los diferentes Aditivos. A (SL), B(S-1), C (PA), D(X-130). ........................................................................................................................... 53

Figura 4.6 Comparacin concreto(A) Sin Slice Coloidal. (B) Con Slice coloidal[36]............................... 56

Figura434.7 Representacin Grfica Corriente-Tiempo .............................................................................. 58

Figura444.8 Resistencia Mecnica con Aditivos ........................................................................................ 61

7/26/2019 000162523

13/108

xiv

ANEXOS

Anexo 1Hoja Calidad del Cemento ............................................................................................................ 71

Anexo 2 Hoja de Control de Resistencia Planta de Anillos Tejeras .......................................................... 72

Anexo 3 Reporte ensayo Fisicoqumicos del Agua .................................................................................... 73

Anexo 4Limites Granulomtricos Segn la norma COVENIN .................................................................. 74

Anexo 5 Granulometra Promedio Arena Puente reas ............................................................................. 75

Anexo 6 Granulometra Promedio Piedra Puente reas ............................................................................. 76

Anexo 7 Granulometra Promedio Combinada Planta de Anillos Tejeras ................................................. 76

Anexo 8 Diagrama de Inspeccin de Dovelas ............................................................................................ 78

Anexo 9 Diagrama de aceptacin segn la resistencia ............................................................................... 79

7/26/2019 000162523

14/108

xv

APENDICE

Apndice 1Clculo de Volumen de Agua .................................................................................................. 80

Apndice 2 Clculo de la Cantidad de Nmero de Coulomb en el ensayo C1202 ...................................... 80

Apndice 3 Mayoracin de la Resistencia .................................................................................................. 82

Apndice 4 Calculo del Cuantil o Fraccin Defectuosa ............................................................................. 83

Apndice 5 Costo De La Materia Prima Para La Elaboracin Concreto Utilizado .................................... 83

7/26/2019 000162523

15/108

xvi

LISTAS DE ABREVIATURAS

COVENIN Comision Venezolana de Normas Industriales

ASTM American Society for Testing Material(Sociedad Americana de Materiales y Ensayos)

CL II Consorcio Lnea II

VINCCLER Venezolana de Inversiones y Construcciones

Clrico

Rp Responsable Principal

Rs Responsable Secundario

Ing Ingeniero

7/26/2019 000162523

16/108

xvii

LISTAS DE ECUACIONES

Ecuacin12.1 Parmetro Beta ....................................................................................................................... 9

Ecuacin 2.2 Adsorcin de un Estearato .................................................................................................. 14

Ecuacin 2.3 Reaccin Andica del Hierro ................................................................................................ 16

Ecuacin 2.4 Reaccin Catdica del Oxigeno ............................................................................................ 16

Ecuacin 2.5 Formacin de Wrstita ...................................................................................................... 16

Ecuacin 2.6 Formacin de Hematita ......................................................................................................... 16

Ecuacin 2.7 Formacin de Magnetita ....................................................................................................... 16

Ecuacin 2. 8 Ley de Abrams .................................................................................................................... 17

Ecuacin 2.9 Ecuacin de Mayoracin de Resistencia. .............................................................................. 18

Ecuacin 2.10 Clculo de Eficiencia del cemento ...................................................................................... 18

Ecuacin 2.11 de Formacin de Tobermorita[11] ....................................................................................... 20

Ecuacin 2. 12 Absorcin por Aspiracin Capilar..................................................................................... 22

Ecuacin 2. 13 Ecuacin de Darcy ............................................................................................................. 23

Ecuacin 2.14 Carman-Kozeny .................................................................................................................. 23Ecuacin 2.15 Primera Ley de Fick............................................................................................................ 26

Ecuacin2. 16 Segunda Ley de Fick .......................................................................................................... 26

Ecuacin2. 17 Solucion de la Segunda Ley de Fick................................................................................... 26

Ecuacin 2.18 Reaccin Qumica Slice Coloidal ...................................................................................... 56

Ecuacin194.1 Coeficiente de difusin inica ............................................................................................. 59

7/26/2019 000162523

17/108

1

INTRODUCCIN

El aumento de la poblacin en las zonas de San Antonio de los Altos y los Teques ha

motivado crear sistemas alternativos de transporte. El Consorcio Lnea II desarroll la ampliacin

del sistema Metro para conectar el sistema existente hasta el casco de la ciudad, generando un

descongestionamiento en el sistema vial, buscando alternativas a la problemtica que perciben los

habitantes en los sectores adyacentes[26].

El sistema de transporte Metro consiste en tneles subterrneos en el que circulan trenes

evitando el congestionamiento que se genera en las calles de la ciudad. Debido a la riqueza

hdrica con las que cuenta la zona de proyecto del Consorcio Lnea II, se han encontrado fuentes

acuferas que no pueden ser despreciadas en el diseo de los anillos utilizados en el metro. En

efecto, la presencia de masas de agua en las profundidades del suelo pueden afectar a los anillos

de concreto que componen los tneles por donde circulan el conjunto de trenes del sistema de

transporte Metro. Las masas de suelo en conjunto con los acuferos generan gradientes de

presiones , segn la topografa sobre las dovelas, que son las piezas prefabricadas de concreto

armado que conforman el anillo. La presin del agua subterrnea ingresa a los poros del concreto,

esto puede ocasionar fallas en su estructura. En el caso del concreto armado, puede ocurrir un

proceso corrosivo sobre el refuerzo metlico, generando productos en la superficie de las cabillas,

con una expansin que distorsiona la interfaz concreto-refuerzo metlico y compromete su

resistencia mecnica[27]

Por la razn de ser un servicio para la comunidad los parmetros de seguridad deben

contemplar todas las variables que puedan representar riesgos, y deben ejecutarse las acciones

correctivas necesarias para minimizar la ocurrencia de eventos no deseados. Estudiar las

condiciones de permeabilidad al agua con gradientes de presin permite fijar criterios de

aceptacin para las dovelas, disminuyendo la incertidumbre y los gastos en reparaciones

correctivas que incrementan los costos, afecta la rentabilidad del proyecto y condicionan la

continuidad operativa.

Asimismo, el aporte de aditivos impermeabilizantes representa una solucin viable que

aporta grandes beneficios al concreto y debe evaluarse segn estos parmetros.

7/26/2019 000162523

18/108

2

OBJETIVOS

Objetivo General

Evaluar el efecto impermeabilizante de los productos S1, SL, PA y X130 sobre un diseo

de mezcla de 450 kgf/cm2

con asentamiento nulo, segn las especificaciones utilizadas en lafabricacin de dovelas en la Planta de Anillos Tejeras.

Objetivos Especficos

-

Caracterizar la materia prima utilizada en la planta de anillos Tejeras para la realizacin del

diseo de mezclas.

-

Evaluar el contenido de porosidad permeable con los aditivos utilizados.

- Comparar la resistencia en compresin con los distintos aditivos y seleccionarlos en funcin

de este criterio.

- Comparar la influencia del tiempo en el coeficiente de permeabilidad de la mezcla patrn y

en las muestras con los aditivos seleccionados.

- Comparar la habilidad de resistencia a penetracin de cloruros en el diseo patrn y en los

diseos con los aditivos seleccionados.

7/26/2019 000162523

19/108

CAPTULO IDESCRIPCIN DE LA EMPRESA

1.1 Consorcio Lnea II

Es el resultante de la asociacin de las empresas Norberto Odebrecht y Venezolanas de

Inversiones y Construcciones Clerico C. (VINCCLER C.A) en la fecha del 30 de Octubre de

2001 para desarrollar el proyecto de la expansin del sistema de transporte va subterrnea del

Metro Los Teques. La ubicacin de las oficinas principales se encuentra en el km 14 de la

carretera Panamericana en el edificio nueva sede. Los frentes de trabajo con los que cuenta la

empresa son las siguientes[26].

Tabla 1.1 Ubicacin de frente de trabajo

Frente de Trabajo Ubicacin

Parque Cecilio Acosta Calle Ejercito , El Tambor, Los Teques

Estacin Guaicaipuro Casco Central de los Teques

Estacin Independencia Redoma la Matica

Foso La Macarena Adyacencia de C.C La MacarenaLas Minas Ubicado entre la rosaleda y San Antonio de los Altos

Foso Santa Isabel Km 17 Carretera Panamericana

Estacin San Antonio de los Altos San Antonio de los Altos

Planta de Concreto la Rosaleda La Rosaleda

Planta de Anillos Zona Industrial Tejeras

Viviendas el Chorrito Los Chorritos- Los Teques

1.2 Misin del Consorcio

Ejecutar el proyecto de transporte terrestre masivo de interconexin entre los altos

mirandinos y la capital de la repblica de forma eficiente con criterios de tica, confiabilidad,

seguridad y mejora continua, a fin de lograr la optimizacin de los procesos intrnsecos a la

construccin y al servicio del cliente[26].

7/26/2019 000162523

20/108

1.3 Visin del Consorcio

Ser la empresa lder de servicios de Ingeniera y Construccin del pas, basados en

estndares de eficacia y eficiencia que responden a cubrir las necesidades de la poblacin,

contribuyendo al progreso y mejora de la calidad de vida [26]

1.4 Valores del Consorcio

Honestidad: Garantizamos la confianza, seguridad, respaldo, confidencia. Demostramos

honradez en todos los actos laborales.

Respeto: Damos muestra de reconocimiento, aprecio y valor de las cualidades de los

dems, ya sea por su conocimiento, experiencia o valor como personas.

Compromisos: Vamos ms all de cumplir con una obligacin, ponemos todas nuestras

capacidades para sacar adelante todo aquello que se nos ha confiado.

Responsabilidad: Cumplimos con nuestra obligacin ya sea moral o legal, lo cual va a

incidir directamente en la confianza de nuestros usuarios y en nuestros trabajadores. Procuramos

la calidad mediante el uso de los recursos disponibles.

tica: Actuamoscon moral y responsabilidad frente a las decisiones y acciones que da

a da confrontamos en nuestro trabajo, respetando la orientacin, lineamiento y directrices de la

organizacin

Responsabilidad Social: Trabajamos conscientes de que debemos aportar a la

comunidad elementos que le permita crecer, desarrollarse y obtener una mejor calidad de vida.

1.5 Objetivo del Consorcio

Desarrollar todas aquellas actividades, operaciones, actos negocios jurdicos y procesos

necesarios para la realizacin del proyecto y cabal cumplimiento de las condiciones que existan

entre las partes[26].

7/26/2019 000162523

21/108

5

1.6 Estructura Organizativa del Consorcio Lnea II

DIRECCION

GENERAL

CONSULTORIA

JURIDICA

COORDINACION

AUDIOVISUAL

PRODUCCION

WOLFANG

OMISCHI

RP. TBM

GUSTAVO

HENRIQUE

RP. EQUIPOS

ROBERTO GREGORI

PLANTA DE

ANILLOS

MICHAEL M

RP. GUAICAIPURO

EDUARDO GARCIA

RP TRINCHERAS

CECILIO ACOSTA

GERENCIA DE

INGENIERIA

GERENCIA DE

FINANZAS

GERENCIA DE

ADMINISTRACION Y

RRHH

MATERIALES

SEGURIDAD

PATRIMONIAL

COORDINACION DE

COMUNICACIO

SERVICIOS

GENERALES

TELECOM

CONTABILIDIDADTESORERIA

GERENCIA

COMERCIAL

CONTROL DE

PROYECTOS

INGENIERIA DE

DETALLE

TOPOGRAFIA

GERENCIA DE

ADMINISTRACION

CONTRALTUAL

LINEA I

LINEA II

SUB. CONTRATO

CIERRE DE LINEA I

COMERCIAL

COSTOS/SEGUROS

GERENCIA DE

SSTMA

ROGER GUARISMA

RP, LA MATICA

ARTUR LOBO

RP.ESTACION

INDENPENDENCIA

NEOMAR CONZALEZ

RP. FOSO MACARENA

ISAACK PALAVICINI

RP. LAS MINAS

SEGURIDAD E

HIGIENE

INDUSTRIAL

MEDICO

OCUPACIONAL

BRUNO SENRA

RP. OBRAS LINEA I

INFORMATICA

CUENTAS. POR

PAGAR

FISCALIZACION

GERENCIA DE RRHH

Figura 1.1 Organigrama de la Empresa

El rea de trabajo en el proyecto se desarroll en la gerencia de ingeniera, en la divisin de control de proyectos.

7/26/2019 000162523

22/108

6

Tec. Douglas PerniaIng. Roberto Briceo

Control Tecnolgico

Ing. Didio Castro (RP)

(Tutor industrial)

Asist. Control Calidad

Ing. Cesar Camejo (RS)

Gerente Ingeniera

Ing. Marcelo Matsui

Tec. Laboratorio

Yoel Garcia

John Garcia

Jhon Pea

Lab TejeriasLab. La Rosaleda

Tec de Campo Auxiliares

Greusy Gil

Victor Marin

Nelson Grisales

Richard Valera

Felipe DiBlasi

Yampedro Rivero

Adolfo Rondon

Jesus Rivero

Gary Teran

Gustavo Teran

Jos Garcia

Alexander Marin

Franklin Martinez

Carlos Neuman

Alejandro Carmona

Alirio Dabuin

Ricardo Eredia

Antonio Arrechedera

Marcos Alvarez

Alexander Marin

Figura 1 2Estructura Organizativa de Control Tecnolgico

7/26/2019 000162523

23/108

CAPTULO IIMARCO TEORICO

2.1Concreto

Se cataloga como una serie de agregados ptreos que son aglomerados a travs de una

pasta con caracterstica constituida de cemento y agua[1].

2.1.1Componentes del Concreto

El concreto est constituido principalmente por 3 componentes:

- Agregados: Finos y Gruesos

- Cemento

- Agua

- Aditivos

2.1.1.1 Agregados

Estas partculas representan entre 75% y un 85% del peso en el concreto, es por ello que lacaracterizacin y control deben ser rigurosos [1]. Los agregados no deben perturbar el

endurecimiento del cemento, ms bien desempean funciones como abaratar el costo de las

mezclas de concreto y contribuir a la resistencia a la compresin [2]. Tambin ayudan a la

disminucin de la retraccin del cemento.

Los agregados se dividen en dos: finos y gruesos de acuerdo a las normas venezolanas

COVENIN, el material pasante sobre el tamiz #4 se denomina como el agregado fino y el

retenido como el agregado grueso[3]. Estos componentes, por su carcter heterogneo deben

cumplir una distribucin de tamaos para poder garantizar y normalizar las mezclas de concreto.

Los agregados finos pueden ser arena natural que es extrada de ros, lagos, lecho marino, o

material duro o piedra que pasa por un proceso de trituracin, mientras que el agregado grueso es

compuesto por piedra triturada con tamao de partculas cuyo tamao sea mayor a las 0.2

7/26/2019 000162523

24/108

8

pulgadas producto de la trituracin de roca de las canteras[10]. Dado que el origen de estos

agregados es geolgico, son susceptibles a variaciones, bien sea de carcter fsico qumico o de

mtodo de extraccin.

GranulometraTambin conocida tambin como la gradacin entre los agregados. Las propiedades del

concretos por ser un sistema multicomponente debe estar controlado por la uniformidad de todos

sus agregados, con las partculas ptreas se necesita tener una distribucin o una gradacin en su

tamao para lograr obtener la mayor cantidad de masa en un volumen determinado (ver figura

3.1), disminuyendo el espacio entre los agregados el material cementante para mantener la

cohesin entre las partculas ser menor, es decir, conlleva a un ahorro en el cemento a utilizar[2].

Figura 2.1 (A) Volumen de agregados grueso. (B) Combinacin de agregado grueso ms fino[12]

El uso de las curvas granulomtricas (ver figura2.2) se utiliza para mantener un estndar decalidad. Se construyen a partir del material pasante a travs de los tamices que exige la norma a

utilizar.

Figura32.2 Curvas Granulometricas COVENIN 277: (A) Finos, (B) Grueso

0

20

40

60

80

100

0.1110

M

aterialPasante(%)

Tamao de particula [mm]

0

20

40

60

80

100

0.1110100M

aterialPasante(%)

Tamao de particula [mm]

(B)

7/26/2019 000162523

25/108

9

Figura42.3 Representacin de Curvas Granulomtricas propuestas por Porrero[1].

El uso de la combinacin de varios agregados puede afinar la gradacin de los agregados

y proveer para una cantidad fija de cemento un incremento en la resistencia mecnica. En la

figura 2.3 se encuentran los limites granulomtricos recomendados por Porrero para la

combinacin de los agregados finos y gruesos para obtener diseos de mezclas de calidad y

rentabilidad[1].

Parmetro Beta ()

Con la correcta combinacin de los agregados es posible obtener mezclas de concreto de

calidad y que beneficien la economa; existen rangos recomendados para vaciado de concreto, los

cuales se pueden alcanzar mediante una mezcla de la piedra y la arena [1]. El parmetro beta se

expresa como el cociente del peso del agregado fino y el del peso de todos los agregados.

El parmetro que refleja esta mezcla se define como:

Ecuacin12.1 Parmetro Beta Siendo A la masa total de la arena (agregado fino) y G la masa del agregado grava (agregado

grueso).

Con la variacin de dicho parmetro es posible obtener variaciones en la fluidez, el

comportamiento durante el vibrado y la relacin agua/cemento en la mezcla. Una gradacin con

un alto contenido de finos es poco propensa a la segregacin de la mezcla, sin embargo requiere

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1110100

MaterialPasante

(%)

Tamao de particula [mm]

(C)

7/26/2019 000162523

26/108

10

de un contenido de cemento mayor. Un mayor contenido de agregado grueso en la mezcla hace

requerir de menores dosis de cemento, no obstante genera una mayor probabilidad de segregacin

2.1.1.2 Cemento Portland

Es el componente activo del concreto, responsable del endurecimiento a travs dereacciones qumicas que tiene lugar al entrar en contacto con agua. Este proceso se conoce como

hidratacin del cemento [11]. En el rea de la construccin juega un papel fundamental actuando

como aglomerante entre los distintos agregados para la formacin de concreto [11]. El cemento

Portland es el mayormente utilizado a nivel mundial, es hecho: a partir de minerales que tengan

contenidos de carbonatos de calcio, slice, hierro y aluminio. Para ello se suele partir de

materiales calcreos, las arcillas como fuente naturales[11].

Figura 5 2.4 Proceso Bsico Fbrica de Cemento [12]

En la figura 2.4 se observa el funcionamiento bsico para la elaboracin del cemento

Portland se realiza la trituracin de la materia prima y luego es transportada hasta un horno

rotatorio. En este horno se alcanzan la temperatura ms alta entre 1550-1650a travs de unperfil de temperatura con el fin de promover las reacciones qumicas respectivas para la

formacin de Clinker, en este se encuentran las 4 fases principales del cemento Portland

presentadas en la tabla 2.1; las proporciones obtenidas dependern de la materia prima utilizada yde parmetros como tiempo y temperatura. El Clinker obtenido es triturado para reducir el

tamao obtenido en el horno, luego se le es aadido yeso. Este es aadido con el fin de controlar

la velocidad de hidratacin. La unin del clinker con el yeso es denominado cemento Portland [12]

7/26/2019 000162523

27/108

11

Tabla 2.1 Componentes del Cemento Portland

Nombre Formula Qumica Abreviatura Propiedades

Silicato Di clcico 2CaO.SiO2 C2S Baja velocidad de hidratacin

Silicato Tricalcico 3CaO.SiO2 C3S Alta Velocidad de hidratacin

Aluminato Tricalcico 3CaO.Al2O3 C3A Alto calor de hidratacin

Ferroaluminato Tetracalcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF Bajo calor de hidratacin

El desarrollo de la resistencia a la compresin de acuerdo a los componentes del cemento

portland es variable. En la figura 2.5 se presenta la evolucin del incremento de la resistencia en

funcin al tiempo.

Figura 62.5 Desarrollo de la Resistencia Segn Componentes del Cemento[11].

El cemento Portland no se define como una composicin invariable, al ser proveniente demateriales de fuente que pueden tener propiedades fsico-qumicas diferentes, existen rangos de

valores de los componentes principales del cemento que se consideran tpicos [1]. En la tabla 2.2

se encuentra los rangos caractersticos de composicin tpica del cemento Portland:

7/26/2019 000162523

28/108

12

Tabla32.2 Composicin de los Componentes del cemento Portland

Nombre Frmula Qumica Nomenclatura Abreviada Composicin Tpica

Slice SiO2 S 19-25

Almina Al2O3 A 3.5-8

xido de hierro Fe2O3 F 2.5-45

Cal CaO C 62-65

Sulfato SO3 Y 1.54-5

Magnesia MgO M 0.5-5

El cemento Portland segn la cantidad en la que se encuentren distribuidos le confiere

propiedades especiales. Entes como la ASTM a nivel internacional o las normas COVENIN en

el caso particular de Venezuela, clasifican el cemento de acuerdo al contenido de sus

componentes. En la tabla 2.3 se presenta los diferentes tipos de cemento Portland:

Tabla42.3 Tipo de Cemento Portland[1,11]

Tipo de Cemento C2S C3S C3A C4AF Propiedades

I 25-30 40-55 8-15 5-10 Uso general. Utilizado cuando no existe exposicion a los sulfatos

II 25-35 40-50 8 10-15Resistencia a los sulfatos.

Calor de hidratacion moderado

III 15-20 50-63 3-15 8-12 Altas velocidades de endurecimiento

IV 40-50 25-35 7 10-15 Muy bajo calor de hidratacionV 38-48 32-42 5 10 Altamente resistente a los sulfatos

2.1.1.3 Agua

El grado de calidad del agua en el concreto debe ser monitoreado para que no existan

reacciones que puedan comprometer la calidad del concreto a realizar. En el caso del concreto

armado se debe evitar el riesgo de corrosin en el refuerzo metalico[1]. Las normas COVENIN

2385:00 exigen que el agua cumpla con los requisitos presentados en la tabla 2.4.

7/26/2019 000162523

29/108

13

Tabla52.4 Concentraciones permisibles en el agua

IMPUREZA Concentracion mxima (PPM)

Solidos Disueltos 5000 p.p.m

Cloruro (Cl-) 500 p.p.m

Materia organica por consumo de oxigeno 250 p.p.m

pH 5-7.5

2.1.1.4 Aditivos

Los aditivos en el concreto pueden ser clasificados como aquellos ingredientes

adicionales al cemento Portland, el agua y los agregados antes y/o durante el tiempo del

mezclado del concreto [12]. Pueden actuar para mejorar el comportamiento del concreto en el

estado fresco, modificar el tiempo de fraguado, impermeabilizantes entre otros.

Tabla62.5 Clasificacin Aditivos para el Concreto COVENIN 356-74

Tipo Clasificacin Caractersticas

A Reductores de AguaLogran reducir al menos un 5% el contenido del agua en la mezcla,

incrementado la resistencia del concreto

B Retardadores Retardan el proceso de hidratacin del cemento en el concreto

C AceleradoresAceleran la hidratacin para lograr resistencias a la compresin en un

menor tiempo

DReductores de Agua y

Retardadores

Generan una disminucin del agua al menos en un 5% y generando

fraguado y un incremento en las resistencias en un tiempo menor

EReductores de Agua y

Aceleradores

Reducen el agua en un 5% el agua de mezcla requerido adems de reducir

el tiempo de fraguado en el concreto

FReductor de Agua de Alto

rango

Reducen al menos un 15% el contenido del agua de diseo, incrementando

su resistencia

GReductor de Agua de Alto

rango y Retardadores

Reducen al menos un 15% de agua y ralentizan la hidratacin del cemento

generando un incremento en la resistencia del concreto

HReductor de Agua de Alto

rango y Aceleradores

Reducen al menos un 15% el contenido de agua y generar un incremento en

la resistencia en tiempo menor.

La clasificacin segn la norma COVENIN no abarca todo el espectro de los aditivos que

existen para las muestras del concreto, solo muestran los aditivos ms utilizados en la industria de

la construccin. Existen otros tipos de aditivos tales como:

7/26/2019 000162523

30/108

14

Aditivos Impermeabilizantes

- Estos aditivos tienen como funcin reducir la permeabilidad del concreto, encargndose

de minimizar la tasa de ingreso de un fluido presurizado a travs de la seccin de una probeta de

este material [12]. . El agua migra a travs del concreto debido a presencia de grietas en la

superficie o en las reas donde el consolidado de las piezas no fue el adecuado[1]

, tambin ocurreel transporte de agua a travs de los poros capilares y los poros de gel presente en el concreto.

Los aditivos impermeabilizantes tienen tambin como funcin adicional ayudar al concreto

armado en el control de la corrosin, al minimizar con el contacto de agua ajena al proceso de

hidratacin del cemento con el refuerzo metlico, protegiendo de esta manera la integridad

mecnica del conjunto.

Los materiales impermeabilizantes pueden presentarse en distintos estados de agregacin,

algunos de ellos en polvo; tambin es posible encontrar aditivos lquidos. Los aditivos

impermeabilizantes pueden dividirse por sus propiedades fsicas y qumicas como:

- Repelentes de agua.

- Solidos finos inertes

-

Solidos finos reactivos

Repelentesde Agua:

Son a partir de estereatos( un cido fatico saturado), estos actan creando una superficie

hidrofobica en la superficie del concreto, modificando el ngulo de mojado formado por el fluido

y la superficie en contacto. La reaccin qumica que caracteriza a este tipo de aditivos viene dada

como:

Ecuacin 2.2 Adsorcin de un Estearato El hidrxido de calcio proveniente de la reaccin de hidratacin del cemento Portland

reacciona con los estereatos proveniente del aditivo repelentede agua formando un estereato

insoluble de calcio que produce la barrera hidrofobica,. En la figura 2.6 se observa el

comportamiento tpico del comportamiento del aditivo[15].

7/26/2019 000162523

31/108

15

Figura 72.6 Interaccin Concreto: (A) Sin Aditivo, (B) Con aditivo Impermeabilizante[15]

Solidos Finos Inertes y Solidos Finos Reactivos

El mecanismo para la impermeabilizacin consiste en crear una barrera en los poros

capilares disminuir la tasa de ingreso de fluidos en la matriz de concreto. Los slidos finos

pueden dividirse en inertes como la bentonita, cuya dosificacin no modifique en gran medida el

consumo de agua por su adicin en el concreto. Los slidos finos reactivos estn compuesto por

silicatos, cenizas volantes y puzolanas que reaccionan con los productos de hidratacin del

cemento de Portland bloqueando los capilares del concreto. En la figura 2.7 se presenta el

funcionamiento de la incorporacin de los slidos finos como impermeabilizantes para el

concreto[15].

Figura 82.7 Funcionamiento Solidos Finos [15].

2.1.2Concreto Armado

La adicin de acero (varillas), mallas electro soldadas al concreto confiere mayor

resistencia a la flexin y a la tensin, propiedades que en un concreto sin refuerzo son ms

7/26/2019 000162523

32/108

16

pobres. El acero contribuye a la resistencia bajo esfuerzo tensil mientras que la matriz de

concreto contribuye a resistencia en compresin. Una alternativa posible al refuerzo metalico

consiste en usar fibras polimricas largas[1,38].

2.1.2.1 Corrosin en el Concreto ArmadoUna preocupacin para el usuario del concreto armado es el proceso de corrosin en el

refuerzo metlico, el acero bajo condiciones de humedad tiende a regresar al estado primitivo de

xido de hierro [1]. En este proceso de corrosin ocurren dos reacciones caractersticas: andica,

catdica.

Reaccin Andica: Proceso en el cual ocurre la oxidacin qumica. En el concreto armado esta

ocurre en la cabilla, la reaccin qumica es presentada a continuacin:

Ecuacin 2.3 Reaccin Andica del Hierro Fe Fe+++2e-

Reaccin Catdica:Proceso en cual ocurre la reaccin de reduccin. En ambientes bsicos como

el concreto, la reaccin que ocurre principalmente es:

Ecuacin 2.4 Reaccin Catdica del Oxigeno O2 +H2O +2e-2 (OH)-

El producto de corrosin que se genera sobre la superficie del refuerzo metlico viene

dado por la siguientes ecuaciones qumicas [1, 15]:

Ecuacin 2.5 Formacin de Wrstita Fe + 2(OH)- Fe (OH)2 FeO + H2OEcuacin 2.6 Formacin de Hematita Fe++++ 3(OH)- Fe (OH)3 Fe2O3+ 3H2OEcuacin 2.7 Formacin de Magnetita FeO + Fe2O3 Fe3O4

El proceso de corrosin no es nico, es por ello que un ensayo ms detallado del proceso

corrosivo dentro del concreto involucra el estudio de las capas de xidos que pueden formarse en

el refuerzo metlico.

2.2 Hidratacion del Cemento Portland

Al momento de estar en contacto el agua con los componentes del cemento(silicatos y

aluminatos) comienza una reaccin de hidratacin que conlleva al endurecimiento de la pasta,

este proceso es denominado como fraguado[1,12].Es importante que durante el proceso de

hidratacion, se cuente con la cantidad de agua necesaria para que se lleve a cabo el fraguado. Si

7/26/2019 000162523

33/108

17

no existiese una cantidad insuficiente existiria una cantidad de cemento que permanecera sin

reaccionar, teniendo un deficit en la resistencia como posible consecuencia. Ahora bien, un

contenido superior de agua tendra repercuciones negativas en las propiedades finales del

concreto como la resistencia mecnica y la porosidad [12].

2.2.1 Resistencia Mecnica

La evaluacin de la resistencia mecnica bajo una carga axial de compresin es el

parmetro principal a evaluar en el concreto endurecido [12]. Estudio de las propiedades a

diferentes solicitaciones mecnicas como flexo traccin, traccin y corte pueden ser de inters si

la estructura a estudiar se encuentra expuesta a dichas condiciones[1]

Para la prediccin de la resistencia mecnica en el concreto es utilizada la ley de Abrams.

Dicha ley relaciona la resistencia del concreto a la compresin con la relacin agua/cemento.

Ecuacin 2. 8 Ley de Abrams Donde M y N son componentes que dependen de los materiales utilizados durante la

elaboracin del concreto

2.2.1.1 Validacin Estadstica de Resistencia a la Compresin

En el estudio de la resistencia del concreto a compresin se ha determinado que se ajusta a

una distribucin normal en donde existe mayor probabilidad de encontrar valores alrededor delvalor medio, mientras que los valores extremos, tanto altos como bajos, tienen una menor

probabilidad. En la figura 2.10 se presenta una distribucion normal tpica de un concreto

Figura92.8. Distribucin Normal de Resistencia Mecnica[1]

7/26/2019 000162523

34/108

18

En el diseo de mezclas debe considerarse que existen probabilidades de obtener valores

de resistencia menores a la cual fue especificado. La norma COVENIN 1753 Estructuras de

concreto armado para edificaciones anlisis y diseo exige que se tenga un valor del cuantil

(fraccin de poblacin con resistencia menor al deseado), que cumpla con la norma COVENIN

1753 u otra normativa, se define un concepto conocido como mayoracin de resistencia, que dalugar una resistencia media (Fcr) que debe ser mayor a la resistencia de diseo(F c). Para ello se

disea con:

(A) Si Fc< 350 kgf/cm2(B) Si Fc< 350 kgf/cm2(C) Si Fc> 350 kgf/cm2

Ecuacin 2.9 Ecuacin de Mayoracin de Resistencia.

Una vez realizada la mezcla, su promedio y su desviacin estndar deben verificar la

ecuacin 2.9, suponiendo que se estudiaron al menos 30 muestras. Si no se dispone de un nmero

de 30 repeticiones, es posible realizar el estudio multiplicando la desviacin estndar obtenida

con un factor de modificacin

Tabla72.8 Tabla de Correccin de la desviacin estndar segn el nmero de ensayo

Numero de Ensayos Factor de Modificacin15 1.16

20 1.08

25 1.03

30 1

Para el clculo de la resistencia del concreto se puede definir la eficiencia del cemento,

vincula el contenido de cemento (C) con la resistencia final del concreto (F cr):

Ecuacin 2.10 Clculo de Eficiencia del cemento

7/26/2019 000162523

35/108

19

2.2.2Porosidad

La porosidad en el concreto juega un papel fundamental en las propiedades finales como

resistencia, permeabilidad y difusin inica [16].. Se pueden caracterizar distintos tipos de poros,

en el concreto [1]: Durante el proceso de hidratacin del cemento se generan poros con tamaos

nanomtricos (10-9

m) entre los geles, estos se denominan como poros del gel[11]

. Los gelesformados (tobermorita) producto de la reaccin del cemento con el agua sufren una disminucin

en el volumen, es decir la suma del volumen del cemento y el agua previa al estar en contacto es

mayor al volumen obtenido del gel proveniente de la reaccin qumica de hidratacin [10]. La

diferencia de los volmenes inicial y final origina espacios denominados como porosidad capilar:

estos poros tienen tamaos micromtricos (10-6m). De acuerdo a la cantidad de agua que se aade

al concreto, estos poros pueden estar vacos o llenos de agua si se aade una cantidad mayor al

agua necesaria para la hidratacin [11]. La porosidad generada por la gradacin de los agregados

finos y gruesos tambin influye en el estudio de la porosidad del concreto, dependiendo de la

cantidad de de pasta que ocupa los intersticios generados.

Figura 102.9 Evolucin de los capilares del concreto[34]

Durante el endurecumiento del cemento Portland, el volumen bruto del concreto

permanece inalterado. En la figura 2.4 se observa como ocurre la variacin de los volmenes en

los componentes del cemento con respecto al grado de hidratacion, el contenido de

tobermorita(C3S2H3), responsable del endurecimiento del cemento, va incrementandose a medida

que los componentes del cemento (C2S, C3S, C3A, C4AF) van disminuyendo.De la misma manera

que ocurre un aumento en el contenido de la tobermorita el volumen de porosidad capilar

7/26/2019 000162523

36/108

20

disminuye, los poros que puedan quedar culminada la hidratacion del cemento llenos de agua y/o

aire que no contribuyen a la resistencia[10], en la figura 2.10 se presenta la evolucin de los

diferentes componentes del cemento respecto al grado de hidratacin. Las reacciones que sufren

los componentes principales del concreto conllevan a una densificacin debido a la formacin de

la fase tobermorita responsable de la resistencia en el concreto. A continuacin se presentan lasreacciones principales para el cemento Portland tipo 3:

Figura 112. Evolucin del Proceso de Hidratacin Cemento Portland[12].

Ecuacin 2.11 de Formacin de Tobermorita[11]

Durante el tiempo de fraguado una cantidad de agua utilizada para las reacciones del

cemento es evaporada debido a que la reaccin de hidratacin exotrmica, es por ello que se debe

aadir agua. Este tipo se denomina agua de curado cuya funcin es ser capaz de contrarrestar la

perdida que pueda existir.

La temperatura puede ocasionar variaciones en el tiempo de fraguado, se exhibe un

incremento en la velocidad de endurecimiento de la pasta en funcion al tiempo de exposicin en

dicha temperatura[10]

. En la figura 2.10 se presenta la influencia de la temperatura de curado en laevolucin de la resistencia a la compresin en el tiempo.

7/26/2019 000162523

37/108

21

Figura 122.11 Relacin Resistencia a la Compresin con Respecto a la Temperatura[10]

2.3 Durabilidad

Las estructuras de concreto deben cumplir con las funciones para las cuales fuerondiseado, satisfacer con la resistencia pautadas al inicio del proyecto y debe mantenerse durante

el tiempo de servicio al cual desarrollado.

La durabilidad del concreto puede verse comprometida por 3 tipos de factores

principalmente: fsicos, mecnicos, qumicos

En ambientes subterrneos el mecanismo predominante de deterioro en las estructuras

elaboradas a partir de concreto armado es qumicos,debido al ataque de iones como el ion

cloruro.

2.3 1Mecanismo de Transporte en el Concreto

Las altas humedades y la presencia de iones cloruros disueltos en el agua pueden originar

un proceso corrosivo en el refuerzo metlico del concreto. Los productos de corrosin formados

repercuten en la resistencia a la compresin, es por ello que los mecanismos de ingreso de los

fluidos en el concreto resultan de gran inters.

En el concreto, el mecanismo de transporte resulta complejo de describir debido a que

esto depende de un conjunto de variables y condiciones de bordes, la estructura de poros y el

conjunto de grietas que pueda existir.

7/26/2019 000162523

38/108

22

2.3.1.1 Aspiracin Capilar

Cuando el concreto no est en contacto constante con un fluido se denomina como un

estado no estacionario y la velocidad de ingreso del fluido puede estudiarse como la tasa de

absorcin. Durante la aspiracin capilar ocurre una ganancia de masa en el concreto producto a la

tensin superficial, esta genera una absorcin de fluido en los capilares del concreto. Laaspiracin capilar se ve influenciada por diferentes factores relacionados a la estructura de poros

como radio y continuidad.

La expresin matemtica que describe el fenmeno de aspiracin capilar se presenta

Ecuacin 2. 12 Absorcin por Aspiracin Capilar Dnde:

a= Presion [Pa]= tensin superficial [N/m]d= dimetro de poro[m]

La aspiracin capilar puede verse disminuida segn el grado de hidratacin que posea el

concreto. De acuerdo a la relacin agua/cemento y el tiempo de curado que posee el concreto, los

capilares quedan segmentados, disminuyendo la tasa de penetracin [10]. En la tabla 2.6 se

muestra el tiempo de curado que debe tener el concreto para que los capilares quedensegmentados y la tasa de penetracin sea a travs de los poros de la pasta de concreto. Los

valores se presentan en la tabla 2.6:

Tabla82.6 Tiempo de curado para segmentar los capilares

Agua/Cemento % Hidratacin Tiempo de Curado [das]

0.40 50 3

0.45 60 7

0.5 70 140.6 92 180

0.7 100 365

>0.7 100 Imposible

7/26/2019 000162523

39/108

23

2.3.1.2 Permeabilidad

Se define como el paso de un fluido a travs del concreto, este sistema puede ser lquido,

gas o bifsico. La permeabilidad corresponde al caudal de un fluido a travs de cierto espesor y

rea por medio de un diferencial de presin. El estudio de la permeabilidad es de gran interspara comprender el ataque qumico como la carbonatacin y la corrosin en el concreto armado[17].

Al aplicar un gradiente de presin, induciendo un flujo de agua a travs de un espcimen

de concreto, es posible calcular el coeficiente de permeabilidad k mediante la ecuacin de Darcy:

Ecuacin 2. 13 Ecuacin de Darcy

Dnde

dq/dt= Tasa de ingreso del agua [m3/s]

A= rea de la seccin trasversal de flujo [m2]

H= Cada en el cabezal de presin de agua[m]

L= Espesor en la probeta[m]

K= coeficiente de permeabilidad [m/s]

El coeficiente de permeabilidad brinda informacin acerca de la factibilidad del ingresodel agua en estado estacionario. Este coeficiente aumenta con la relacin agua/cemento que posee

el concreto. La gradacin de los agregados tambin juega un papel fundamental para obtener baja

tasa de ingreso de agua, una distribucin inadecuada conlleva a una pobre compactacin

permitiendo el paso de fluido con mayor facilidad.

Un incremento en la porosidad conlleva con el aumento de la permeabilidad en el

concreto, Carman-Kozeny: postulan a travs de la ecuacin que un incremento en la porosidad

involucra un incremento en la permeabilidad:

Ecuacin 2.14 Carman-Kozeny Donde K representa la permeabilidad, d corresponde al dimetro de partculas, A al

area y porosidad.

7/26/2019 000162523

40/108

24

Adicionalmente, el tiempo permite que las reacciones de hidratacin en el cemento

continen, lo cual se traduce en una densificacin y segmentacin de los capilares que obstruye el

paso del agua.[11}

Figura132.12A Coeficiente de permeabilidad en funcin de la relacin agua/cemento. 2.12B Coeficiente depermeabilidad con relacin al Tiempo de Curado[11].

Aunque la porosidad capilar en el concreto tiene una alta influencia en el coeficiente de

permeabilidad, se ha observado que, para concretos con porosidades similares, el

comportamiento en el transporte de un fluido puede variar entre s. En efecto, la interconexin de

una serie de poros capilares puede originar un incremento considerable en la velocidad de

penetracin del agua. En la figura 2.13 se observa el comportamiento del coeficiente de

permeabilidad con respecto a la porosidad capilar:

Figura142.13 Relacin del coeficiente de Permeabilidad en funcin dela Porosidad Capilar[11]

7/26/2019 000162523

41/108

25

Para concretos que estarn en contactos con algn fluido, es recomendable pues, que la

relacin agua/cemento se encuentre en valores por debajo de 0.5, encima de dicho valor la tasa de

ingreso es mucho ms acelerada (ver tabla 2.6). Asimismo, se recomienda que el coeficiente de

permeabilidad se encuentre por debajo de 1.5 x 10-11 m/s[11]. Dicho valor de permeabilidad es

referido a la edad que el concreto alcanza su resistencia de diseo, generalmente 28 das

Figura152.14 A (Izq.) Estructura interconectada. B(Der) Estructura levemente interconectada[11]

De una manera ms particular puede expresarse la permeabilidad como una propiedad

independientemente del fluido a travs del concreto, este es denominado . La relacion queexiste entre el coeficiente de permeabilidad de Darcy y el coeficiente intrinsico del concreto es la

siguiente[11]:

Siendo la viscosidad dinmica [Pa.s], [kg/m3] la densidad del fluido y g laaceleracinde la gravedad [m/s2].

2.3.1.3 Difusin Inica

Se denomina difusin al flujo neto de cualquier especie. En el concreto que se encuentra

en contacto con ambientes que tengan una concentracin inica de sustancias, ocurre un flujoinico en los poros de las zonas con mayor concentracin de iones a las zonas con menor

concentracin[14, 30].La penetracin del ion cloruro proveniente del agua a la cual estn sometidas

estructuras de concreto armado resulta de suma importancia por el efecto que puede acarrear si se

inicia un proceso de corrosin que comprometa las propiedades para las cuales fue diseado el

concreto armado. Si la superficie del concreto no se encuentra en estado saturado, la velocidad de

7/26/2019 000162523

42/108

26

ingreso de una solucin rica en sales ser mayor debido a un proceso de absorcin capilar, hasta

llegar a la condicin de saturacin, es por ello que las condiciones a las cuales estarn sometidos

los componentes deben ser previamente conocidas a fin de disminuir la tasa de difusin inica

[16].

2.3.1.3a Primera Ley de Fick

El postulado de la primera ley de Fick plantea que al colocar dos materiales, solido-

liquido se genera un gradiente de concentracin que va actuar como fuerza para iniciar el proceso

de difusin entre ambas. A continuacin se presenta la expresin diferencial:

Ecuacin 2.15 Primera Ley de Fick Dnde:

J= Flujo de tomosD= Coeficiente de difusin [cm2/s]

dc/dx= Gradiente de concentracin [tomos/cm4]

El signo negativo en la expresin corresponde a que el flujo ocurre de la especie con

mayor concentracin a la de menor concentracin, la primera ley de Fick considera un estado

estacionario[14].

2.3.1.3b Segunda Ley de Fick

Considera el fenmeno de difusin como dinmico, su expresin matemtica depende

netamente de las condiciones del sistema. Se define en su forma diferencial como:

Ecuacin2. 16 Segunda Ley de Fick

Considerando que el coeficiente de difusin (D) resulta independiente de la ubicacin y de

la concentracin, se tiene como solucin:

Ecuacin2. 17 Solucion de la Segunda Ley de Fick Donde Cses la concentracin de iones en la superficie, Cxconcentracin a una distancia

variable, Coconcentracin inicial inica de la especie que difunde en el material de estudio, xes

la distancia de difusin, t es el tiempo durante el cual se lleva a cabo la difusin y D es el

7/26/2019 000162523

43/108

27

coeficiente de difusin del tomo en el material La solucin a la ecuacin viene de la mano con la

funcin error (erf), dicha funcin se presentada en la tabla 2.7:

Tabla92.7 Solucin a la segunda Ley de Fick

2.3.1.4 Electromigracin

La aplicacin de un campo elctrico externo produce una excitacin en los iones que

pueden estar en el concreto, como el in cloruro presente en el agua, produciendo una como

respuesta una migracin de los iones asistida por el campo elctrico [17]

. La electromigracinpuede generar un gradiente de concentracin de iones provocando un flujo en la direccin de la

diferencia de concentracin [30]. La relacin agua/cemento posee una influencia en la

electromigracin, a medida que la relacin aumenta ocurre un incremento en la cantidad de iones

en transferencia. En la figura 2.15 se observa el comportamiento de la relacin migracin de

iones cloruros en funcin a la relacin agua/cemento

7/26/2019 000162523

44/108

28

Figura 162.15 Relacin Coulomb vs alfa

2.3.1.5 Mecanismo Mixto de Transporte

En condiciones de servicio de la mayora de los casos no se manifiestan un mecanismo

puro de transporte, sino la combinacin de diferentes mtodos de ingreso como como la difusin,

la aspiracin capilar o el ingreso bajo un gradiente de presiones [30]

2.4 Fabricacin Planta de anillos de Tejeras

La planta de anillos ubicada en Tejeras tiene como funcin la construccin de las dovelaspara la elaboracin de los anillos utilizados para el sistema de Metro Los Teques. Un anillo est

compuesto por sietes piezas (dovelas). A continuacin en la figura 2.16 se muestra el conformado

de un anillo.

7/26/2019 000162523

45/108

29

Figura 172.16 Representacin Grfica de Anillos conformados por las dovelas

Las caractersticas de las piezas elaboradas (dovelas) cumplen con los siguientes

parmetros presentados en la tabla 2.10:

Tabla 102.10 Propiedades de las dovelas

Propiedad Valor

Espesor [mm] 220

Radio Interno[cm] 258

Radio Externo[cm] 280

Peso especfico[kg/m ] 2.45

Las dovelas poseen como identificacin un sistema letra-nmero donde la letra representa

el modelo de seccin a fabricar(los modelos son: A, B, C, D, E, F, K) y el numero identifica el

molde que realizo dicha pieza. Al tener dicho sistema de clasificacin es posible la deteccin de

fallas en las dovelas atribuidas a un molde en particular

2.4.1 Proceso Productivo Planta Tejeras.

El sistema de produccin se basa en un circuito que involucra diversas etapas que son

representados en la figura 2.17:

7/26/2019 000162523

46/108

30

Figura 18.2.17 Proceso productivo

2.4.1.1. Limpieza de Moldes

Puesto que es un sistema de produccin debe existir un periodo de

acondicionamiento. Al finalizar la realizacin de las dovelas es necesario para realizar un

proceso de limpieza de moldes que se fundamenta en quitar los restos de concreto que

pueden existir de vaciados anteriores. La limpieza viene dado por martillos neumticos al

igual de pulidoras, luego se aplican un lquido para ayudar a la extraccin de la pieza del

molde al final del proceso Los moldes de la dovelas son presentados en la figura 2.15:.

Figura 192.18 Moldes de las dovelas

1 Limpieza deMoldes

2. Colocacionde Armaduras

3. Vaciado yVibrado

4. AcabadoSuperficial

5.Curado

6.Desmolde

7/26/2019 000162523

47/108

31

2.4.1.2 Colocacin de Armadura

Las dovelas son piezas de concreto armados, el refuerzo metlico lo componen una serie

de cabillas creando una armadura. Las armaduras se encuentran separadas de la base del molde a

partir de unos separadores que cumplen como funcin el no dejar expuesto el acero. En esteproceso se aaden los bananos que tienen como objetivo crear el espacio por donde pasan los

pernos para el aseguramiento de las dovelas una vez colocadas bajo tierra

Figura202.19A (Izq.) Colocacin Armadura. B (Der) Bananos de Separacin

2.4.1.3. Vaciado

Las propiedades del concreto utilizado en el proyecto exigen un tratamiento para ladisposicin de las dovelas. Con el diseo de cero pulgadas de asentamiento es necesario el uso

de vibradores externos para un correcto vaciado a travs de todo el molde De esta manera se

aprovecha la condicin de fluido tixotrpico del concreto, en conjunto con el sper plastificante

utilizado Viscocrete-6. Tanto el volumen a vaciar como el tiempo de vibrado va a depender del

tipo de pieza que se est realizando, los volmenes de las piezas son presentados en la tabla 2.9:

Tabla 112.9 Caractersticas de las Dovelas

Tipo de Dovela Volumen Terico [m ] Tiempo de Vibrado [min]A 0.84 5

B, C, D, E 0.82 5F 0.80 5K 0.30 3

7/26/2019 000162523

48/108

32

Figura 212.20 Tolva de Vaciado

Los tiempo de vaciado as como el volumen a utilizar deben ser respetado, ya que suelen

causar problemas como la generacin de cangrejeras: pueden ocurrir por falta de vibrado en el

molde. En la figura 2.21se observa dicho efecto.

Figura 222.21 Cangrejera en dovela

2.4.1.4 Acabado Superficial

Luego del vaciado a travs de la tolva las piezas no quedan con la geometra adecuada, es

por ello que se requiere de mano de obra para generar la concavidad caracterstica de la pieza

para una correcta colocacin bajo tierra, con el uso de palas y palustre (instrumento para corregir

la concavidad de las dovelas) para generar una superficie adecuada. Adicionalmente en esta etapa

se aplica el impermeabilizante utilizado XP en polvo. En la figura 2.19 se presenta el personal

realizando la concavidad de las dovelas:

7/26/2019 000162523

49/108

33

Figura 232.22 Estacin de acabado superficial

2.4.1.5 Curado.

El curado de las dovelas se realiza en hornos de una longitud de 45 0.5m a una

temperatura de 45C. Elevando la temperatura la cintica de hidratacin y el aumento de la

resistencia mecnica se ve acelerada aumentando la productividad de la planta (ver figura 2.6). El

Tiempo de residencia de las dovelas es el horno es de alrededor de 7 1h. La condicin para el

tiempo de la residencia se considera como el tiempo en el cual las dovelas alcanzan una

resistencia a la compresin de 120kgf/cm2.

Figura 242.23. Entrada de dovelas al horno de curado.

2.4.1.6 Desmolde

Posterior al proceso de curado de las dovelas se deben desencofrar. En ese proceso se

retiran los bananos y por medio del vacumm(mquina para generar vaco), se retira por medio

de presin negativa y se realiza el desmolde. Posterior a ello se realiza una rotacin de 180

grados para el correcto apilamiento de las dovelas, para que la disposicin sea ms adecuada.

7/26/2019 000162523

50/108

34

Figura 2. 24A (Izq.) Vacumm de extraccin de dovelas. B(Der.) Correcto apilamiento de dovelas.

Una vez culminado el proceso de elaboracin de las dovelas se realiza un control de

calidad que garantice la correcta elaboracin de las piezas (Revisar anexos 8 y 9).

7/26/2019 000162523

51/108

7/26/2019 000162523

52/108

36

3.1 Caracterizacin de los Componentes:

Los distintos componentes fueron caracterizados individualmente bajo el criterio de las

normas COVENIN.

3.1.1 Agregados

Para el diseo de mezclas garantizar la uniformidad de los agregados cumple un papel

fundamental en el comportamiento de la mezcla en estado fresco para el conformado de las

piezas prefabricada.

El almacenamiento de los agregados ocurre bajo techo evitando que modifiquen sus

propiedades por la incorporacin de agua u otros agentes. Tanto la piedra como la arena sonprovenientes de Puente de reas.

3.1.1.1 Granulometra

Se realizaron los ensayos bajo los criterios de las normas COVENIN 255 Agregados.

Determinacin de la distribucin granulomtrica [19] y la norma COVENIN 277 Concreto.

Agregados. Requisitos[20]. Efectuados para poder verificar que cumplan con los estndares y la

realizacin de la curva granulomtrica. Los tamices son elaborados por la empresa SOLOTEST,

la maquina tamizadora es marca SOLOTEST con nmero de serie 2776.

Figura263.2 A (Izq.) Tamizadora. B (Med.) Tamices utilizados. C (Der) Material utilizado.

7/26/2019 000162523

53/108

37

3.1.1.2 Pasante 200

Para el estudio de las partculas de por debajo de las 74 micra de tamao se utiliz la

norma COVENIN 258-77 Mtodo de ensayo para la determinacin del contenido de materiales

ms fino que el cedazo COVENIN 74 micras en agregados minerales[21].

3.1.1.3 Peso Especfico (Densidad) y Absorcin

Se realiz a la arena utilizando la norma COVENIN 268-98 Agregado fino.

Determinacin de la densidad y la absorcin [22]. La piedra fue evaluada con la norma anloga

para el tamao de agregado, la norma COVENIN 269-98 Agregado grueso. Determinacin de la

densidad y la absorcin.

3.1.1.4 Peso Unitario

Para la deteccin de irregularidades en la materia prima se utiliz el peso unitario como

un indicador, para ello se utiliz la norma COVENIN 263-78[24].

3.1.1.5. Anlisis de Impurezas

Se utiliz la norma COVENIN 256-77 Mtodo de ensayo para la determinacin

cualitativa de impurezas orgnicas en arenas para concreto (Ensayo Colorimtrico) [25] para

medir de manera cualitativa la materia orgnica que se encuentra en la arena, pudiendo

comprometer la mezcla de concreto a estudiar.

3.1.1.6 Desgaste de los ngeles

Para el estudio de resistencia del agregado grueso en el concreto se tom como referencia

el uso de la norma COVENIN 266-77. Se realiz bajo la modalidad B con una masa igual a 10

kg y el uso de 11 esferas durante 500 revoluciones a una velocidad de 31 rpm.

7/26/2019 000162523

54/108

38

Figura273.3 Mquina Desgaste los ngeles

3.1.7 Anlisis del tiempo de Fraguado

La medicin del tiempo de fraguado se realiz segn los criterios de la norma COVENIN352 Concreto fresco determinacin del tiempo de fraguado por Resistencia a la penetracin .

Figura283.4 A (Izq.) Probetas de tiempo de fraguado. B (Der.) Penetrometro

3.1.2 Cemento

El cemento Portland utilizado fue del tipo 3. No se hicieron ensayos para la corroboracin

del cemento a utilizar, pues la gerencia confa en la garanta de calidad del grupo Cementos de

Venezuela(antiguamente conocida como CEMEX).

3.1.3 Agua

El agua es analizada por una empresa contratada bajo el nombre de Izica (Revisar anexo

3) especializada en el rea para poder garantizar que la calidad del concreto no se vea

perjudicada.

7/26/2019 000162523

55/108

39

3.2 Realizacin de la Mezcla Patrn

La mezcla a utilizar fue con especificaciones de la planta, la misma utilizada para el

conformado de las dovelas que construyen la sucesin de anillos para la lnea 2 del metro de los

Teques. La mezcla posee como requerimientos una resistencia a la compresin de 450 kgf/cm 2, 0

pulgadas de asentamiento (Segn el mtodo del cono de Abrams, norma COVENIN 339). Para la

realizacin de las mezclas se cumpli el siguiente orden:

- Se agreg la arena en conjunto con la piedra en trompo mezclador de paletas internas con

especificaciones segn la norma COVENIN 1680, hasta lograr una mezcla uniforme de

agregados.[23]

- Se agreg la dosificacin de cemento, con la ayuda del trompo mezclador y se realiz la

mezcla de agregados-cemento en estado slido

-

Se agreg aproximadamente la mitad del agua de mezclado. Previamente, el aditivo sper

plastificante se diluy con el agua de mezclado para lograr una mayor cobertura en la

mezcla de concreto.

-

El diferencial del agua se aade de forma gradual hasta conseguir la consistencia deseada

(chequeo usual).

- Dado el caso que necesitara una correccin por exceso o por defecto del agua, se realiza

un reporte para observar la variabilidad en el diseo.

El diseo ha utilizado fue:

Tabla123.1 Mezcla Patrn (1m3)

Materiales Masa [kg]

Cemento 435

Agua 153

Arena 897

Piedra 897

Viscocrete-6 3.64

7/26/2019 000162523

56/108

40

3.3 Modificacin de la Mezcla Patrn

El desarrollo de la mezcla patrn a escala de laboratorio no cumpla con los requisitos. Es

por ello que se realizaron modificaciones en el diseo de mezcla basados en el reajuste de los

componentes del concreto que, adems de ajustarse a la contextura ideal, incremento la

resistencia a la compresin. La modificacin consisti en una reduccin del contenido total de

agua y un incremento en los agregados finos y gruesos.

3.4 Adicin de Impermeabilizantes

La adicin de los aditivos impermeabilizantes no considero un incremento sustancial en el

volumen de mezcla, es por ello que se mantuvo el diseo de mezcla y se agregaron los diferentes

aditivos.

3.4.1 S-1

La presentacin es un cuete de 25 litros, el producto se comercializa en estado lquido,

con aspecto lechoso. Su dosificacin dentro d