REVISTA DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA No.3 Diciembre... · 2018-08-13 · como un impacto social...

REVISTA DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA

Diseño de tablero mixto para un puente continuo. Composite deck design for a continuous bridge.

Ing. Yasmín Motlac Abdul Rajman Valdés MSc. Ing. Héctor Alfonso Pérez Lic. Ing. Pedro A. Hernández Delgado

Límites de conformidad de finos pasados por el tamiz 200. Influencia reológico-mecánica en la matriz del hormigón.

Compliance limits passed through the sieve fine 200. Influence rheological-mechanical concrete matrix.

Ing. Lisandra Martínez Zamora DrC. Lic. Magali Torres Fuentes

Metodologías para desarrollar Almacén de Datos. Methodologies to develop Data Warehouse. Ing. Eric Ismael Leonard Brizuela MSc. Yudi Castro Blanco

Consideraciones acerca de la actividad de las arcillas en la estabilización de suelos con sales cuaternarias de amonio. Considerations clays activity in soil stabilization with quaternary ammonium salts.

MSc. Ing. Juan Mario Junco del Pino Dr. Ing. Eduardo Tejeda Piusseaut

Caracterización sismológica de la provincia de Matanzas. Seismological characterization Matanzas Province. Ing. Laritza Alfonso González Lic. Ing. Pedro A. Hernández Delgado Ing. Anni Marien Cabrera Romeu

EVENTOS

Vol. 7 No. 3 Diciembre 2013

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Ing. Yasmín Motlac Abdul Rajman Valdés, MSc. Ing. Héctor Alfonso Pérez, Lic. Ing. Pedro A. Hernández Delgado. Diseño de tablero mixto para un puente continuo.

Revista de Arquitectura e Ingeniería. 2013, vol.7 no.3 ISSN 1990-8830 / RNPS 2125 2

las estructuras, lográndose secciones muy rígidas y resistentes, así como disminuyen los plazos de ejecución al facilitarse la comodidad y rapidez en el montaje Producto de la necesidad inmediata de dar solución expedita a la circulación vial de la ciudad de Matanzas, con el uso de técnicas y soluciones novedosas, se pretende realizar un diseño que responda a las exigencias de estos tiempos modernos. La aplicación de este diseño tendrá un impacto económico positivo disminuyendo los plazos de ejecución, además del uso racional de recursos materiales y humanos, así como un impacto social considerable por la importancia que representa la misma como obra inducida de la Refinería de Matanzas y su aporte a la red vial de la ciudad. Palabras clave: Diseño estructural, Tableros de puentes, Metodología del diseño, Puentes Abstract: The purpose of this work is the study of a methodology for the design of composed structures, applied to the slab of the chessboard of the Bridge of the Cove of the Yumurí. He considers composed structure of two materials combination in a structural unit, making good use of the particularities of the same. In our particular's case we referred to the concrete's combination and steel, working at set both materials. The suchlike designing job lightens considerably the structures, getting for oneself very rigid sections and resistance sections, the same way that decrease the terms of execution when making easy the comfort and rapidity in the set-up Product of the immediate need to give expedite solution to road circulation of the city of Matanzas, with the use of techniques and innovative solutions, selling off a design pretends that modern times respond to the requirements of these. The application of this design will have an impact cheap to run positive decreasing the terms of execution, in addition to rational use of material resources and humans, as well as a social considerable impact for the importance that he represents the same like induced work of Matanzas's Refinery and its contribution to the highway system of the city. Keywords: Structural Design, Boards of bridges, Design methodology, Bridges Introducción: Partiendo del criterio de estructura compuesta, como la combinación de dos materiales en una unidad estructural, en la que se aprovecha al máximo las características de cada



uno de ellos, existen combinaciones múltiples, pero en este caso nos referiremos a la de acero y hormigón. En la actualidad se reporta en el mundo el uso de diversos sistemas constructivos que utilizan como elemento metálico principal vigas de alma llena o de celosías, conectadas con una losa de hormigón armado que puede apoyarse directamente en las vigas o unirse para trabajo conjunto a una lámina perfilada de acero mediante conectores que posee esta última, la cual sirve a su vez de encofrado permanente y como refuerzo de tracción total o parcial de la losa. El sistema de losa y lámina puede unirse en los apoyos a la viga metálica mediante conectores para lograr también el trabajo conjunto a lo largo del eje de la viga. En este último caso se logra el trabajo conjunto hormigón-acero en los sistemas lámina-losa y viga-lámina-losa. Debe diferenciarse lo anterior del caso de losa apoyada sobre vigas sin el empleo de elementos de unión, en el cual la losa distribuye transversalmente las cargas sobre las vigas, pero no contribuye en la transmisión longitudinal de esfuerzos, cuestión que se logra cuando la losa está obligada a deformarse longitudinalmente por elementos de acero embebidos en el hormigón y soldados en la viga metálica. A pesar de las ventajas que ofrece, la utilización de las estructuras compuestas se ha aplicado escasamente en nuestro país, siendo una de las causas la falta de conocimientos sobre las posibilidades reales y ventajas de su utilización. Otras de las razones es el predominio general de las estructuras de hormigón sobre las metálicas, subvalorándose el beneficio que reporta acortar los plazos de ejecución al facilitarse la comodidad y rapidez en el montaje. En la mayoría de los países desarrollados, la solución de entrepisos y cubiertas con losas compuestas es una de las más empleadas. Los primeros usos de los sistemas de pisos compuestos fueron en la construcción de puentes y posteriormente se introdujo su uso en edificaciones. En el caso específico de Cuba se han realizado valiosas investigaciones sobre las estructuras compuestas de acero y hormigón encaminadas a establecer los documentos técnicos normativos propios relacionados con esta temática, tales como: Sistema SECOM y las Normas Ramales (NR). Internacionalmente son reconocidas las ventajas que proporciona el empleo de este tipo de estructuras, tales como: se aligeran considerablemente las estructuras; se logran secciones muy rígidas y resistentes, por lo que permiten salvar grandes luces entre apoyos; se logra un elevado ahorro de madera y encofrado y más aún cuando se utiliza la sección viga losa en presencia de lámina; se reduce además la fuerza de trabajo necesaria para el proceso constructivo; facilitan la construcción y montaje, logrando un mayor avance físico en la ejecución de las obras con respecto a los sistemas más tradicionales; se logran facilidades para el montaje de instalaciones eléctricas e hidráulicas. También se conocen desventajas, como la dificultad para alcanzar una adecuada capacidad de resistencia al fuego y que debe ser protegida para que resista los efectos atmosféricos. Esto puede resolverse con la colocación directa, sobre la cara inferior de



la lámina, de diferentes tratamientos con materiales aislantes. Producto de su ligereza, el viento las puede mover de su posición definitiva en la etapa de construcción, por lo que deben fijarse a las vigas de apoyo a través de los propios pernos conectores, soldaduras u otros medios. En nuestro país se plantea la necesidad de la introducción de los avances científico-técnicos y el desarrollo de las técnicas más modernas para la elaboración de los proyectos, así como lograr el acortamiento de los plazos de elaboración de estos sin deterioro de su calidad. Situación Problémica: En elementos muy esforzados es de uso común en la ingeniería el empleo de elementos estructurales que combinen secciones de acero y hormigón trabajando en conjunto. En el caso de estudio del Puente del Abra del Yumurí se ha propuesto utilizar este tipo de estructura para el tablero, siendo necesario estudiar una metodología para el diseño de los elementos que lo conforman. Problema: Necesidad de diseñar la losa del tablero del Puente del Abra del Yumurí con elementos de estructura compuesta. Objeto de la investigación: Estudiar una metodología para diseñar el tablero del Puente del Abra del Yumurí y aplicarla al mismo. Campo de aplicación: Diseño de estructuras compuestas. Hipótesis: Mediante el estudio y la aplicación de una metodología de diseño de estructuras compuestas se podría obtener un diseño satisfactorio del tablero del Puente del Abra del Yumurí. Variable dependiente: Diseño del tablero Puente del Abra del Yumurí. Variable independiente: Estudio de la metodología de diseño de secciones compuestas, geometría propuesta para el Puente del Abra del Yumurí. Objetivo general: • Estudiar una metodología de diseño de estructuras compuestas, aplicada a un caso

real. Objetivos específicos: • Estudiar del estado del arte del diseño de estructuras compuestas aplicadas a

tableros de puentes. • Estudiar una metodología de diseño de estructuras compuestas. • Aplicar la metodología estudiada al caso real del Puente del Abra del Yumurí. Resultados: Se obtendrá con este estudio el diseño del tablero del Puente del Abra del Yumurí.



Valor social: El presente trabajo pretende agilizar el diseño del tablero del Puente del Abra del Yumurí, permitiendo que esta obra vial entre en servicio en un menor plazo y sirva como una nueva alternativa de comunicación dentro de la red vial de la ciudad de Matanzas. Valor económico: Optimizar el diseño del tablero del Puente del Abra del Yumurí como obra inducida para el desarrollo industrial de la Refinería de Matanzas. Valor metodológico: Introducción de los conceptos del diseño de secciones compuestas aplicados a tableros de puentes. Valor práctico: Con este trabajo de diploma se propone el uso de una metodología de diseño de estructuras compuestas aplicada al caso real del diseño del tablero del Puente del Abra del Yumurí. Tareas principales de la investigación: • Estudio del estado del arte del diseño de estructuras compuestas aplicadas a

tableros de puentes. • Seleccionar una metodología de diseño de secciones compuestas. • Aplicar la metodología seleccionada al diseño del tablero del Puente del Abra del

Yumurí. Métodos de investigación: Dentro de los métodos científicos generales se encuentran el método de análisis – síntesis que se aplican en el marco teórico referencial y el método de inducción-deducción manifestado en el desarrollo de la investigación. Dentro de los métodos particulares se encuentra el método teórico y dentro de este la modelación, el matemático y análisis de contenido. Estructura: Introducción, tres capítulos, bibliografía, anexos, conclusiones y recomendaciones. Capítulo 1:¨Marco teórico Referencial de la investigación¨. Se hará un análisis del estado del arte, basándose en la evolución del concepto de estructuras compuestas hasta la actualidad, sus definiciones, las formas de trabajo, la asimilación de las cargas y los parámetros que se tienen en cuenta para su diseño y ejecución. Capítulo 2:¨Metodología de diseño de secciones compuestas de hormigón y acero¨. La autora estudia de manera crítica una metodología de diseño para secciones compuestas profundizando en los aspectos medulares del empleo de la misma para los tableros de puentes. Capítulo 3:¨Aplicación al caso de estudio del tablero del puente del Abra del Yumurí.¨. Se aplicarán los resultados obtenidos al diseño del tablero del Puente del Abra del Yumurí, obteniendo las secciones y los armados necesarios para su ejecución.



Capítulo 1:¨Marco teórico Referencial de la investigación¨. 1.1 Introducción. En la actualidad se utiliza mucho los sistemas de estructuras compuestas, lo mismo

para cargas estáticas que para su utilización en puentes. Internacionalmente existen

normas que caracterizan este tipo de estructuras como son la AASHTO del 20071 y el

EUROCÓDIGO 42, de las cuales se analizará las especificaciones de la norma

AASHTO.

En Cuba no se reporta el uso difundido de estructuras mixtas. Fue en el 2004 donde se

creó el SECOM en la Universidad de Camagüey el cual consiste en un sistema de

herramientas, actualizado, integrador, coherente y abierto, que facilita el diseño de las

estructuras mixtas de hormigón y acero. Este sistema contiene 3 normas ramales de las

cuales será objeto de estudio la NRMC 080: 20043.

1.2 Criterios de diseño según la NRMC 080: 2004. Esta Norma Ramal establece el método de cálculo de entrepisos compuestos de

hormigón y acero con vigas de alma llena sometidos a cargas estáticas. La misma

contiene los métodos de cálculo a utilizar, las tipologías de vigas entre otras

consideraciones que serán expuestas a continuación.

1.2.1 Métodos de cálculo. Esta norma emplea el método de los estados límites:

a) Estados límites últimos, que son los correspondientes a la capacidad máxima

resistente.

b) Estados límites de utilización, que están en función de los criterios de utilización

normal o de durabilidad.

1 AASHTO, “LRFD Brigde Desing Specifications”. 2007, EUA.

2 Euro‐código 4, “Calculo de estructuras mixtas de acero y hormigón”, 1994, Unión Europea.

3 Norma Ramal de la Construcción, NRMC 080:2004, “Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón y acero con vigas de alma llena sometidos a cargas estáticas. Código de buenas prácticas”, Cuba.



1.2.1.1 Comprobación de los estados límites últimos. En la etapa de construcción:

• Comprobación de la capacidad resistente de la viga metálica bajo las cargas

actuantes, antes que el hormigón alcance el 75% de la resistencia característica

especificada.

En la etapa de explotación:

• Comprobación de la capacidad resistente de las secciones de la viga compuesta

a esfuerzos normales, cortantes o combinación de ambos.

Se debe considerar un coeficiente de servicio (γ) con un valor de 0.9 para disminuir la capacidad resistente de la sección compuesta.

1.2.1.2 Comprobación de los estados límites de utilización. En la etapa de construcción:

• Comprobación de que la flecha de la viga metálica, bajo cargas actuantes antes

que el hormigón alcance el 75% de la resistencia característica especificada, no

supere los valores de las flechas máximas admisibles.

En la etapa de explotación:

• Comprobación de que la flecha de la viga compuesta no supere los valores de

las flechas máximas admisibles.

• Comprobación de que la flecha de la losa de trabajo conjunto, cuando no existe

lámina de acero, no supere los valores de las flechas máximas admisibles.

• Comprobación de las tensiones bajo cargas de servicio en la viga compuesta.

1.2.2 Sección de la viga compuesta. 1.2.2.1 Clasificación de la viga compuesta.

La sección transversal de la viga compuesta se clasifica según:

• La sección de acero (Figura 1.1).

• El completamiento (Figura 1.2 y 1.3).

• Características geométricas (Epígrafe 1.2.2.2).



Figura 1.1: Tipos de vigas metálicas en secciones compuestas.

Fuente: Tomado de NRMC 080: 2004. a) Viga metálica laminada.

b) Viga metálica laminada reforzada con planchas.

c) Viga metálica construida (simétrica o asimétrica).

d) Viga metálica construida de sección cajón.



Figura 1.2: Viga perpendicular a las nervaduras de la lámina de acero.

Fuente: Tomado de NRMC 080: 2004.

Figura 1.3: Viga paralela a las nervaduras de la lámina de acero.

Fuente: Tomado de NRMC 080: 2004.

1.2.2.2 Según geometría (secciones compactas y secciones no compactas).



La sección transversal de una viga compuesta puede ser considerada compacta si

cumple con las siguientes condiciones.

1.2.2.2.1 Ala en compresión de la viga metálica. a) El ala de la viga metálica está unida a la losa de trabajo conjunto por medio de

conectores en zonas de momento positivo, de acuerdo a lo establecido en 8.4.

b) Las dimensiones del ala, en zonas de momento negativo, satisfacen las siguientes

condiciones (figura 1):

(1.1)

(1.2)

(1.3)

(1.4)

Donde:

Rapk → Resistencia característica a tracción de la viga metálica (MPa).

bi → Ancho del ala inferior (mm).

δli → Espesor del ala inferior (mm).

δpl → Espesor de la plancha de refuerzo inferior (mm).

b3 → Distancia entre los bordes interiores de las almas en el caso de viga construida de

sección de cajón (mm).

b1 → Longitud volada del ala inferior medida hacia un lado en el caso de viga construida

simétrica o asimétrica (mm).

bpl → Ancho de la plancha de refuerzo inferior (mm).

1.2.2.2.2 Alma de la viga metálica. a) Las dimensiones del alma, satisfacen la siguiente relación:

· (1.5)

Donde:



α → Es la relación entre la altura de la zona comprimida del alma y su altura total,

determinada a partir de la posición del eje neutro plástico.

ha → Altura del alma (mm).

δ → Espesor del alma (mm).

Si el alma de la viga metálica no resulta sometida a compresión, no es necesario

chequear esta condición.

Para la losa de tracción:

(1.6)

Donde:

Xn → Posición de la línea neutra plástica para el momento último negativo, medido

desde el borde inferior de la sección transversal (mm).

Si la línea neutra plástica no cruza el alma de la viga: α = 1.

Para la losa en compresión:

(Viga con losa de hormigón armado) (1.7)

Donde:

X → Posición de la línea neutra plástica para el momento último positivo, medido desde

el borde superior de la sección transversal (mm).

ho → Espesor de la losa de hormigón cuando no hay lámina de acero (mm).

δls → Espesor del ala superior (mm).

(Viga con losa con lámina de acero) (1.8)

Donde:

hl → Distancia desde el borde superior de la losa de hormigón hasta el borde superior

de la viga metálica (Peralto total de la losa =ho + δsd + hr) (mm).



hr → Altura nominal de los nervios de la lámina (mm).

1.2.2.3 Sección transversal de la losa de trabajo conjunto. 1.2.2.3.1 Requisitos. La losa de hormigón puede ser considerada como parte de la sección transversal de la

viga compuesta si:

a) Es continua a todo lo largo de la viga y su espesor (ho) no es inferior a 50 mm cuando

existe la lámina o a 75 mm cuando no existe.

b) Cuando existe lámina de acero el peralto total está compuesto por la altura nominal

de los nervios (hr) que no debe ser mayor que 80 mm, más el espesor de la lámina (δsd )

y el espesor de la losa por encima de los nervios (ho). El ancho promedio de las canales

(Wr) no debe ser menor que 50 mm y para el cálculo se tomará un valor no mayor que

el ancho de la nervadura en la parte alta del encofrado.

c) Cumple con los estados límites últimos y de utilización, chequeados de acuerdo con

la NC 207.

d) Se prevé el fallo por agrietamiento a lo largo de la línea de colocación de los

conectores, disponiendo un refuerzo transversal adicional en la parte inferior de la losa

de trabajo conjunto, con un área no menor que 0,002 veces el área de hormigón en la

dirección longitudinal de la viga y un espaciamiento uniforme a lo largo de la luz de la

viga compuesta.

1.2.3 Secciones homogeneizadas. En la comprobación de los estados límites de utilización en la etapa de explotación de

la estructura, se emplearan las secciones homogeneizadas utilizando un coeficiente de

equivalencia correspondiente a la naturaleza de la acción considerada, diferenciándose



los casos de actuación de cargas temporales de corta duración o cargas permanentes y

temporales de larga duración.

Este coeficiente de equivalencia será igual a:

´ (1.9)

Donde:

n → Coeficiente de equivalencia.

E´b → Módulo de elasticidad del hormigón.

Eap → Módulo de elasticidad del acero

De esta forma el ancho efectivo (be) de la losa de trabajo conjunto para el cálculo de la

viga se reduce a br. Cuando los nervios de la lámina se encuentran paralelos al eje

longitudinal de la viga, debe reducirse no solo el ancho be, sino también el ancho del

alma de la sección de hormigón (bo), usándose las expresiones: (1.10)

(1.11)

Donde:

bo → Ancho del alma de hormigón en la sección de cálculo de la viga (mm).

be → Ancho efectivo de la losa en la sección de cálculo de la viga (mm).

bor → Ancho reducido del alma de la losa en la sección de cálculo de la viga compuesta

con lámina con nervaduras paralelas (bo) (mm).

En la determinación de la posición del eje neutro elástico deben diferenciarse los casos

de ubicación en la losa de trabajo conjunto o en cualquier otra posición, siendo

necesario en el primer caso despreciar la porción de la losa de trabajo conjunto ubicada

por debajo del eje neutro elástico, por no considerarse el aporte del hormigón a

tracción.



Figura 1.4: Sección real y sección homogeneizada.

Fuente: Tomado de NRMC 080: 2004. 1.2.4 Conectores. 1.2.4.1 Tipos. Existen diferentes tipos de conectores como son: canal laminada en caliente, canal

conformada en frío, tubo conformado en frío, perno, anclaje de gancho cerrado, anclaje

de gancho abierto. (Figura 1.5).



Figura 1.5: Tipos de conectores.

Fuente: Tomado de NRMC 080: 2004. a) Canal laminada en caliente.

b) Canal conformada en frío.

c) Tubo conformado en frío.

d) Perno.

e) Anclaje de gancho cerrado (asa).

f) Anclaje de gancho abierto.



1.2.4.2 Capacidad resistente de un conector. 1.2.4.2.1 Conector del tipo canal laminada en caliente. La capacidad resistente de un conector se determina según:

, · , · · · ´

(NC* en kN) (R'bk en MPa)

(1.12) Donde:

Nc* → Capacidad resistente de un conector (kN).

δlc → Espesor medio del ala de la canal en (mm).

δc → Espesor del alma del canal en (mm).

bc → Ancho del conector en (mm).

R'bk → Resistencia característica a compresión del hormigón (MPa).

γcb → Factor de seguridad para la capacidad resistente del conector cuando el fallo es debido al

hormigón.

1.2.4.2.2 Conectores del tipo canal conformada en frío. La capacidad resistente de un conector se determina según:

, · · · ´

(1.13)

Donde:

δcf → Espesor de la canal laminada en frío en mm;

1.2.4.2.3 Conector del tipo tubo conformado en frío. La expresión para la determinación de la capacidad resistente de un conector es válida

para espesores de tubo mayores o iguales a 4 mm y anchos de conectores entre 30 y

60 mm, siendo la siguiente: , , ·

(1.14)

Donde:



γca → Factor de seguridad para la capacidad resistente del conector cuando el fallo es

debido al acero.

β → Coeficiente que depende del ancho del conector.

1.2.4.2.4 Conectores de los tipos: anclajes de gancho cerrado (asas) y anclajes de gancho abierto.

La expresión de cálculo es válida para longitudes de anclaje (Ld) superiores a 15 veces

el diámetro de la barra, en zonas donde la losa resulte comprimida.

En el caso de losa traccionada se exige una longitud de anclaje (Ld) superior a treinta

veces el diámetro de la barra de acero. El ángulo de inclinación estará comprendido

entre 200 y 450. La expresión de cálculo es la siguiente:

· · (1.15)

Donde:

Rak → Resistencia característica a tracción del acero en barras de la losa (MPa).

Aa → Área de la sección transversal de la barra componente del conector. En el caso

del conector del tipo anclaje de gancho abierto se utilizará una pareja de los mismos,

dispuestos de forma simétrica en el ala superior de la viga metálica (mm2).

1.2.4.2.5 Conectores del tipo perno. La capacidad resistente de un conector está dada por el valor menor de las siguientes

expresiones.

, · · ´ · ´

(1.16)

· (1.17)

Donde:

Ap → Área de la sección transversal del perno

Rpk → Resistencia característica a tracción del perno.

1.2.4.3 Número de conectores y su disposición.



El número de conectores requeridos entre la sección de máximo momento (positivo o

negativo) y la sección adyacente de momento nulo es igual a la fuerza horizontal (th*),

dividida entre la capacidad resistente del conector (Nc*):

Para momento positivo:

(1.18)

Donde:

nc → Número de conectores entre la sección de máximo momento y la adyacente de

momento nulo.

th* → Fuerza cortante que resiste la conexión en la zona de momento positivo.

Para momento negativo:

(1.19)

Donde:

thn* → Fuerza cortante que resiste la conexión en zona de momento negativo.

Los elementos de unión requeridos entre la sección de máximo momento (positivo o

negativo) y la sección adyacente de momento nulo, serán espaciados uniformemente,

considerándose en zonas de momentos positivos que el número de conectores situados

entre cualquier carga concentrada y la sección adyacente de momento nulo sea

suficiente para desarrollar el momento máximo requerido en la sección donde está

ubicada la carga concentrada y se determinarán:

´ · (1.20)

Donde:

Mc* → Momento actuante de cálculo en la sección de ubicación de la carga

concentrada.

Mum* → Momento último resistente de la viga metálica sola.

nc’→ número de conectores entre el punto de aplicación de la carga concentrada y la

sección de momento nulo adyacente.



Mmax* → Momento máximo positivo actuante de cálculo.

1.2.4.4 Especificaciones generales.

• Para resistir el levantamiento, la lámina de acero debe ser anclada a todos los

elementos soportantes a un espaciamiento no menor de 40 cm. Estos anclajes

pueden ser los propios pernos si se colocan inmediatamente después y se

sueldan a través de la lámina. También puede usarse la soldadura o ambos.

• El espaciamiento de los conectores no será mayor que 90 cm u ocho veces el

espesor total de la losa de trabajo conjunto.

• El espaciamiento mínimo entre pernos es seis veces su diámetro en el sentido

longitudinal de la viga y cuatro veces en el transversal. Si se usa lámina con

nervaduras perpendiculares es cuatro veces su diámetro en cualquier sentido.

• Para el caso de lámina con nervaduras paralelas y con hr mayor o igual que 40

mm, cuando haya más de una fila de pernos, el valor de Wr debe ser como

mínimo de 50 mm más cuatro diámetros de pernos por cada fila adicional.

• El perno puede ser soldado a través de un máximo de dos láminas en contacto,

siempre que el espesor de cada una, incluyendo el recubrimiento, no sea

superior a 1,7 mm.

• Cuando existe lámina de acero el perno debe sobresalir al menos en 38 mm por

encima de la parte superior de esta (Hs ≥ hr + 38 mm).

• La altura total del perno no debe ser menor que tres veces su diámetro y

comúnmente se encuentra entre 75 y 175 mm.

• El diámetro máximo a usar en el perno es 20 mm y si no está ubicado en el eje

del alma de la viga no debe exceder de 2,5 veces el espesor del ala superior.

• La distancia entre el extremo del perno y el borde del ala de la viga donde está

soldado no debe ser menor que 20 mm.

• Se garantizará un recubrimiento mínimo del conector de 20 mm en todas las

direcciones, en los tipos canal, pernos y tubos. En los conectores de ganchos

cerrados (asas) y ganchos abiertos, se garantizará un recubrimiento superior a

tres veces el diámetro de la barra de acero.



• Los conectores de los tipos canales (laminadas en caliente o conformadas en

frío) y anclajes (de gancho cerrados o abiertos) se dispondrán convenientemente

de acuerdo a la dirección de la fuerza cortante horizontal (th*), según se indica en

la figura 1.14 a, b, d y e. En el punto de máximo momento positivo, donde la

dirección de th* cambia, se invertirá la forma de colocación de los conectores.

• En todos los casos los conectores serán unidos al ala superior de la viga

metálica con cordones de soldadura continuos, que deben ser diseñados para

tomar una fuerza igual a la capacidad resistente de un conector, determinada

según.

1.2.5 Conclusiones parciales. Esta norma, a pesar que la única referencia normativa que existe en nuestro país, no

contiene especificaciones para el diseño de estructuras compuestas sometidas a

cargas dinámicas por lo que su utilización se centraría en edificios. Por este motivo se

analizará la norma AASHTO que si contiene estas especificaciones.

1.3 Criterios de diseño según la AASHTO. Esta norma está dividida en 13 secciones. Nuestro estudio se centrará en la sección 6

Estructuras de Acero donde aparecen reflejadas las especificaciones a tener en cuanta

en el diseño y revisión de las vigas metálicas que incluye como un caso especial las

vigas de sección mixta hormigón - acero.

1.3.1 Estados Límites 1.3.1.1 Disposiciones Generales El comportamiento estructural de los componentes de acero combinado con otros

materiales se deberá investigar para cada etapa que pueda resultar crítica durante la

construcción, manipulación, transporte y montaje, así como durante la vida de servicio

de la estructura de la cual forman parte.

Los elementos estructurales se deberán dimensionar de manera que satisfagan los

requisitos correspondientes a los estados límites de resistencia, evento extremo y

servicio.



1.3.1.2 Estado límite de servicio La intención de los requisitos para Estado Límite de Servicio es fundamentalmente

evitar deformaciones permanentes objetables que podrían ocurrir como resultado de la

fluencia localizada, ya que si las cargas de tráfico anticipadas son importantes estas

deformaciones podrían afectar la transitabilidad del puente.

1.3.1.2.1 Deformaciones elásticas Valores límites de flechas:

• Carga vehicular, general................................................ (1.21)

• Cargas vehiculares y/o peatonales................................

(1.22)

• Carga vehicular sobre voladizos.................................... (1.23)

• Cargas vehiculares y/o peatonales sobre voladizos...... (1.24)

Donde:

L → Luz de la viga (mm).

1.3.1.2.2 Deformaciones permanentes. 1.3.1.2.2.1 Disposiciones generales. Para los propósitos del presente artículo se deberá aplicar la combinación de cargas

para Estado Límite de Servicio II especificada en la Tabla 1.1.

Para los elementos provistos de conectores de corte en la totalidad de su longitud, las

tensiones de flexión provocadas por las cargas correspondientes al Estado Límite de

Servicio II aplicadas a la sección compuesta se pueden calcular usando la sección

compuesta a corto o largo plazo, según corresponda, suponiendo que el tablero de

hormigón es efectivo tanto para flexión positiva como para flexión negativa.

Tabla 3.1: Combinaciones de Cargas y Factores de Carga.

Fuente: Tomado de AASHTO del 2007.



1.3.1.2.2.2 Flexión Las alas deberán satisfacer los siguientes requisitos:

• Para el ala de acero superior de las secciones compuestas:

, · ·

(1.25)

• Para el ala de acero inferior de las secciones compuestas:

, · ·

(1.26)

Donde:

ff → Tensión en el ala en la sección considerada debida a la combinación de cargas

para Estado Límite de Servicio II calculada sin considerar la flexión lateral del ala (MPa).

fℓ → Tensión de flexión lateral del ala en la sección considerada debida a la

combinación de cargas para Estado Límite de Servicio II (MPa).

Rh → Factor de hibridez.

Fyf → Mínima resistencia a la fluencia especificada de un ala (MPa)



Para los elementos flexionales continuos se puede redistribuir un porcentaje calculado

del momento negativo debido a las cargas correspondientes al Estado Límite de

Servicio II en la sección considerada.

Para las secciones compuestas compactas en flexión positiva que se utilizan en las

construcciones con apuntalamiento, la tensión de compresión longitudinal en el tablero

de hormigón debida a las cargas correspondientes al Estado Límite de Servicio II,

determinada no deberá ser mayor que 0.6f’c.

Excepto para las secciones compuestas en flexión positiva en las cuales el alma

satisface el requisito del Artículo 6.10.2.1.1 de la norma AASHTO, todas las secciones

también deberán satisfacer el siguiente requisito:

(1.27)

Donde:

fc → Tensión en el ala de compresión en la sección considerada debida a la

combinación de cargas para Estado Límite de Servicio II calculada sin considerar la

flexión lateral del ala (MPa).

Fcrw → Resistencia nominal al pandeo flexional para almas con o sin rigidizadores

longitudinales, según corresponda (MPa).

1.3.1.3 Estado límite de resistencia. 1.3.1.3.1 Factores de resistencia.

Los factores de resistencia, , para el Estado Límite de Resistencia se deberán tomar

de la siguiente manera:

• Para flexión f = 1.00

• Para corte v = 1.00

• Para compresión axial, elementos sólo de acero c= 0.90

• Para compresión axial, elementos compuestos c= 0.90

• Para tracción, fractura en la sección neta u= 0.80

• Para tracción, fluencia en la sección bruta y= 0.95



• Para conectores de corte sc= 0.85

• Para bloque de corte bs= 0.80

1.3.1.3.2 Flexión. 1.3.1.3.2.1 Secciones compuestas en flexión positiva.

Las secciones compuestas que satisfacen los siguientes requisitos deberán ser

clasificadas como secciones compuestas compactas:

• Las resistencias mínimas a la fluencia especificadas de las alas no son mayores

que 485 MPa,

• El alma satisface los requisitos de proporciones de la misma

• La sección satisface el límite de esbeltez para el alma:

· , ·

(1.28)

Donde:

Dcp → Profundidad del alma comprimida cuando se produce el momento plástico (mm).

tw → Espesor del alma (mm). Fyc → Resistencia de fluencia del ala superior (MPa).

E → Módulo de elasticidad del acero (MPa).

1.3.1.3.2.2 Secciones compuestas en flexión negativa y secciones no compuestas.

Las secciones para las cuales:

• Las resistencias mínimas a la fluencia especificadas de las alas no son mayores

que 485 MPa,

• El alma satisface el límite de esbeltez correspondiente a sección no compacta:

· 5,7 · (1.29)

Donde:

Dc = Profundidad del alma comprimida en el rango elástico (mm).



Se podrán dimensionar de acuerdo con los requisitos para secciones de alma compacta

o no compacta.

1.3.1.4 Estado límite correspondiente a evento extremo. Se deberán investigar todas las combinaciones de cargas correspondientes a evento

extremo.

A excepción de los factores de resistencia para los bulones, todos los factores de

resistencia para el Estado Límite correspondiente a Evento Extremo se deberán tomar

iguales a 1.0.

1.3.2 Rigidez. Para el análisis de los elementos flexionales se deberán utilizar las siguientes

propiedades de rigidez:

• Para cargas aplicadas a secciones no compuestas: propiedades de rigidez de la

sección de acero solamente.

• Para cargas permanentes aplicadas en secciones compuestas: propiedades de

rigidez de la sección compuesta a largo plazo, suponiendo que el tablero de

hormigón es efectivo sobre la totalidad de la longitud del tramo.

• Para cargas transitorias aplicadas a secciones compuestas: propiedades de

rigidez de la sección compuesta a corto plazo, suponiendo que el tablero de

hormigón es efectivo sobre la totalidad de la longitud del tramo.

1.3.3 Tensiones en las alas y momentos flectores en los elementos. Para las verificaciones de diseño en que la resistencia a la flexión se basa en el pandeo

lateral torsional:

• La tensión fbu se deberá determinar como el mayor valor de la tensión de

compresión en el ala considerada en la totalidad de la longitud no arriostrada,

calculada sin considerar el pandeo lateral de las alas.

• El momento Mu se deberá determinar como el mayor valor del momento flector

respecto del eje mayor en la totalidad de la longitud no arriostrada que provoca

compresión en el ala considerada.



• La tensión fℓ se deberá determinar como el mayor valor de la tensión debida a

flexión lateral en la totalidad de la longitud no arriostrada en el ala considerada.

Los valores de fbu, Mu y fℓ se deberán determinar en base a las cargas mayoradas y se

deberán tomar con signo positivo en todas las ecuaciones de resistencia.

Las tensiones de flexión lateral en las alas con apoyo lateral continuo se deberán tomar

igual a cero. Las tensiones de flexión lateral en las alas con arriostramiento discreto se

deberán determinar mediante un análisis estructural. Todas las alas con arriostramiento

discreto deberán satisfacer:

0,6 · (1.30)

Donde:

Fyf → Mínima resistencia a la fluencia especificada de un ala (MPa) En las alas de compresión con arriostramiento discreto la tensión de flexión lateral de

las alas, fℓ, se puede determinar directamente a partir de un análisis elástico de primer

orden para lo cual:

, · · ·

(1.31)

o de forma equivalente:

, · · ·

(1.32)

Donde:

Cb → Modificador del gradiente de momentos.

fbm → Mayor valor de la tensión de compresión en el ala considerada en la totalidad de

la longitud no arriostrada, calculada sin considerar la flexión lateral de las alas (MPa).

fbm se deberá determinar en base a las cargas mayoradas.

Lb → Longitud no arriostrada (mm).



Lp → Longitud no arriostrada límite (mm).

Mbm → Mayor valor del momento flector respecto del eje mayor en la totalidad de la

longitud no arriostrada que provoca compresión en el ala considerada (N-mm). Mbm se

deberá determinar en base a las cargas mayoradas.

Myc → Momento de fluencia con respecto al ala de compresión.

Rb → Factor de balanceo de las cargas del alma.

Si no se satisfacen las Ecuaciones 1.31 o 1.32, según corresponda, se deberán

determinar las tensiones de flexión lateral elásticas de segundo orden en el ala de

compresión.

Las tensiones de flexión lateral de segundo orden en el ala de compresión se pueden

determinar amplificando los valores de primer orden de la siguiente manera:

, ·

(1.33)

o de manera equivalente:

,

·

·

(1.34)

Donde:

Fℓ1 → Tensión de flexión lateral de primer orden en el ala de compresión en la sección

considerada, o máxima tensión de flexión lateral de primer orden en el ala de

compresión considerada en la totalidad de la longitud no arriostrada, según

corresponda (MPa).

Fcr → Tensión de pandeo lateral torsional elástico para el ala considerada.

Sxc → Módulo resistente elástico de la sección respecto del eje mayor de la sección

hasta el ala de compresión, tomado como Myc / Fyc (mm3).

1.3.4 Mínima armadura para flexión negativa en el tablero de hormigón.



Donde la tensión de tracción longitudinal en el tablero de hormigón debida ya sea a las

cargas constructivas mayoradas o a la combinación de cargas para Estado Límite de

Servicio II de la Tabla 1 sea mayor que fr, la sección total de la armadura longitudinal

no deberá ser menor que 1 por ciento del área total de la sección transversal del tablero

de hormigón. fr se deberá tomar como el módulo de rotura del hormigón, y se deberá

tomar como el factor de resistencia apropiado para hormigón traccionado.

La armadura utilizada para satisfacer este requisito deberá tener una mínima resistencia

a la fluencia especificada mayor o igual que 400 MPa y su tamaño no debe ser mayor

que el de las barras No. 20 (63.5mm). La armadura requerida se debería colocar en dos

capas uniformemente distribuidas en el ancho del tablero, colocando dos tercios de la

armadura en la capa superior. La separación entre barras individuales no deberá ser

mayor que 300 mm.

Si en la región de momento negativo no se utilizan conectores de corte, toda la

armadura longitudinal se deberá prolongar hacia la región de momento positivo, más

allá de los conectores de corte adicionales, una distancia no menor que la longitud de

anclaje.

Especificando el uso de una cuantía del 1 por ciento con barras de tamaño no mayor

que el de las barras No. 20, una resistencia a la fluencia mayor o igual que 400 MPa, y

una separación no mayor que 300 mm se pretende controlar la fisuración del tablero de

hormigón.

1.3.5 Límites aplicables a las dimensiones de la sección transversal. 1.3.5.1 Proporciones del alma. 1.3.5.1.1 Almas sin rigidizadores longitudinales. Las almas se deberán dimensionar de manera que:

(1.35)

Donde:

D → Peralto del alma de la viga (mm).

1.3.5.1.2 Almas con rigidizadores longitudinales. Las almas se deberán dimensionar de manera que:



(1.36)

1.3.5.2 Proporciones de las alas. Las alas de compresión y tracción se deberán diseñar de manera que:

· ,

(1.37)

(1.38)

,

(1.39)

Donde:

Iyc → Momento de inercia del ala de compresión de la sección de acero respecto del eje

vertical en el plano del alma (mm4)

Iyt → Momento de inercia del ala de tracción de la sección de acero respecto del eje

vertical en el plano del alma (mm4).

bf → Ancho total del ala (mm).

tf → Espesor del ala (mm).

1.3.6 Conectores de corte. 1.3.6.1 Disposiciones generales. En las secciones compuestas se deberán proveer conectores de corte tipo perno o tipo

canal en la interfaz entre el tablero de hormigón y la sección de acero para resistir el

corte en la interfaz. Normalmente se deberán proveer conectores de corte en la

totalidad de la longitud de los puentes compuestos de un solo tramo.

En las regiones de flexión negativa se deberán proveer conectores de corte si se

considera que la armadura longitudinal forma parte de la sección compuesta. Caso

contrario no será necesario proveer conectores de corte en las regiones de flexión



negativa, pero se deberán colocar conectores adicionales en la región donde se

encuentran los puntos de contraflexión bajo carga permanente.

Cuando en las regiones de flexión negativa no se coloquen conectores de corte, la

armadura longitudinal se deberá prolongar hacia la región de flexión positiva.

1.3.6.2 Tipos. Los conectores de corte deberían ser de un tipo tal que permita compactar

adecuadamente el hormigón para garantizar que la totalidad de sus superficies estén en

contacto con el hormigón.

Los conectores deberán ser capaces de resistir movimientos tanto verticales como

horizontales entre el hormigón y el acero.

• La relación entre la altura y el diámetro de un conector de corte tipo perno no

deberá ser menor que 4.0.

• Los conectores de corte tipo canal deberán tener soldaduras de filetes de un

tamaño no menor que 5 mm a lo largo de las aristas del canal.

1.3.6.3 Separación de los conectores de corte en la dirección de la carga. La separación de los conectores de corte en la dirección de la carga, p, deberá

satisfacer:

· (1.40)

· (1.41)

Donde:

I → Momento de inercia de la sección compuesta a corto plazo (mm4).

n → Número de conectores de corte en una sección transversal.

p → Separación de los conectores de corte a lo largo del eje longitudinal (mm).

Q → Primer momento del área transformada a corto plazo del tablero de hormigón

respecto del eje neutro de la sección compuesta a corto plazo (mm3).

Vf → Rango de fuerzas de corte vertical bajo la combinación de cargas para Estado

Límite de Fatiga, tomando la sobrecarga de fatiga (N).

Zr → Resistencia a la fatiga por corte de un conector de corte individual (N).

Vsr → Rango de corte horizontal de fatiga por unidad de longitud (N/mm).



La separación entre los centros de los conectores de corte en la dirección de la carga

no deberá ser mayor que 600 mm ni menor que seis veces el diámetro del conector.

1.3.6.4 Separación transversal. Se deberán colocar conectores de corte transversalmente en el ala superior de la

sección de acero. La separación entre dichos conectores de corte podrá ser constante o

variable.

La separación entre centros de los conectores de corte tipo perno no deberá ser menor

que 4.0 diámetros del perno medidos en forma transversal al eje longitudinal del

elemento.

La distancia libre entre el borde del ala superior y el borde del conector de corte más

próximo no deberá ser menor que 25 mm.

1.3.6.5 Recubrimiento de hormigón y penetración. La profundidad libre del recubrimiento de hormigón sobre la parte superior de los

conectores de corte no debería ser menor que 50 mm. Los conectores de corte

deberían penetrar como mínimo 50 mm en el tablero de hormigón.

1.4 Conclusiones Parciales: La norma AASHTO incluye un pre-dimensionamiento. Profundiza más en aspectos

específicos a aplicar en puentes. Vale aclarar que consideran solo 2 tipos de

conectores mientras la NRMC-080:2004 considera 6 tipos diferentes. Dadas las

ventajas encontradas en el análisis comparativo entre estas nomas. La misma será la

utilizada en para el diseño del tablero la norma AASHTO, pues se considera más

completa y ajustada al caso de estudio.



Capítulo 2:¨Metodología de diseño de secciones compuestas de hormigón y acero¨. 2.1 Diseño de la losa de hormigón. Para el diseño debemos revisar 2 elementos fundamentales: la losa de hormigón que

conforma el tablero y la cabeza de compresión de la viga ante momentos positivos y la

viga de sección compuesta en sí misma. Para la losa el procedimiento de cálculo es el

siguiente:

2.1.1 Obtención de criterios de diseño.

• El espaciamiento de las vigas.

• El número de vigas.

• Recubrimiento superior e inferior.

• Resistencia a compresión del hormigón a los 28 días.

• Calidad del acero.

• Densidad del hormigón.

• Recapes por desgastes futuros.

• Propiedades del pretil.

• Las combinaciones de carga aplicables.

• Los factores de resistencia.

2.1.2 Determinación del espesor mínimo de la losa. A menos que el Propietario apruebe una altura menor, la altura de un tablero de

hormigón deberá ser mayor o igual que 175 mm.

2.1.3 Determinación del espesor mínimo del voladizo. La región del voladizo de la losa está obligada a ser diseñada para tener una resistencia

más grande que la resistencia real del pretil de hormigón.

El mínimo espesor de borde de los voladizos de tablero de hormigón se deberá tomar

como:

• Para voladizos de tablero de hormigón que soportan un sistema de postes

montados en el tablero: 200 mm

• Para sistemas de postes montados lateralmente: 300 mm



• Para voladizos de tablero de hormigón que soportan paramentos o barreras de

hormigón: 200 mm

2.1.4 Selección del espesor de la losa y del voladizo. Basado en el 2.1.2 y 2.1.3 y los criterios del cliente.

¿Se usará el Método de la franja Equivalente?

No → Otros métodos del diseño de la losa (No es objetivo de la presente tesis)

Sí → Ir al epígrafe 2.1.5.

2.1.5 Cálculo de los efectos de la carga muerta.

2.1.6 Cálculo de los efectos de la carga viva. Consideraciones a tener en cuenta:

• Incremento por carga dinámica.

El factor a aplicar a la carga estática se deberá tomar como: (1 + IM/100).

El incremento por carga dinámica no se aplicará a las cargas peatonales ni a la carga

del carril de diseño.

Tabla 1.1: Incremento por Carga Dinámica, IM.

Fuente: Tomado de AASHTO (2007).

• El factor de presencia múltiple.

Tabla 1.1: Factor de presencia múltiple (m).

Fuente: Tomado de AASHTO (2007).



• La tabla de la AASHTO para el cálculo de momentos por el método de la faja

equivalente.

2.1.7 Cálculo los momentos de diseño factorizados negativos y positivos. 2.1.8 Diseño del refuerzo para flexión positiva en la losa. El factor de resistencia para la flexión en la sección de hormigón armado es �= 0.9.

2.1.9 Revisión de la fisuración en presencia de flexión positiva. Generalmente, el refuerzo transversal de abajo es para el control de la fisuración.

Los elementos se deberán dimensionar de manera que en estado límite de servicio la

tensión de tracción en las armaduras de acero no pretensado no sea mayor que fsa:

, ·

(2.1)

Donde:

fsa → Tensión de fisuración (MPa).

fy → Resistencia de la viga (MPa).

d → Peralto efectivo de la losa (mm).

A →Área de hormigón que tiene el mismo baricentro que la armadura principal de

tracción y limitada por las superficies de la sección transversal y una recta paralela al

eje neutro, dividida por el número de barras o alambres (mm2); a los fines del cálculo el

espesor del recubrimiento libre de hormigón utilizado para calcular A no se deberá

tomar mayor que 50 mm.

Z →Parámetro relacionado con el ancho de fisura (N/mm)

El parámetro Z deberá ser menor o igual que 30.000 N/mm para elementos en

condiciones de exposición moderada, 23.000 N/mm para elementos en condiciones de

exposición severa, ó 17.500 N/mm para estructuras enterradas.

El valor de Z deberá ser menor o igual que 23.000 N/mm para el diseño transversal de

las vigas cajón de hormigón por segmentos para cualquier carga aplicada antes que el

hormigón alcance la totalidad de su resistencia nominal.

2.1.10 Diseño de la losa en presencia de flexión negativa.



El momento de carga viva negativa se calcula a la derecha y a la izquierda de cada viga

interior, y el valor extremo es aplicable para todas las secciones.

2.1.11 Revisión de la fisuración en presencia de flexión negativa. Generalmente, el refuerzo transversal de arriba es para el control de la fisuración.

2.1.12 Diseño a flexión de la losa en voladizo. Caso de diseño 1 El diseño del voladizo para fuerzas longitudinales para el Estado

Límite Correspondiente a Evento Extremo.

o Caso 1A revisar el refuerzo de la cara interior del pretil.

o Caso 1B revisar el refuerzo del diseño del voladizo.

o Caso 1C revisar el refuerzo del diseño para el 1er tramo del puente.

Caso de diseño 2 El diseño del voladizo para fuerzas verticales para el Estado Límite

Correspondiente a Evento Extremo.

Caso de diseño 3 Diseño del voladizo para cagas vivas y muertas. o Caso 3A revisar el refuerzo de diseño del voladizo.

o Caso 3B revisar el refuerzo de diseño del 1er tramo.

As (voladizo)= Área de refuerzo máxima de las 5.

As (voladizo) > As (losa)?

SÌ → Usar As (voladizo) en el voladizo.

NO → Usar As (losa) en el voladizo.

El acero de refuerzo del voladizo debe satisfacer los requisitos del voladizo y los

requisitos de la losa.

2.1.13 Revisión de la fisuración en el voladizo. Se revisa conforme el epígrafe 2.1.9.

2.1.14 Longitud de anclaje en el voladizo. Excepto en los apoyos de tramos simples y en los extremos libres de los voladizos, la

armadura se deberá prolongar más allá del punto en el cual ya no se la requiere para

resistir flexión en una distancia no menor que:

• La profundidad efectiva del elemento,

• 15 veces el diámetro nominal de la barra, o

• 1/20 de la luz libre del tramo



La longitud de anclaje en tracción no deberá ser menor que 300 mm, excepto para

empalmes solapados y el anclaje de la armadura de corte.

La longitud básica de anclaje en tracción, ℓdb, en mm, se deberá tomar como:

• Para barras No. 36 y menores , · ·

´ (2.2)

pero no menor que

, · ·

(2.3)

• Para barras No. 43 ·

´ (2.4)

• Para barras No. 57 ·

´ (2.5)

• Para alambre conformado , · ·

´ (2.6)

Donde:

Ab →sección de la barra o alambre (mm2)

fy →tensión de fluencia especificada de las barras de armadura (MPa)

f’c →resistencia a la compresión especificada del hormigón a 28 días, a menos que se

especifique una edad diferente (MPa)

db →diámetro de la barra o alambre (mm)

2.1.15 Longitud del total del acero en el voladizo.



Figura 2.1: Longitud del total del acero en el voladizo.

Fuente: Elaborado por el autor.

(2.7)

Donde:

ℓtv → Longitud total del voladizo (mm).

ℓa → Longitud de anclaje en el voladizo (mm).

ℓv → Longitud del voladizo (mm).

ℓv → Longitud del refuerzo negativo (mm). 2.1.16 Diseño y distribución del refuerzo longitudinal de abajo. En la parte inferior de las losas se deberá disponer armadura en la dirección

secundaria; esta armadura se deberá calcular como un porcentaje de la armadura

principal para momento positivo:

• Si la armadura principal es paralela al tráfico:

% (2.8)

• Si la armadura principal es perpendicular al tráfico:

% (2.9)

Donde:

S → Longitud de tramo efectiva (mm)



2.1.17 Diseño y distribución del refuerzo longitudinal de arriba. La armadura para contracción y temperatura se puede proveer en forma de barras,

malla de alambre soldada o tendones de pretensado.

Para el caso de las barras o malla de alambre soldada, el área de la armadura en cada

dirección deberá satisfacer:

(2.10)

Donde:

Ag → Área bruta de la sección (mm2)

fy → Tensión de fluencia especificada de las barras de armadura (MPa)

As → Área de acero de refuerzo (mm2).

El acero se deberá distribuir uniformemente en ambas caras; sin embargo, en los

elementos de 150 mm de espesor o menos, el acero se puede colocar en una sola

capa.

La separación de la armadura de contracción y temperatura no deberá ser mayor que

3,0 veces el espesor del componente ó 450 mm.

2.1.18 Diseño del refuerzo longitudinal sobre los apoyos. ¿Las vigas continuas de acero?

NO →Diseño del refuerzo longitudinal de las vigas simplemente apoyadas (No es

objetivo de la presente tesis)

SÍ →Para vigas continuas de acero, diseñe refuerzo longitudinal sobre los apoyos

El refuerzo longitudinal sobre los apoyos no puede ser menor del 1% del refuerzo total

de la losa, y usar barras de hasta 19 mm. En cualquier caso el espaciamiento de las

barras de acero no puede ser menor de 150mm.

2.1.19 Dibujar el esquema final del refuerzo de la losa.

2.2 Diseño de la viga de acero. 2.2.1 Obtención de criterios de diseño



Incluye criterios específicos del proyecto (como las distancias, la configuración de la

viga, el espaciamiento inicial de las vigas, propiedades del material, y el diseño de la

losa) y criterios del diseño de AASHTO (como los factores y combinaciones de cargas,

factores de resistencia, y Presencia de Múltiples Sobrecargas).

2.2.2 Selección la sección de la viga a analizar ¿Sección compuesta?

NO →Cálculo de las propiedades de la sección no compuesta (no es objetivo de la

presente tesis) SI → Ir al epígrafe 2.2.3.

2.2.3 Cálculo de las propiedades de la sección compuesta. Incluyen las siguientes consideraciones:

• La secuencia de carga.

• El ancho efectivo.

La longitud de tramo efectiva utilizada para calcular el ancho de ala efectivo se puede

tomar como la longitud real para tramos simplemente apoyados y como la distancia

entre los puntos de inflexión debidos a las cargas permanentes para tramos continuos,

según corresponda ya sea para momentos positivos o negativos.

Para las vigas interiores el ancho de ala efectivo se puede tomar como el menor valor

entre:

o Un cuarto de la longitud de tramo efectiva;

o 12,0 veces el espesor promedio de la losa, más el ancho del alma o el

semiancho del ala superior de la viga, cualquiera sea el valor que resulte mayor

o La separación promedio de las vigas adyacentes.

Para las vigas exteriores el ancho de ala efectivo se puede tomar como el semiancho

efectivo de la viga interior adyacente, más el menor valor entre:

o Un octavo de la longitud de tramo efectiva;



o 6,0 veces el espesor promedio de la losa, más el semiespesor del alma o un

cuarto del ancho del ala superior de la viga de base, cualquiera sea el valor que

resulte mayor

o El ancho del vuelo.

2.2.4 Cálculo de los efectos de la carga muerta. La viga debe ser diseñada para resistir los efectos de las cargas muertas, así como

también los otros efectos de carga. Los componentes de las cargas muertas consisten

en pesos muertos resistidos por la sección no compuesta, así como los otros pesos

muertos resistidos por la sección compuesta. Además, algunas cargas muertas son

factorizados con el factor de carga de DC y otras cargas muertas son factorizados con

el factor de carga DW.

2.2.5 Cálculo de los efectos de la carga viva. Incluyen las siguientes consideraciones:

• Incremento por carga dinámica

• Factor de distribución para la carga viva

2.2.6 Efectos de las combinaciones de carga. Incluye factores y combinaciones de carga para los estados límites de resistencia

servicio y fatiga.

Tabla 3.1: Combinaciones de Cargas y Factores de Carga



2.2.7 Comprobación de los límites de proporción de las vigas. Incluyen las siguientes consideraciones:

• Proporciones generales

• Proporción de las alas

Las alas de compresión y tracción se deberán diseñar de manera que:

· (2.11)

(2.12)

,

(2.13)

Donde:

bf → Ancho del ala. tf → Espesor del ala.



Iyc → momento de inercia del ala de compresión de la sección de acero respecto del eje


Iyt → momento de inercia del ala de tracción de la sección de acero respecto del eje


• Proporción del alma

Almas sin rigidizadores longitudinales

Las almas se deberán dimensionar de manera que:

(2.14)

Almas con rigidizadores longitudinales


(2.15) Donde:

D → Peralto del alma de la viga (mm).

Las proporciones de la sección son adecuadas?

NO→ Volver a 2.2.2 y redimensionar

SI → ¿Sección compuesta?

NO → Ir al epígrafe 2.2.9.

SI → Ir al epígrafe 2.2.8.

2.2.8 Cálculo del Momento plástico

2.2.9 Determinar si la sección es compacta o no compacta. Para que la sección sea compacta tiene que cumplir lo siguiente:

Para flexión positiva:

· ,

(2.16)



Para flexión negativa:

· ,

(2.17) Donde:

Dc → Profundidad del alma comprimida en el rango elástico (mm).

NO → 2.2.10 Diseño a flexión – estado límite de Resistencia (Resistencia a la flexión expresada en tensiones) SI → 2.2.10 Diseño a flexión – estado límite de Resistencia (Resistencia a la flexión expresada en momentos)

2.2.10 Diseño a flexión – estado límite de Resistencia (Resistencia a la flexión expresada en momentos)

2.2.11 Diseño a cortante. Incluyen las siguientes consideraciones:

• Cálculo de la rigidez de las vigas en paneles interiores y exteriores.

• Cálculo de la resistencia al esfuerzo cortante.

• Comprobar D / tw para el esfuerzo al corte.

• Comprobar la tensión de fatiga.

• Comprobar los requisitos de manipulación.

• Comprobar la resistencia nominal de esfuerzo al corte para constructibilidad.

¿Usar rigidizador transversal?

Si ninguno de los rigidizadores son usados, entonces la viga debe ser diseñada para el

esfuerzo al corte basado en el no uso de rigidizadores.

Si se va a emplear rigidizador transversal calcular según el epígrafe 2.2.12

2.2.12 Diseñar el Rigidizador transversal. El diseño incluye:

• Seleccione 1plancha o doble plancha.



• Cálculo del ancho, el momento de inercia, y el área.

• Comprobar requisitos de esbeltez.

, ·

(2.18)

, ·

(2.19)

Donde:

λrf = relación de esbeltez límite para un ala no compacta

λpf = relación de esbeltez límite para un ala compacta

• Comprobar requisitos de rigidez.

, · ·

(2.20)

· · (2.21)

Donde:

Lp → Longitud no arriostrada límite para alcanzar la resistencia nominal a flexión (mm).

Lr → Longitud no arriostrada límite para llegar al inicio de la fluencia nominal en

cualquiera de las alas bajo flexión uniforme considerando los efectos de las tensiones

residuales en el ala de compresión (mm).

• Comprobar requisitos de fuerza.

Alas con arriostramiento discreto solicitadas a compresión

En el Estado Límite de Resistencia se deberá satisfacer el siguiente requisito:

· ·

(2.22)

Donde:

f→ Factor de resistencia para flexión.



fbu → Tensión en el ala calculada sin considerar la flexión lateral del ala (MPa)

fℓ → Tensión de flexión lateral en el ala (MPa)

Fnc → Resistencia nominal a la flexión del ala de compresión (MPa)

Alas con arriostramiento discreto solicitadas a tracción


· ·

(2.23)

Donde:

Fnt → resistencia nominal a la flexión del ala (MPa).

Alas con apoyo lateral continuo solicitadas a tracción o compresión


· ·

(2.24) Donde:

Fyf → Mínima resistencia a la fluencia especificada de un ala (MPa)


2.2.13 Diseño a flexión – estado límite de fatiga y fractura. Verificar

• La carga de fatiga.

• La fatiga inducida por la carga.

• Los requisitos de fatiga por tramos.

• La fatiga inducida por distorsión.

• La fractura.

2.2.14 Diseño a flexión – estado límite de servicio. Calcular:

• Deflexión por la carga viva (opcional).



• Deflexión permanente.

2.2.15 Diseño a flexión – verificando la constructibilidad. Se verificará que la viga sea capaz de resistir las cargas siguientes:

• Peso propio viga.

• Encofrado de la losa.

• Losa de hormigón.

• Carga de construcción.

Esta revisión debe hacerse considerando que el hormigón no se ha endurecido y por

tanto no aporta a la resistencia de las cargas.

2.2.16 Verificación de los efectos del viento en las vigas. (Este efecto se estudia en otra tesis paralela)

¿Ya se revisó el diseño de las secciones a flexión positiva y negativa?


SI → ¿Todas las especificaciones fueron revisadas y el diseño de la viga es óptimo?


SI → Ir al epígrafe 2.2.17.

2.2.17 Dibujar el diseño final de la viga de acero

2.3 Conectores. 2.3.1 Cálculo del cortante rasante total Vh, entre los puntos de máximo momento

positivo y adyacente a los de 0 momento.

, · ´ · · (2.25)

o

· · · · · ·

(2.26) Donde:

D → Peralto de la viga (mm).

Se utiliza el menor de los dos valores obtenidos.



2.3.2 Cálculo de la fuerza horizontal total de esfuerzo al corte (Vh), para secciones compuestas de luces continuas, entre cada punto adyacente de 0.0 momento y el centerline de un apoyo interior.

· · ·

(2.27) o

· · · · · ·

(2.28) Donde:

Ar → Área de acero de la losa.

Fy → Resistencia del acero de refuerzo.


2.4 Conclusiones parciales: La metodología estudiada abarca todas las consideraciones a tener en cuenta para el

diseño de tableros mixtos. Verifica las propiedades físico-mecánicas y la geometría de

la sección. Además propone la revisión de los máximos de momento, tanto positivo

como negativo, y el cortante para el Estado Límite de Ultimo y verifica el

comportamiento en Estados límites de Servicio (Deformación y Fisuración).



Capítulo 3:¨Aplicación al caso de estudio del tablero del puente del Abra del Yumurí.¨ 3.1 Diseño de la losa de hormigón. 3.1.1 Obtención de criterios de diseño.

• El espaciamiento de las vigas. L = 3300mm(Ver anexo A1)

• El número de vigas. nv =4 vigas(Ver anexo A1)

• Recubrimiento superior e inferior. 40 mm

• Resistencia a compresión del hormigón a los 28 días. f'c=30MPa

• Calidad del acero. G-40 – 300MPa

• Densidad del hormigón. = 2400Kg/cm3

• Los factores de resistencia.

Losa: =0,9

Viga: =1

3.1.2 Determinación del espesor mínimo de la losa. Por predimensionamiento se propone una losa de 300 mm de espesor, cumpliendo con

el requerimiento de espesor mínimo que es de 175 mm. Tomamos este valor como

requerimiento del cliente por ser los planos del anexo A1 uno de los datos de partida.

3.1.3 Determinación del espesor mínimo del voladizo. Por predimensionamiemto se propone un espesor de 300 mm, cumpliendo con el

requerimiento de espesor mínimo para voladizos de tablero de hormigón que soportan

paramentos o barreras de hormigón: 200 mm.

3.1.4 Selección del espesor de la losa y del voladizo. Se utilizará en el diseño un espesor de 300 mm.

¿Se usará el Método de la franja Equivalente?

Sí → Ir al epígrafe 3.1.5.

3.1.5 Cálculo de los efectos de la carga muerta.



Los valores de esfuerzos actuantes se obtienen del anteproyecto y otras tesis que se

desarrollan paralelas al presente trabajo.

Tabla 3.1: Efectos de la carga muerta.


Carga

M+central

(Kg.m) M+

adyacente

(Kg.m) M-

apoyo

(Kg.m) M-

voladizo

(Kg.m)

PP 461 420 490 518

CP 227 207 242 256

3.1.6 Cálculo de los efectos de la carga viva. Tabla 3.2: Efectos de la carga viva.


Carga

M+central

(Kg.m) M+

adyacente

(Kg.m) M-

apoyo

(Kg.m) M-

voladizo

(Kg.m)

viva 5775 3300 4950 7500

Está incluido el efecto dinámico o de impacto en los vehículos que lo llevan.

3.1.7 Cálculo de los momentos de diseño factorizados negativos y positivos. Combinaciones de cargas:

1. , · , · (3.1)

2. , · , · (3.2)

3. , · , · , · (3.3)

4. , · , · (3.4)

Donde:

G → Efecto de las cargas muertas. (Kg.m)

Q → Efecto de la carga viva. (Kg.m)

W → Efecto del viento. (Kg.m)

La combinación más crítica es la 1.

Momentos factorizados:

, ·

, ·



, ·

, ·

3.1.8 Diseño del refuerzo para flexión positiva en la losa.

·, · · ´ ·

(3.5)

Donde:

a→ Bloque de compresión del hormigón (cm).

d → Peralto efectivo de la losa (cm).

M*u → Momento actuante (kN.cm).

→ Factor de resistencia para la flexión.

f´c →Resistencia a compresión del hormigón a los 28 días (kN.cm2).

b → Ancho de la franja de hormigón que trabaja conjuntamente con la viga (cm).

El área de refuerzo del acero se calcula como:

, · ´ · · (3.6)

Donde:

As → Área de acero de refuerzo (cm2).

fy → Tensión de fluencia especificada de las barras de armadura (kN.cm2).

De aquí se puede obtener el espaciamiento de las barras:

@ · (3.7)

Donde:

@→ Espaciamiento entre barras (cm).

Ab → Área de la barra del acero de refuerzo (cm2).

Para M+central=100,656 kN·m

d=25,2cm

El factor de resistencia para la flexión es = 0.9.

f´c=30Mpa

fy=300Mpa



b=1m=1000mm

16mm

Ab=1,99cm2

, ,· 10065,6

, · , · ·

,

, · ´ · ·

,

@·

@ ,

Para M+adyacente=60,324 kN·m

, ,· 6032,4

, · , · ·

,

, · ´ · ·

,

@·

@ ,

3.1.9 Revisión de la fisuración en presencia de flexión positiva.

, · (3.8)

Donde:

fsa → Tensión de fisuración.



A →Área de hormigón que tiene el mismo baricentro que la armadura principal de

tracción y limitada por las superficies de la sección transversal y una recta paralela al

eje neutro, dividida por el número de barras o alambres (mm2)

Z →parámetro relacionado con el ancho de fisura (N/mm)

El parámetro Z = 23.000 N/mm para elementos en condiciones de exposición severa. @ · · (3.9)

Donde:

ds → Distancia medida desde la fibra de hormigón más traccionada de la losa hasta el

centroide del acero de refuerzo (mm).

, · , ·

Para M+central=100,656 kN·m

@

, 207

Para M+adyacente=60,324 kN·m

@

, 207

3.1.10 Diseño de la losa en presencia de flexión negativa. Para M-

apoyo=87,99 kN·m

, ,· 8799

, · , · ·



,

, · ´ · ·

,

@·

@ ,

3.1.11 Revisión de la fisuración en presencia de flexión negativa. Para M-

apoyo=87,99 kN·m

@

, 207

3.1.12 Diseño a flexión de la losa en voladizo. Para M-

voladizo= 129,288 kN·m

, ,· 12928,8

, · , · ·

,

, · ´ · ·

,

@·

@ ,

3.1.13 Revisión de la fisuración en el voladizo.



Para M-voladizo= 129,288 kN·m

@

, 207

3.1.14 Longitud de anclaje en el voladizo. Excepto en los apoyos de tramos simples y en los extremos libres de los voladizos, la

armadura se deberá prolongar más allá del punto en el cual ya no se la requiere para

resistir flexión en una distancia no menor que:

• La profundidad efectiva del elemento = 25.2cm

La longitud de anclaje en tracción no deberá ser menor que 300 mm. La longitud básica

de anclaje en tracción, ℓdb, en mm, se deberá tomar como:

Para barras No. 36 y menores: , · ·

´ (3.10)

Pero no menor que:

, · · (3.11)

Donde:

ℓdb → Longitud básica de anclaje en tracción (mm).

db → Diámetro de la barra (mm).

, · ·´

, · ·√

,

, · · , · ·

Entonces:



3.1.15 Longitud del total del acero en el voladizo.

Imagen 3.1: Longitud del total del acero en el voladizo.


(3.12) Donde:

ℓtv → Longitud total del voladizo (mm).

ℓa → Longitud de anclaje en el voladizo (mm).

ℓv → Longitud del voladizo (mm).

ℓ- → Longitud del refuerzo negativo (mm).

3.1.16 Diseño y distribución del refuerzo longitudinal de abajo. Armadura principal es perpendicular al tráfico:



% (3.13)

Donde:

S →longitud de tramo efectiva (mm).

S=3050mm

. % 67%

Por lo que se toma el 67%.

, /

, · . . / 12@320mm

3.1.17 Diseño y distribución del refuerzo longitudinal de arriba.

(3.14)

Donde:

Ag →área bruta de la sección (mm2)

· (3.15)

Donde:

ts → Peralto de la losa (mm)

·

/

12@250mm

3.2 Diseño de la viga de acero. 3.2.1 Obtención de criterios de diseño



Incluye criterios específicos del proyecto que se toman del anexo A1 (como las

distancias, la configuración de la viga, el espaciamiento inicial de las vigas, propiedades

del material, y el diseño de la losa) y criterios del diseño de AASHTO (como los factores

y combinaciones de cargas, factores de resistencia, y Presencia de Múltiples

Sobrecargas).

3.2.2 Selección de la sección de la viga a analizar. ¿Sección compuesta?

SI → Ir al epígrafe 3.2.3

3.2.3 Cálculo de las propiedades de la sección compuesta. El ancho de ala efectivo se puede tomar como el menor valor entre:

o (3.16)

o · (3.17)

o (3.18) Donde:

S → Longitud de tramo efectiva transversal (mm).

le → Longitud de tramo efectiva longitudinal (mm).

bs → Ancho de ala efectivo (mm).

bc → Ancho del ala superior (mm).

· ·

Por lo que:

3.2.4 Cálculo los efectos de la carga muerta.



Los gráficos de esfuerzos de la carga muerta se representan en el anexo A2.

3.2.5 Cálculo los efectos de la carga viva. Los gráficos de esfuerzos de la carga viva se representan en el anexo A2.

3.2.6 Efectos de las combinaciones de carga. Los gráficos de las combinaciones de carga se representan en el anexo A2.

3.2.7 Comprobación de los límites de proporción de las vigas para la región de momento positivo.

Incluyen las siguientes consideraciones:

• Proporciones generales

• Proporción de las alas

Las alas de compresión y tracción se deberán diseñar de manera que:

· (3.19)

(3.20)

,

(3.21)

Donde:

bf → Ancho del ala (mm). tf → Espesor del ala (mm).

tw → Espesor del alma (mm). Iyc → momento de inercia del ala de compresión de la sección de acero respecto del eje




Iyt → momento de inercia del ala de tracción de la sección de acero respecto del eje


· ·, 12

Esta ecuación es para controlar las distorsiones que se pueden producir en las alas al

ser soldadas. Al no cumplirse la autora propone poner cepos en las mesas de

soldaduras.

, 500

,

,

• Proporción del alma

Almas con rigidizadores longitudinales


(3.22)

, 300



¿Las proporciones de la sección son adecuadas?

NO → Volver a 3.2.2 y redimensionar

SI → ¿Sección compuesta?

NO → Ir al epígrafe 3.2.9

SI → Ir al epígrafe 3.2.8

3.2.8 Cálculo del Momento plástico para la región de momento positivo.

Imagen 3.2: Cálculo de la capacidad del momento plástico para flexión positiva.




Losa:

f’c = 30MPa= 30 N/mm2

bs = 3050mm

ts = 300mm

, · ´ · · (3.23) Donde:

Ps → Fuerza provocada por la losa de hormigón.

, · / · · , Ala superior:

· · (3.24)

Donde:

Pc → Fuerza provocada por el ala superior.

Fyc → Resistencia de fluencia del ala superior.

tc → Espesor del ala superior.

Fyc = 345MPa= 345 N/mm2

bc = 500mm

tc = 20mm

/ · ·

Alma:

· · (3.25)

Donde:

Pw → Fuerza provocada por el alma.

Fyw → Resistencia de fluencia del alma.

/ · ·

Ala inferior:



· · (3.26)

Donde:

Pt → Fuerza provocada por el ala inferior.

Fyt → Resistencia de fluencia del ala inferior.

bt → Ancho del ala inferior.

tt → Espesor del ala inferior.

Fyt = 345MPa= 345 N/mm2

bt = 500mm

tt = 20mm

/ · ·

· (3.27)

Donde:

Y → Distancia desde la fibra más comprimida de la losa de hormigón hasta el eje

neutro.

·,

,

Fuerza de compresión:

ó , · ´ · · (3.28) Donde:

Compresión → Aporte a compresión de la sección (kN).

ó , · / · · , ,

Brazos:

(3.29)

(3.30)



(3.31)

, ,

, ,

,

, ··

· · · (3.32)

Donde:

Mp → Momento plástico de la sección.

, · ,·

· , · , · ,

, · , ·

3.2.9 Determinar si la sección es compacta o no compacta para la región de

momento positivo. Para que la sección sea compacta tiene que cumplir lo siguiente:

· , (3.33)

Donde:

Dcp → Profundidad del alma comprimida cuando se produce el momento plástico (mm).

E → Módulo de elasticidad del acero (MPa).

Porque la línea neutra está en la losa.



Por lo que la sección es compacta.

3.2.10 Diseño a flexión – estado límite de Resistencia, para la región de momento

positivo.

, · · (3.34)

Donde:

Mn → Resistencia nominal a la flexión de la sección.


(3.35)

Donde:

My → Momento de fluencia (kN. m).

MAD → Momento flector adicional que se debe aplicar a la sección compuesta a corto

plazo para provocar la fluencia nominal en cualquiera de las alas de acero (kN. m).

MD1 → Momento flector provocado por la carga permanente mayorada aplicada antes

que el tablero de hormigón se haya endurecido o se haya vuelto compuesto (kN. m).

MD2 → Momento flector provocado por la carga permanente mayorada que se aplica a

la sección compuesta a largo plazo (kN. m). (3.36)

Donde:

Fy → Mínima resistencia a la fluencia especificada del acero (MPa)

SNC → Módulo resistente elástico de la sección no compuesta (mm3)

SLT → Módulo resistente elástico de la sección compuesta a largo plazo (mm3)

SST → Módulo resistente elástico de la sección compuesta a corto plazo (mm3)

, · · ·

, · · , ·



Para el ala inferior:

(3.37)

Donde:

INC → Inercia de la sección no compuesta (mm3)

dinferior →Distancia del centroide de la sección a la fibra más traccionada del ala inferior

(mm)

∑ ∑ · (3.38) Donde:

I → Inercia del elemento (mm4).

A → Área del elemento (mm2).

d2 → Brazo del elemento (mm).

·

∑ ·∑ (3.39)

Donde:

ycentroidal → Altura del centroide de la sección con respecto al punto inferior de la misma

(mm).

(3.40)

,



·

Donde:

ILT → Inercia de la sección compuesta a largo plazo (mm4).

·

∑ ·∑ ,

,

,,

Donde:

IST → Inercia de la sección compuesta a corto plazo (mm4)

·

·

∑ ·∑ ,



,

,,

Resumen:

,

,

,

·

, · . , ,, ·

,

, · Para el ala superior:

dsuperior →Distancia del centroide de la sección a la fibra más comprimida del ala

superior (mm)

,

,

, ,

,



,,

, · ., ,

, ·

,

, ·

í ,

, ·

, · · , · · , ·

, ·

´ · ´ (3.41)

Donde:

D´ → Profundidad a la cual una sección compuesta alcanza su capacidad teórica de

momento plástico cuando la deformación máxima en el tablero de hormigón

corresponde a su deformación de aplastamiento teórica (mm)

Dp → distancia entre la cara superior del tablero de hormigón y el eje neutro de la

sección compuesta cuando se produce el momento plástico (mm)

´ ·,

(3.42)

Donde:



β → factor igual a dos veces el área del alma en base a Dn dividida por Afn que se

utiliza para calcular el factor de hibridez; factor que define la relación aproximada entre

Dp y Dt/7.5 para la cual una sección compuesta en flexión positiva llega a Mp.

d → Profundidad total de la sección de acero (mm).

´ , · ,

· ´ ·

,

244,8 905 Ok. · , · , · · ´ (3.43)

· , , · ,

, · , ,·

,

, ·

· , , ·

, · , , ·,

, ·

· (3.44) Donde:

Mr → Momento resistente de la sección (kN·mm).

→ Factor de resistencia a la flexión.

1 En secciones compuestas.

, · á ·



3.2.11 Diseño a flexión – estado límite de servicio para la región de momento positivo.

, · (3.45)

Donde:

ff → Tensión en el ala debida a las cargas correspondientes a la combinación de cargas

para Estado Límite de Servicio II sin considerar la flexión lateral del ala (MPa)

, · , ·

328

Flecha:

∆ á ∆ (3.46) Donde:

∆máxima → Mayor flecha debida a las cargas correspondientes a la combinación de

cargas para Estado Límite de Servicio II (mm).

∆admisible → Flecha admisible (mm).

∆ (3.47)

Donde:

L → Longitud de la viga (mm).

∆

∆ á 56

3.2.12 Diseño a flexión – verificando la constructibilidad para la región de momento positivo.



Verificación de la sección transversal para m+ m- y cortante para cargas de peso propio

de la losa y viga.

á (3.48)

Donde:

σ → Tensión máxima en la región de momento positivo (Mpa).

·,

,, 328

··

(3.49)

Donde:

V → Cortante máximo en etapa de construcción (kN).

S → Módulo de la sección de segundo orden del elemento (mm3).

τ → Tensión tangencial a la sección.

··

,, 328

3.2.13 Verificación de los efectos del viento en las vigas para la región de momento positivo.

(Este efecto se estudia en otra tesis paralela)

3.2.14 Comprobación de los límites de proporción de las vigas para la región de momento negativo.

, , (3.50)

Donde:

Iyc → Inercia respecto al eje vertical del ala superior de la sección metálica (mm4).

Iy → Inercia respecto al eje vertical de la sección metálica completa (mm4).

· ·



··

··

,

, 0,498 0,9

3.2.15 Cálculo del Momento plástico para la región de momento negativo.

Imagen 3.2: Cálculo de la capacidad del momento plástico para flexión negativa.


· (3.51)

Donde:

Prt → Fuerza plástica en la capa superior de armadura longitudinal del tablero usada

para calcular el momento plástico (kN).



. ·

· (3.52)

Donde:

Prb → Fuerza plástica en la capa inferior de armadura longitudinal del tablero usada

para calcular el momento plástico (kN).

. ·

· (3.53)

· ,

3.2.16 Determinar si la sección es compacta o no compacta para la región de

momento negativo.

· , (3.54)

Donde:

Dc → Profundidad del alma comprimida en el rango elástico (mm).

· · ,,



, , ,

, 137,24 Se cumple por lo que la sección es compacta. 3.2.17 Diseño a flexión – estado límite de servicio para la región de momento

negativo.

· · (3.55) Donde:

Fn → Resistencia nominal a la flexión de un ala (MPa).

Fcr → Tensión crítica de pandeo para placas (MPa).

Rb → Factor de balanceo de las cargas del alma. , ·

· · · (3.56)

(3.57)

, ·

· · · ,, 345

,

· · · · , ,

· · , , (3.58)

á (3.59)

, 291

3.2.18 Diseño a cortante máximo.

· (3.60)

Donde:

Vn → Resistencia nominal al corte (kN).



Vp → Fuerza de corte plástico (kN).

C → Relación entre la resistencia al pandeo por corte y la resistencia mínima a la

fluencia especificada para corte.

, · · · (3.61)

, · · · ,

, · · (3.62)

Donde:

k → Coeficiente de pandeo por corte para almas.

,·

· ,·

· ,,

,

Donde:

d0 → Separación entre rigidizadores transversales (mm).

· , · , ,

· · , , (3.63) Donde:

Vr → Resistencia al corte mayorada (N).

(3.43) Donde:

Vu → Corte debido a las cargas mayoradas (kN).

6127,8 3.3 Conectores



3.3.1 Cálculo del cortante rasante total Vh, entre los puntos de máximo momento positivo y adyacente a los de 0 momento.

, · ´ · · (3.64)

o

· · · · · · (3.65)

, · ´ · · , · · · ,

· · · · · ·


3.3.2 Cálculo de la fuerza horizontal total de esfuerzo al corte (Vh), para secciones compuestas de luces continuas, entre cada punto adyacente de 0.0 momento y el centerline de un apoyo interior.

· · · (3.66)

o

· · · · · · (3.67)

Donde:

Ar → Área de acero de la losa.

Fy → Resistencia del acero de refuerzo.

· · ·

· · · · · ·


3.4 Conclusiones parciales: La sección cumple con los requerimientos de diseño tanto para Estado Límite Último

como para Estado Límite de Servicio.



Se ve evidenciado el trabajo de la sección compuesta. En flexión positiva el núcleo de

compresión queda incluido en la losa de hormigón y la viga de acero queda

completamente traccionada aprovechando las características de cada material. En

flexión negativa el acero de refuerzo de la losa aporta una resistencia adicional a la

sección metálica, aumentando así la inercia y la rigidez de la sección.



Conclusiones:

• En el presente trabajo de diploma se ha realizado un estudio sobre las

metodologías de diseño de las secciones compuestas de hormigón y acero. Para

ello se partió de una profunda revisión bibliográfica de las metodologías

recogidas en la normativa nacional. La documentación existente sobre la

temática en la normativa cubana no resuelve los problemas específicos de las

secciones compuestas en puentes, donde las cargas móviles tienen una gran

importancia, quedando las metodologías propuestas, en el campo de acción de

las estructuras con cargas estáticas como pueden ser edificios y otras con

características similares. Es por ello que se revisa otra referencia de la normativa

internacional especializada en la temática de puente como es la norma AASHTO.

• La norma AASHTO incluye un pre-dimensionamiento. Profundiza más en

aspectos específicos a aplicar en puentes aunque vale aclarar que consideran

solo 2 tipos de conectores entre hormigón y acero, mientras la NRMC-080:2004

considera 6 tipos diferentes. Dadas las ventajas encontradas en el análisis

comparativo entre estas nomas se propone utilizar la misma para el diseño del

tablero, pues se considera más completa y ajustada al caso de estudio.

• En base a esta normativa se compendia una metodología de diseño paso a paso

abarcando todas las consideraciones a tener en cuenta para el diseño de

tableros mixtos. En la misma se verifican las propiedades físico-mecánicas y la

geometría de la sección. Además propone la revisión de los máximos de

momento, tanto positivo como negativo, y el cortante para el Estado Límite de

Último y verifica el comportamiento en Estado Límite de Servicio (Deformación y

Fisuración).

• Después de calcular con esta metodología el caso de estudio del Puente del

Abra del Yumurí se concluye que el mismo cumple con los requerimientos de

diseño tanto para Estado Límite Último como para Estado Límite de Servicio.

• Se ve evidenciado, en los cálculos, el trabajo de la sección compuesta. En flexión

positiva el núcleo de compresión queda incluido en la losa de hormigón y la viga

de acero queda completamente traccionada, aprovechando las características de



cada material. En flexión negativa el acero de refuerzo de la losa aporta una

resistencia adicional a la sección metálica, aumentando así la inercia y la rigidez

de la sección.

• Finalmente se puede concluir que la sección propuesta por el proyecto de ideas

conceptuales elaborado por la Empresa de Proyectos de Arquitectura e

Ingeniería, EMPAI, cumple con todos los requisitos y verificaciones necesarios

según la norma AASHTO del 2007.

Recomendaciones:

• Diseñar el tablero del puente sobre el Abra del Yumurí con la metodología de

diseño propuesta en la presente tesis y utilizar los resultados prácticos obtenidos

en el Capítulo 3.

• Proponer la introducción al diseño de las estructuras compuestas dentro de la

asignatura de estructuras metálicas en pregrado.

• Proponer al Comité Nacional de Normalización del MICONS la presente

metodología como parte de una norma ramal de estructuras compuestas para

puentes.

Referencias bibliográficas:

1. Ibañez, Miguel (1972). Estructuras mixtas de hormigon armado y acero en

edificios. Madrid : Dossat, S.A.

2. NRMC: 080:2004. Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón y acero con

vigas de alma llena sometidos a cargas estáticas. Código de buenas prácticas.

Ciudad de La Habana. Ministerio de la Construcción 2004.

3. AASHTO LRFD Brigde Desing Specifications. EUA. AASHTO.2007.



4. LRFD Design Example for Steel Girder Superstructure Bridge. Washington, DC

FHWA / National Highway Institute 2003.

5. Navarrete Bautista, Juan Carlos (2003). Secciones compuestas de acero-

concreto. (Método LRFD). México. 150h. Tesis en opción al título de Ingeniero

Civil. Instituto Politécnico Nacional.

6. Hatlee, Jonathan R (2009). The viability of steel-concrete composite girder

bridges with continuous profiled steel deck. EUA. 173h. Tesis en opción al título

de Master en Ciencias. University of Blacksburg, Virginia.

7. RPX-95. Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras.

Madrid. Ministerio de Fomento.

8. Texas department of transportation (2001). Bridge design manual. EUA.


Límites de conformidad de finos pasados por el tamiz 200. Influencia reológico-mecánica en la matriz del hormigón. Compliance limits passed through the sieve fine 200. Influence rheological-mechanical concrete matrix.

Ing. Lisandra Martínez Zamora Ingeniera civil Departamento de Construcciones de la Facultad de Ingenierías de la Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”. Cuba Teléfono 256782 DrC. Lic. Magali Torres Fuentes Licenciada en Química Profesor Titular Doctora en Ciencias Técnicas Departamento de Construcciones de la Facultad de Ingenierías de la Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”. Cuba Teléfono 256782 E-mail: [email protected] . Recibido: 12-06-13 Aceptado: 04-09-13

Resumen:

Con el propósito de obtener datos para una próxima revisión de la Norma Cubana 251 del

2005 en cuanto al contenido en finos calizos y arcillosos en arenas, se ha abordado un

proyecto de investigación bastante exhaustivo. Se presentan a continuación los resultados

de la influencia de diferentes contenidos de finos calizos y arcillosos en las propiedades

reológicas y mecánicas de los morteros. Previamente a estos trabajos experimentales se

realizó una prospección general de diferentes canteras, utilizando para los ensayos las

canteras: Canal, de la provincia de Cienfuegos y Antonio Maceo de Matanzas. Según los

resultados obtenidos el límite podrá elevarse hasta el 7 %, siempre que se garantice una

presencia de arcilla limitada por ensayos. Se contemplan como objetivo el estudio de la

idoneidad de las arenas calizas trituradas con relación a las naturales de yacimiento,

Lisandra Martínez Zamora, DrC. Magali Torres Fuentes. Límites de conformidad de finos pasados por el tamiz 200. Influencia reológico-mecánica en la matriz del hormigón.


determinando las prescripciones de la actual instrucción, estudios y correlación de los datos

de fiabilidad y uso con otras propiedades del material, estudio de los parámetros de

Equivalente de arena y Azul de Metileno. Además se evalúa los efectos que provoca en las

propiedades mecánicas de los morteros en función de su adherencia. Se confirma el

empleo de las arenas trituradas de Matanzas, lo cual constituye una fuente de ahorro

considerable por concepto de transportación. Se confirma que los productos con contenidos

de finos menores que el tamiz 200 libres de arcillas contribuye al incremento de las

propiedades reológicas, mecánicas y de durabilidad. Los resultados manifiestan no solo la

factibilidad sino las posibilidades de aplicación de los resultados obtenidos en este estudio.

Palabras Clave: Finos, Arcilla, Mortero, Equivalente de arena, Azul de Metileno.

Abstract: In order to obtain data for the next revision of the International Standard 251 of 2005

regarding the content in limestone and clayey fine sands, has undertaken a fairly

comprehensive research project. Given below the results of the influence of different

contents of fine limestone and clay in the rheological and mechanical properties of mortars.

Prior to these experimental studies, surveys were conducted generally in different quarries,

using trials quarries: Canal, in the province of Cienfuegos and Matanzas Antonio Maceo.

According to the results the limit may be raised to 7%, while ensuring limited presence by

testing clay. Are contemplated aimed at studying the suitability of crushed limestone sands

relative to natural reservoir, determining the requirements of the current instruction, studies

and correlation of data reliability and use with other material properties, study of the

parameters Sand Equivalent and Methylene blue. Besides evaluating the effects caused by

the mechanical properties of mortars based on their adherence. This confirms the use of

crushed sand of Matanzas, which is a considerable saving source transportation concept.

Confirmed that products with lower fines content that the screen 200 free of clays

contributes to increasing the rheological, mechanical and durability. The results not only

demonstrate the feasibility but the applicability of the results obtained in this study.

Keywords: Fine, Clay, Mortar, Sand equivalent, Methylene Blue.



Introducción: La historia del hormigón constituye un capítulo fundamental de la historia de la

construcción. Cuando el hombre optó por levantar edificaciones utilizando materiales

arcillosos o pétreos, surgió la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran unir

dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. Se idearon diversas

soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no

se degradasen fácilmente.

El hormigón es el material resultante de unir áridos con la pasta que se obtiene al añadir

agua a un conglomerante. El conglomerante puede ser cualquiera, pero cuando se refiere a

hormigón o mortero, generalmente es un cemento artificial y entre estos últimos, el más

importante y habitual es el cemento Portland.

Los áridos proceden de la desintegración natural o trituración artificial de rocas y según su

naturaleza reciben el nombre de áridos silíceos, calizos, graníticos, etc. Estos áridos se

incorporan al hormigón en distintas formas, fracciones, contenidos y composición

granulométrica. El árido superior a 5 mm se llama árido grueso o grava, mientras que el

inferior a 5 mm se llama árido fino o arena.

La pasta formada por cemento y agua es la que le confiere al hormigón su fraguado y

posterior endurecimiento, mientras que el árido es un material inerte sin participación en el

fraguado y endurecimiento. El cemento se hidrata en contacto con el agua, iniciándose

complejas reacciones químicas que lo convierten en un producto maleable con buenas

propiedades adherentes, que en el transcurso de unas horas, derivan en el fraguado y

endurecimiento progresivo de la mezcla, obteniéndose un material de consistencia pétrea.

Resulta imposible imaginar la industria de la construcción sin el recurso de utilizar

masivamente los áridos, primera materia prima consumida por el hombre después del agua.

El árido influye en la resistencia, la puesta en obra y la durabilidad. Tiene que ser estable

químicamente ante el cemento y el medio ambiente, por lo que no se puede discutir de

durabilidad dentro de las estructuras de hormigón sin aludir a la calidad de los agregados.

La durabilidad es la capacidad de las estructuras para soportar durante su vida útil para la

que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta y que

podrá llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las

cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural (RILEM, 1978).



La importancia de las características de los áridos en las propiedades del hormigón ha ido

creciendo exponencialmente en el tiempo: desde considerarlos como elementos inertes

dentro de una masa de cemento hidratado hasta el día de hoy, cuyas propiedades

determinan, por ejemplo, la auto-compacidad, la docilidad, el coeficiente de dilatación

térmica del hormigón, etc.

Originalmente, los áridos se vieron como compuestos inactivos, pues solo se empleaban

como elementos baratos que se mezclaban con las pastas de cemento para conseguir

mayor volumen de hormigón. Pero los áridos no son verdaderamente inertes, porque sus

propiedades físicas, térmicas y a veces químicas influyen en la formación de las

propiedades del hormigón. Según Neville (1996), los áridos no solo limitan la resistencia del

hormigón, sino que sus propiedades afectan de manera fundamental a la durabilidad, a la

estructura del hormigón y su estabilidad dimensional.

Los áridos es la materia prima que representa más del 50 por ciento de todos los recursos

minerales consumidos, son materiales indispensables para el sector de la construcción. Sus

usos son extremadamente variados comprendiendo la preparación de hormigones,

fabricación de aglomerantes asfálticos, balasto, sub.-balasto, diques, bases, sub.-bases y

rellenos. Esencialmente las arenas o agregado fino es aquel que es menor que el tamiz

ASTM No. 4 (4,76mm), es un material con partículas de forma redondeada en los áridos

naturales de rio o angulosas o cúbicas en los áridos triturados. Aunque los áridos naturales

han demostrado que requiere menos agua de mezclado, se logra con los áridos triturados

mayor adherencia y resistencia mecánica en las mezclas endurecidas. Estos tipos de

agregados finos causan un efecto mayor en las proporciones de la mezcla que el agregado

grueso. Los agregados finos tienen una mayor superficie específica y como la pasta tiene

que recubrir todas las superficies de los agregados, el recubrimiento de pasta en la mezcla

se verá afectado por la proporción en que se incluyan estos. Una óptima granulometría del

árido fino es determinante por su requerimiento de agua en los hormigones, más que por el

acomodamiento físico.

Entre las características de los áridos que influyen en la retracción del hormigón tenemos la

capacidad de estos para aminorar la retracción de la pasta y la configuración de la zona de

transición, que depende directamente de las características de los áridos y de las adiciones

minerales activas.



En el hormigón además de los áridos finos y gruesos, también se hace uso de otros tipos

de fracciones de áridos que pasan por el tamiz No. 200 bien sea porque están contenidos

en el árido grueso, el árido fino o en el propio cemento. Según Fernández, (1980), estos

tipos de áridos son conocidos como finos o fillers y su comportamiento en el hormigón es

distinto, no tan solo por el diámetro de las partículas, sino también por su composición

química y mineralógica.

Por lo que se define la situación problémica como: la Norma Cubana 251 del 2005 no

hace referencia a los métodos para conocer al contenido de finos calizos y arcillosos en

arenas pasados por el tamiz 200. Estos finos tienen una gran Influencia reológico-mecánica

en la matriz del hormigón, por lo que la inclusión en la norma de un procedimiento para

conocer su contenido y saber de qué manera influyen estos finos según su naturaleza

dentro de la matriz del hormigón influye en la calidad con que se elabora el hormigón en los

centros de producción.

El propósito del trabajo de diploma, permitirá estudiar la influencia de contenidos variables

de finos pasados por el tamiz 200, para así suministrar datos y propuestas relativas a la

modificación del contenido admisible de finos en las arenas que desea introducirse en la

NC-251: 2005

A partir de lo anterior se define el problema científico como: Determinación de los límites de conformidad de finos menores que el tamiz 200 inertes o

activos, esencialmente libre de arcilla, que contribuyen al incremento de las propiedades

reológicas-mecánicas de la matriz del hormigón.

El objeto de la investigación: los áridos presentes en la matriz del hormigón.

El campo de acción los fillers inertes o activos que están presentes en los áridos.

En correspondencia con el problema planteado y los análisis previos desarrollados se

define como hipótesis la siguiente: Si se determina los límites de conformidad de finos menores que el tamiz 200 inertes o

activos, esencialmente libre de arcilla, contribuirá al incremento de las propiedades

reológicas-mecánicas de la matriz del hormigón.

Se consideran las siguientes variables:

• Variable dependiente: Propiedades reológicas y mecánicas.



• Variables independientes: porcientos de fillers en la elaboración de morteros para

hormigones

Por lo que el objetivo general de la tesis es: Determinar los límites de conformidad en el contenido de finos pasados por el tamiz 200 y

su influencia en las propiedades reológicas y mecánicas en la matriz del hormigón.

De dicho objetivo general se derivan los siguientes objetivos específicos:

Estudiar el estado del conocimiento de los áridos finos y fillers para hormigón y su

normativa nacional e internacional.

Caracterizar los materiales utilizados en la elaboración de mortero tanto el cemento; los

áridos; y los fillers de los centros de producción analizados para evaluar la efectividad

de los áridos y el comportamiento de los finos menores que el tamiz 200 dentro de la

matriz del hormigón.

Evaluar las posibles combinaciones de fillers en los áridos para definir los límites de

conformidad en la matriz del hormigón logrando satisfactorios resultados en cuanto a

resistencia mecánica y durabilidad.

Por lo que las tareas a realizar son:

Estudio del estado del conocimiento de los áridos finos y fillers para hormigón y su

normativa nacional e internacional.

Caracterización de los materiales utilizados en la elaboración de mortero tanto el

cemento; los áridos; y los fillers de los centros de producción analizados para evaluar la

efectividad de los áridos y el comportamiento de los finos menores que el tamiz 200

dentro de la matriz del hormigón.

Evaluación de las posibles combinaciones de fillers en los áridos para definir los límites

de conformidad en la matriz del hormigón logrando satisfactorios resultados en cuanto a

resistencia mecánica y durabilidad.

El cumplimiento de los objetivos conduce al siguiente resultado: Determinación de los límites de conformidad de finos pasados por el tamiz 200, y su

influencia en las propiedades reológicas y mecánicas en la matriz del hormigón.

El trabajo encierra valor desde el punto de vista práctico, ya que permitirá establecer

métodos y criterios para la normativa cubana de áridos para hormigones contribuyendo al

enfoque sistémico que interviene en el proceso y propiciando la correcta toma de



decisiones para lograr eficiencia. Desde el punto de vista social el valor se manifiesta en

que el procedimiento empleado va a tener de manera directa una repercusión en el entorno

técnico-económico del personal que interviene directamente en el desarrollo de la

producción de hormigón en la provincia. El valor económico está determinado por la

optimización de los recursos materiales que intervienen en la elaboración de hormigón, el

tiempo y el capital humano. Los resultados alcanzados encierran valor metodológico al

conocerse una nueva forma de saber la presencia de finos arcillosos o no, y que porciento

está presente incluso después de lavados los áridos; donde existe la posibilidad de mejoras

económicas y la adaptación a los cambios técnicos. Los métodos de investigación utilizados en el desarrollo del trabajo serán determinados

por el objetivo general y las tareas de investigación previstas. A nivel reflexivo se empleará

el análisis síntesis y la evolución conceptual lógica; todos ellos de gran utilidad en el estudio

de fuentes de información (impresas y en formato digital), y el procesamiento de los

fundamentos científicos y de las disímiles apreciaciones de los autores a consultar.

La tesis está estructurada de la siguiente manera: resumen, introducción, tres capítulos,

conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas, y anexos.

En la introducción se caracteriza la situación problémica y se formaliza el protocolo de

investigación a desarrollar.

En el Capítulo I “Estudio del estado del arte sobre influencia de los finos en las propiedades

reológicas mecánicas en la matriz de hormigón”: se aporta una panorámica general sobre

el estado de actual de los requisitos de calidad de los áridos, su efecto en las propiedades

del hormigón fresco como endurecido, así como la influencia de los finos presentes en los áridos en la zona de interfase árido-pasta y se analiza la evolución de las normativas en

relación a los volúmenes de finos.

En el Capítulo II, Caracterización de los materiales a utilizar, a partir de técnicas de

ensayos para determinar sus propiedades mecánicas, físicas, geométricas y químicas.

Ensayos reológicos, mecánicos y de durabilidad en morteros para ser utilizados en

hormigones.

Por último, en el Capítulo III, Discusión de los resultados en morteros y la influencia que

tienen los diferentes tipos de finos en las propiedades reológicas y mecánicas dentro de la



matriz del hormigón, por último, definición de los límites de conformidad de los finos

pasados por el tamiz 200 teniendo en cuenta los resultados de los diferentes ensayos.

Capítulo 1: Estudio del estado del arte sobre influencia de los finos en las propiedades reológicas mecánicas en la matriz de hormigón. 1.1 Introducción. El hormigón es un material compuesto, en el cual existe una gran variabilidad en las

características de sus componentes, especialmente en los agregados pétreos. Siendo éstas

de carácter físico y químico, producen diferentes efectos, tanto en la trabajabilidad del

hormigón como en su comportamiento en estado endurecido, el cual regirá su vida de

servicio.

Es un material pétreo artificial que se obtiene de la mezcla, en determinadas proporciones,

de pasta y agregados minerales. La pasta se compone de cemento y agua, que al

endurecerse une a los agregados formando un conglomerado semejante a una roca debido

a la reacción química entre estos componentes. De acuerdo a Chan et al. 2003, para lograr

las mejores propiedades mecánicas, el hormigón debe contar con un esqueleto pétreo

empacado lo más densamente posible, y con la cantidad de pasta de cemento necesaria

para llenar los huecos que éste deje.

El esfuerzo que el hormigón puede resistir como material compuesto está determinado

principalmente, por las características del mortero (mezcla de cemento, arena y agua), de

los agregados gruesos y de la interfase entre éstos dos componentes. Debido a lo anterior,

morteros con diferentes calidades y agregados gruesos con diferentes características

(forma, textura, mineralogía, resistencia, etc.), pueden producir hormigones de distintas

resistencias (Özturan y Çeçen, 1997).

Los efectos de los áridos finos en el hormigón son muchos y muy variados, y han sido

comentados a lo largo de la evolución del hormigón por numerosos autores.

Los áridos finos ejercen en el hormigón una acción directa según las características propias

del mismo sobre su resistencia estructural, porosidad, elasticidad, dureza, tamaño, textura,

composición, constitución y las impurezas que pueda contener. De acuerdo a Fernández,

(2007), la acción indirecta dependerá de su granulometría, forma de las partículas y

compacidad, por el agua requerida para la trabajabilidad.



Los agregados son un componente dinámico dentro de la mezcla, aunque la variación en

sus características puede ocurrir también durante los procesos de explotación, manejo y

transporte. Y puesto que forman la mayor parte del volumen del material, se consideran

componentes críticos en el hormigón, y tienen un efecto significativo en el comportamiento

de las estructuras (Chan, 1993).

La necesidad de contar con un hormigón de calidad hace indispensable conocer a detalle

sus componentes, ya que tanto la resistencia como la durabilidad dependen de las

propiedades físicas y químicas de ellos, especialmente de los agregados. Sin embargo, de

acuerdo con Chan et al, 2003, uno de los problemas que generalmente encuentran los

ingenieros y los constructores al emplear el hormigón, es la poca verificación de las

características de los agregados pétreos que utilizan y la interfase árido-pasta, lo que

propicia con cierta frecuencia resultados diferentes a los esperados.

Los métodos de diseño de las mezclas a veces deben parecer empíricos y dan la impresión

de ser poco científico, pero nuestros cálculos son solo suposiciones, sin embargo mientras

mejor sea nuestro conocimiento en los diversos ingredientes más preciso pueden ser

nuestras suposiciones y poder alcanzar con lo que tenemos eficiencia y calidad en el

trabajo, aunque el proceso nunca puede volverse automático, tiene tanto de arte como de

ciencia.

1.2 Cemento Portland Los cementos portland se obtienen por molturación conjunta de clinker, una cantidad

adecuada de regulador de fraguado y eventualmente, hasta un cinco por ciento de

adiciones. Estas adiciones pueden ser una sola o varias entre escoria siderúrgica, puzolana

siderúrgica, puzolana natural, cenizas volantes, filler calizos y humo de sílice (Jiménez,

García y Morán, 2000).

1.2.1 Hidratación del cemento Portland. Durante el proceso de hidratación del cemento ocurre la formación de productos con

características de gel, acompañada de la liberación de grandes cantidades de Ca (OH)2

según las siguientes reacciones, representadas de forma idealizada:

2(3CaO·SiO2) + 7H2O → 3CaO·2SiO2·4H2O + 3Ca(OH)2 ΔH°< 0

2(2CaO·SiO2) + 5H2O → 3CaO·2SiO2·4H2O + Ca(OH)2 ΔH°< 0



Los productos de estas reacciones son conocidos bajo el nombre genérico de Silicatos de

Calcio Hidratados y presentan una estructura amorfa no estequiométrica representada

como (xCaO·ySiO2·zH2O) (Taylor, 1990).

El Ca(OH)2 no contribuye a la resistencia mecánica y puede ser extraído de la masa del

concreto en ciclos de humedecimientos y secado, dando como resultado que la porosidad

del concreto aumente, incrementando su permeabilidad y su susceptibilidad al ataque de

agentes químicos externos (Ramírez, 2008).

1.2.2 Durabilidad. Según Mehta y Monteiro, (1994). La durabilidad del Hormigón es la capacidad de resistir la

acción de la intemperie, ataques químicos, abrasión u otro cualquier proceso de deterioro.

Un hormigón durable conservará su forma original, calidad y capacidad de utilización

cuando esté expuesto al medio ambiente. Todavía ningún material es eternamente durable,

un mantenimiento de las estructuras siempre existirá.

En la tecnología de las estructuras de hormigón para obtener una mejor durabilidad se

trabaja con hormigones de alta resistencia que presenten una relación a/c reducida y baja

permeabilidad, controlando la reacción álcali- agregado, retracciones hidráulicas y plásticas.

Sin duda la permeabilidad es la principal propiedad frente a la durabilidad de los

hormigones .Las degradaciones químicas como la carbonatación, ataques por sulfatos o

cloruros son proporcionales a la permeabilidad del hormigón.

1.3 Definición de mortero. Los morteros se definen como mezclas de uno o más conglomerantes inorgánicos siendo el

principal el cemento. También se puede adicionar cal como segundo conglomerante para

aportar trabajabilidad y plasticidad. Otros componentes son los áridos silíceos, calizos; los

aditivos químicos que pueden ser aireantes, plastificantes, retenedores de agua,

hidrofugantes, retardantes y el agua (Revista técnica cemento hormigón, 2008).

Según (Salamanca, 2001) “Mortero en su definición más general es toda mezcla de

[cemento + arena + agua]. Puede tener función estructural o no tenerla. Los pañetes, por

ejemplo, no poseen función estructural. Los morteros usados en mampostería (pega o

relleno) o los usados para fundir elementos estructurales sí poseen tal función”.



Recibe el nombre de mortero, define (Menéndez, 1945) a la mezcla de materiales

aglomerantes e inertes amasados con suficientemente cantidad de agua para ser

laborables.

1.4. Propiedades físicas-mecánicas del mortero. En los morteros se van a reconocer dos etapas diferenciadas por su estado físico.

1.4.1. Estado fresco. Son las que lo hacen laborable y deformable bajo la acción de pequeños esfuerzos.

Determinan las condiciones de uso del mortero.

• Compacidad.

Una mayor compacidad no solo proporciona gran resistencia mecánica frente a esfuerzos,

impactos, desgaste, vibraciones, sino una mayor resistencia física a los efectos de la helada

y química frente a la acción agresiva de los agentes climatológicos. Lo anterior se

fundamenta ya que al contener una cantidad mínima de huecos o porosidades las vías de

penetración de los agentes exteriores también disminuyen. (Jiménez, 2000).

La compacidad según (Menéndez, 1945) es la propiedad que tienen los morteros para

acomodar las partículas en un volumen determinado, a medida que aumenta ésta logramos

morteros más compactos ya que de ella depende la resistencia e impermeabilización de los

mismos.

• Laborabilidad y consistencia. Un mortero laborable cubre o extiende fácilmente el material sobre el elemento, lo que logra

la máxima adherencia. Esto varía de acuerdo a los siguientes factores: cantidad de agua de

amasado, tamaño máximo del árido, granulometría; la docilidad aumenta con la cantidad de

cemento y contenido de fino (Jiménez, 2000).

La consistencia no es más que la deformación que alcanza el mortero fresco, se mide por

medio de la norma NC 170: 2002, que nos indica la fluidez necesaria para morteros de

albañilería.

• Capacidad de retención de agua y cantidad de agua. Todo mortero bien dosificado tiene la capacidad de retener la suficiente cantidad de agua

que necesita para hidratar las partículas de cemento y el árido que se encuentran presentes

con sus respectivas burbujas de aire en el interior de la partícula.



La resistencia e impermeabilización aumentan con la disminución del agua siempre que el

mortero se mantenga laborable. El agua en defecto reduce la adherencia y dificulta la

laboriosidad de la mezcla, en exceso el agua hace menos resistente e impermeable el

mortero y disminuye la adherencia por acumulación de agua en la superficie de contacto del

mortero con los otros materiales. Se debe emplear la arena que requiera el mínimo de agua

para una plasticidad determinada que son precisamente las que producen una máxima

compacidad. No se debe olvidar que el agua que necesita el cemento para el fenómeno

químico del fraguado es aproximadamente el 8% en peso siendo por tanto todo el resto, si

bien indispensable, para la laboriosidad y el mantenimiento de un grupo de humedades

perjudiciales en tanto al evaporarse dejará porosa la superficie del mortero. (Menéndez,

1945).

1.4.2. Estado endurecido. Cuando tiene la edad necesaria para adquirir resistencia mecánica.

• Resistencia mecánica. Una mayor resistencia en los morteros está dada por el incremento del contenido de

cemento y se hace notar un descenso de dicha resistencia con la adición de cal, arena y

agua según norma NC 175: 2002. Por lo que esta actividad va a depender

fundamentalmente del contenido y tipo del conglomerante, naturaleza y graduación de los

áridos, la relación agua/cemento, la compacidad, las condiciones de curado y aplicación.

La resistencia a compresión de los morteros plantea (Menéndez, 1945) dependerá también

del tiempo de fraguado o endurecimiento de cada adherente, siendo la cal más idónea para

aglomerar las partículas del material inerte por su lento fraguado permitiendo un mejor

acomodamiento de los elementos con que se encuentra en contacto.

Por tal razón se le adiciona cal a las morteros de cemento Portland que presentan un

fraguado rápido para aumentar su plasticidad volviéndolos más laborables para el operario.

• La retracción. Son unas series de contracciones que experimenta el hormigón lo que resulta en una

pérdida del volumen inicial durante el proceso de fraguado, al perder el agua sobrante de la

hidratación del mortero, ya sea por succión del material donde se coloca o mezcla, o por

evaporación por medio de la acción del aire o el viento. Esta última atenta con la



impermeabilidad del mortero por los poros y fisuras que se forman al evaporar el agua

necesaria para hidratar las partículas de cemento (Nilson, 1999).

• La absorción de agua, porosidad e impermeabilización. La absorción de agua afecta a los morteros expuestos a las inclemencias meteorológicas.

Si el mortero es permeable al agua transpira hasta el interior; originando la consiguiente

aparición de humedad por filtración. Además favorece al tránsito de partículas o

componentes no deseables para la durabilidad del elemento como por ejemplo, la aparición

de eflorescencia. (Revista técnica cemento hormigón, 2008).

La porosidad en los morteros es la propiedad que tiene de dejar huecos en su masa donde

se pueden alojar líquidos o gases, es lo contrario de la compacidad. Los líquidos o gases

pueden penetrar en esos huecos sin ayuda de una presión externa solo por capilaridad.

Cuando más pequeños y numerosos sean los huecos mayores será la tendencia a penetrar

los líquidos por capilaridad (Menéndez, 1945).

La permeabilidad de los morteros es la propiedad que tienen éstos de dejarse atravesar por

líquidos bajo la influencia de una diferencia de presiones entre las superficies que limitan el

material. Un alto grado de impermeabilización se obtiene con un mortero bien homogéneo,

compacto, con poca agua de amasado, una correcta granulometría y agregados pétreos de

altas densidades para evitar el agua en los poros. El exceso de agua conlleva a las fisuras

por retracción y porosidad por evaporación del agua sobrante. (Parker, 2008).

1.5 Influencia de los agregados pétreos en las propiedades del mortero estructural en estado fresco. La absorción es quizás la propiedad del agregado que más influye en la consistencia de la

matriz del hormigón, puesto que las partículas absorben agua directamente en la

mezcladora, disminuyendo la manejabilidad de la mezcla. Si dos tipos de agregados tienen

absorción similar, otros factores secundarios serán de importancia en la consistencia de la

mezcla, tales como forma, tamaño y graduación; ya que mientras mayor superficie del

agregado sea necesario cubrir con pasta, se tendrá menos fluidez. (Alaejos y Fernández

1996).

En el agregado fino hay dos elementos que deben ser considerados, por un lado el módulo

de finura (MF), y por el otro la continuidad en los tamaños, ya que algunas arenas pueden

tener módulos de finuras aceptables (entre 2.2 y 3.1) y carecer de alguna clase



granulométrica. Si consideramos únicamente el módulo de finura, pueden obtenerse dos

condiciones desfavorables: una de ellas existe cuando el módulo de finura es mayor a 3.1

(arena gruesa), en donde puede ocurrir que las mezclas sean poco trabajables, faltando

cohesión entre sus componentes y requiriendo mayores consumos de cemento para

mejorar su trabajabilidad; la otra condición es cuando el módulo de finura es menor a 2.2

(arena fina), en este caso puede ocurrir que los morteros sean pastosos y que haya

mayores consumos de cemento y agua para una resistencia determinada, y también una

mayor probabilidad que ocurran agrietamientos de tipo contracción por secado (Uribe

1991).

1.6 Influencia de los agregados pétreos en las propiedades del mortero estructural en estado endurecido. Frecuentemente la variación de la resistencia del mortero puede explicarse con el cambio

de la relación a/c, no obstante existe evidencia en la literatura que éste no siempre es el

caso. Además por consideraciones teóricas, independientemente de la relación a/c, las

características de las partículas del agregado tales como el tamaño, la forma, la textura de

la superficie y el tipo de mineral, influyen en las características de la zona de transición, y

por lo tanto, afectan la resistencia (Mehta y Monteiro 1998).

En cuanto a la interrelación mecánica entre la matriz y el agregado, la textura superficial de

éste es principalmente responsable de la adherencia. El árido producto de la trituración

produce una adherencia superior comparado con el árido de canto rodado; aunque en la

adherencia también tiene influencia la relación a/c que afecta tanto física como

químicamente la zona de interfase. (Özturan y Çeçen 1997).

Es conocido que a mayor porosidad mayor fuerza de adhesión, de manera que los

agregados con una mayor densidad y resistencia al desgaste presentan una menor

porosidad, y como consecuencia menor adherencia y cantidad de finos que pasan por la

malla N° 200 (Cerón et al. 1996).

1.7 Influencia de los agregados pétreos en la zona de interfase. Ante la aplicación de cargas, el micro agrietamiento se inicia generalmente en la zona de

interfase (ITZ) entre el agregado y la pasta de cemento que lo rodea; y posteriormente en el

momento de la falla ante el incremento de las cargas, el patrón de grietas siempre incluye a

la interfase; lo anterior subraya la importancia de esta zona. Por ello es necesario darle la



debida importancia a las propiedades y el comportamiento de la zona de interfase (Neville,

1999).

La zona de interfase tiene su propia microestructura. La superficie del agregado se cubre

con una capa de cristales orientados de Ca(OH)2, (hidróxido de calcio) con un espesor

aproximado de 0.5 μm, tras de ésta hay una capa de silicato de calcio hidratada, también de

aproximadamente 0.5 μm de espesor; estas capas son conocidas como la película doble.

Más alejada de los agregados está la zona de interfase principal de unos 50 μm de espesor,

conteniendo productos de hidratación del cemento con cristales más grandes de Ca(OH)2,

pero menores que los de cualquier cemento hidratado (Neville, 1997).

La zona de interfase no sólo existe en la superficie de las partículas del agregado grueso

sino también alrededor de las partículas de la arena, aquí el espesor de la zona de interfase

es más pequeña, pero la suma de las zonas individuales generan un volumen muy

considerable, al grado que el volumen total de la ITZ está entre un tercio y un medio del

volumen total de la pasta de cemento endurecida. La microestructura de la zona de

interfase es grandemente influenciada por la situación que existe en la cubierta final, en

esta zona las partículas de cemento son incapaces de unirse estrechamente con las

partículas relativamente grandes del agregado; en consecuencia, la pasta de cemento

endurecida en la zona de interfase tiene una porosidad mucho mayor que la pasta de

cemento endurecida más alejada de las partículas del agregado.

Según Cetin y Carrasquillo (1998), la diferencia entre los módulos de elasticidad del

agregado y de la pasta de cemento endurecido influye en la tensión en la interfase de los

dos materiales; una mejor conducta monolítica se logra cuando la diferencia entre los

módulos de elasticidad es baja. Bajo este contexto, es importante considerar la adherencia

entre el agregado y la pasta de cemento endurecida que lo rodea, reconociendo a la

interfase como un elemento de gran importancia en el modelo estructural del hormigón.

1.8 Definición de Reología. Con el desarrollo de los materiales de construcción artificiales y de otros productos que

deben presentar propiedades mecánicas definidas: se ha llegado a la necesidad de superar

las teorías "elásticas" o las propias de la "viscosidad", dado su carácter elemental. Se ha

tratado así de constituir una nueva rama de la ciencia que estudie el mecanismo de las

deformaciones de los materiales en la comprensión de su constitución íntima. Ella es la



Reología o ciencia de la fluencia y las deformaciones de la materia. A diferencia de la

Mecánica, que trata de los sistemas de puntos materiales y de cuerpos y sistemas de

cuerpos indeformables, la Reología estudia las deformaciones como consecuencia de los

movimientos relativos: de las partículas de un cuerpo, las unas con respecto a las otras, y

de acuerdo a las propiedades específicas de la materia que lo forma. El objetivo de la

Reología está restringido a la observación del comportamiento de materiales sometidos a

deformaciones muy sencillas. Por medio de la observación y del conocimiento del campo

de deformación aplicado, el reólogo puede en muchos casos desarrollar una relación

constitutiva o modelo matemático que permite obtener, en principio, las funciones de los

materiales o propiedades que caracterizan el material. (Reiner, 1955).

1.9 Sustancias dañinas (arcillas) El término arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:

-Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la

arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físico-químicas dependen de su

estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 0,2 mm).

-Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte

de los casos de origen detrítico (material suelto o sedimentos), con características bien

definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los

sedimentos con un tamaño de grano inferior a 0,2 mm.

Por tanto, el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas, sino también de

tamaño de partícula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un

tamaño de grano inferior a 0,2 mm. Según esto todos los filosilicatos (son un tipo de silicato

capaces de retener grandes cantidades de agua por absorción) pueden considerarse

verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños, incluso minerales

no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser

considerados partículas arcillosas cuando están incluidos en un sedimento arcilloso y sus

tamaños no superan las 0,2 mm. Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte

de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la

meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el

medio exógeno se hidrolizan (García y Suárez, sf).



1.9.1. Propiedades físico-químico de las arcillas. Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus

propiedades físico-químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

- Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 0,2 mm).

- Su morfología laminar (filosilicatos).

- Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la

presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.

Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del área

superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces

no saturados. Por ello pueden interaccionar con diversas sustancias, en especial

compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con

elevada proporción sólido/líquido y son capaces en algunos casos de hinchar, con el

desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas.

Por otra parte, la existencia de carga en las láminas se compensa, como ya se ha citado,

con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado

variable de hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en

contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la

conoce como capacidad de intercambio catiónico y es también la base de multitud de

aplicaciones industriales (García y Suárez, sf)

-Superficie específica

La superficie específica o área superficial de una arcilla se define como el área de la

superficie externa más el área de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las

partículas constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g. Las arcillas poseen una

elevada superficie específica, muy importante para ciertos usos industriales en los que la

interacción sólido-fluido depende directamente de esta propiedad.

-Capacidad de Intercambio catiónico

Es una propiedad fundamental de las esmectitas. Son capaces de cambiar, fácilmente, los

iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en

otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas

envolventes. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma



de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es

equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral.

A continuación se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio catiónico (en

meq/100 g):

Tabla 1.1. Capacidad de intercambio catiónico de las arcillas.

Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40

Illita: 10-50 Clorita: 10-50

Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200

Sepiolita-paligorskita: 20-35 Fuente: Tomada de (García y Suárez, sf)

-Capacidad de absorción

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los

absorbentes ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar

(esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita).

La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales

(superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que

difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de

procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una

interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas

adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa

y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua

de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.

-Hidratación e hinchamiento

La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades características de

las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque

hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo de catión de cambio

presente, el grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la

carga de la lámina.



La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de

las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la

atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que

se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que

predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el

proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras.

Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de

hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales

de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo

de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su

capacidad de hinchamiento será mucho más reducida.

-Plasticidad

Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una

envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el

deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas.

La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología

laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta

capacidad de hinchamiento.

Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los

índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites

marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de

un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso (Jiménez Salas, et al. , 1975).

La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran

información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de

la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de

la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En

gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de

perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta

su estructura, más plástico es el material.



1.10 Generalidades sobre las arenas de trituración. Las arenas de trituración también conocidas como arenas manufacturadas o artificiales, son

el producto de la trituración de rocas de cantera o canto rodado, que provienen de rocas

ígneas, sedimentarias y metamórficas. La producción de este tipo de agregado fino surge

de la necesidad de obtener arenas de composición mineralógica uniforme, granulometría

más controlada y con menor grado de material orgánico. También posee la característica de

ser un agregado fino formado de partículas angulosas que proporcionan mayor adherencia

en las mezclas de hormigón, favoreciendo el incremento de las resistencias iniciales y

finales. Por sus especiales características, las arenas de trituración han provocado que el

uso de las arenas naturales, se reduzca a ciertos tipos de trabajos. Esto se debe a que las

arenas naturales son de forma redondeada y lisas mejorando la trabajabilidad, pero su

adherencia es menor; con granulometría variable y diverso grado de contaminación

(Palencia, 1999)

1.11 Tratamiento Normativo. La principal causa de la limitación en el contenido de finos viene dado porque existen

algunas partículas no deseadas, como son las arcillas que se agrupan formando una

delgada capa sobre la superficie de los áridos, disminuyendo así su adherencia. Y como ya

se ha comentado en este mismo capítulo, la adherencia es uno de los factores más

influyentes en la resistencia.

Según González Martínez (1992), para que realmente sea perjudicial para la adherencia del

árido, las partículas tienen que encontrarse en gran cantidad y ser muy finas de manera que

exista una película impenetrable por el conglomerante durante la hidratación con el árido.

Las limitaciones impuestas al contenido de finos han sido matizadas con ensayos

específicos sobre los finos para determinar el contenido de arcilla (Azul de Metileno) o su

influencia (equivalente de arena).

1.11.1 Evolución. El redactado de una normativa en relación al hormigón, surge de la necesidad de garantizar

la seguridad de las personas y los bienes afectados por las obras de hormigón, y de

establecer prescripciones, con objeto de asegurar su funcionalidad.



Pero no es hasta la NC 251:2011 que se hace restricción en referencia a los ensayos que

determinen la cantidad de arcilla dentro de los áridos finos. Si bien la NC 251:2005 en su

artículo 1 sobre áridos, admite que puede emplearse arenas y rocas machacadas:

NOTA: “Los áridos que no cumplan con algunos de los requisitos establecidos en esta

norma se consideran NO CONFORMES. En este caso solo podrán comercializarse si

satisfacen las exigencias de los clientes atendiendo al uso para el que será destinados o si

existen experiencias de uso en casos similares para las categorías de hormigones exigidos

por los clientes que avalen el comportamiento idóneo de dichos áridos”

El artículo 4.2.3 se limitan los terrones de arcilla, según la NC 185:2002 pero sin hacer

referencia a la arcilla en polvo que puedan llevar los áridos finos. Se limitan los finos que

pasan por el tamiz 200 referente de la NC 200:2000 al 5% en peso para el árido fino. Como

se mencionó anteriormente referente al control de áridos para el hormigón se especifica que

el no cumplimiento de estos artículos es condición suficiente para calificar el árido como no

apto para fabricar hormigón.

El motivo por el que se decidió cambiar la normativa reside en los estudios de las actuales

tendencias internacionales al comportamiento de los finos libre de arcilla dentro de las

mezclas, debido que el problema recae en el por ciento de las mismas dentro del árido fino,

su presencia ya explicada anteriormente hace que sea necesario su estudio y correcta

evaluación.

Esta investigación avalada por el personal del Centro Técnico para el Desarrollo de los

Materiales para la Construcción (CTDMC) pretende confirmar la nueva modificación de la

norma cubana y que en hormigones el problema reside en otros factores que son los que

marcan la pérdida de resistencia. De aquí que surja la necesidad de modificar la NC

251:2005 en materia de finos, limitado su uso por el contenido de arcilla de los finos

menores que el tamiz 200, por eso se propone una condición que englobe ambos

conceptos, cantidad de finos y contenido de arcilla en ellos, por tanto este es el fundamento

de porque se decide variar la norma. Estudios realizados por Urreta, 2006 destacan que en

ausencia de arcilla la resistencia a la compresión no se ve perjudicada.

Como se observa en la Tabla 1.2 existe una pérdida importante de resistencia al aumentar

el contenido de arcilla, comparado con masas completamente limpias y con contenidos de



finos, entre el 10 y el 15 por ciento. Por tanto se deriva que el incremento de arcilla hace

caer en escalón las resistencias obtenidas.

Tabla 1.2 Pérdida de resistencia en función del porcentaje de contenido de arcilla.

Fuente: Tomada de Urreta (2006)

El control de las limpieza de las arenas, en la NC 251:2011, se ejerce por medio del

contenido en finos, el equivalente de arena y Azul de Metileno. Como ya se ha comentado,

uno de los ensayos que caracteriza el contenido arcilla es el Equivalente de Arena (EA)

(UNE-EN 933-8:2000). El objetivo del ensayo es determinar la fracción granulométrica

0,2mm o 0,4mm de los áridos finos y de la mezcla total de los áridos. Se fundamenta en

liberar de la muestra de ensayo los posibles recubrimientos de arcilla adheridos a las

partículas de arena mediante la adición de una solución floculante que favorece la

suspensión de las partículas finas sobre la arena, determinando su contenido respecto a las

partículas de mayor tamaño. Por tanto con este ensayo se puede determinar la proporción

de arcilla y el contenido de finos que existen en la muestra de arena.

Para Urreta, (2006), el problema de esta prueba índice es que podría permitir arenas con

moderados contenidos de finos y altas proporciones de arcilla, combinaciones que conduce

a bajos resultados

Para mitigar el efecto negativo del Equivalente de Arena en la normativa se combina con el

ensayo del Azul de Metileno (AM) UNE-EN 933-9:1999). El objeto de este ensayo es

determinar el valor de Azul de Metileno de la fracción granulométrica de los áridos finos o

de la mezcla total de los áridos. Se fundamenta en la adición de pequeñas dosis de

disolución de Azul de Metileno a una suspensión de la muestra de ensayo en agua,

comprobando la absorción de colorante por parte de la muestra y realizando una prueba de

coloración sobre papel de filtro.

Los ensayos realizados por Urreta (2006) muestran que es un ensayo con poca dispersión

y sensible al incremento de arcilla. Al incrementar los finos en cada nivel de arcilla, el Azul

Arcilla en la arena (%) Perdida de resistencia (%) 1 11 2 15 3 19 4 23



de Metileno requerido aumenta de una forma lineal. Combinando los resultados del AM con

los de resistencia se aprecia que un incremento de arcilla supone un decremento de

resistencia y un incremento de azul. Según Urreta (2006), por otra parte, dentro de un

mismo nivel de arcilla, un incremento de finos totales implica una disminución limitada de la

resistencia y un aumento de Azul de Metileno.

1.12 Conclusiones parciales 1. En la matriz del hormigón en estado fresco, se ha observado que las arcillas y los

finos favorece la compacidad y la trabajabilidad al reducir el nivel de espacios vacíos,

pero también hay que tener en cuenta que un aumento produce segregación,

aumenta la superficie específica y por tanto aumenta la relación agua- cemento.

2. En la matriz del hormigón en estado endurecido las partículas indeseables forman

una capa delgada sobre la superficie de los áridos que reduce la adherencia entre el

mortero y el árido. La resistencia a compresión disminuye al aumento de arcilla

porque se incrementa la relación a/c y el por ciento de espacios vacíos crece

exponencialmente.

3. En relación a la normativa y el estudio de la conformidad de la limpieza de las arenas

ha evolucionado hacia una restricción del contenido de arcilla en éstos con ensayos

como el Azul de Metileno y el Equivalente de Arena.

Capítulo 2: Materiales y métodos utilizados en la obtención de la matriz del hormigón con diferentes porcientos de fillers. 2.1 Introducción. Este capítulo tiene como objetivo aplicar el método experimental, como parte de los

métodos particulares empíricos de investigación científica para caracterizar áridos con alto

contenido de filler y morteros elaborados con estos áridos a través de la medición de

propiedades físicas y mecánicas. Se define las bases de los ensayos experimentales

realizadas en el CTDMC (Centro Técnico para el Desarrollo de los Materiales de la

Construcción) y las pruebas que se llevaron a cabo para la caracterización de los áridos

finos de los diferentes centros de producción, para confirmar el cumplimento de requisitos



de conformidad del contenido de fillers establecidos en las normas cubanas para áridos

finos y establecer los límites de utilización de estos últimos.

2.2 Materiales y métodos. La campaña experimental que se desarrolló en el presente trabajo de diploma pretendió

conseguir resultados válidos y significativos en la confirmación del comportamiento del

contenido de fillers establecidos en la NC 251: 2011, y el comportamiento de la matriz del

hormigón ante la presencia de arcilla de acuerdo a su relación con la adherencia entre la

interfase árido-pasta en el mortero estructural.

La tarea experimental comenzó con la caracterización de los materiales para determinar los

requisitos de conformidad de los finos.

Primero se realizará la caracterización de los materiales, comprobando los ensayos de la

nueva norma cubana.

2.3 Materiales: En el diseños de mortero con arena y filler de las cantera Canal de Cienfuegos y Coliseo de

Matanzas, el cemento utilizado fue el Portland 35 (P 350) proveniente de la planta de

cemento de Cienfuegos “Carlos Marx”.

La caracterización físico-química y mecánica abarcó:

-Análisis químico del cemento.

-Consistencia y tiempo de fraguado por aguja VICAT.

-La granulometría de las arenas.

-Material más fino que el tamiz 0,074mm.

-Equivalente arena.

-Azul de Metileno.

-El peso específico y absorción de agua de las arenas.

-Pesos volumétricos y el porciento de vacíos de las arenas.

-Consistencia del mortero en la mesa de sacudida.

-Flexión y compresión en mortero.

2.3.1 Cemento • Componentes del cemento P 350



El cemento Portland se obtiene de la pulverización del Clinker, el cual es producto de la

calcinación de materiales calcáreos y arcillosos. Está constituido por los siguientes

componentes: Silicato tricálcico o alita (C3S): el cual le confiere su resistencia inicial e influye

directamente en el fraguado con un alto calor de hidratación.

Silicato bicálcico o belita (C2S), el cual define la resistencia a largo plazo, de los

componentes es el que presenta más bajo calor de hidratación.

Aluminato tricálcico (C3A), es un catalizador en la reacción de los silicatos y

ocasiona un fraguado violento y gran retracción. Para retrasar este fenómeno es

preciso añadirle yeso durante la fabricación del cemento.

Ferrito aluminato tetracálcico (C4AF), gran velocidad de hidratación y tiene bajo

calor de hidratación.

2.3.2. Agua. El agua utilizada en la elaboración, amasado y curado de los morteros fue potable, libre de

aceites, materia orgánica y sustancias que pudiesen afectar el endurecimiento del mortero.

Su función principal según criterio del autor fue hidratar el cemento, pero también se usó

para mejorar la laborabilidad de la mezcla. Se agregó durante la elaboración de los

morteros agua en pequeñas cantidades cuidando que se cumpliese con parámetros como

la fluidez.

2.3.3. Áridos. En su mayoría, las rocas existentes en el territorio nacional son sedimentarias de origen

calizo, las que alcanzan más del 80% de nuestro suelo. La caliza es una roca que se forma

en los mares cálidos y poco profundos de las regiones tropicales por lo que predomina este

tipo de roca en nuestro país (Gayoso y Herrera, 2007).

Las calizas son rocas sedimentarias que contienen por lo menos 50% de minerales de

carbonato de calcio conocido como calcita (CaCO3) y dolomita (Ca Mg (CO3)2),

predominando la calcita, también puede contener pequeñas cantidades de minerales como

arcilla, hematita, siderita, cuarzo (Coordinación general de minería, 2005).

El material inerte utilizado fue arena y filler procedente de las canteras Canal de la Provincia

de Cienfuegos y Coliseo de la Provincia de Matanzas.



La arena de la cantera Canal utilizada presentó un porciento pasado mayor que el 90%

corresponde al tamiz N° 4 con una apertura de 4,76mm hasta llegar a las partículas más

finas de tamiz N° 100 de apertura de 0,149 mm con un 5 % de material pasado. Y la arena

de la cantera Coliseo, presentó un porciento pasado por el tamiz N° 4 de 95% y por el tamiz

N° 100 un 8 %.

Con el objetivo de conocer las propiedades fundamentales que rigen el buen

comportamiento de los áridos se le realizaron ensayos a través de la medición de sus

propiedades físicas y geométricas como lo indican las normas correspondientes.

2.4 Criterios de conformidad de los fillers. Para el estudio se tomaron muestra de las arenas del yacimiento de Canal de la provincia

de Cienfuegos y del centro de producción de Matanzas, específicamente el del municipio de

Coliseo. Las muestras estuvieron clasificadas de acuerdo a la metodología de desarrollo del

estudio.

Es también importante conocer el proceder de las arenas antes del proceso de limpieza y

comprender los efectos que trae consigo esta disminución de fillers en los áridos, y

demostrar que el contenido de finos menores que el tamiz 200 inertes o activos contribuyen

al incremento de las propiedades reológicas y mecánicas y al consumo de cemento

Pórtland en las mezclas de mortero y hormigones durables. El procedimiento de toma de

muestras fue en la Empresa de Hormigón Varadero después del proceso de lavado de la

arena. Sería también curioso conocer el comportamiento de los residuales que se obtienen

del proceso de lavado denominados por la comunidad “arcillas”, que aunque no se

producen en grandes cantidades, son productos que también pudieran ser comercializados

y buscar una aplicación para la sociedad. De estos residuales también se tomaron

muestras, para así poder introducirle el porciento de filler intencionalmente.

La investigación de la influencia de las partículas de finos menores que el tamiz 200 inertes

o activas, incluye el estudio cualitativo en el tiempo de las transformaciones que ocurren en

la pasta cemento–arena mediante los ensayos mecánicos realizados a morteros de calidad

con los áridos finos después del lavado, a diferentes edades (3, 7 y 28 días) y las

variaciones de resistencias que ocurre cuando muestras de estas pastas son sometidas a la

presencia intencional de partículas no deseadas. La metodología de preparación del

mortero según NC 173: 2002 Mortero endurecido, siendo las muestras de ensayo, prismas



de 40 x 40 x 160 mm. Se realizan dos amasadas por edad de cuatro series para cada

porciento de filler, obteniendo 48 probetas por cantera para ensayos mecánicos de flexión y

compresión.

Las pastas se realizaron con una dosificación de acuerdo a morteros de calidad (3:1), es

decir 1 500 gr de arena y 500 gr de cemento Portland.

De acuerdo al estudio acerca de las investigaciones de los ensayos de mortero, se partió en

comenzar a tantear el valor de la relación agua/cemento y compactación manual,

manteniendo constante la fluidez, entre valores de 100 - 110 mm para el ensayo mecánico

en la meza de fluidez (ASTM).

Los resultados obtenidos en estos morteros permiten evaluar la calidad de los áridos

utilizados en la provincia de Matanzas y definir los límites de conformidad de los fillers de

las propias canteras, uno producto de la trituración de la roca (Coliseo) y otro de origen

natural (Canal). Otra técnica a realizar son los nuevos ensayos de la norma cubana NC

251: 2011, Azul de Metileno y Equivalente de Arena como ya se ha explicado a lo largo del

desarrollo del presente trabajo de diploma, confrontando con los ensayos físicos de los

materiales que se aglutinan en el proceso reológico y mecánico de las mezclas.

2.5. Métodos utilizados. Los métodos utilizados fueron los métodos experimentales.

2.5.1 Análisis químico del cemento. - Fundamentos del método. Estos ensayos se efectuaron siguiendo los requerimientos normativos, al tratar

químicamente hasta obtener una valoración aproximada del contenido de los diferentes

óxidos y de los sulfatos. Los análisis químicos tienen como objetivo determinar la

composición mineralógica de la roca, lo que permite establecer su procedencia o

naturaleza, así como su clasificación.

Se permite determinar los contenidos porcentuales de SiO2; CaO; Al2O3; Fe2O3; MgO; SO3.

Estos compuestos se encuentran en forma de Alita, Belita, Aluminato Tricálcico y

Ferroaluminato Tetracálcico. Las normativa que regulan estos ensayos son la NC 180:2002

Partículas ligeras, NC 183:2002 Estabilidad a la acción de los sulfatos de sodio y magnesio



y la NC 185:2002 Impurezas orgánicas, basados en las recomendaciones de la norma

española UNE-EN 12620:2002.

2.5.1.1- Determinación de la consistencia normal y tiempo de fraguado por aguja Vicat. - Fundamentos del método. El método de ensayo consiste en la determinación de la consistencia normal y el tiempo de

fraguado inicial y final del cemento hidráulico mediante la aguja Vicat. Con este método se

determinó la cantidad de agua requerida para preparar la pasta de cemento hidráulico a

ensayar. La norma que se utilizó para el procedimiento fue NC 524: 2007.

- Preparación de la muestra. El procedimiento consistió en:

Se colocó en la amasadora la paleta y el recipiente, bien secos en la posición como para

mezclar.

Se puso toda el agua destilada de la mezcla en el recipiente.

Se le añadieron 650 g de cemento al agua y se dejó que absorbiera esta durante 30s.

Luego se mezcló en velocidad lenta (140 rpm) por 30 s.

Se detuvo la amasadora después de este tiempo por 15 s, y durante este tiempo se

raspó con la espátula, de modo que cualquier cantidad de pasta que quedó en las

paredes del recipiente se pudo incorporar a la mezcla.

Se mezcló de nuevo a velocidad rápida (285 rpm) por 1 min.

Rápidamente se formó una bola de la pasta de cemento con las manos enguantadas, se

lanzó 6 veces de una mano a la otra hasta que se produjo una masa esférica que pudo

ser introducida fácilmente en el anillo Vicat, por la parte más ancha sin demasiada

manipulación. Luego se colocó el anillo por su base mayor y se enrasó la pasta sin

presionar la misma.

- Procedimiento para determinar la consistencia. Rápidamente después se centró la pasta confinada en el anillo, que descansa en el plato,

bajo la barra. El extremo sumergible se puso en contacto con la superficie de la pasta y se

apretó el tornillo de fijación, se fijó el indicador movible en una lectura inicial y se liberó

rápidamente la barra.



- Procedimiento para determinar el tiempo de fraguado. Se mantuvo la muestra en la cámara o local húmedo durante 30 min después del moldeo

sin perturbarla, luego se determinó la penetración de la aguja de 1 mm en ese momento y

cada 15 min posteriores hasta que se obtuvo una penetración de 25 mm o menos (este es

el tiempo de fraguado inicial). El tiempo de fraguado final se determinó cuando la aguja no

se hundió visiblemente dentro de la pasta.

2.5.2. Propiedades geométricas del árido.

2.5.2.1- Determinación de la granulometría. - Fundamentos del método. El procedimiento consiste en la determinación de las fracciones granulométricas de la arena

de las canteras Canal y Coliseo por medio de un tamizado mecánico garantizando la

continuidad del movimiento de la muestra sobre la superficie del tamiz, como indica la

norma NC 178: 2002.

- Preparación de la muestra. La muestra se determinó por el sistema de cuarteo de una muestra representativa del

material a ensayar, en este caso arena de las canteras Canal y Coliseo.

El peso de la muestra una vez secado en la estufa a peso constante y a una temperatura de

105 a 110 °C fue de 500 g como lo indica el análisis granulométrico en la Tabla 2 de la

norma NC 178: 2002.

- Procedimiento para determinar la granulometría. Seguido de sacar la muestra de la estufa se dejó enfriar a temperatura ambiente. La arena,

definida como las partículas de dimensión 4,76 hasta 0,074 mm, se le realizó un proceso de

tamizado, en el cual se utilizó una serie de tamices de igual apertura que su granulometría.

Los tamices que se usaron fueron los de malla cuadrada de la serie ASTM que van desde

el N°4 – 4.76 mm hasta el N°200 – 0,074 mm, siendo la apertura de cada tamiz el doble de

la siguiente y mitad del anterior.

El tamizado se realizó en una tamizadora manual la cual somete a las partículas del

material ensayado a un movimiento lateral y vertical del tamiz, este movimiento también



incluye la acción de sacudida. La muestra se movió continuamente sobre la superficie del

tamiz.

Una vez tamizada la muestra se procedió a pesar el material retenido en cada tamiz por

medio de la balanza, cada cantidad de material retenido en los tamices cumplió las

especificaciones granulométricas de la norma NC 657: 2008 y NC 251: 2005.

2.5.2.2- Determinación del material más fino que el tamiz (No. 200). - Fundamentos del método. El ensayo consiste en lavar el material a ensayar en reiteradas ocasiones hasta que el agua

quede limpia y tamizar al mismo tiempo las partículas finas que pasan por el tamiz N°200 -

0,074 mm existentes en los áridos, como lo indica NC 181: 2002.

- Preparación de la muestra. La muestra se tomó con suficiente humedad para evitar la segregación y pérdida de las

partículas finas del agregado pétreo. Se secó en la estufa a peso constante por 24 horas a

una temperatura constante entre los 105 °C y 110 °C.

Se le realizó el sistema de cuarteo de una muestra representativa del material a ensayar, en

este caso, arena de la cantera Canal y Coliseo. El peso de la muestra seca en la estufa a

peso constante a una temperatura de 105 a 110 °C fue de 500 g como lo indica la Tabla 1

de la norma NC 181: 2002 determinación del material más fino que el tamiz de N°.200-

0,074 mm.

- Procedimiento. La muestra después de enfriarse a temperatura ambiente se colocó en un recipiente con

agua potable hasta cubrirla totalmente para proceder a mezclarla y agitarla con cuidado de

que no se produzcan pérdidas del árido ni de agua.

Una vez que se agitó la solución, las partículas finas se suspenden en la superficie del

recipiente, acto seguido se vertió el contenido en el tamiz N°200 desechando cualquier

partícula del material menor que 0,074 mm.

El procedimiento de lavado se repitió varias veces hasta que el agua en el recipiente estuvo

totalmente limpia y transparente. Después de lavado el material retenido en el tamiz N°200

se secó en la estufa a peso constante durante 24 horas a temperatura entre los 105 y 110

°C.



- Expresión de los resultados. La muestra inicial secada fue de 500 g, cuando se le realizó el proceso de lavado y

tamizado se volvió a pesar, se determinó la diferencia de peso entre las dos fases de la

muestra, se dividió entre el total y se multiplicó por cien. Se obtuvo el porciento de fino en la

muestra cómo se expresa en la fórmula siguiente:

100×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=a

baPf (2.1)

Leyenda: - Pf: Porcentaje de material que pasa por el tamiz de 0,074 mm (N°200). - a: Peso de la muestra original seca. - b: Peso de la muestra seca después de lavada.

2.5.2.3- Equivalente de arena. Este ensayo designado generalmente en Francia por sus iniciales E.S, procede de

California. El ensayo indica la proporción entre los elementos granulares y arcillosos de un

árido, es particularmente útil para analizar áridos con elevados contenidos de tamaños

inferiores a 0,074 mm. - Fundamentos del método. El ensayo consiste en liberar de la muestra de arena los posibles recubrimientos de arcilla

adheridos a las partículas de arena mediante la adición de una adición coagulante que

favorece la suspensión de las partículas finas sobre la arena, determinando su contenido

respecto a las partículas de mayor tamaño.

-Preparación de la muestra. Se le realizó el sistema de cuarteo de una muestra representativa del material a ensayar, en

este caso, arena de la cantera Canal y Coliseo. La muestra se tomó con suficiente

humedad para evitar la segregación y pérdida de las partículas finas del agregado pétreo.

La masa de del material seleccionado no fue menor a 700 g. Esta se pasó por el tamiz No 4

tomando la fracción más fina de este.

- Procedimiento. A cada probeta se le adicionó la solución lavadora de Cloruro de Calcio (que fue

previamente preparada) hasta que se alcanzó la maraca inferior de 10 cm, manteniendo las

probetas siempre en posición vertical.



Se golpeó varias veces la base de cada probeta sobre la palma de la mano, para desalojar

las burbujas de aire que pudieron estar dentro de ellas y favorecer el contacto total de la

disolución con la sub muestra. Luego se dejó reposar cada probeta durante 10 min; al pasar

este tiempo se tapó con un tapón de caucho y se fijó en la máquina de agitación para

comenzar a sacudir por 30 s, transcurrido este tiempo la probeta se volvió a colocar en la

mesa de ensayo en posición vertical. (Y así mismo con la segunda probeta).

Luego se quitó el tapón de caucho y se volvió a adicionar solución lavadora de cloruro de

calcio para terminar el proceso de lavado del árido.

Al terminar el proceso se mantuvo la probeta en posición vertical, dejando que la solución

lavadora realice su función para que favorezca la subida de los finos y los componentes

arcillosos. La probeta después de este proceso se colocó en el equipo y se le aplicó un

movimiento lento de rotación hasta que el nivel de líquido se aproximó a la marca superior

de la probeta (38 cm). Una vez que el tubo se retiró por completo se comenzó a medir el

tiempo de sedimentación. (Se repitió todo este proceso con la segunda probeta).

- Expresión de los resultados. A continuación se mide la altura total (h1) y la altura del depósito de arena (h2).

Por definición, se denomina equivalente arena a la expresión:

1

2100.hhSE ×= (2.2)

Figura 2.1 Esquema de ensayo. Fuente: Gayoso y Rosa, 2007. 2.5.2.4- Azul de Metileno. - Fundamentos del método. El ensayo consiste en determinar las propiedades de absorción de las arcillas y su

consiguiente efecto de colorante sobre las soluciones acuosas de Azul de Metileno; es decir



se evalúa de forma cuantitativa la presencia de arcilla en los áridos finos de la fracción de

0–0,2 mm.

-Preparación de la muestra. La muestra que se tomó fue superior a 200 g de acuerdo con la norma NC 885: 2012, la

cual se mantuvo húmeda durante su almacenamiento para así evitar la segregación del

agregado fino que se desea evaluar.

Antes de ser ensayada fue secada en estufa una sub muestra de 200 g de la fracción

granulométrica de 0–2 mm, hasta peso constante a una temperatura de 105 a 110 oC.

Una vez que estuvo seca la sub muestra se tamizó a través del tamiz de 2 mm, rechazando

lo que quede por encima.

Posteriormente se pesó la muestra y se anotó su masa, conservándola en el secador.

-Procedimiento de ensayo

• Se preparó la solución indicadora de Azul de Metileno.

• Se clasificó la muestra de árido fino pasado por el tamiz 200 (75 µ) y se secó en

estufa.

• Se pesó 200 g de la muestra y se secó nuevamente en estufa. Se mezcló, la muestra

seca de 200 g con 500 mL de agua, en un beaker hasta lograr su homogeneidad

durante 5 minutos.

• Se conectó a la mezcladora una bureta con 100 mL de la solución normal de Azul de

Metileno, introduciendo dentro del beaker, con la muestra de árido fino pasado por el

tamiz 200.

• Se añadió el Azul de Metileno de 5 en 5 mL goteando progresivamente las

variaciones sobre un papel de filtro para determinar la saturación de la muestra y

valorar el resultado del ensayo.

- Expresión de los resultados. El valor de Azul de Metileno es expresado en gramos de colorante por 1 000 gramos de la

fracción granulométrica analizada 0–2 mm y se calcula con la siguiente expresión:



10×=MVMB (2.3)

MB: Valor de Azul de Metileno, expresado en g/1000 g de muestra V: Volumen total de la solución de Azul de Metileno añadido, mL. M: Masa de la muestra, g. Nota: El valor 10 de la fórmula es la concentración de Azul de Metileno y tiene dimensión (g/L).

2.5.3. Propiedades físicas del árido

2.5.3.1 - Pesos específicos y absorción de agua. - Fundamentación del método. Se obtienen los pesos específicos y la absorción de agua por medio del pesaje de la arena

en estado seco y saturado en agua como indica la norma NC 186: 2 002.

- Preparación de la muestra. Se obtuvo mediante el sistema de cuarteo una muestra representativa de 1 000 g. Se secó

en la estufa a una temperatura mantenida de 105 a 110 °C hasta peso constante durante 24

horas, se sumergió en agua y se dejó por un período de otras 24 horas.

Se extendió la muestra en una superficie plana con el objetivo de disecar la superficie de la

partícula por medio de una plancha metálica caliente moderadamente, mientras se

zarandeó para que la disecación sea uniforme.

Esta disecación de la arena se le realizó hasta que las partículas fluyeron libremente sin

adherirse unas con otras. Para garantizar que no se adhirieran las partículas, se llenó el

molde cónico, ligeramente se apisonó 25 veces con la varilla de compactación y se levantó

el molde verticalmente. Se comprobó que la primera vez las partículas se adhirieron ente sí,

manteniendo el cono su forma original. Se le siguió realizando el proceso de secado hasta

que se volvió a ejecutar la prueba y las partículas se desmoronaron suavemente, dando

señal de que se secó superficialmente.

- Procedimiento. Se vertió la muestra preparada en un frasco de 500 mL y se le añadió agua destilada hasta

la marca de enrase. Para que se expulsaran todas las burbujas de aire en el interior del

grano se sometió la muestra a un baño de María y se mantuvo en ebullición por 2 horas

aproximadamente.



Seguidamente se enfrió la muestra a temperatura ambiente en agua por 1 hora

aproximadamente, transcurrido el tiempo se le añadió agua destilada hasta alcanzar la

marca de enrase y se determinó el peso total en la balanza.

La muestra se sacó del recipiente y se secó a peso constante en la estufa a una

temperatura mantenida de 105 a 110°C, luego se dejó enfriar a temperatura ambiente y se

pesó en la balanza.

- Expresión de los resultados.

1CBCAPEC++

= (2.4)

1CBCBPES−+

= (2.5)

1CACAPEA++

= (2.6)

100% ×−

=A

ABABS (2.7)

Leyenda: - PEC: Peso específico corriente. El peso específico de las partículas desecadas incluyendo en el volumen los poros accesibles al agua y los no accesibles. - PES: Peso específico saturado. El peso específico de las partículas saturadas de agua y con la superficie seca, incluyendo en el volumen los poros accesibles al agua y los no accesibles. - PEA: Peso específico aparente. El peso específico de las partículas desecadas incluyendo en el volumen sólo los poros inaccesibles al agua. - %ABS: Porciento de absorción de agua. - A: Peso en gramos de la muestra secada en la estufa. - B: Peso en gramos de la muestra saturada con superficie seca. - C: Peso en gramos del frasco lleno con agua. - C1: Peso en gramos del frasco con la muestra y agua hasta la marca del enrase. 2.5.3.2 - Determinación de los pesos volumétricos y porciento de vacío. - Fundamentación del método. La determinación del peso volumétrico se realizó mediante pesadas del material con un

recipiente calibrado de volumen conocido, según la norma NC 181: 2002.

- Preparación de la muestra de arena.



La muestra se secó en la estufa hasta peso constante a una temperatura mantenida de

105-110 °C por 24 horas.

- Procedimiento para determinar los pesos volumétrico, compactado y suelto. Determinación del peso compactado.

El recipiente se llenó en tres capas a una altura no mayor de 50 mm para evitar la

segregación de las partículas y en cada una se golpeó 25 veces con la varilla de

compactación.

Los golpes fueron esparcidos uniformemente en el interior de la superficie del recipiente y la

compactación en las capas solo fueron del espesor de la misma en cada una de las capas

correspondientes. Después se enrasó la superficie con la misma varilla de compactación en

un solo movimiento acelerado.

Determinación del peso suelto. Se llenó el recipiente hasta el colmo utilizando una cuchara a una altura no mayor de 50

mm para evitar la segregación de las partículas. Luego se enrasó la superficie con la varilla

de compactación sin que se hiciera girar la misma.

- Expresión de los resultados. Se obtuvo mediante el pesado: el PMS (peso del material suelto) y el PMC (peso del

material compacto). Para obtener el peso volumétrico (suelto y compacto) se le sustrae a

los PMS y PMC la tara del recipiente que es de 2583 g y se divide por el volumen conocido

del recipiente calibrado que es de 2900 mL a 23.5 oC.

− Determinación del porcentaje de vacíos según NC 177: 2002.

100% ×−

=PEC

PUCPECPV (2.8)

Leyenda: -PV= Porciento de vacíos - PEC= Peso específico corriente - PUC= Peso unitario compacto. 2.5.4 Propiedades mecánicas. 2.5.4.1. Mortero fresco. • Determinación de la consistencia en la mesa de sacudidas.



- Procedimiento. La consistencia se estableció midiendo la extensión del diámetro en una muestra de

mortero fresco moldeado en un molde de tronco cónico de dimensiones especificadas en la

NC 170: 2002 cuando la mesa de sacudida se elevó a una altura de 12,7 mm, dando 25

golpes en 15 s mediante un mecanismo girando la manivela con una velocidad constante.

- Preparación del mortero fresco. Se colocaron los materiales en la amasadora según la dosificación deseada y con el

volumen suficiente para llenar la muestra de tres briquetas.

Estas se mezclaron en seco para ser más homogénea la colada, luego se le agregó el agua

hasta que la mezcla llegó a la consistencia deseada en la mesa de fluidez y se continúa el

mezclado por otros 120 s.

Este paso es el más importante a consideración del autor, pues la adición de agua es la que

va a regular la fluidez del mortero y a garantizar la mínima relación agua-cemento.

Los morteros deben cumplir con una condición normada NC 175: 2002 en cuanto a la

resistencia, pero su posición de ser fluidos le da la posibilidad al mortero de ser más

compacto y a su vez lograr con esto ser lo más impermeable posible, lo que se resume en

tener una mayor durabilidad.

Se dice que ser fluidos es aconsejable, pero demasiada fluidez atenta con la consistencia

provocando la desagregación de las partículas áridas y la pérdida de adherencia por estar

recubiertas estas películas, del agua sobrante en la dosificación impidiendo la adherencia

del mortero con la superficie en contacto.

Cuando se vertió el agua se le agregó menos cantidad según criterio del autor para no

exceder la dosis ya que cada tipo de material pétreo en este caso arena y filler de las

respectivas canteras Canal y Coliseo tienen un porciento de porosidad que le permite

retener agua NC 186: 2 002. Se le adicionó pequeñas porciones de agua a consideración

del autor en el transcurso del tiempo de mezclado inicial de 120 s. Se le realizó el ensayo

de fluidez a la colada a medida que se le adicionó el agua hasta que se obtuvieron los

valores deseados, quedando conforme con la norma NC 170: 2002.

- Determinación de la consistencia.



Para comenzar el ensayo tanto la superficie de la mesa de sacudida como el molde de

tronco cónico se limpió con un paño húmedo y el equipo se accionó no menos de 10 veces

para asegurarnos que fueran uniformes los golpes que posteriormente se realizaron.

El molde de tronco cónico se situó en el centro de la mesa de sacudida y se rellenó hasta la

mitad de su capacidad, se compactó accionando 20 golpes y sujetando el recipiente, luego

se enrasó la superficie con una regla metálica y se volvió a compactar por medio del pisón y

con 20 golpes uniformes sujetando el recipiente. El molde previamente limpio y engrasado

para evitar que la porción de material en su interior se adhiera a él, se levantó con un

movimiento acelerado.

La mesa de sacudida se dejó caer a una altura de 12,7 mm por 25 veces en un período de

15 s aproximadamente por medio de la manivela con un movimiento uniforme. El diámetro

del mortero extendido sobre el disco de la mesa de sacudida se midió en milímetros,

tomando cuatro de los valores que ofreció la plantilla graduada sobre el disco de la mesa de

sacudida y promediándolo se obtuvo el resultado de la fluidez de la muestra.

- Expresión de los resultados. El valor final de la consistencia se determinó como la media de los tres valores parciales

obtenidos en la mesa de sacudida.

( )

4

3

14321∑

=+++

= ndddd

Fluidez (2.9)

Leyenda: - d1, d2, d3, d4= Diámetros del mortero esparcido. 2.5.4.2. Mortero endurecido. • Determinación de la resistencia a flexión y compresión. - Procedimiento. Se realizó la rotura a flexión de la briqueta por la acción de una carga concentrada.

Esta briqueta rompió en dos mitades las cuales se ensayaron a compresión sobre las caras

laterales del mortero de (40x40) mm según NC 54-207:1980 y NC 506: 2007.

- Amasado del mortero. A los materiales componentes del mortero, arena, filler procedentes de las respectivas

canteras y cemento, se les realizaron la dosificación volumétrica y gravimétrica por medio



del pesado con la balanza. Inmediatamente se vertieron el material inerte y el cementante

en estado seco en el recipiente de mezclado, se batieron por 30 s a una velocidad media

para homogenizar la mezcla.

Después se agregaron una porción de agua suficiente para hidratar las partículas del

conglomerante y garantizar la fluidez del mortero. Se mezclaron por 120 s y se le agregaron

pequeñas porciones de agua adicionales en dependencia de los resultados de la

consistencia en la mesa de sacudida en no más de cuatro ocasiones por mezclado de

iguales características.

- Compactación. Se colocó el molde en la plataforma de compactación, se ajustó la tolva y se llenó a su

media capacidad para proceder con 60 golpes. Luego se llenó hasta el tope garantizando

un rebozo para su posterior compactado, nuevamente con 60 golpes.

- Enmoldado. El molde se encontraba limpio, estanco, sus partes bien fijas unas con otras y antes de

verter la colada se recubrió con una capa fina de grasa para asegurar el fácil

desprendimiento del mortero. Una vez que se realizó el proceso de compactación se retiró

la tolva y se enrasó el molde con una regla metálica.

- Conservación de la probeta. Después de confeccionadas las briquetas se conservaron en los moldes por un período de

tiempo de 24 horas, las mismas estuvieron exentas de golpes o vibraciones que afectaran

los resultados de su rotura. Transcurridas las 24 horas se desmoldaron y se conservaron en

la cámara de curado.

- Determinación de la resistencia a flexión. El aditamento que se colocó en la prensa donde se realizó la rotura a flexión consta de tres

cilindros de acero de 10 mm de diámetro, los dos primeros son los encargados de sostener

la probeta encontrándose en un mismo plano y paralelos entre sí a la distancia de 100 mm,

el tercero fue el que, mediante una carga apoyándose en el lado opuesto a los dos

primeros, rompió en dos mitades a la briqueta de mortero.

Esta probeta sólo fue capaz de asimilar la carga a flexión, descartando la posibilidad de

torsiones en la misma por la acción de mecanismos entre los cilindros de carga y soporte.



La briqueta se colocó sobre los cilindros de soporte, quedando su eje longitudinal

perpendicular a los ejes de estos y con respecto al cilindro de carga, el eje transversal de la

briqueta quedó paralelo y en el mismo plano que el del tercer cilindro.

- Expresión de los resultados a flexión. La carga fue aplicada verticalmente por el cilindro de carga sobre la cara opuesta de la

briqueta, quedando representada por la fórmula de acuerdo con la norma NC 506: 2007:

35,1

blFtRf ××

= (2.10)

Leyenda: - Rf= Resistencia a flexión (N/mm²) (MPa), 1 N/mm2 = 1MPa. - Ft= Carga aplicada en el medio del prisma en la rotura (N). - I= Distancia entre soportes (mm). - b= Lado de la sección cuadrada del prisma (mm). - Determinación de la resistencia a compresión. Una vez concluido con el ensayo a flexión con cada una de las mitades resultantes del

ensayo anterior se acometió el ensayo a compresión aplicando el esfuerzo en una sección

de 40x40 mm sobre las dos caras laterales de la briqueta.

La prensa estaba dotada de dos placas de acero de espesor mínimo de 10 mm las cuales

eran planas. Los planos fueron guiados sin una fricción apreciable durante el ensayo para

poder mantener siempre la misma proyección horizontal.

La placa superior de rotura del aditamento que rompió la briqueta accionó una carga que

fue transmitida por la placa superior de la prensa a través del deslizamiento, el cual fue

capaz de oscilar verticalmente sin fricción apreciable en el aditamento que dirige el

movimiento.

- Expresión de los resultados a compresión. La resistencia a la compresión se calculó de la siguiente forma como indica la norma NC

506: 2007:

1600c

cFR = (2.11)

Leyenda: - Rc = Resistencia a compresión (MPa). - Fc =Carga máxima de rotura (N). - 40x40 = 1600 mm2, superficie de los platos o placas auxiliares.



- 1N/mm2 = 1MPa. 2.6 Ensayos de mortero. Los trabajos de fundición de morteros se realizaron en abril, con los materiales que se

muestran en la temática 2.3. La dosificación de estos fueron realizadas para hormigones, y

el procedimiento fue según la NC 173:2002 Mortero endurecido. Determinación de la

resistencia a flexión y compresión, también se utilizó la norma cubana NC 175:2002 Mortero

de albañilería. Especificaciones, además de la NC 170:2002 Consistencia en la mesa de

sacudida.

Como se mencionó anteriormente en la primera quincena de abril específicamente el día 1

se realizaron un total de 48 probetas, 4 probetas por edad y proporción de 40x40x160 mm.

Este diseño partió de una relación agua/cemento variable y plasticidad constante, con las

siguientes combinaciones. Canal lavada (Patrón), Canal lavada (3% de filler), Canal lavada

(5% de filler) y Canal lavada (7%de filler). A partir de este mismo principio de diseño se

fundió la segunda amasada el día 8 de abril con las siguientes composiciones Coliseo

lavada (Patrón), Coliseo lavada (3% de filler), Coliseo lavada (5% de filler) y Coliseo lavada

(7% de filler).

De acuerdo a los estudios de las normas UNE-EN 1504-3:2006 en los cuales se plantea

que el procedimiento de ensayo para mortero se debe realizar con tecnología de

compactación mecánica en dos capas con 60 golpes por capas para que la pasta tenga

buen acomodo en el proceso. La fluidez se realizó según la NC 170:2002, tomando la

lectura de los 4 vértices que se hacen tomar en la mesa de fluidez luego de haber aplicado

25 golpes con la palanca sobre el mortero vertido sobre un molde de un cono truncado.

2.7 Ensayo de durabilidad. La durabilidad de un material es la capacidad de resistir la acción de la intemperie, ataques

químicos, abrasión u otro cualquier proceso de deterioro (Mehta y Monteiro, 1994).

2.7.1 Determinación de la absorción de agua por capilaridad. - Fundamentos del método. Este método es de utilidad para el establecimiento de requisitos de durabilidad y se realiza

mediante la NC 345: 2005. -Preparación de la muestra.



Probeta de 40x40x160 mm curada por 28 días; tomadas del mismo proceso de mezclado y

con la misma dosificación que las probetas ensayadas a flexión y compresión.

-Procedimiento de ensayo Luego de ser secadas en la estufa fueron pesadas y colocadas sobre un lecho de arena

fina de no más de 10 mm de espesor estanco, con una altura de agua por encima del lecho

de arena de 5 mm. Para mantener el nivel del agua en el recipiente se llenó una probeta de

agua y se colocó en posición invertida a 5 mm sobre el lecho de arena. Se utilizó agua

potable. Estas se volvieron a pesar a las edades de 4; 8; 24; 72; 120 y 168 horas contadas

desde el inicio del ensayo o su contacto con el agua.

2.8 Conclusiones parciales. 1. La introducción de métodos de evaluación de las propiedades de los áridos establecidos

en las normas deben ser también evaluados en su comportamiento mecánico, para

poder establecer sus ensayos confiablemente.

2. La caracterización de los áridos sirven para esclarecer los métodos analíticos de

laboratorio, no pueden ser solo ensayos de rutina, ya que estos pueden contribuir a

buscar confiabilidad.

3. La influencia de los fillers fue demostrada mediante pruebas mecánicas en mortero para

hormigones, homologando los resultados con los referidos a Azul de Metileno y

Equivalente de Arena.

Capítulo 3: Evaluación y discusión de resultados 3.1 Introducción

En los capítulos anteriores se ha hecho un estudio de los inconvenientes de las arcillas

dentro de la matriz del hormigón, y se han planteado métodos de ensayo para verificar la

presencia de estas partículas indeseables que ocasionan efectos negativos en el estado

endurecido. El capítulo 2 muestra la planificación de la campaña experimental llevada a

cabo en el Centro Técnico para el Desarrollo de los Materiales de la Construcción (CTDMC)

con el propósito de definir límites permisibles en el contenido de finos pasados por el tamiz

200 dentro de la matriz del hormigón.



El objetivo del presente capítulo es dejar constancia del contenido de filler utilizado para

lograr el mayor porciento de compacidad en las mezclas y mostrar los ensayos realizados

en función de las propiedades mecánicas y de durabilidad analizadas. Los métodos

utilizados tanto en la fabricación de las probetas como en la realización de los ensayos se

encuentran detallados en el capítulo anterior.

3.2 Análisis químico y mineralógico del cemento. Las normativa que regulan estos ensayos son la NC 180:2002 Partículas ligeras, NC

183:2002 Estabilidad a la acción de los sulfatos de sodio y magnesio y la NC 185:2002

Impurezas orgánicas, basados en las recomendaciones de la norma española UNE/EN

12620:2002 y la NC 54 -203 /1979.

3.2.1.- Composición química y mineralógica del cemento Pórtland. El cemento utilizado para la elaboración de mortero con diferentes porcientos de filler es de

Cienfuegos (P-350). Los resultados obtenidos se encuentran expresados en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1. Composición química del cemento Cienfuegos. Oxido SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO SO3 PPI RI

Cienfuegos 23,03 3,17 58,88 2,87 2,41 2,54 2,04 2,53 Fuente: Elaborada por el autor.

Tabla 3.2 Composición mineralógica del cemento Cienfuegos. Fase UM Cienfuegos Requisitos permisibles. Silicato Tricálcico (C3S) % 31,99 20-30 Silicato dicálcico (C2S) % 41,89 45-60 Aluminato Tricálcico (C3A) % 3,55 4 -12 Ferrito aluminato Tricálcico (C4AF) % 8,73 10-20

Fuente: Elaborada por el autor

En la tabla 3.1 se muestran los resultados del análisis químico del cemento Portland (P-

350).Del mismo se obtuvo que cumplen con los requisitos establecidos en la NC 54 -203

/1979 el dióxido de silicio (SiO2), óxido de hierro (III) (F2O3), óxido de aluminio(Al2O3,) óxido

de calcio(CaO), óxido de magnesio (MgO), en cemento, trióxido de azufre (SO3),residuo

insoluble (RI) , pérdida por ignición(PPI) no siendo así en el caso de la cal libre.

Un cemento Portland puro tiene contenido de Residuo Insoluble (RI) menor o igual que 2%,

cuando este se sobrepasa se dice que tiene adiciones, como el caso del cemento portland



de Cienfuegos, de 2,53 % de Residuo Insoluble (RI), siendo el requisito permisible máximo

de 4% queriendo decir que la adición que contiene es tolerable.

En cuanto a la perdida por Ignición (PPI) se puede decir que el cemento de Cienfuegos

cumple el requisito, controlándose así la reacción del mismo.

Del análisis mineralógico mostrado se pudo observar que de los componentes de cemento

Portland como se muestra en la tabla 3.2 el silicato tricálcico (C₃S) (Alita), silicato dicálcico

(C₂S) (Belita) cumplen los requisitos establecidos, no siendo así el caso del aluminato

tricálcico (C₃A) y ferro aluminato tetracálcico (C₄AF) (Celita).

Según Harmsen (2002), el Silicato Tricálcico (C3S), presenta una gran velocidad de

hidratación; un fuerte calor de hidratación; confiere al cemento resistencias mecánicas

elevadas en las primeras edades; aunque su estabilidad química es aceptable, debido a

que desprende al hidratarse gran cantidad de Ca(OH)2, contribuye a determinados tipos de

corrosión del hormigón. El Silicato Bicálcico (C2S) contiene una pequeña velocidad de

hidratación; un calor de hidratación mucho más débil que el del C3S; confiere al cemento

buenas resistencias mecánicas, aunque a plazos largos y buena estabilidad química.

En cuanto a los resultados mostrados en la tabla 3.2 se observa que el Silicato Bicálcico

(C₂S) Belita es mayor que Silicato Tricálcico (C₃S) Alita según criterio de la autora esto

influye en la resistencia de las pastas a edades tempranas ya que la adición que presenta el

cemento influye en la formación de la alita que es la que confiere al cemento resistencias

mecánicas elevadas en las primeras edades.

Acevedo, (1985), comenta que los cementos de un elevado contenido de C3S, alcanzarán

resistencias más grandes en las primeras edades de endurecimiento que aquellos que

contengan una menor cantidad de este compuesto y relativamente mayor cantidad de C2S,

sin embargo si se mantienen las condiciones de humedad, todos los cementos Portland

tendrán la misma resistencia a los 180 días manteniendo todas las otras condiciones en

igualdad.

El no cumplimiento del contenido de Aluminato Tricálcico (C₃A) significa que el cemento

Portland de la planta Carl Marx de Cienfuegos a criterio de la autora disminuye el tiempo de

fraguado, ya que (C₃A) es el primero en el proceso de reacción, encargado de aportar calor

de hidratación; mientras más se acerque al requisito permisible máximo, mayor será

fraguado en la mezcla pues según Jiménez, (2000) el Aluminato Tricálcico (C3A), presenta



una velocidad de hidratación muy grande, confiriéndole al cemento alguna resistencia

mecánica dentro de las primeras veinticuatro horas.

3.2.2- Determinación de la consistencia normal y tiempo de fraguado por aguja Vicat. El ensayo comenzó a las 9:20 AM, y se realizó por la NC 524: 2007.

Se utilizaron:

- Cemento: 650 g

- Agua: 161 mL

- Peso de la tara: 332 g

Tiempo de fraguado inicial para consistencia normal: 40 min.

Tabla 3.3. Tiempo de fraguado. Tiempo Penetración de aguja en la pasta

10:00 AM 40 mm 10:15 AM 40 mm 10:30 AM 40 mm 10:45 AM 35 mm 11:15 AM 24 mm

Fuente: Elaborada por el autor.

• 1er tiempo de fraguado: 115 min

• Fraguado final: 12:20 PM

Al realizar el ensayo de Aguja Vicat para determinar el tiempo de fraguado y consistencia

deseada el tiempo de fraguado demoró debido al bajo contenido de Aluminato Tricálcico

(C₃A).

Harmsen, (2002) plantea que el ferrito aluminato tetracálcico ( C4AF), tiene gran velocidad

de hidratación y tiene bajo calor de hidratación, confiriéndole al cemento escasa o

prácticamente nulas resistencias mecánicas.

El valor obtenido de ferro aluminato tetracálcico (Celita) (C₄AF) como se muestra en la

tabla (3.2) es alto respecto al Aluminato Tricálcico (C3A) a criterio de la autora se

demuestra que el fundente del cemento de Cienfuegos es el hierro (menos temperatura),

mientras más contenido de hierro contenga menos contenido de sílice, más peso

específico presenta, siendo lo que caracteriza dicho cemento por lo que influyen en el

tiempo de fraguado.

3.3 Propiedades geométricas del árido - Determinación de la granulometría para la arena.



“Mientras más densamente pueda empaquetarse el agregado mayor será la resistencia’’

(Nilson, 1999). Razón por la cual resulta fundamental en el diseño de morteros la

graduación de los materiales pétreos con el fin de producir este empaquetamiento.

Para obtener los resultados deseados se usaron los tamices de malla cuadrada de la serie

normada ASTM que van desde el N° 3/8” - 9,52mm hasta el N°200 - 0,075 mm, siendo la

apertura de cada uno el doble del siguiente y mitad del anterior.

El material se sometió por medio del tamizado manual con un movimiento lateral y vertical

del tamiz, este movimiento también incluyó la acción de sacudida. La muestra se movió

continuamente sobre la superficie del tamiz, el retenido en cada tamiz se pesó por medio de

una balanza con sensibilidad de 0,5 g y capacidad máxima de 5 000 g. Los resultados se

muestran en las (Anexo I, tablas 1 y 2) según lo indicado en las normas NC 657: 2008 y

NC 54-264: 1984.

3.3.1. Módulo granulométrico o de finura. Se denomina "modulo granulométrico" a la suma de los porcentajes retenidos acumulados

en los tamices, del 4.76mm hasta 0.149mm dividida por 100.

( )( )100

% 149,0∑= hastaRAMf (3.1)

( )2.3

10095857047202

=+++++

= ∑CanalMf

( ) 5.3100

92877457335=

+++++= ∑ColiseoMf

Leyenda: Mf: Módulo de finura. RA: Retenido Acumulado. El módulo granulométrico se nombra cuando se emplean los tamices de la serie española

(UNE) y recibe el nombre de "módulo de finura" o de Abrams cuando se emplea la serie de

tamices americana (ASTM).

Según la NC 251. 2005 el rango del módulo de finura para los áridos finos será entre 2,2 y

3,58.

El módulo de finura representa el tamaño medio del árido empleado en un mortero.

Mientras más pequeño sea éste, más fino es el agregado pétreo y viceversa.



Nunca el módulo de finura será índice de la granulometría. Pueden existir infinidad de

áridos con el mismo módulo de finura que tengan granulometrías totalmente diferentes.

Es necesario conocer dicho valor debido a que todas las mezclas de áridos que poseen el

mismo módulo precisan la misma cantidad de agua para producir morteros de la misma

docilidad y resistencia, siempre que empleen idéntica cantidad de cemento. Cuando hayan

variaciones en el módulo de los áridos indica que han ocurrido alteraciones en el contenido

de cemento y por consiguiente un aumento o disminución de agua (Menéndez, 1948).

Los resultados de la granulometría y el módulo de finura de las arenas de las canteras

Canal y Coliseo se encuentran expresados en el (Anexo I; tablas 1 y 2). Una vez realizado el análisis de los resultados obtenidos, según los documentos

normalizados mencionados con anterioridad se determinaron a consideración del autor, que

las arenas de las canteras Canal y Coliseo cumplen con los parámetros granulométricos de

las normas NC 657: 2008 y NC 54-264: 1984.

Según el módulo de finura, las arenas objeto del mismo se encuentran entre los límites del

mismo, por lo tanto las partículas componentes del agregado cumplen los escalones

granulométricos normados y tendrán un acoplamiento adecuado en la mezcla de mortero.

Esto trae consigo que exista una mínima cantidad de espacios vacíos entre las partículas

inertes por un debido acomodamiento de éstas.

Los espacios vacíos entre las partículas de arena los ocuparán a criterio del autor, la pasta

de cemento, por lo que habrá un ahorro de pasta; esto comprende tanto al cemento como al

agua en la mezcla de mortero.

3.3.2 Determinación del material más fino que el tamiz (No. 200) Para realizar una masa de mortero lo suficientemente dócil, trabajable y que no se

disgregue durante el transporte, puesta en obra y compactación debe tener un óptimo

contenido de granos finos. Al aumentar el contenido de granos finos disminuye la

compacidad del árido y será necesario aumentar la cantidad de cemento y agua. En cada

caso habrá que satisfacer ambos aspectos: la compacidad del árido y el contenido óptimo

de finos (Jiménez, 2000).

Los resultados se presentan en el (Anexo I; tabla 3), y por medio de la ecuación (2.1) se

obtiene el porcentaje de finos en el agregado.



100×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=a

baPf

%1,4100500

5,479500=×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=CanalPf

%7,3100500

5,481500=×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=ColiseoPf

Leyenda: Pf: Porcentaje de material que pasa por el tamiz de 0.074 mm (N°200) (%). a: Peso de la muestra original seca (g). b: Peso de la muestra seca después de lavada (g). El autor considera, basándose en las normas NC 657: 2008 que el porcentaje de material

que pasa por el tamiz 0,074mm (No.200) de la cantera Canal de 4,1% y de la cantera

Coliseo de 3,7% es un resultado válido para la elaboración de mezclas de morteros ya que

la norma considera aceptable hasta un 10 % de material más fino que el tamiz 200 con

respecto a su peso seco. En el criterio del autor el cumplimiento de este ensayo según lo

normado, hace que se cumplan todas las propiedades expuestas por Jiménez, 2000

anteriormente citado.

3.3.3 Determinación del Equivalente de arena. El ensayo de Equivalente de Arena, designado generalmente en Francia por sus iniciales

E.S, procede de California, teniendo inicialmente por finalidad la apreciación de la calidad

de los suelos más o menos arenosos empleados en la construcción de pavimentos. Sin

embargo pronto se comprobó que este ensayo podía también aplicarse al estudio de otros

materiales y en particular al de las arenas empleadas en la composición de los hormigones

(Gayoso y Rosa, 2007).

Este ensayo indica la proporción entre los elementos granulares y arcillosos de un árido; es

particularmente útil para analizar áridos que contienen alto contenido de tamaños inferior a

0,074 mm.

Los resultados del Equivalente de arena de las arenas de las canteras en estudio Canal y

Coliseo se presentan en la Tabla 3.4.



Tabla 3.4: Equivalente de arena Canteras E.A (sin lavar) E.A (lavada)

Arena de Canal 83 87 Arena de Coliseo 93 91

Fuente: Elaborada por el autor. Leyenda: E.A (sin lavar): Equivalente de arena con la arena lavada en la cantera. E.A (lavada): Equivalente de arena con la arena lavada en el laboratorio. El autor considera basándose en las normas NC 886: 2012 Áridos. Evaluación de finos.

Arena, NC 251-2011 Áridos para hormigones hidráulicos y la norma española y de la

comunidad europea UNE-EN 933-8. Evaluación de los finos. Ensayo del equivalente de

arena; que los resultados obtenidos son aceptables ya que el Equivalente de Arena para

una arena totalmente limpia es de E.A= 100, lo que vale la pena señalar que no hay

presencia de finos arcillosos en la muestra patrón de los morteros posteriormente

ensayados ya que se admiten valores mayores de E.A= 70, como especifica la norma NC:

251- 2011.

Estos resultados según consideración del autor no son del todo confiables debido al color

rojizo de la arena de Coliseo y el color negruzco de la arena de Canal, además de los

resultados de ensayos anteriores a dichas arenas realizado por Díaz, 2012; por lo que se

hicieron los ensayos de Azul de Metileno para descartar del todo la presencia de material

arcilloso.

3.3.4 Determinación de Azul de Metileno. Este ensayo tiene como objeto caracterizar la naturaleza de los finos menores que el tamiz

200 presentes en los áridos, ya que los finos de ciertas arcillas propician alteraciones de

volumen, intensificando la retracción y disminuyendo la resistencia (Gayoso y Rosa, 2007).

Los resultados de los ensayos a las arenas de las canteras Canal y Coliseo se encuentran

expresados en la Tabla 3.5.

Tabla 3.5: Azul de Metileno. Canteras M.B. (sin lavar)

Arena de Canal 5,25 Arena de Coliseo 1,25




Leyenda: M.B (sin lavar): Azul de Metileno con la arena lavada en la cantera. El autor considera basándose en las normas NC 885.2012 Áridos. Evaluación de finos.

Ensayo del Azul de Metileno y NC 251-2011 Áridos para hormigones hidráulicos; que los

resultados obtenidos no son del todo satisfactorios ya que según UNE-EN 933-9 1999, el

valor de la arena de Canal es demasiado alto, lo que indica presencia de arcilla en la

muestra. Coliseo por su parte se encuentra en el rango permisible por la NC 251-2011

quedando descartada la presencia de arcilla en esta arena. 3.4. Propiedades físicas del árido. 3.4.1 Pesos específicos y absorción de agua. El peso específico es una importante característica de la composición mineralógica y

natural de la roca. Respecto a la calidad de un árido, su interés se basa en una medida de

la homogeneidad, pues variaciones en su valor indican cambios en la naturaleza de la roca

de donde procede. (Gayoso y Herrera, 2007)

El objetivo fundamental de la obtención del peso específico del árido radicó en la

determinación de los porcientos de vacíos, factor fundamental para desarrollar el diseño de

la mezcla de hormigones o morteros.

Los pesos específicos se determinaron por la relación entre el peso y el volumen que

ocupan. La diferencia entre los distintos pesos específicos que se calcularon está en los

volúmenes de las partículas que se consideraron en cada caso como lo muestra el (Anexo II; tabla 1) obtenidos estos pesos por medio de las fórmulas (2.4), (2.5), (2.6) y (2.7).

- Peso Específico Corriente:

3

3

1

/69,295,9455007,629

6,494

/68,21,9435004,627

8,493

cmgPEC

cmgPEC

CBCAPEC

Coliseo

Canal

=++

=

=++

=

++=

- Peso Específico:



3

3

1

/72,295,9455007,629

500

/71,21,9435004,627

500

cmgPES

cmgPES

CBCBPES

Coliseo

Canal

=++

=

=−+

=

−+=

- Peso Específico Aparente:

3

3

1

/77,295,9456,4947,629

6,494

/77,21,9438,4934,627

8,493

cmgPEA

cmgPEA

CACAPEA

Coliseo

Canal

=++

=

=++

=

++=

- Absorción de agua:

%09,11006,494

6,494500%

%26,11008,493

8,493500%

100%

=×−

=

=×−

=

×−

=

Coliseo

Canal

ABS

ABS

AABABS

La absorción de un árido se define como la cantidad de agua que contiene el árido en sus

poros, grietas y otros vacíos. Se determina con el fin de controlar el contenido neto de agua

en el hormigón o mortero y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla

(Gayoso y Herrera, 2007).

Los resultados de los pesos específicos de la arena, según el autor, cumplieron con la

condición establecida en la norma NC 251: 2005 pues los pesos específicos obtenidos

fueron mayores que 2.5 g/cm3 y su absorción no superó el 3 % de la masa seca del mismo.

Según el diseño de la mezcla, la absorción a consideración del autor, influyó en la

consistencia del mortero ya que al adicionarle agua en la amasadora las partículas

absorbieron agua provocando una disminución de la laborabilidad de la mezcla.

3.4.2 Determinación de los pesos volumétricos y porcentaje de vacíos.



El volumen que ocupa un árido según su peso es un indicador de las características del

mismo en cuanto a ligereza, porosidad y permeabilidad, propiedades que pueden afectar al

hormigón o mortero en un mayor requerimiento de cemento para una resistencia específica

y con esto una influencia directa sobre la economía de la mezcla (Gayoso y Herrera, 2007).

Se determinaron los pesos volumétricos suelto y compactado de las arenas de la cantera

Canal y Coliseo por medio de los pesajes de los materiales en cuestión en un recipiente de

volumen conocido. Luego se calcularon los pesos unitarios de las arenas, éstos se

emplearon para establecer relaciones prácticas entre volumen-peso y se usaron para

calcular el porcentaje de vacíos en el agregado inerte como lo indica la ecuación (2.8) tal

como lo muestran el (Anexo II; tabla 2) - Determinación del porciento de vacíos.

%74,3910069,2

621,169,2%

%65,4010068,2

590,168,2%

100%

=×−

=

=×−

=

×−

=

Coliseo

Canal

PV

PV

PECPUCPECPV

Leyenda: PV: Porciento de vacíos (%) PEC: Peso específico corriente (g/cm3). PUC: Peso unitario compacto (g/cm3). Se hace referencia al término “porciento de vacío” como los espacios entre las partículas de

los áridos sometidos a ensayo y se expresa como un por ciento del volumen total.

Estos vacíos, según el autor, son ocupados por la pasta de cemento, por lo que se logran

morteros más resistentes y económicos con una granulometría continua.

Estos espacios entre las partículas no están referidos en ninguna norma cubana, por lo que

no se cuenta con un máximo de vacíos para definir la conformidad o no de los áridos.

3.5 Diseño del experimento. Las probetas de mortero de 4x4x16 cm, siendo un total de 96 en 4 series de 6 amasadas

con combinaciones de diferentes arenas de los centros de producción de Matanzas

(Coliseo) y Cienfuegos (Canal).



Para demostrar las propiedades mecánicas de la matriz del hormigón se realizó ensayos de

flexión y compresión a las muestras de mortero a las diferentes edades para conocer con

mayor exactitud la resistencia en la interfase árido-pasta; con varias combinaciones de

áridos finos, sustituyendo este por el equivalente en un porciento determinado de filler,

tomando como patrón la arena totalmente lavada, para conocer en primer lugar como

afectan los finos dentro del aglomerado y comparar los resultados mecánicos entre los

áridos antes mencionados.

El ensayo en la mesa de fluidez se realizó 4 veces por adición para tener la certeza de

mantener la reología constante.

El diseño de experimento se realizó como se muestra en el (Anexo III; tabla 1). En la gráfica siguiente se muestra como aumenta la relación a/c cuando se mantiene la

fluidez constante (fig. 3.1). Según consideraciones del autor se puede apreciar como para las arenas de la cantera

Canal es necesaria mucho más agua que para la cantera Coliseo, esto se debe a que el

filler de Canal contiene material arcilloso lo que provoca que las partículas absorban agua

directamente en la mezcladora, aumentando la relación a/c con relación al filler de la

cantera coliseo que es de origen calizo, para mantener la fluidez constante de 110 mm en la

mesa de fluidez.

Fig. 3.1 Variación de la relación agua – cemento.




3.6 Dosificación Para la dosificación se tomaron 3 partes de arena y 1 de cemento Portland, sustituyendo en

porciento, el filler por la arena. Todo esto se llevó a cabo manteniendo la fluidez constante y

variando la relación agua-cemento. En la experimentación se tomó una muestra patrón que

es la que no presenta filler, es decir, 0 % de filler, como se muestra en el (Anexo III: tabla 2); lo que provocó que al no tener material más fino que el tamiz 200 se alterara la reología

al aumentar la cantidad de agua, provocando segregación en la mesa de fluidez, es por esa

razón que los resultados de la muestra patrón con respecto a la fluidez son más bajos

comparados con los resultados adicionándole filler a la muestra lavada y secada en estufa.

3.7 Propiedades reológicas en morteros con adición de filler. Las propiedades analizadas son las reológicas que se manifiestan en la laborabilidad de la

mezcla y las propiedades mecánicas de resistencia a flexión y compresión por ser

afectadas por la adición de finos menores que el tamiz 200.

En el Capítulo 1 se hace referencia a la laborabilidad, como una de las principales

propiedades que debe tener el mortero.

Según (Naville, 1997), la laborabilidad o trabajabilidad es la propiedad del hormigón recién

mezclado que determina la facilidad y la homogeneidad con la cual pueden ser mezclados,

lanzados, adosados, y acabados.

Por tanto la laborabilidad es uno de los parámetros más importantes a medir en la

dosificación. Es afectada principalmente por el agua suministrada a la mezcla, entre otros

factores que también influyen como es la granulometría, forma y textura del agregado

pétreo.

La granulometría influye directamente en la cantidad de agua necesaria para obtener

mezclas laborables, ya que de no cumplir con las especificaciones de la norma, implicaría

una ausencia de diferentes tamaños de partículas en la mezcla quedando gran cantidad de

porcientos de vacíos en su interior lo que afectaría de manera considerable la

impermeabilidad del material.

La laborabilidad también aumenta cuando la forma de las partículas tiende a ser esférica;

los agregados de superficie lisa se deslizan con mayor facilidad en el interior de la mezcla,

mejorando la trabajabilidad; cosa que no pasa con los áridos producto de la trituración de la



roca, donde disminuye la trabajabilidad ya que este tipo de árido tiene forma irregular

provocando que no se deslicen fácilmente las partículas dentro de la mezcla.

La laborabilidad es una de las propiedades más importantes que deben cumplir las

mezclas. En el mortero con adición de filler aumenta la trabajabilidad al mismo tiempo que

aumenta la relación agua-cemento, ya que al aumento de fino, aumenta la superficie

específica a cubrir y si en el fino menor que el tamiz 200 existe presencia de material

arcilloso como pasa en el caso de la cantera Canal de Cienfuegos, aumenta mucho más la

relación agua-cemento, ya que la arcilla es un material absorbente que le quita agua a la

mezcla provocando que aunque sea una arena natural, es decir, la textura es esférica lo

que provoca una mayor laborabilidad, pero al contener material arcilloso cambia el concepto

de trabajabilidad para esta arena necesitando una mayor cantidad de agua para alcanzar la

trabajabilidad deseada.

3.8 Propiedades mecánicas en morteros con adición de filler. Una de las formas de demostrar la eficacia de los áridos finos fue a partir de la realización

de mortero; el cual es el que densifica la interfase árido-pasta, los materiales fueron

suministrado por la Empresa de Hormigón Varadera (EHV), sede de las Empresas del

MICONS en Varadero.

Se realizaron un total de 96 probetas de 40x40x160 mm. La forma de acometer los ensayos

de mortero es manteniendo la fluidez constante, debido a que la aplicación de esta

propiedad es esencial para la laborabilidad de los trabajos.

En el caso del mortero estructural con adiciones de filler provenientes de la propia cantera

donde pertenece el árido, el mortero patrón se logró mediante el lavado del árido fino hasta

que estuviese libre de filler, luego se le fue adicionando deferentes porcientos de finos

menores que el tamiz 200 en proporciones de 3, 5 y 7 % como plantea la NC 251: 2005.

La resistencia a flexión está dada por la carga necesaria para romper cada probeta en dos

mitades, siendo el resultado para el mortero la determinación de la resistencia calculada por

la ecuación (2.10) La resistencia a compresión se determinó a continuación sobre cada una de las mitades

mediante la aplicación hasta la rotura de una carga uniformemente repartida.

Estos ensayos fueron realizados según NC 173:2002 la cual establece el procedimiento

establecido para la realización de los mismos y el cálculo de ambas resistencias se



determinó mediante las ecuaciones 2.10 y 2.11 las cuales se establecen en la NC 54-

207:89.

Los resultados de los ensayos a flexión y compresión a los 3, 7 y 28 días se pueden

apreciar en el (Anexo IV; tablas 1, 2, 3, 4, 5 y 6) y con mayor claridad se puede apreciar su

variación en las figuras 3.2 y 3.3 que aparecen a continuación.

Los resultados de trabajo con relación a/c variable y plasticidad constante, con las arena de

los centros de producción de Cienfuegos y Matanzas fueron a los 3; 7 y 28 días posteriores

de la fundición, ver (Anexo III) donde se exponen todas las muestras a flexión y compresión

con las diferentes combinaciones de áridos, con relación a/c variable y plasticidad

constante.

Es pertinente señalar que en las series de la arena matancera con los diferentes porcientos

de finos pasados por el tamiz 200, los valores en flexión y compresión son superiores a los

resultados obtenidos con los áridos de la provincia de Cienfuegos, debido a que existe una

mayor adherencia entre las partículas de arena y la pasta de cemento.

Fig. 3.2 Resultados de resistencia de morteros a flexión con a/c variable




Fig. 3.3 Resultados de resistencia de morteros a compresión con a/c variable


Las arenas de Coliseo en esos resultados se comportaron de manera ascendente en

cuanto a la resistencia mecánica, ya que como se ha comentado anteriormente estas son

artificiales, producto de la trituración de a roca, lo que provoca una mayor adherencia árido-

pasta; también se ha demostrado en el ensayo de Azul de Metileno que no contiene

presencia de sustancias indeseadas que pudieran provocar la caída de la resistencia, otro

factor que se muestra en la figura 3.3 es que a los 28 días la resistencia casi no varía al

aumentar el porciento de finos menores que el tamiz 200 ya que el filler es calizo sin

contenido de material arcilloso en su volúmen, lo que hace que aumente la relación a/c pero

sin variar la resistencia ya que este filler provoca que la mezcla sea más compacta, y por lo

tanto más resistente al ocupar este los espacios vacíos y poros que pudiera contener la

mezcla, lo que hace a esta arena ideal para hormigones.

3.9 Analogías entre los ensayos. Los nuevos ensayos que da la norma cubana NC 251:2011, Equivalente arena (E.A) y Azul

de Metileno (M.B), permiten hacer un estudio de conformidad de los filler.



Tabla. 3.6 Analogía de ensayos.

Identificación Tamiz 200 M. F M. B

(sin lavar) E. A

(lavada) E. A

(sin lavar)

Resistencia MPa Edad 28 días

Relacióna/c

Flexión Comp. Canal 0%

4,1 3,2 5,25 87 83

6,84 27,90 0,60 Canal 3% 5,32 26,33 0,62 Canal 5% 5,49 25,78 0,64 Canal 7% 5,38 23,51 0,66

Coliseo 0%

3,7 3,5 1,25 93 91

10,06 41,32 0,62 Coliseo 3% 10,36 41,88 0,63 Coliseo 5% 10,00 41,37 0,64 Coliseo 7% 10,00 40,94 0,64

Fuente: Elaborada por el autor. Leyenda: M.B –Azul de Metileno E.A (lavada) –Equivalnte de Arena lavada en el laboratorio E.A (sin lavar) –Equivalnte de Arena lavada en la cantera MF –Modulo de Finura Según los resultados obtenidos es apreciable la relación entre los resultados de Azul de

Metileno (M.B) y el tamiz 200, se puede destacar entre las arenas de las canteras Canal y

Coliseo que a mayor porciento pasado por el tamiz 200, mayor valor de Azul de Metileno,

disminuyendo con esto el Equivalente de arena mientras mayor sea el contenido de filler, es

decir, la arena sin lavar presenta un Equivalente de arena mayor que la arena lavada;

donde se puede apreciar que la cantera Canal presenta mayores resultados en el

Equivalente de arena que la cantera Coliseo, esto se debe a que la arena de la cantera

Canal presenta un alto contenido de fino menor que el tamiz 200 incluso después de ser

lavada; todo esto ocurre sin que varíe apreciablemente el módulo de finura (M.F) entre las

arenas de las canteras analizadas.

Se estableció una comparación entre los ensayos E.A y A.M donde se apreció que no

existía correspondencia entre los valores de estos ensayos, esto se relacionó

fundamentalmente con la serie Canal puesto que a valores inferiores a 70 de Equivalente

de arena como plantea la norma NC 251-2011 es necesario realizar el ensayo de Azul de

Metileno; y como se muestra en la tabla 3.13 dichos valores de E.A son relativamente altos

para realizar el ensayo. Pero debido al color negruzco de dicha arena y a ensayos

anteriores realizados por Díaz, (2012); se le realizó el ensayo para observar la reacción del

mismo, lo que obtuvo como resultado la presencia de material arcilloso en dicha arena.



Se observa en los resultados de los morteros sometidos a flexión y compresión de la

cantera Canal que cuando existen altos valores de M.B la resistencia disminuye debido a la

presencia de material arcilloso, lo cual no ocurre igual para la cantera Coliseo que al

aumentar el porciento de filler la resistencia no varía. Estos resultados permiten concluir

que la presencia de altos por cientos de finos no es la que afecta la resistencia, lo

determinante es la presencia de partículas no deseadas que afectan la adherencia

demostrada con el ensayo de Azul de Metileno.

Con las arenas de Matanzas y Cienfuegos, los valores de tamiz 200 son aceptables, pero a

flexión y compresión la arena de Matanzas (Cantera Coliseo) son superiores a los valores

de la arena natural de Cienfuegos que habitualmente cumple con los requisitos geométricos

de conformidad de las normas morteros y hormigón por lo que se deduce que estos valores

inferiores en los ensayos a flexión y compresión, es por presencia de limo o arcillas que no

percibimos pero se demuestran en forma cuantitativa con el ensayo de Azul de Metileno

que plantea la nueva norma NC 251: 2011; además como se ha comentado en los

apartados anteriores la geometría de las partículas redondeadas de las arenas naturales

disminuye considerablemente la adherencia entre sus partículas.

Como se ha visto en capítulos anteriores, el uso de una mayor cantidad de finos aumenta la

superficie específica, hecho que requiere más agua para obtener una misma consistencia y

como se puede apreciar en los resultados obtenidos a flexión y compresión, al aumentar el

porciento de filler, aumenta la relación a/c manteniendo la fluidez constante.

Pero en la cantera Canal de la provincia de Cienfuegos donde existe presencia de material

arcilloso (demostrado este hecho en el ensayo anterior de Azul de Metileno); se requiere de

mucha más agua para el amasado del mortero comparado con la arena de la cantera

Coliseo de la provincia de Matanzas, hecho por lo cual aumenta la relación a/c

disminuyendo las resistencias mecánicas.

3.10 Resultados de durabilidad. Con relación a los resultados de la absorción capilar de los áridos finos de la cantera Canal

comparados con los de la cantera Coliseo, se puede decir que la evaluación de estos

presenta valiosas novedades en la interpretación de los límites de contenidos de finos



menores que el tamiz 200 que se especifican en las normas ya que su influencia

determinan la durabilidad de morteros y hormigones estructurales sometidos al ambiente

marino de nuestras costas.

El ensayo de la absorción de agua por capilaridad fue realizado mediante la NC 345: 2005 y

los resultados del mismo se encuentran expuestos en el (Anexo V; tabla 1). En la fig. 3.3 se muestra la comparación de los diferentes morteros de Canal y Coliseo con

las diferentes adiciones de filler.

0.0000.250

0.5000.750

1.0001.250

1.5001.7502.0002.250

2.5002.7503.0003.250

0 50 100 150 200

Tiempo, horas

Can

tidad

Abs

orbi

da, g

/cm

²

COP 0%

CO 3%

CO 5%

CO 7%

CAP 0%

CA 3%

CA 5%

CA 7%

Fig. 3.3: Absorción por capilaridad.

Fuente: Elaborada por el autor. Leyenda: -COP 0%: Coliseo Patrón; 0% de adición. - CAP 0%: Canal Patrón; 0% de adición -CO 3%: Coliseo; 3% de adición. - CA 3%: Canal; 3% de adición. -CO 5%: Coliseo; 5% de adición. - CA 5%: Canal; 5% de adición. -CO 7%: Coliseo; 7% de adición. - CA 7%: Canal; 7% de adición. Los resultados muestran como aumenta la absorción en el tiempo a medida que aumenta el

porciento de fino menor que el tamiz 200. Incluso se puede ver con mayor claridad en el

(Anexo V; tabla 1) como la muestra patrón de Coliseo presenta mayor porciento de

absorción que la muestra de la misma cantera con un 7% de adición de filler, esto se debe

a que esta arena es de origen calizo y el filler lo que hace es ocupar los espacios vacíos de

la mezcla haciéndola más trabajable y compacta, dándole mejores propiedades mecánicas

a flexión y compresión como ya se comprobó anteriormente.

Como se puede apreciar, los morteros elaborados con árido fino y filler de la cantera

Coliseo de la Provincia Matanzas presentan menores valores de absorción que los morteros

elaborados con áridos y filler de la cantera Canal de Cienfuegos esto se debe a las

características del filler de Canal que contiene material arcilloso como ya se comprobó en



los ensayos de Equivalente de arena y Azul de Metileno realizados a estas arenas. Esta

característica provoca una mayor absorción ya que la arcilla absorbe agua directamente en

la mezcladora provocando una mayor relación agua-cemento, pero esta agua no se queda

en la mezcla sino que se evapora dejando a su paso un mortero poroso con menor

resistencia, mayor cantidad de espacios vacíos, más permeable y menos durable a la

acción de agentes externos.

3.11 Conclusiones parciales. 1. La propuesta para la norma cubana es incluir en cada centro de producción de áridos

la tecnología que verifique la limpieza de los áridos logrando los porcientos

recomendados de fino menor que el tamiz 200.

2. Se confirma que la demanda de agua que provoca el uso de finos menores que el

tamiz 200 libres de arcilla en la matriz del hormigón, contribuye a la plasticidad y a la

trabajabilidad del mismo sin que esto provoque variaciones en las propiedades

mecánicas.

3. Se manifiesta el incremento de la resistencia mecánica con el uso de las arena de

origen calizo de la provincia de Matanzas con relación a los áridos de yacimiento de

origen natural.

4. Hay grandes mejoras en la durabilidad al utilizar filler dentro de la matriz del

hormigón controlando la presencia de arcilla sin que esto afecte la resistencia.

Conclusiones Generales:

1. Para la arena proveniente de la cantera Canal no se puede definir el límite de

conformidad de finos menores que el tamiz 200 para ser utilizados en la matriz del

hormigón, sin antes ser probados en hormigones.

2. Para la arena proveniente de la cantera Coliseo, el límite de conformidad es de un 7

% siempre y cuando se compruebe la no presencia de arcilla dentro de la misma. 3. las principales funciones que presentan los finos en el hormigón, son la

manejabilidad y la compacidad aunque el aumento de su contenido signifique más

demanda de agua para una misma consistencia con la consiguiente disminución de

la adherencia entre árido y pasta, y por tanto disminución principalmente en la

resistencia a compresión.



4. En la normativa cubana con referencia a los fillers no existen instrucciones de

ensayos que verifiquen su contenido por lo que se hace necesario modificaciones,

para incluir en esta los ensayos de Azul de Metileno y Equivalente de arena.

5. En los resultados se observó la influencia de los fillers calizos libres de arcilla

positivamente en la durabilidad sin que esto influya en los resultados mecánicos y los

fillers contaminados con arcilla hacen que el material sea mas poroso y por lo tanto

menos durable.

Recomendaciones: 1. Realizar el estudio a nivel de hormigón, para así verificar con mayor certeza la

influencia de los fillers en su elaboración.

2. Realizar el estudio utilizando los áridos de otras canteras de la provincia para así

llegar a conclusiones más fidedignas e incluso combinando las arenas con las menos

convencionales aunque tengan presencia de arcilla para comprobar si de esta forma

cumplen con los requisitos de conformidad.

3. Revisar las normativas cubana referida a los ensayos de limpieza de áridos para

definir claramente los requisitos y especificaciones, en función de las propiedades de

áridos nacionales.

4. Evaluar los sub-productos de los fillers con vista a buscar un nuevo uso a esta

enorme cantidad de productos que sobran en las canteras, que lejos de estorbar

pueden presentar aplicaciones dentro de la industria, sería un tema de estudio para

abrir el diapasón a estos temas referente a los fillers.

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Anexos

Anexo I: Propiedades Geométricas del árido

Tabla 1: Granulometría de la arena de Canal Tamiz mm retenido

parcial retenido parcial

retenido acum

retenidoacum

pasado ESP

g % g % % % 9,52 0,0 0 0,0 0 100 100 4,76 11,8 2 11,8 2 98 95-100 2,38 86,3 17 98,0 20 80 70-100 1,19 136,8 27 234,8 47 53 40-75 0,595 114,0 23 348,8 70 30 20-40 0,297 77,8 16 426,5 85 15 10-25 0,149 49,5 10 476,0 95 5 0-10

Fondo 24,0 5 500,0 100 0 Módulo de

Finura 3.2


Tabla 2: Granulometría de la arena de Coliseo Tamiz mm retenido

parcial retenido parcial

retenido acum

retenido acum

pasado ESP

g % g % % % 9,52 0,0 0 0,0 0 100 100 4,76 23,0 5 23,0 5 95 95-100 2,38 140,8 28 163,8 33 67 70-100 1,19 121,5 24 285,3 57 43 40-75 0,595 86,8 17 372,0 74 26 20-40 0,297 62,5 13 434,5 87 13 10-25 0,149 23,5 5 458,0 92 8 0-10 Fondo 42,0 8 500,0 100 0

Módulo de Finura

3.5


Leyenda: ESP: Especificaciones según norma NC 657: 2008 y NC 54-264: 1984.



Tabla 3: Porcentaje de arena que pasa por el tamiz 0,074mm (N0200)

Tamiz 200 (Canal) Tamiz 200 (Coliseo)

Peso inicial 500 Peso inicial 500

Peso final 479,5 Peso final 481,5

% T 200 4,1 % T 200 3,7 Fuente: Elaborada por el autor

Leyenda: % T 200= Porciento de partículas finas pasadas por el tamiz 200.

Anexo II: Propiedades físicas del árido. Tabla 1: Pesos Específicos y absorción de agua de la arena.

Pesos Específicos (Canal) Pesos Específicos (Coliseo)

A 493,8 PEC 2,68 A 494,6 PEC 2,69

B 500 PES 2,71 B 500 PES 2,72

C 627,4 PEA 2,77 C 629,7 PEA 2,77

C1 943,1 ABS 1,26 C1 945,95 ABS 1,09 Fuente: Elaborada por el autor.

Leyenda: A: Peso de la muestra secada en la estufa (g). B: Peso de la muestra saturada con superficie seca (g). C: Peso del frasco lleno con agua (g). C1: Peso del frasco con la muestra y agua hasta la marca del enrase (g). CPEC: Peso específico corriente (g/cm3). PES: Peso específico saturado (g/cm3). PEA: Peso específico aparente (g/cm3). %ABS: Porciento de absorción de agua.



Tabla 2: Pesos Unitarios Arena.

Pesos Unitarios Arena Canal Arena Coliseo

PMS 6834 g 6798 g

PMC 7193 g 7284 g

Tara del recipiente 2,583 kg 2,583 kg

Volumen del recipiente

2900 mL 2900 mL

PUS 1,466 g/cm3 1,454 g/cm3

PUC 1,590 g/cm3 1,621 g/cm3

% de vacío 40,67% 39,74% Fuente: Elaborada por el autor.

Leyenda:

PMS: Peso del material suelto (g). PMC: Peso del material compacto (g). PUS: Peso unitario suelto (g/cm3). PUC: Peso unitario compacto (g/cm3).



Anexo III: Mortero con adición de filler

Tabla. 1: Diseño del experimento

Variables Adición (%)

Fluidez NC 170

Flexión y Compresión NC-173

3 d 7 d 28 d

Canal

0 4 4 4 4 3 4 4 4 4 5 4 4 4 4 7 4 4 4 4

Coliseo

0 4 4 4 4 3 4 4 4 4 5 4 4 4 4 7 4 4 4 4

Total de probetas: 32 32 32 Fuente: Elaborada por el autor.

Tabla. 2 Dosificación de morteros con y sin filler pasado por el tamiz (N0 200).

Series Cemento (gr)

Arena (gr) Filler (gr) Agua

(mL) Fluidez (mm)

Relación a/c

CAN 0 % 500 1500 0 300 90 0,60 CAN 3 % 500 1455 45 310 110 0,62 CAN 5 % 500 1425 75 320 110 0,64 CAN7 % 500 1395 105 330 110 0,66 COL 0 % 500 1500 0 310 100 0,62 COL 3 % 500 1455 45 315 110 0,63 COL 5 % 500 1425 75 320 110 0,64 COL 7 % 500 1395 105 320 110 0,64




Anexo IV: Resistencias a flexión y compresión.

Tabla 1: Resistencia a flexión y compresión a los 3 días (áridos Canal)

Series Peso gr

Resistencia a Flexión Resistencia a compresión Carga

kN Parcial Media Carga kN Parcial Media

MPa MPa MPa MPa

CAN 0 569 160 3.74

3.86

270 16.87

16.25 285 17.81

577 170 3.98 240 15.00 250 15.62

CAN 0 575 150 3.51

3.51

210 13.12

12.97 210 13.12

576 150 3.51 210 13.12 205 12.81

3.68 14.61

CAN 3 578 180 4.21

4.09

230 14.37

13.74 230 14.37

580 170 3.58 210 13.12 210 13.12

CAN 3 590 150 3.51

3.51

205 12.81

12.81 205 12.81

579 150 3.51 200 12.50 210 13.12

3.80 13.27

CAN 5 586 110 2.57

2.57

160 10.00

10.00 160 10.00

578 110 2.57 160 10.00 160 10.00

CAN 5 579 110 2.81

2.57

170 10.62

11.09 180 11.25

577 110 2.34 180 11.25 180 11.25

2.57 10.5

CAN 7 568 100 2.34

2.81

140 8.75

9.53 150 9.37

573 140 3.28 160 10.00 160 10.00

CAN 7 589 130 3.04

2.92

170 10.62

9.84 160 10.00

582 120 2.81 150 9.37 150 9.37

2.86 9.68 Fuente: Elaborada por el autor.



Tabla 2: Resistencia a flexión y compresión a los 3 días (áridos Coliseo)

Series Peso gr

Resistencia a Flexión Resistencia a compresión Carga

kN Parcial Media Carga kN Parcial Media

MPa MPa MPa MPa

COL 0 576.5 29.0 6.75

6.18

340 21.25

20.15 330 20.62

577.5 24.0 5.62 320 19.37 310

COL 0 579.5 27.0 6.32

6.32

400 25.00

24.53 390 24.37

587.0 25.0 6.32 280 23.75 400 25.00

6.25 22.34

COL 3

579.0 29.0 6.78 5.96

320 23.12

23.04 375 20.31

576.5 22.0 5.15 380 23.75 400 25.00

COL 3

569.5 24.0 5.62 5.73

340 21.25

20.93 330 20.62

554.0 25.0 5.85 350 21.87 320 20.00

5.84 21.98

COL 5 571.5 32.0 7.59

7.30

400 25.00

23.83 375 23.44

572.5 30.0 7.02 390 24.37 360 22.50

COL 5 570.0 26.0 6.08

5.95

410 25.62

22.42 340 21.25

570.0 25.0 5.95 325 20.31 360 22.50

6.63 23.12

COL 7 534.0 25.0 5.85

5.85

365 22.81

23.81 390 24.31

541.5 25.0 5.85 380 23.75 390 24.37

COL 7 581.5 29.0 6.79

7.14

435 27.19

25.70 425 26.56

608.5 32.0 7.49 390 24.37 395 34.69





Series Peso gr

Resistencia a Flexión Resistencia a compresión

Carga kN Parcial Media

Carga kNParcial Media

MPa MPa MPa MPa

CAN 0 587.5 1.197

5.38

26.64

593.0 2.297 5.38 42.17 26.36 43.12 26.92

CAN 0 579.0 2.189 5.12

5.08

40.33 25.19

23.68 39.26 24.54

572.5 2.163 5.05 35.06 21.91 36.94 23.09

5.23 25.16

CAN 3 572.5 1.801 4.22

4.13

31.06 19.78

19.87 32.05 20.02

568.5 1.738 4.05 29.88 18.66 33.65 21.02

CAN 3 568.5 0.565

3.80

18.81

558.0 1.622 3.80 28.23 17.65 31.97 19.97

3.97 19.34

CAN 5 561.0 1.892 4.42

4.10

27.26 17.02

17.71 24.91 15.56

569.5 1.625 3.79 28.59 17.87 32.69 20.40

CAN 5 550.0 1.659 3.89

4.06

29.57 18.48

17.90 29.33 18.33

574.0 1.812 4.24 28.70 17.92 27.04 16.90

4.08 17.80

CAN 7 576.5 0.288

3.91

29.05 18.16

17.40 30.19 18.87

569.5 1.667 3.91 27.98 17.48 24.19 15.11

CAN 7 565.0 1.656 3.88

3.73

25.98 16.23

16.02 26.29 16.42

542.5 1.535 3.59 25.34 15.83 24.98 15.61




Tabla 4: Resistencia a flexión y compresión a los 7 días (áridos Coliseo)

Series Peso grResistencia a Flexión Resistencia a compresión



MPa MPa MPa MPa

COL 0 580,5 3.036 7.10

6.75

45.33 28.31

28.75 46.81 29.25

584.0 2.735 6.41 46.24 28.88 45.71 28.56

COL 0 577.5 3.012 7.06

7.10

52.58 32.85

31.97 49.31 30.80

582.0 3.046 7.14 49.80 31.11 52.98 33.11

6.92 30.36

COL 3 534.0 2.584 6.04

6.03

43.53 27.20

28.44 48.15 30.09

554.5 2.570 6.02 44.79 27.99 45.61 28.50

COL 3 583.0 2.841 6.65

6.62

49.89 31.16

31.54 52.01 32.48

583.5 2.816 6.60 48.94 30.56 51.22 31.98

6.32 29.99

COL 5 571.0 2.805 6.57

6.53

50.77 31.79

31.10 48.13 30.07

571.5 2.774 6.50 51.13 31.95 48.98 30.61

COL 5 551.0 2.642 6.18

5.84

44.78 27.98

28.18 40.72 25.42

530.5 2.358 5.51 47.91 29.93 47.08 29.41

6.18 29.64

COL 7 567.0 2.711 6.35

6.25

47.46 29.61

29.06 45.55 28.47

567.0 2.629 6.16 43.48 27.17 49.60 31.00

COL 7 568.5 2.377 5.57

5.98

42.12 26.30

26.96 43.74 27.29

567.0 2.733 6.39 45.15 28.19 41.78 26.08






Series Peso gr

Resistencia a Flexión Resistencia a compresión



MPa MPa MPa MPa

CAN 0 581.5 3.00 7.02

7.62

44.00 27.5

45.00 28.1

572.5 3.00 7.02 49.00 30.6 46.00 28.7

CAN 0 584.5 2.90 6.79

7.67

46.00 28.7

44.00 27.5

588.0 2.80 6.55 41.00 25.6 48.00 30.0

6.84 27.90

CAN 3 565.5 2.30 5.38

5.38

37.00 23.12

40.00 25.00

584.5 2.30 5.38 43.00 26.87 44.00 27.50

CAN 3 572.5 2.20 5.15

5.26

47.00 29.37

43.00 26.87

579.5 2.30 5.38 45.00 38.10 41.00 25.60

5.32 26.33

CAN 5 566.5 2.60 6.08

6.08

42.00 26.25

41.00 25.62

571.0 2.60 6.08 39.00 24.37 40.00 25.00

CAN 5 559.0 2.00 4.68

4.91

42.00 26.25

40.00 25.00

581.0 2.20 5.15 42.00 26.25 44.00 27.50

5.49 25.78

CAN 7 525.0 2.00 4.68

5.15

36.00 22.50

36.00 22.50

566.5 2.40 5.62 40.00 25.00 40.00 25.00

CAN 7 558.0 2.40 5.62

5.62

36.00 22.50

36.00 22.50

567.5 2.40 5.62 41.00 25.62 41.00 25.62

5.38 23.51



Tabla 6: Resistencia a flexión y compresión a los 28 días (áridos Coliseo) Series Peso

gr Resistencia a Flexión Resistencia a compresión

Carga kN

Parcial Media Carga kN

Parcial Media MPa MPa MPa MPa

COL 0 576 4.40 10.30 10.30 68.00 42.5 61.00 38.1

570 4.40 10.30 68.00 42.5 71.00 44.4

COL 0 578 4.20 9.83 9.83 69.00 43.1 57.00 35.6

575 4.20 9.83 72.00 45.0 63.00 39.4

10.06 41.32 COL 3 576 4.50 10.53 10.41 67.00 41.9

72.00 45.0 574 4.40 10.30 50.00 36.9

73.00 45.6 COL 3 551 4.40 10.30 10.30 69.00 43.1

73.00 45.6 530 3.40 10.30 60.00 37.5

63.00 39.4 10.36 41.88

COL 5 565 4.30 10.06 9.71 70.00 43.7 65.00 40.6

561 4.00 9.36 65.00 40.6 70.00 43.7

COL 5 561 4.40' 10.30 10.30 66.00 41.2 66.00 41.2

564 4.40 10.30 61.00 38.1 67.00 41.9

10.00 41.37 COL 7 558 4.40 10.30 9.71 66.00 41.2

67.00 41.9 554 3.80 9.13 64.00 40.0

70.00 43.7 COL 7 519 3.40 10.30 10.30 67.00 41.9

59.00 36.9 551 4.40 10.30 63.00 39.4

68.00 42.5 10.00 40.94




Anexo V: Durabilidad.

Ensayo de absorción de agua por capilaridad. Tabla No 1. CANTIDAD DE AGUA ABSORBIDA, g/cm2

Tiempo Identificación

h COP 0%

CO 3%

CO 5%

CO 7%

CAP 0%

CA 3%

CA 5%

CA 7%

4 0.181 0.126 0.140 0.161 1.033 1.190 1.593 1.433 8 0.542 0.338 0.421 0.506 1.217 1.410 1.907 1.751 24 0.846 0.603 0.647 0.833 1.758 2.042 2.789 2.713 72 0.852 0.609 0.660 0.856 1.829 2.058 2.866 2.748

120 0.915 0.658 0.678 0.878 1.866 2.074 2.884 2.757 168 0.920 0.637 0.686 0.915 1.942 2.106 2.920 2.775


Leyenda: -COP 0%: Coliseo Patrón; 0% de adición. - CAP 0%: Canal Patrón; 0% de adición -CO 3%: Coliseo; 3% de adición. - CA 3%: Canal; 3% de adición. -CO 5%: Coliseo; 5% de adición. - CA 5%: Canal; 5% de adición. -CO 7%: Coliseo; 7% de adición. - CA 7%: Canal; 7% de adición.


Metodologías para desarrollar Almacén de Datos. Methodologies to develop Data Warehouse.

Ing. Eric Ismael Leonard Brizuela Profesor Instructor Universidad de Granma, Bayamo, Granma, Cuba, Teléfono: 48 16 49 Email: [email protected]

MSc. Yudi Castro Blanco Profesora Asistente Universidad de Granma, Bayamo, Granma, Cuba. Teléfono: 48 10 15 ext.: 208 Email: [email protected]

Recibido: 11-09-13 Aceptado: 04-11-13 Resumen: El desarrollo de un almacén de datos no es tarea fácil, para llevar a cabo su implementación es necesario disponer de la metodología adecuada; se requiere el diseño de un modelo conceptual que incluye tanto los requisitos de información de los usuarios así como las fuentes de datos operacionales, a partir del cual se obtiene un modelo lógico basado en una tecnología de base de datos específica que guía la implementación. Actualmente muchas de las metodologías existentes no definen mecanismos que abarquen las características particulares del desarrollo de un almacén de datos, convirtiéndolo en una tarea compleja y artesanal. Para dar solución a este problema, en esta investigación se realiza un estudio de varias metodologías para el desarrollo de almacenes de datos, realizando un análisis de sus principales características para determinar la más apropiada. Palabras clave: Metodología, Almacén de Datos.

Ing. Eric Ismael Leonard Brizuela, MSc. Yudi Castro Blanco. Metodologías para desarrollar Almacén de Datos.


Abstract:

The development of a data warehouse is not an easy task, in order to carry out its implementation it is necessary to have the adequate methodology; the design of a conceptual model takes that as much includes the requirements of information of the users as well as the operational data sources, from which obtains a logical model based in a data base specific technology that directs the implementation itself. Many of the existing methodologies do not define mechanisms that cover the particular characteristics for development of a data warehouse, turning it into a complex and craft task. In order to give solution to this problem, in this investigation a study of several developmental methodologies of data warehouses comes true, conducting an analysis of its main features to determine the most appropriate. Keywords: Methodology, Data Warehouse. Introducción:

Los Almacenes de Datos o Data Warehouse (DW por sus siglas en Inglés), surgieron en la década del 90 del siglo pasado, conocidos como “una colección de datos orientados a un ámbito (empresa, organización), integrada, no volátil y variante en el tiempo, que ayuda al proceso de los sistemas de soporte a la toma de decisiones”(1). El diseño y construcción de los almacenes de datos están ganando cada vez mayor popularidad en las organizaciones, al considerar las ventajas que involucra el análisis de los datos históricos de forma multidimensional para apoyar el proceso de toma de decisiones (2)., resultando complejo en este proceso la recolección de requerimientos, el análisis y el diseño porque no siempre se emplea la metodología adecuada. La definición de metodología para algunos autores es: “una colección de procedimientos, técnicas, herramientas y documentos auxiliares que ayudan a los desarrolladores de software en sus esfuerzos por implementar nuevos sistemas de información”. Una metodología está formada por fases, cada una de las cuales se puede dividir en sub-fases, que guiarán a los desarrolladores de sistemas a elegir las técnicas más apropiadas en cada momento del proyecto y también a planificarlo, gestionarlo, controlarlo y evaluarlo (3-6). La finalidad de una metodología de desarrollo es garantizar la eficacia (p.ej. cumplir los requisitos iniciales) y la eficiencia (p.ej. minimizar las pérdidas de tiempo) en el proceso de generación de software, pero no siempre se han distinguido por ser muy exitosas, aún menos por su popularidad. La crítica más frecuente que sufren las metodologías es que son burocráticas, reiterativas y ambiguas. Hay tanto que hacer para seguir la metodología que el ritmo entero del desarrollo se retarda. Hoy en día existen varias propuestas metodológicas que inciden en distintas dimensiones del proceso de desarrollo de un almacén de datos para facilitar la realización de nuevos proyectos y reducir su complejidad. Cada una de estas metodologías están marcadas por características particulares que las hacen diferentes, la elección de una o varias de ella para la construcción de un almacén de datos debe ser estudiado cuidadosamente.

Desarrollo:

Varias personas e instituciones se han dado la tarea de estudiar el tema sobre la metodología correcta para la construcción de un almacén de datos (7), algunos han creado sus propias metodologías, otros han modificado las existentes, entre ellas se pueden mencionar: Ciclo de vida Kimball (8), DWEP (9), la propuesta de Trujillo (10), Rapid Warehousing Methodology (11) y HEFESTO (12). Existen otras metodologías que pudieran aplicarse al desarrollo de un almacén de datos y que la comunidad científica considera como probadas (13-15) pero se enfocan hacia la minería de datos, ellas son: CRISP-DM, SEMMA y P3TQ. Existe además una metodología llamada KM-IRIS (16) que pudiera



aplicarse de cierto modo aunque fue concebida para dirigir proyectos de desarrollo de Sistemas de Gestión del Conocimiento. Arquitectura de un Almacén de Datos Antes de analizar las características particulares de cada metodología es necesario conocer la arquitectura de un almacén de datos, la que incluye: datos operacionales, extracción, transformación y carga de los datos, almacén y herramienta de acceso al depósito; como se muestra en la Figura 1, sus componentes según (12) son:

Figura 1: Arquitectura de un Almacén de Datos.

OLTP (On-line Transaction Processing / Procesamiento de Transacciones en línea), representa toda aquella información transaccional que genera la organización diariamente y las fuentes externas. LOAD MANAGER. Los ETL (Extract-Transform-Load / Extracción, Transformación y Carga) se encargan de extraer los datos desde los OLTP para manipularlos, integrarlos, transformarlos y posteriormente cargar los resultados obtenidos en el almacén de datos, es necesario contar con un sistema que se encargue de ello. DW MANAGER. Su finalidad es transformar e integrar los datos fuentes y de almacenamiento intermedio en un modelo adecuado para la toma de decisiones. Permitiendo realizar todas las funciones de definición y manipulación del depósito de datos, para poder soportar todos los procesos de gestión del mismo. QUERY MANAGER. Este componente realiza las operaciones necesarias para soportar los procesos de gestión y ejecución de consultas relacionales, propias del análisis de datos, recibe las consultas del usuario, las aplica a la estructura de datos correspondiente y devuelve los resultados obtenidos. HERRAMIENTAS Y CONSULTAS DE DATOS. Son los sistemas que permiten al usuario realizar la exploración de datos del almacén de Datos. Básicamente constituyen el nexo entre el depósito de datos y los usuarios. USUARIOS. Son aquellos que se encargan de tomar decisiones y de planificar las actividades del negocio. Esta arquitectura opera de la siguiente manera: Los datos se extraen de aplicaciones, bases de datos, archivos, entre otros. Esta información generalmente reside en diferentes tipos de sistemas, orígenes y arquitecturas con diferente formatos, los datos son integrados, transformados y limpiados, para luego ser cargados en el almacén de Datos, la información se estructura en cubos multidimensionales para responder a consultas dinámicas con una buena presentación.



Los usuarios acceden a los cubos, utilizando diversas herramientas de consulta: Query & Reporting, On-line analytical processing (OLAP), Executive Information System (EIS) ó Información de gestión, Decision Support Systems (DSS), Visualización de la información, Data Mining, etc (17). Características de las metodologías El Ciclo de vida Kimball (18) presenta un marco de trabajo como el ilustrado en la Figura 2, en la cual se muestran las diferentes etapas durante todo el proceso de creación del almacén de datos.

Figura 2: Ciclo de vida para la construcción de un almacén de datos según Ralph Kimball. La fase de planeación del proyecto, pretende establecer la definición y el alcance del proyecto de la bodega de datos, incluyendo la valoración y justificación del negocio. La fase de definición del proyecto es donde se establece la base relacionada con la tecnología, los datos y las aplicaciones del usuario. La ruta de mayor importancia es la relacionada con los datos, en la cual se realiza el modelado dimensional, partiendo de los requerimientos obtenidos y de las necesidades de análisis de los usuarios; el diseño físico, el cual se enfoca en definir las estructuras físicas necesarias para soportar el modelado dimensional; y la etapa ETL en la cual se diseña y desarrollan procesos para extraer, transformar y cargar datos. A lo largo de todo el ciclo de vida se debe seguir una administración general del proyecto la cual asegura que todas las actividades del ciclo de vida se alcancen y se sincronicen. DWEP (Data Warehouse Engineering Process) está basada en el proceso unificado (en inglés: Unified Process UP) estándar aceptado en el ámbito científico e industrial para el desarrollo de software; entre sus principales características se encuentra que es iterativo e incremental, se basa en cuatro fases de desarrollo y siete flujos de trabajo, en la Figura 3 se presentan gráficamente la relación existente entre los flujos de trabajo y las fases tanto del UP como de DWEP, está basado en componentes, utiliza el UML (Unified Modeling Language - Lenguaje Unificado de Modelado) como lenguaje para modelado gráfico (19-21), es orientada a objetos, independiente de cualquier implementación específica, ya sea relacional o multidimensional y permite la representación de todas las etapas del diseño de un almacén de datos (9, 22).



Figura 3 (a) Proceso Unificado y (b) DWEP

Fases de desarrollo: Fase de inicio: El objetivo de esta fase es analizar el proyecto para justificar su puesta en marcha, para lograrlo se realiza una descripción general del proyecto, se detectan los riesgos críticos y se establecen la funcionalidad básica del software con una descripción de la arquitectura candidata. Fase de elaboración: Una vez finalizada la fase de inicio, se pretende formar una arquitectura sólida para la construcción del software. En esta fase se busca establecer la base lógica de la aplicación con los casos de uso definitivos y los artefactos del sistema que lo componen. Fase de construcción: Se inicia a partir de la línea base de arquitectura que se especificó en la fase de elaboración y su finalidad es desarrollar un producto listo para la operación inicial en el entorno del usuario final. Fase de transición: Una vez que el proyecto entra en la fase de transición, el sistema ha alcanzado la capacidad operativa inicial. Esta fase busca implantar el producto en su entorno de operación. Flujos de trabajo: En términos generales para el proceso unificado y el DWEP un flujo de trabajo es un conjunto de actividades realizadas en un área determinada cuyo resultado es la construcción de artefactos (un texto, un diagrama, una página Web, código en lenguaje de programación, etc.). Requerimientos: Durante este flujo de trabajo, los usuarios especifican las medidas y agregaciones más interesantes, el análisis dimensional, consultas usadas para la generación de reportes periódicos y frecuencia de la actualización de los datos. El proceso unificado sugiere el uso de casos de uso. Esto ayuda a comprender el sistema y obtener los requisitos y funciones para la solución. Además establece como deben ser las interacciones del sistema. Análisis: Tiene como objetivo mejorar la estructura y los requisitos obtenidos en la etapa de requerimientos. En esta etapa se documentan los sistemas operacionales preexistentes que alimentaran el almacén de datos. Diseño: Al final de este flujo de trabajo, está definida la estructura del almacén de datos. El principal resultado de este flujo de trabajo es el modelo conceptual del almacén de datos. Además las transformaciones necesarias de los datos para extraerlos del origen hacia el destino quedarán también definidas a nivel conceptual. Implementación: Durante este flujo de trabajo, el almacén de datos es construido y se empiezan a recibir datos de los sistemas operaciones, se afina para un funcionamiento optimizado, entre otras tareas.



Pruebas: El objetivo de este flujo de trabajo es verificar que la aplicación funcione correctamente, realizar las pruebas y analizando los resultados de cada prueba. Concretamente, los efectos de las pruebas son los siguientes: planificar las pruebas necesarias, diseñar y aplicar las pruebas mediante la creación de casos de prueba y realizar las pruebas y analizar los resultados de cada prueba (23). Mantenimiento: Un almacén de datos es un sistema que se retroalimenta constantemente. El objetivo de este flujo de trabajo es definir la actualización y carga de los procesos necesarios para mantener el almacén de datos. Este flujo de trabajo comienza cuando se construye la bodega de datos y es entregada a los usuarios finales, pero no tiene una fecha de finalización. Durante este trabajo, los usuarios finales pueden tener nuevas necesidades, lo que desencadena el comienzo de una nueva iteración con los requisitos de flujo de trabajo. Revisiones post desarrollo: Esto no es un flujo de trabajo de las actividades de desarrollo, sino un proceso de revisión para la mejora de proyectos a futuro. Si hacemos un seguimiento del tiempo y esfuerzo invertido en cada fase es útil en la estimación de tiempo y de las necesidades para generar los requisitos para desarrollos futuros.

Trujillo propone una metodología de modelado basada en el proceso unificado. En esta propuesta se emplean los perfiles de UML como mecanismo para especializar este lenguaje al dominio de los almacenes de datos. Contemplando cada una de las fases de su desarrollo, se han diseñado perfiles para el modelado multidimensional del repositorio del almacén de datos y los procesos ETL (10).

Rapid Warehousing Methodology es una metodología propuesta por SAS Institute. Esta metodología es iterativa, y está basada en el desarrollo incremental de almacén de datos dividido en cinco fases como se puede apreciar en la figura 4.

Figura 4: Fases de la metodología Rapid Warehousing Methodology.

Definición de los objetivos: Se definirá el equipo de proyecto, el alcance del sistema y cuáles son las funciones que el almacén de datos realizará como suministrador de información de negocio estratégica. Se definirán así mismo, los parámetros que permitan evaluar el éxito del proyecto. Definición de los requerimientos de información: Se analizará las necesidades y se definirán los requerimientos de información. Diseño y modelización: se identificarán las fuentes de los datos (sistema operacional, fuentes externas,..) y las transformaciones necesarias para, a partir de dichas fuentes, obtener el modelo lógico de datos del almacén de datos. Este modelo estará formado por entidades y relaciones que permitirán resolver las necesidades de negocio de la organización. Implementación: Se realizará la extracción y carga de los datos, así como la explotación del almacén de datos para su uso por parte de los usuarios finales. Revisión: Después de implantarse, se debe realizar una revisión del almacén de datos planteando preguntas que permitan, después de los seis o nueve meses posteriores a su puesta en marcha, definir cuáles serían los aspectos a mejorar o potenciar en función de la utilización que se haga del nuevo sistema.



HEFESTO es una metodología creada por el Ing. Bernabeu Ricardo Darío, su última actualización es la versión 1.1 en abril del 2009 y disponible bajo licencia GNU FDL, se fundamenta en una amplia investigación, comparación de metodologías existentes y experiencias propias en procesos de confección de almacenes de datos. Consta de cuatro fases: análisis de requerimientos, análisis de los OLTP, modelo lógico del almacén de datos y proceso ETL. Puede ser utilizada en cualquier ciclo de vida que no requiera fases extensas de requerimientos y análisis, con el fin de entregar una implementación que cumpla con una parte de las necesidades proporcionadas por el usuario (12, 17), en la figura 5 se puede apreciar los pasos que se realizan en cada fase de la metodología.

Figura 5: Metodología HEFESTO, pasos.

Análisis de Requerimientos: Se identifican los requerimientos del usuario con el fin de entender los objetivos de la organización, haciendo uso de técnicas y herramientas, como la entrevista, la encuesta, el cuestionario, la observación, el diagrama de flujo y el diccionario de datos, obteniendo como resultado una serie de preguntas que se deberán analizar con el fin de establecer cuáles serán los indicadores y perspectivas que serán tomadas en cuenta para la construcción del almacén de datos. Finalmente se realizará un modelo conceptual en donde se podrá visualizar el resultado obtenido en este primer paso. Análisis de los OLTP: Tomando en cuenta el resultado obtenido en el paso anterior se analizarán las fuentes OLTP para determinar cómo serán calculados los indicadores con el objetivo de establecer las respectivas correspondencias entre el modelo conceptual y las fuentes de datos. Luego, se definirán qué campos se incluirán en cada perspectiva y finalmente, se ampliará el modelo conceptual con la información obtenida en este paso. Modelo lógico del Almacén de Datos: Como tercer paso, se realizará el modelo lógico de la estructura del almacén de datos, teniendo como base el modelo conceptual. Para esto, se debe definir el tipo de representación de un almacén de datos que será utilizado, posteriormente se llevarán a cabo las acciones propias al proceso, para diseñar las tablas de dimensiones y de hechos. Por último, se realizarán las uniones pertinentes entre estas tablas. Procesos ETL: Se prueban los datos a través de procesos ETL. Para realizar la compleja actividad de extraer datos de diferentes fuentes, luego integrarlos, filtrarlos y depurarlos, se podrá hacer uso de



software que facilita dichas tareas, por lo cual este paso se centrará solo en la generación de las sentencias SQL que contendrán los datos que serán de interés. Esta metodología cuenta con las siguientes características:

Los objetivos y resultados esperados en cada fase se distinguen fácilmente y son sencillos de comprender. Se basa en los requerimientos del usuario, por lo cual su estructura es capaz de adaptarse con facilidad y rapidez ante los cambios en el negocio. Reduce la resistencia al cambio, ya que involucra al usuario final en cada etapa para que tome decisiones respecto al comportamiento y funciones del almacén de datos. Utiliza modelos conceptuales y lógicos, los cuales son sencillos de interpretar y analizar. Es independiente del tipo de ciclo de vida que se emplee para contener la metodología. Es independiente de las herramientas que se utilicen para su implementación. Es independiente de las estructuras físicas que contengan el almacén de datos y de su respectiva distribución. Cuando se culmina con una fase, los resultados obtenidos se convierten en el punto de partida para llevar a cabo el paso siguiente. Se aplica tanto para almacén de datos como para Data Mart.

CRISP-DM (CROSS Industry Standard Process for Data Mining), es un estándar industrial, utilizado por más de 160 empresas e instituciones de todo el mundo, que surge en respuesta a la falta de estandarización. Interrelaciona las diferentes fases del proceso entre sí, de tal manera que se consolida un proceso iterativo y recíproco. Es planteada como una metodología imparcial o neutra respecto a la herramienta que se utilice para el desarrollo de almacén de datos y Data Mining siendo su distribución libre y gratuita (24, 25). CRISP-DM cuenta con una herramienta CASE (Computer Aided Software Engineering) integrada (que soporta todas las fases del proceso) para satisfacer el desarrollo de proyectos de minería de datos llamada CMIN, la cual incluye la gestión de procesos, plantillas y proyectos, y permite realizar el seguimiento de los proyectos de una forma fácil e intuitiva. CMIN permite también enlazar en tiempo de ejecución (sin necesidad de volver a compilar la herramienta) nuevos algoritmos de minería de datos que apoyen la labor de modelado (basada en un flujo de trabajo) (26).

SEMMA se define como el proceso de selección, exploración y modelado de grandes cantidades de datos para descubrir patrones de negocio desconocidos. Su nombre es el acrónimo correspondiente a las cinco fases básicas del proceso (muestro (sample), explotación (explore), modificación (modify), modelado (model), valoración (assess)) (28).

P3TQ (Product, Place, Price, Time, Quantity) está compuesta por dos modelos, el Modelo de Negocio y el Modelo de Explotación de Información. El Modelo de Negocio proporciona una guía de pasos para identificar un problema de negocio o la oportunidad del mismo. El Modelo de Explotación de Información proporciona una guía de pasos para la ejecución de los modelos de explotación de información de acuerdo al modelo identificado en Modelo del Negocio (14).

KM-IRIS fue elaborado por el grupo de Integración y Re-Ingeniería de Sistemas (IRIS) de la Universidad Jaume. Se crea con el objetivo de dirigir el proyecto de desarrollo de un sistema de gestión del conocimiento, consta de cinco fases: identificar, extraer, procesar, almacenar y compartir. Esta metodología pretende cubrir el ciclo completo en el desarrollo de un sistema de gestión del conocimiento. Es una metodología poco difundida y con escasa documentación (16, 27). En la tabla 1 se muestra una breve descripción de sus fases.



Tabla 1. Metodología KM-IRIS. Fases Objetivo Técnica/Herramienta

Identificar Seleccionar las bases de datos que puedan aportar la información necesaria para obtener el conocimiento. Experiencia de los expertos.

Extraer Ensamblar datos desde fuentes dispares, enriqueciéndolos de manera que cree información valiosa.

Herramientas ETL/ almacén de datos.

Procesar Construir por medio de algoritmos de Minería de Datos, modelos de comportamiento Minería de Datos

Almacenar Validar, seleccionar y mantener los modelos de comportamiento.

Minería de Datos/ Experiencia del Ingeniero del Conocimiento

Compartir Poner a disposición de la Organización el conocimiento descubierto Portal del Conocimiento

Discusión: Elegir una u otra metodología a la hora de desarrollar un almacén de datos dependerá de las características particulares de cada metodología y del almacén de datos, pero si de las metodologías se trata se puede analizar lo siguiente:

El Ciclo de vida Kimball es muy amplia la manera de abordar los elementos para las etapas de desarrollo, y deja claro qué se debe hacer, pero no cómo lograrlo, lo que provoca demoras en los resultados. Esta metodología no detalla la manera en que se deben diseñar los modelos de datos ni la forma de obtener las variables para lograr la correspondencia con los datos fuentes. Además, no es contemplada como un ciclo completo de desarrollo sino que abarca solo la etapa de diseño del almacén de datos (8, 18).

DWEP es una metodología que contempla el ciclo completo de desarrollo de un almacén de datos, permitiendo crear todos los aspectos fundamentales en los modelos de datos (lógico conceptual y físico). La captura de requerimientos es la base para el posterior análisis y diseño del almacén de datos, en este punto se considera que se manejan muchos artefactos.

La propuesta de Trujillo para el desarrollo de almacenes de datos dirigidos por modelos no detalla la manera en que se deben diseñar los modelos de datos ni la forma de obtener las variables para lograr la correspondencia con los datos fuentes. Además, no es contemplada como un ciclo completo de desarrollo sino que abarca solo la etapa de diseño del almacén de datos.

Rapid Warehousing Methodology es una metodología iterativa que está basada en el desarrollo incremental de un almacén de datos dividido en cinco fases. Esta metodología no incluye lo relativo a técnicas de análisis de la información, por lo que con su aplicación solo se obtendría el almacén de datos y no los multianálisis de los datos para apoyar la toma de decisión.

HEFESTO es una metodología cuya propuesta se fundamenta en una amplia investigación, comparación de metodologías existentes y la experiencia en la elaboración de almacenes de datos. La ventaja principal de esta metodología es que específica puntualmente los pasos a seguir en cada fase a diferencia de otras metodologías que mencionan los procesos, más no explican cómo realizarlos. Se debe señalar como elemento negativo que su última fase es el proceso ETL por lo que no permite la obtención del modelo conceptual, lógico y físico.

CRISP-DM, SEMMA y P3TQ se centran fuertemente en las técnicas de explotación de información y en la tipificación de los datos, además no determinan cómo las variables vinculadas a los datos modelan el



negocio, ni cuáles son los procesos de explotación de información, ni el modelo asociado, que a partir de aplicar las técnicas al conjunto de valores de las variables, permiten obtener una solución para cada problema de inteligencia de negocio (28, 29)

KM-IRIS describe, formal y estructuradamente, las actividades a llevar a cabo para extraer conocimiento a partir de los datos, así como determina las herramientas y técnicas necesarias para cada fase pero es una metodología poco difundida y con escasa documentación. Resultados: Una vez analizadas las principales características de las metodologías que se emplean en el desarrollo de almacenes de datos se percibió que no todas contemplan el ciclo completo de desarrollo, en algunas no se crean artefactos que especifiquen como implementar la solución y la documentación en otras es escasa. Además el almacén de datos se basa en el diseño de un modelo conceptual y a partir de este se obtiene un modelo lógico, muchas de estas metodologías no definen mecanismos para estructurar de manera sistemática este proceso, convirtiéndolo en una tarea compleja y artesanal. Después de realizado un análisis exhaustivo de cada metodología se considera apropiada la integración de la metodología HEFESTO y DWEP para el desarrollo de almacenes de datos. La metodología HEFESTO podrá definir la arquitectura de los datos, es decir recolectar los requerimientos y necesidades de información del usuario y DWEP podrá elaborar el modelo conceptual, lógico y físico pues permite controlar el alcance y la agilidad de forma disciplinada.

Conclusiones:

Al elegir un metodología para desarrollar un almacén de datos no se deben utilizar metodologías que requieran fases extensas de reunión de requerimientos y análisis, fases de desarrollo monolítico que conlleve demasiado tiempo y fases de despliegue muy largas. El objetivo de cada desarrollador debe ser entregar una primera implementación que satisfaga una parte de las necesidades, para demostrar las ventajas del almacén de datos y motivar a los usuarios, es por eso que se debe elegir una metodología que cumpla con estos requisitos, pues el trabajo siempre debe estar dirigido a mejorar la calidad y aceptación del mismo por los usuarios que benefician. Referencias Bibliográficas: 1. Inmon WH. Building the Data Warehouse. Cuarta ed. NuevaYork: John Wiley & Sons; 2005. 2. Fuentes L, Valdivia R. Incorporación de elementos de inteligencia de negocios en el proceso de

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Consideraciones acerca de la actividad de las arcillas en la estabilización de suelos con sales cuaternarias de amonio. Considerations clays activity in soil stabilization with quaternary ammonium salts.

MSc. Ing. Juan Mario Junco del Pino.

Especialista Obras Ingeniería CTDMC, MICONS. Cuba Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría (CUJAE). Cuba.

Profesor Adjunto. Teléfono: 5377664291 ext. 131 E-mail: [email protected]

Dr. Ing. Eduardo Tejeda Piusseaut. Profesor Titular Departamento Ingeniería Vial, Facultad de Ingeniería Civil. Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría (CUJAE). Cuba.

Teléfono: 5372663312 E-mail: [email protected]

Recibido: 07-10-13 Aceptado: 18-11-13

Resumen: Como parte de las investigaciones que se realizan en Cuba con el empleo de sales cuaternarias de amonio, como aditivo para la estabilización de los suelos de subrasante de carreteras, denominado Sistema Rocamix, se muestran los resultados obtenidos con el producto en varios trabajos ejecutados, con diferentes suelos, clasificados todos dentro de los grupos A-6 o A-7 (según AASTHO); y en los cuales este tipo de estabilización ha sido apreciablemente efectiva. Se aprecia en los análisis realizados, que son evidentes los incrementos de la resistencia en los suelos arcillosos, sin embargo, estos aumentos no se logran siempre en la misma proporción, a pesar de que la carta de Plasticidad de Casagrande los clasifica dentro del mismo grupo. Se ha encontrado buena correlación entre el incremento de la resistencia a CBR y el Índice de Actividad de la Arcilla, lo que explica las diferencias encontradas en el aumento de resistencia.

Palabras clave: Estabilización química de suelos, Arcillas / Actividades, Mejoramiento de suelos

MSc. Ing. Juan Mario Junco del Pino, Dr. Ing. Eduardo Tejeda Piusseaut. Consideraciones acerca de la actividad de las arcillas en la estabilización de suelos con sales cuaternarias de amonio.

2 Revista de Arquitectura e Ingeniería. 2013, vol.7 no.3 ISSN 1990-8830 / RNPS 2125

Abstract: As part of the investigations that are carried out with the employment of quaternary salts of ammonium in Cuba, as preservative for the stabilization of the soils of subgrade of highways, denominated Rocamix System, the obtained results with the product are shown in several executed works, with different soils, classified all inside the groups A-6 or A-7 (according to AASTHO); and in which this stabilization type has been considerably effective. It is appreciated in the carried out analyses that are evident the increments of the resistance in the loamy soils, however, these increases are not always achieved in the same proportion, although the letter of Plasticity of Casagrande classifies them inside the same group. It has been good correlation among the increment from the resistance to CBR and the Index of Activity of the Clay, what explains the difference opposing in the resistance increase.

Keywords: Chemical stabilization of soils, Clays / Activities, Soil improvement

Introducción:

Los problemas que se generan por la escasez de materiales para la construcción del cimiento de las obras viales, con una aceptable calidad, ha llevado a la búsqueda de soluciones para mejorar las propiedades ingenieriles de los suelos locales. Estas soluciones no se deben plantear como la autorización indiscriminada de fuentes de préstamo, y al respecto las autoridades competentes están siendo necesariamente cada vez más restrictivas, producto de los daños que producen al medio ambiente. De ahí que el empleo de las estabilizaciones de suelos se ha convertido en una de las alternativas más eficaces para mejorar los suelos, las que ofrecen además costes más bajos que los métodos tradicionales de construcción de subrasantes.

Dentro de estos métodos, la estabilización con aditivos químicos, a partir de exitosos trabajos ejecutados con ventajosa relación coste-efectividad, ha ido ganando adeptos en muchos países, resultando una fiable solución; mérito conquistado a partir de una gran cantidad de kilómetros de vías que han sido construidos con estos procedimientos, con resultados satisfactorios. Se le denomina estabilizador químico de suelos a un compuesto químico que al ser agregado a los suelos, lo altera, mejorando sus propiedades ingenieras.

El presente trabajo, que forma parte de un Proyecto de Investigación financiado por el Ministerio de la Construcción de Cuba, pretende llamar la atención sobre resultados que se han logrado en el mejoramiento de suelos, con el uso de un aditivo químico, obtenido en el país, a partir de sales cuaternarias de amonio, denominado comercialmente como Rocamix1. Se ha recopilado información sobre varios trabajos efectuados con el uso de este aditivo, en diferentes suelos, clasificados todos dentro de los grupos A-6 o A-7, del Sistema de Clasificación de Suelos AASTHO; y en los cuales este tipo de estabilización ha sido apreciablemente efectiva.

En los análisis realizados se aprecia que en los suelos arcillosos, donde se ha aplicado el aditivo, son evidentes los incrementos de la resistencia (medida como CBR), sin embargo, se ha comprobado que estos aumentos no se logran siempre en la misma proporción, aunque la carta de Plasticidad de Casagrande clasifique los suelos dentro del mismo grupo. Se acude entonces a la carta de Actividad de Polidori, quien para clasificar los suelos finos, propone, además de los límites de consistencia, la actividad de las arcillas (Polidori, E. (2003). Se ha encontrado entonces una buena correlación entre el incremento de resistencia a CBR y el Índice de Actividad de la Arcilla, lo que puede explicar las diferencias encontradas en los aumentos de resistencia.

1 Artículo publicado en la Revista Carreteras, 183, mayo/junio, 2012. Aditivo químico obtenido de sales cuaternarias empleado para la estabilización de suelos arcillosos de subrasante de carreteras.



1. Los suelos finos arcillosos. Actividad de la arcilla.

Dos tipos de materiales finos son reconocidos con un comportamiento diferente desde el punto de vista ingenieril: arcillosos y limosos. Las arcillas están constituidas por partículas muy pequeñas, de formas laminares, planas y alargadas, de gran superficie específica, en la que su composición mineralógica y estructura influyen más en su comportamiento mecánico que la propia granulometría. Por su alto contenido de humedad en estado natural, su resistencia al esfuerzo cortante puede ser muy baja y la capacidad de soporte muy reducida. Son impermeables, por eso absorben lentamente la humedad, pasando a un estado plástico con fácil moldeo, sin agrietamiento ni disgregación. Las partículas de limo presentan una cierta cohesión con presencia de agua entre sus partículas, son poco permeables y la humedad tiene gran influencia en su deformabilidad, compresibilidad e hinchamiento o retracción.

La plasticidad es la capacidad de los materiales arcillosos de deformarse sin agrietarse, desintegrarse o desmoronarse. El sueco Atterberg desarrolló un método para evaluar la plasticidad de los suelos, en función del contenido de humedad, y definió: límite líquido (LL) como la humedad del suelo cuando se encuentra en el límite entre el estado plástico y viscoso; límite plástico (LP) como la humedad entre el estado plástico y semisólido y el Índice plástico (IP) a la diferencia entre ambas. Estas propiedades, aunque por si solas no tienen una gran importancia, se emplean como parámetros índices en la clasificación de los suelos; y son innumerables las correlaciones realizadas entre estos índices de consistencia y las propiedades de los suelos.

De la bibliografía consultada se desprende que no hay completa dependencia del límite líquido de los suelos con la cantidad de material fino presente.

El método de clasificación de la American Society for Testing Materials (ASTM), clasifica los suelos de grano fino, como aquellos que tienen el 50% o más de finos. Se trata de suelos arcillosos y limosos. En el conocido gráfico de Casagrande se establecen unas zonas que corresponden a diferentes subgrupos, de forma que los suelos son finalmente clasificados en función de la relación entre su límite líquido y su índice de plasticidad y según que contengan o no, materia orgánica. Este sistema divide los suelos finos en tres grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C) y limos y arcillas orgánicos (O). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez, según su límite líquido, en dos grupos cuya frontera es LL = 50%. Si el límite líquido del suelo es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L (low compressibility). Si es mayor de 50 se añade la letra H (high compressibility). Obteniéndose de este modo los siguientes tipos de suelos: limos inorgánicos de baja compresibilidad (ML), limos y arcillas orgánicas de baja compresibilidad (OL), arcillas inorgánicas de baja compresibilidad (CL), arcillas inorgánicas de alta compresibilidad (CH), limos orgánicos de alta compresibilidad (MH), y arcillas y limos orgánicos de alta compresibilidad (OH).

Los suelos de grano fino se califican utilizando exclusivamente el gráfico de plasticidad. La línea A, prolongada por una pequeña franja, separa convencionalmente las arcillas inorgánicas de plasticidad baja y media (CL) y alta (CH), de los limos inorgánicos (ML, MH) y de los suelos finos orgánicos (OL, OH).

El sistema de Clasificación AASHTO, el más utilizado para la clasificación de suelos en carreteras, clasifica como materiales limo-arcillosos, aquellos que presentan más del 35% pasado por el tamiz No. 200. Dentro del Grupo A-6, se encuentran los suelos arcillosos plásticos, normalmente con un 75% o más pasando el tamiz No. 200. Los materiales de este grupo experimentan generalmente grandes cambios de volumen entre los estados seco y húmedo. Los del Grupo A-7, son similares al A-6, con la diferencia de que tiene elevado límite líquido, y estar sujetos a grandes cambios de volumen.

El grupo A-7, establece dos subgrupos, el A-7-5 que incluye aquellos materiales que tienen un índice de plasticidad moderado en relación con el límite líquido, que pueden ser altamente compresibles y estar asimismo sujetos a importantes cambios de volumen; mientras que los del subgrupo A-7-6, incluyen los materiales que tienen un índice de plasticidad elevado en relación con el límite líquido, sujetos también a cambios de volumen muy importantes (figura 1).



Se conoce que los minerales arcillosos, tales como la montmorillonita y la kaolinita, son responsables de la plasticidad de los suelos. Las propiedades de la montmorillonita están determinadas en gran medida por el tamaño y carga de los cationes fijados entre las capas elementales formadas por tetraedros de sílice y octaedros de alúmina. Así, las montmorillonitas hidrogenadas y sódicas son muy expandibles; las de calcio y magnesio presentan una expansibidad moderada; y los cationes de amonio tienden a estabilizar el espaciamiento debido a su tamaño igual al espacio entre los bloques de sílice (Spangler & Handy, 1982).

El tipo y la cantidad de los minerales arcillosos, con sus cationes intercambiables asociados presentes en los suelos de granos finos, controlan la plasticidad del suelo y su tendencia a los cambios de volumen, más que la cantidad de material más fino que 2 micras. Por esta misma razón, una arcilla bentonítica, dependiendo del tipo de catión intercambiable, puede tener variaciones notables en el límite líquido, mientras se observan variaciones más bajas en su límite plástico.

La afinidad relativa de los minerales de la arcilla por el agua y por los cationes presentes en ella, depende del desequilibrio de cargas eléctricas en la superficie de los minerales de arcilla. La estructura cristalina de la montmorillonita se caracteriza por un marcado desequilibrio de cargas eléctricas que debe ser compensado por la adsorción de cationes en la superficie de las partículas de arcilla. Tales cationes pueden ser cambiados por otros en solución en el agua intersticial y constituyen los llamados cationes intercambiables que pueden ser determinados cuantitativamente como su capacidad de intercambio catiónico (CIC). Esta magnitud puede ser considerada como un indicador del contenido de montmorillonita de un suelo y, en consecuencia como un indicador de su actividad.

Si el contenido del mineral arcilloso montmorillonítico es mayor en el contenido de la fracción menor de 2 micras (CF), entonces el suelo exhibe un comportamiento arcilloso y alta plasticidad. Si es a la inversa, y el contenido de mineral arcilloso alto es kaolinítico, entonces el suelo presenta un comportamiento limoso y baja plasticidad.

El tipo de mineral arcilloso plano absorbido (también una función del tipo de catión absorbido), puede causar muy fuertes variaciones en los valores de los límites de Atterberg, aunque el porcentaje de arcillas permanezca igual. Esto puede ser inferido de la carta de actividad realizada por Polidori en el 2009, ver figura 2. Por ello, para suelos inorgánicos (con minerales arcillosos planos), la ubicación de los datos de LL vs. IP sobre la línea 0.5 C y línea C depende de las características de los minerales arcillosos que contienen.

A ‐ 6

A – 7 ‐ 6

A – 7 ‐ 5 A ‐ 7

IP = LL ‐ 30

10

20

30

40

IP

10 20 30 40 50 60 70 80 LL

Figura 1. Carta de plasticidad. Sistema AASHTO.



Aun mas, suelos que tienen el mismo valor de LL(o IP) pueden tener muy diferentes características a causa de la cantidad y tipo de minerales arcillosos que contengan. Por ejemplo, un suelo con alto contenido de limos y/o contenido de arenas (menor que 425 micras), con el mismo LL, muestra un índice de plasticidad más alto a causa de su mayor contenido de minerales arcillosos, que es más expandible a medida que el contenido que la fracción arcillosa decrece

De todo esto se desprende que ni los limites de Atterberg, ni el contenido de finos (CF), por si solos son suficientes para caracterizar, clasificar o predecir el comportamiento de un suelo fino. Para considerar de forma separada el efecto sobre el valor de los límites de Atterberg, de la cantidad y del tipo del mineral arcilloso contenido en un suelo fino, se emplea la relación entre el índice de plasticidad de la fracción arcillosa (IP) y la cantidad de material más fino que 2 micras (% Arc), denominada como Actividad de Skempton (Polidori, 2009), y se determina como:

La combinación de factores tales como el tipo de mineral arcilloso, tipo de catión absorbido, pH, y otros, aportan una gran variedad de valores de actividad de las arcillas, donde los mínimos y máximos corresponden a los minerales arcillosos puros: kaolinita y montmorillonita respectivamente (en la forma iónica monovalente). Mientras más alto sea el valor de la actividad de un suelo más importante es la influencia de la fracción arcillosa sobre las propiedades intrínsecas y más susceptibles de intercambiar cationes. De hecho la ubicación de un suelo determinado, entre las líneas 0,5 C-line y C-line, depende de las características del mineral arcilloso que contenga.

Sobre la base de la interdependencia de los Parámetros: LL, LP, IP, CF y A, parece apropiado clasificar los suelos inorgánicos, con minerales arcillosos planos acorde a: tamaño de la partícula arcillosa que contiene y su actividad. La figura 2 muestra la carta de actividad en función de los límites de Atterberg y el grado de actividad de la arcilla. La Línea L y la Línea H (para A= 0,5 y A= 1,0 respectivamente) subdivide las zonas limosas y arcillosas en tres grupos: baja actividad (L),

Figura 2. Carta de Actividad de Polidori (Polidori, 2009)



actividad media (M) y alta actividad (H), localizadas debajo, en medio, y encima de ambos límites, respectivamente.

2. Estabilización de suelos para subrasantes mediante el Sistema Rocamix

La subrasante es la capa de suelos de la explanación de las carreteras que sirve de cimiento a la estructura de pavimento, con determinadas características de acuerdo al tráfico de diseño previsto. La capa puede estar formada en corte o relleno, y una vez compactada, debe poseer la suficiente resistencia para soportar los valores de tensiones que llegan desde la superficie por efecto de las solicitaciones. La resistencia de la subrasante puede ser conseguida también a través de la estabilización de suelos, cuando los materiales del lugar no garantizan la resistencia especificada según el tipo de tráfico.

2.1. Características del Sistema Rocamix.

La estabilización química de suelos consiste en el empleo de sustancias químicas que modifican la estructura o propiedades del suelo, incrementando la vinculación de las partículas, para aumentar la capacidad de soportar cargas sin deformación o para reducir la pérdida de materiales superficiales por la erosión del tráfico pesado o lluvias fuertes, en vías no pavimentadas.

Esta tecnología ofrece una alternativa en costes más bajo a los métodos tradicionales de construcción de subrasantes y tiene la gran ventaja de utilizar los suelos del lugar. A partir de los exitosos trabajos realizados y la ventajosa relación costo-efectividad lograda, el método ha ido ganando adeptos en todo el mundo.

El Sistema Rocamix utiliza sales cuaternarias de amonio como elemento químico para la estabilización de los suelos arcillosos. Se emplea como una solución acuosa, que al incorporarse al suelo, produce reacciones de intercambio catiónico con la fracción menor de 2 micras contenida en los finos del suelo, desplazando a los cationes de agua que tienen un enlace iónico más débil, condicionándolo para alcanzar niveles de compactación superiores al suelo natural y por tanto mayores índices de CBR. Estos cambios afectan principalmente a la fracción coloidal de las arcillas y al agua contenida en el suelo, en particular, al agua higroscópica distribuida sobre las superficies de las partículas finas, al agua retenida por tensión superficial en los puntos de contacto de las partículas y al agua capilar infiltrada en sus poros. El estabilizador otorga al suelo un óptimo de condiciones para alcanzar una alta compactación con medios mecánicos, siendo irreversibles y permanentes, por cuanto la función catalítica del Sistema Rocamix continúa indefinidamente cuando se encuentra en presencia del agua. Por lo tanto, la estabilización es definitiva y mejora con el tiempo, lo que constituye una barrera que impide la filtración de agua de lluvia en la superficie, o desde el subsuelo. Rocamix no es contaminante del medio ambiente; no es un tóxico diluido sino un preparado orgánico que genera una reacción iónica, por lo que no constituye amenaza para las fuentes de agua, la flora o la fauna. 2.2. Resultado de las experiencias con el Sistema Rocamix.

Durante varios años se ha estado utilizando el aditivo Rocamix en diferentes tipos de suelos, comprobándose su efectividad con suelos clasificados dentro de los grupos A-6 o A-7 (según AASTHO). En todos los tramos ejecutados, los resultados han sido evidentes, con incrementos de la resistencia, sin embargo se ha observado que los incrementos de resistencia no se logran siempre en la misma proporción.

La tabla 1 muestra las características y propiedades mecánicas de varios suelos que han sido mejorados mediante el sistema Rocamix. Se muestran los límites de Atterberg, porcentaje de arcilla, índice de actividad, valor de capacidad soporte CBR antes de la estabilización, la variación de CBR obtenida posterior a la estabilización y la clasificación de acuerdo al Sistema AASTHO. Se muestra



también la clasificación de los materiales de acuerdo a los criterios de la carta de Polidori en contraste con los de Casagrande.

En Polidori (2007) se demuestra la interdependencia entre los parámetros LL, LP, IP, A y CF, para suelos inorgánicos que contienen minerales arcillosos planos y un porcentaje de arcillas no demasiado bajo. La relación cuantitativa que incluye estos parámetros, con respecto al índice de plasticidad es la siguiente:

10)CF (0,26LL 0,96IP +−=

Según nos muestra la expresión, el Índice de Plasticidad de un suelo se relaciona con su límite líquido y con la fracción arcillosa, respecto al porcentaje del material menor al tamiz 40 (empleado en los ensayos de límites de Atterberg). La relación cuantitativa con respecto al límite plástico es:

10)CF (0,26LL 0,04LP +−=

Esta ecuación puede reemplazar el ensayo del límite plástico, si los valores del límite liquido (LL) y el contenido de finos (CF) son conocidos. Como resultado de un número elevado de ensayos Polidori llega a la conclusión que es recomendable utilizar los cálculos para determinar el LP o IP, en lugar de aplicar el ensayo tradicional para la determinación del límite plástico. Cuando se utiliza la ecuación propuesta, en un alto porcentaje de casos el valor se corresponde y cuando no es así es atribuible a la pobre precisión del método normado internacionalmente para determinar el límite plástico, el que es dependiente del operador.

En el trabajo se determinó el límite plástico utilizando la expresión anterior para cada uno de los suelos, estimándose el índice de actividad, con el porcentaje de arcilla, obtenido mediante el ensayo del hidrómetro.

La actividad de la arcilla, como se menciona en el apartado 2, depende de varios factores, cuya combinación aporta un amplio rango de valores de actividad, y su valor depende de la cantidad de kaolinita y montmorillonita presentes. A más alta actividad de un suelo, mayor es la influencia de la fracción arcillosa en sus propiedades y más susceptibles sus valores de cambiar según el tipo de catión intercambiable y la composición del fluido portador.

Tabla 2. Características de los suelos estudiados

Suelo LL IP CF (%) Actividad Arcilla

CBR inicial

Variación CBR (%)

Clasificación AASHTO

Clasificación Polidori Casagrande

1 43,4 26,8 18,9 1,41 0,6 2,6 A-7-6 (13) MH CL 2 43,1 26,0 20,6 1,26 1,1 2,2 A-7-6 (13) MH CL 3 41,5 24,4 20,9 1,17 0,9 2,4 A-7-6 (13) MH CL 4 55,0 37,4 20,8 1,79 2,4 3,3 A-7-6 (16) MH CH 5 55,7 38,1 20,7 1,84 2,4 3,3 A-7-6 (16) MH CH 6 56,4 38,7 20,9 1,85 2,4 3,1 A-7-6 (16) MH CH 7 43,4 26,5 20,1 1,32 1,6 1,4 A-7-6 (13) MH CL 8 43,1 26,2 20,1 1,30 1,5 1,8 A-7-6 (13) MH CL 9 41,5 24,6 20,1 1,22 1,5 1,6 A-7-6 (13) MH CL 10 67,0 45,7 33,2 1,38 1,1 4,4 A-7-6 (20) MH CH 11 65,0 40,8 44,8 0,91 1,2 5,1 A-7-6 (20) MM CH



12 68,0 46,1 35,4 1,30 1,3 3,6 A-7-6 (20) MH CH 13 64,8 42,8 36,2 1,18 4,6 3,1 A-7-6 (16) MH CH 14 63,7 41,7 36,2 1,15 4,1 2,9 A-7-6 (16) MH CH 15 62,9 41,0 36,2 1,13 3,3 3,6 A-7-6 (16) MH CH 16 69,8 47,2 37,6 1,26 1,0 4,7 A-7-6 (20) MH CH 17 79,1 56,2 37,6 1,50 1,6 4,8 A-7-6 (20) MH CH 18 58,1 36,0 37,5 0,96 1,1 4,8 A-7-6 (20) MM CH 19 37,0 22,1 13,3 1,66 5,5 9,6 A-6(8) MH CL 20 37,6 21,9 16,1 1,36 4,7 11,7 A-6(8) MH CL 21 39,3 23,8 15,0 1,58 4,0 12,1 A-6(8) MH CL 22 55,7 37,6 22,8 1,64 1,7 7,6 A-7-6(18) MH CH 23 55,1 37,0 22,8 1,62 1,8 7,8 A-7-6(18) MH CH 24 53,4 35,3 22,8 1,55 1,8 6,7 A-7-6(18) MH CH 25 47,8 32,8 11,8 2,79 1,6 13,4 A-7-6 (22) MH CL 26 50,0 34,9 11,8 2,96 1,6 14,8 A-7-6 (22) MH CH 27 47,6 32,6 11,8 2,77 1,6 14,5 A-7-6 (22) MH CL 28 41,0 27,3 8,1 3,36 2,3 26,1 A-7-6(9) MH CL 29 41,5 23,3 25,2 0,92 1,6 1,9 A-7-6(10) MM CL 30 40,8 20,3 34,0 0,60 1,6 1,9 A-7-6(10) MM CL 31 43,1 22,5 34,1 0,66 1,6 1,9 A-7-6(10) MM CL

En la figura 3 se han ubicado los suelos del estudio en la carta de Plasticidad de Casagrande, donde los suelos se clasifican como Arcillas de Baja y Alta Plasticidad. En la figura 4 se han ubicado en la carta de actividad de Polidori y los suelos se clasifican como Limos de actividad alta y media.

Figura 3. Clasificación de los suelos del estudio según Carta de Plasticidad de Casagrande



Figura 4. Clasificación de los suelos del estudio según Carta de Actividad de Polidori

Comparando ambos gráficos se puede observar que las zonas arcillosas y limosas parecen estar invertidas. La posición de la línea A es tal que los suelos inorgánicos que contienen minerales arcillosos planos más comunes, excepto los que contienen relativamente kaolinita pura, caen por encima, en la zona arcillosa, independientemente de su porcentaje de arcilla. Esto se ha comprobado en trabajos de otros autores, como el propio Polidori (2007), quien presenta un estudio de 125 ejemplos de suelos, también en el mismo artículo se presentan resultados de Nagaraj y Jayadeva, donde estudian 520 ensayos de suelos según la carta de plasticidad de Casagrande.

Parece evidente, que el límite planteado de la línea A, es equivalente a la línea C de Polidori, por lo cual sería correcto afirmar que en la carta de plasticidad de Casagrande no existe distinción por encima de la línea A donde clasifican los suelos más comunes. Por ello se induce que la carta de Casagrande no es suficiente para clasificar y predecir el comportamiento ingeniero de los suelos, en especial para las estructuras de los terraplenes de carreteras, y en los procesos de estabilización química.

3. Correlación entre la actividad de la arcilla y los incrementos de resistencia

La figura 5 representa los Histogramas de frecuencia construidos con los valores de CBR de los suelos naturales (CBR 1) y estabilizados químicamente con las sales cuaternarias (CBR 2), así como el incremento en la variación del CBR (Var CBR). Se muestran también los gráficos de distribución Normal ajustados a los valores observados, valores medios y desviación estándar de cada uno. En el gráfico se observa que el valor medio de CBR de los suelos, que inicialmente se estaba en 2,1% se ha incrementado hasta 8,1% una vez que han sido estabilizados.



Freq

uenc

y

4,83,21,6-0,0

16

12

8

4

0241680

16

12

8

4

0

241680

16

12

8

4

0

CBR1 CBR2

Var CBR

CBR1

8,189StDev 5,902N 31

Var CBRMean 6,089StDev 5,497

Mean

N 31

2,100StDev 1,246N 31

CBR2Mean

Histogram of CBR1; CBR2; Var CBRNormal

Figura 5. Histogramas de los valores de CBR

En la figura 6 se ha representado la variación experimentada en el CBR con la Actividad de la arcilla en cada uno de los suelos de la muestra. Como se ha expresado anteriormente, la Actividad, es una característica que depende principalmente de la composición mineralógica de las arcillas presentes y de la naturaleza de los cationes adsorbidos en la superficie de los minerales de arcilla.

Fig. 6. Linea de tendencia cuadrática Actividad de la arcilla vs Variación de CBR



De la figura 6 se deduce que existe una relación entre Actividad de las arcillas de los suelos con el incremento que experimenta el suelo una vez que ha sido estabilizado con el Rocamix, lo que puede ser descrito a través de la expresión:

3,937c3,386ActAr)rc2,671(ActACBRVar 2 +−= Donde: Var CBR: Variación del Índice de CBR respecto al valor inicial. ActArc: Índice de actividad de la arcilla Los resultados obtenidos muestran que los mejores suelos para ser estabilizados con este aditivo son los que contienen arcilla y el cambio que experimentan pueden ser previstos a través del análisis del índice de Actividad, lo que pudiera ser una herramienta para predecir los resultados que se esperan con la estabilización.

Conclusiones:

La estabilización química con el aditivo Rocamix, ha demostrado ser efectiva en los suelos con apreciable contenido de arcilla. La clasificación de estos suelos mediante la carta de plasticidad de Casagrande no ha sido suficiente para explicar los incrementos experimentados, siendo más adecuado considerar la carta de actividad de Polidori, que propone clasificar los suelos finos, añadiendo a los límites de consistencia, la actividad de las arcillas.

Se ha comprobado que se produce un evidente incremento en el índice de CBR, cuando se aplica el aditivo, y es posible poder predecir la variación esperada en la resistencia, ya que se ha encontrado una buena correlación entre el incremento de resistencia a CBR y el Índice de Actividad de la Arcilla. De ahí que se recomiende determinar la actividad de los finos del suelo antes de acometer un trabajo de estabilización química con sales cuaternarias de amonio, por la influencia que tendrá este factor en el resultado final de la capacidad soporte del suelo estabilizado. Actualmente se continúa trabajando con cada suelo utilizado, para corroborar estas experiencias.

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Caracterización sismológica de la provincia de Matanzas. Seismological characterization Matanzas Province.

Ing. Laritza Alfonso González Ingeniera civil Departamento de Construcciones de la Facultad de Ingenierías de la Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”. Cuba Teléfono: (45) 256782 Lic. Ing. Pedro A. Hernández Delgado Director Técnico y Desarrollo Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería. EMPAI. Matanzas. Cuba Profesor Instructor de la Carrera de Ingeniería Civil de la UMCC. Cuba Telf: (45) 291802, Ext.: 210 Email: [email protected] Ing. Anni Marien Cabrera Romeu Ingeniera civil Departamento de Construcciones de la Facultad de Ingenierías de la Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”. Cuba Teléfono: (45) 256782

Recibido: 14-06-13 Aceptado: 02-09-13

Resumen:

En la investigación presentada se exponen conceptos fundamentales y un estado del

arte acerca de los estudios de riesgos, para ello se abordará el tema específicamente

en la provincia de Matanzas. Muchos son los estudios de riesgos que se pueden llevar

a cabo ante innumerables peligros, en este caso la autora inclina su investigación a los

riesgos por desastres naturales y específicamente (los sismos). En la investigación la

autora hace una recopilación de la información geológica - tectónica - sismológica de la

Laritza Alfonso González, Lic. Ing. Pedro Antonio Hernández Delgado, Ing. Anni Marien Cabrera Romeu. Caracterización sismológica de la provincia de Matanzas.


provincia y se propone un valor de aceleración sísmica para conocer mediante un grupo

de estudios la vulnerabilidad de algunas edificaciones ya existente o también llevar a

cabo proyectos sismo – resistentes. Para la realización de esta investigación la autora

se ve motivada por la necesidad de conocer, profundizar acerca de este tema porque el

hecho de que la provincia se encuentre ubicada en una región que por las

características de su suelo no tiene como tarea imprescindible adoptar medidas sismo-

resistentes no minimiza el que estos fenómenos existan y se debe estar preparado para

enfrentarlos, razones claras para tomar de suma importancia estos estudios de

vulnerabilidad sísmica que se proponen realizar en la provincia.

Palabras Clave: Estudios de riesgos, Desastres naturales, Sismos

Abstract:

Fundamental aspects and a state of the art about the studies of risks expose

themselves, for it in the presented investigation approach him the theme specifically at

the province. Many are the studies of risks that they can take to I go deep in front of

uncountable dangers, in this case the author tilts the investigation toward the risks for

natural disasters and specifically seisms. The author makes out a compilation of the

geological tectonic seismologic information of the province in investigation and a value

of seismic acceleration is intended to know by means of a group of studies the

vulnerability of some right now existent edifications itself or also accomplishing projects

resistant seisms for the realization of this investigation the author looks motivated by the

need to know, to deepen about this theme because the fact that you find the province

located at a region than for the characteristics of his ground seism does not have like

necessary task to embrace measures resistance fighters you do not minimize the fact

that these phenomena exist and you must be prepared to confront them, obvious

reasons to take from utmost importance these studies of seismic vulnerability that

propose coming true in the provinces.

Keywords: Risk studies, Natural disasters, Earthquakes



Introducción:

Los desastres siempre han acompañado al hombre en todas las latitudes y a lo largo

de su evolución; son clásicas las descripciones de estos fenómenos en los relatos

y escritos antiguos, en los cuales se les daba una explicación mística. El hombre actual

en el desarrollo continuo y acelerado que ha alcanzado en las ciencias comprende

los eventos a partir de basamentos científicos y no le atribuyen la ocurrencia de

los mismos a la furia de los dioses. Pero existe un aspecto que tienen en común

los seres humanos del pasado y del presente, y es que aún con el desarrollo de la

tecnología actual el hombre poco o nada puede incidir en la probabilidad de

aparición del peligro, ya que este depende de factores propios de la naturaleza,

escapándose de su dominio.

La probabilidad de ocurrencia de un suceso que trae consigo consecuencias negativas

a un objeto determinado, puede denominarse con el término riesgo. En general,

los estudios completos y consistentes de los riesgos son muy pocos y se han

desarrollado recientemente, lo cual es muy curioso, pues este concepto ha

acompañado al hombre siempre, hasta las sociedades humanas de la actualidad

donde se habla de los riesgos desde la aparición del peligro o amenaza.

La lista de peligros es conocida, pero en la presente investigación científica, se

tratarán aquellos que por su origen se clasifican en naturales. Entre este tipo de

eventos se encuentra el sismo.

El Caribe es actualmente una de las regiones de mayor interés para la comunidad

científica de las geociencias. Presenta una gran diversidad geológica relacionada a una

complicada evolución, que aún en muchos aspectos es objeto de discusión. Los

problemas científicos generados alrededor de la placa caribeña han atraído, durante

más de 40 años, la atención de prestigiosos geocientíficos de todo el mundo,

provocando la coexistencia de diferentes formas de pensamiento y la creación de

muchos modelos que pretenden explicar la historia geológica del Caribe.



En la investigación se hace una recopilación de la información geológica - tectónica -

sismológica de la provincia de Matanzas y se propone un valor de aceleración sísmica

para conocer mediante un grupo de estudios la vulnerabilidad de algunas edificaciones

ya existente o también llevar a cabo proyectos sismo – resistentes.

En nuestro país el Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas de Santiago de

Cuba se encarga de monitorear ese tipo de fenómenos, además de trabajar para que

disminuyan las vulnerabilidades. Con ese fin se cuenta con una norma cubana para

lograr construcciones resistentes a los sismos, y con planes sobre cómo actuar a fin de

reducir en el mayor grado posible los daños humanos y materiales.

“El sismo siempre nos va a sorprender, pero ojalá solo sea como hasta ahora: un

temblor nada más que perceptible. Es decir, que se vean mover lámparas o vasos.

(Y hasta ahí)”.

SITUACION PROBLEMICA:

La no existencia de elementos y parámetros en la provincia de Matanzas que permitan

llevar a cabo estudios de riesgo y vulnerabilidad.

PROBLEMA CIENTIFICO:

La carencia de valores recomendados de aceleración sísmica en la provincia de

Matanzas dificulta la realización de estudios de vulnerabilidad sísmica.

OBJETO DE INVESTIGACION:

La caracterización sismológica en la provincia a partir de las características geológico-

tectónico y su historial sísmico.

CAMPO DE APLICACIÓN:

Este trabajo se aplica en la realización de estudios de vulnerabilidad de estructuras ya

existentes y en numerosos proyectos, sirviendo también de base para proyectos de

reforzamiento sísmico.



HIPOTESIS:

Si se conoce el valor de aceleración sísmica recomendada para la provincia de

Matanzas se pueden realizar estudios de vulnerabilidad sísmica y proyectos sismo-

resistentes.

VARIABLES:

Independiente: Aceleración sísmica regional y el tipo de suelo.

Dependiente: Parámetros de vulnerabilidad sísmica y parámetros de diseño sismo-

resistente en dependencia de los estudios de vulnerabilidad o proyectos sismo-

resistentes.

OBJETIVO GENERAL:

Investigar y analizar la geología de la región y su historial sísmico para la obtención de

un valor recomendado de aceleración sísmica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

>Estudiar y analizar el estado del arte.

>Proponer un valor recomendado de aceleración sísmica para la provincia.

>Aplicar un estudio de vulnerabilidad sísmica.

RESULTADOS:

Llegar a través de la realización de estudios sismológicos a la provincia a un valor

recomendado de aceleración sísmica que permita conocer la vulnerabilidad de las

estructuras existentes ante este fenómeno y llevar a cabo proyectos sismo-resistentes.

VALORES:

Sociales y económicos: Este trabajo sirve de herramienta para mitigar el peligro

sísmico contribuyendo a reducir el impacto social y económico que originan estos



fenómenos. Esta investigación permite llevar a cabo la planificación de recursos para

enfrenta estos sucesos.

Práctico: Permite la realización de estudios de vulnerabilidad sísmica y diseño sismo-

resistente.

TAREAS PRINCIPALES:

>Recopilar toda la información geológica e históricamente.

>Analizar la información obtenida caracterizando sismológicamente la provincia.

>Establecer los parámetros sísmicos recomendados para la provincia.

METODOS DE INVESTIGACION:

Entre los métodos de investigación usados para la investigación se encuentran los

métodos científicos generales, y dentro de estos los métodos teóricos como: el

método de análisis-síntesis y el método histórico-lógico utilizados en la

investigación del estado del arte, también se utilizará dentro de los métodos particulares

el método empírico.

ESTRUCTURACION:

Resumen

Introducción

Capítulo 1: En su poder de abarcar el marco teórico de la investigación en este capítulo

se hará un análisis del estado del arte, enfocando a las características geológicas de la

región la realización de estudios de vulnerabilidad y diseños sismo-resistentes.

Capítulo 2: Caracterización sismológica de la provincia, determinando así los

parámetros sísmicos recomendados para la provincia empleando en método histórico

geológico.

Capítulo 3: Realización de un estudio de vulnerabilidad sísmica utilizando los

parámetros determinados en el capitulo 2.



Conclusiones

Recomendaciones

Bibliografía

Anexos.

CONCLUSIONES:

Se espera que los objetivos de investigación trazados se cumplan, porque si se lograra

a través de estos estudios sismológicos obtener el parámetro de la aceleración sísmica

recomendada en la provincia de Matanzas, se tendría un voto de seguridad ante este

tipo de fenómenos. Esta investigación es la vía para reducir los riesgos, peligros y

consecuencias desastrosas que propician estos sucesos naturales. Estos fenómenos

existen y precisamente surgen debajo de nuestros pies, razón para tenerlos bien en

cuenta.



Capitulo 1: “Marco teórico referencial” Introducción:

Siempre que se informa de sismo en Cuba, muchos amigos en el mundo piensan

inmediatamente en los infortunados santiagueros, pero lo cierto es que en la historia de

nuestro país se han registrado y se siguen registrando movimientos sísmicos a lo largo

de toda la isla.

La ubicación del archipiélago cubano en una región en la cual se han producido

eventos sísmicos de diferentes intensidades, desde imperceptible hasta catastróficos,

el incremento en cantidad y calidad de los medios de su registro en nuestro país y el

reciente terremoto ocurrido recientemente en Haití, han provocado un justificado

aumento en la preocupación de la población y las autoridades del país por peligro real

de ocurrencia de estos fenómenos, la vulnerabilidad de nuestras edificaciones y el

riesgo al cual estamos sometidos.

Razones estas, para tomar como tema de este trabajo la caracterización sísmica

específicamente de la provincia de Matanzas. En este trabajo se brindará una

información general sobre las causas que originan los sismos, los parámetros que

permiten caracterizarlo y las condiciones geológicas de Cuba y su entorno, que

condicionan la ocurrencia de estos fenómenos, en particular en la provincia de

Matanzas, mediante la recopilación de la información geológica - tectónica y

sismológica se propondrá un valor de aceleración sísmica para realizar estudios

vulnerabilidad en edificaciones existentes o proyectos sismo – resistentes.

1-Consideraciones de sismicidad

1.1: Conceptos generales Un sismo o terremoto es un movimiento o vibración repentina de las capas

superficiales de la Tierra, como consecuencia de la liberación repentina de energía en

el interior de la tierra. Estas alteraciones de la tensión pueden ser debidas a:

movimientos internos (terremotos tectónicos y placas tectónicas), acomodamiento de

las capas de roca de la tierra (túneles, gas y fallas), erupción de un volcán. La energía



se transmite a la superficie en forma de ondas sísmicas que se propagan en todas las

direcciones, el punto en que se origina el terremoto se llama foco o hipocentro, el

epicentro es el punto de la superficie terrestre más próximo al foco del terremoto; las

vibraciones pueden oscilar desde las que apenas son apreciables hasta las que

alcanzan carácter catastrófico.

Fig.1.1

Gráfico según Chuy, T., y Cotilla, M. (1985).

Corrientes convectivas responsables de la transmisión dentro del manto líquido viscoso

y su similitud con el proceso de ebullición en un líquido, proporcionando la energía que

originan los sismos.

1.1.1 Causas que originan un sismo

La ocurrencia de los sismos se explica por la teoría denominada tectónica de placas,

debido a las tensiones creadas por los movimientos de las alrededor de doce placas,

mayores y menores, que forman la corteza terrestre. La mayoría de los sismos

tectónicos se producen en los límites entre dichas placas, en zonas denominadas fallas,

que no es más que una discontinuidad que se forma por fractura en las rocas

superficiales de la Tierra (hasta unos 200 km de profundidad) cuando las fuerzas

tectónicas superan la resistencia de las rocas. La zona de ruptura tiene una superficie



generalmente bien definida denominada plano de falla y su formación va acompañada

de un deslizamiento de las rocas tangencial a este plano.

Elementos de una falla

Plano de falla: Plano o superficie a lo largo de la cual se desplazan los bloques

que se separan en la falla. Con frecuencia el plano de falla presenta estrías, que

se originan por el rozamiento de los dos bloques.

Labio levantado: También llamado Bloque Superior, es el bloque que queda por

encima del plano de falla.

Labio hundido: También llamado Bloque Inferior.

Salto de falla: Es el desplazamiento entre dos puntos que estaba unidos antes de

producirse la fractura. A veces se reconoce en el terreno como un desnivel más o

menos pronunciado denominado Escarpe de falla.

Características de una falla Las siguientes características nos permiten describir las fallas:

Dirección: Ángulo que forma una línea horizontal contenida en el plano de falla

con el eje norte-sur.

Buzamiento: Ángulo que forma el plano de falla con la horizontal.

Salto de falla: Distancia entre un punto dado de uno de los bloques (ejemplo, una

de las superficies de un estrato) y el correspondiente en el otro, tomada a lo largo

del plano de falla.

Escarpe: Distancia entre las superficies de los dos labios, tomada en vertical.

Espejo de falla: es la superficie plana aunque con declive, que se produce a lo

largo del escarpe de falla

Facetas triangulares: son espejos de fallas que muestran el corte producido en

una fila montañosa cuando la falla se presenta en forma perpendicular a la

dirección de dicha fila montañosa. Tanto la parte hundida como el propio espejo

de falla tienen aspecto triangular, de aquí su nombre



Algunas de las fallas se deslizan en paralelo a otra, como ocurre en la falla de San

Andrés en California y México, o es seducida (se desliza bajo otra). Los sismos de las

zonas de subducción son casi la mitad de los sucesos sísmicos destructivos y liberan el

75% de la energía sísmica. Están concentrados en el llamado Anillo de Fuego, en el

océano Pacífico. En estos sismos los puntos donde se rompe la corteza terrestre suelen

estar a gran profundidad, hasta 645 km bajo tierra. En nuestro país existen varias fallas

las que constituyen el límite de diferentes unidades territoriales, entre las más

importantes se encuentran: Consolación del Norte, Pinar, Guane, Hicacos, Cochinos,

Habana-Cienfuegos, Cienfuegos-Santa Clara y también la zona de fallas La Trocha.

1.1.2 Propagación del movimiento vibratorio

En un terremoto el movimiento vibratorio se propaga en todas direcciones en forma de

ondas, denominadas ondas sísmicas. Estas ondas se clasifican en:

Ondas primarias: Son las más rápidas. Son ondas de tipo longitudinal, es decir,

las rocas vibran en la dirección de avance de la onda. Se producen a partir del

hipocentro y se propagan por medios sólidos y líquidos

Ondas secundarias: Son más lentas. De tipo transversal, es decir, la vibración de

las partículas es perpendicular al avance de la onda. También se producen a

partir del hipocentro y se propagan únicamente a través de medios sólidos.

Cuando las ondas P y S llegan a la superficie se originan ondas superficiales. A

partir del epicentro. Los daños causados por los terremotos son consecuencia de

estas ondas



Fig.1.2

Gráfico según Chuy, T., y Cotilla, M. (1985).

1.1.2 Parámetros que caracterizan los sismos

Los parámetros que caracterizan un sismo se denominan magnitud e intensidad.

Magnitud de Escala Richter: Es una medida del tamaño del mismo que es

independiente del lugar donde se hace la observación y que se relaciona en

forma aproximada con la cantidad de energía que se libera durante el evento. Se

determina a partir de las amplitudes de registros de sismógrafos estándar. La

escala más conocida de magnitudes es la Richter (es una escala que crece en

forma potencial o semilogarítmica). Cada incremento de una unidad en la escala

de Richter implica un aumento de 32 veces en la cantidad de energía liberada.

A continuación se muestra cada uno de los efectos que causa un terremoto en

dependencia de una determinada magnitud en dicha escala.



ESTA REPRESENTA LA ENERGIA SISMICA LIBERADA EN CADA TERREMOTO Y SE BASA EN EL REGISTRO SISMOGRAFICO. ES UNA QUE CRECE EN FORMA POTENCIAL O SEMILOGARITMICA.

Tabla.1.1 Según Chuy, T., y Cotilla, M.

Intensidad: Es una medida de los efectos que este produce en un sitio dado, o

sea de las características del movimiento del terreno y de la potencialidad

destructiva del sismo, en ese lugar en particular y en lo que concierne a los

efectos en las construcciones. La escala más común para medir la intensidad es

la de Mercalli modificada, en que la intensidad se mide por una apreciación

subjetiva del comportamiento de las construcciones en el sitio.

Los parámetros magnitud e intensidad se miden a través de un instrumento llamado sismógrafo. El sismómetro o sismógrafo es un instrumento creado por John

Milne para medir terremotos para la sismología o pequeños temblores provocados, en

el caso de la sismología de exploración. Este aparato, en sus inicios, consistía en un

péndulo que por su masa permanecía inmóvil debido a la inercia, mientras todo a su

alrededor se movía; dicho péndulo llevaba un punzón que iba escribiendo sobre un

rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibración se registraba



el movimiento en el papel, constituyendo esta representación gráfica el denominado

sismograma. Cuando ocurre un terremoto, los sismógrafos que se encuentran cerca del

epicentro son capaces de registrar las ondas S y las P, pero del otro lado de la Tierra

sólo pueden registrarse las ondas P.

Esquema de principio de un sismógrafo

Fig.1.3

Ejemplos de sismógrafos

Fig.1.4 Fig.1.5 Fig.1.6



La presentación gráfica registrada por el sismógrafo se denomina sismograma:

Un sismograma es un registro del movimiento del suelo llevado a cabo, como se ha

mencionado, por un sismógrafo. La energía medida en un sismograma puede resultar

de fuentes naturales como son los sismos (o terremotos), o de fuentes artificiales como

son los explosivos (sismos inducidos). Dado que las ondas P se propagan a mayor

velocidad que otros tipos de ondas, son las primeras en ser registradas en un

sismograma. Después llegan las ondas S y por fin las ondas superficiales (ondas

Rayleigh y ondas Love).En el pasado, los sismogramas eran registrados en tambores

de papel rotativos. Algunos usaban carretes en papel común, y otros utilizaban papel

fotosensible expuesto a rayos de luz. Actualmente, prácticamente todos los sismógrafos

registran la información de forma digital, de modo de hacer un análisis automático más

fácilmente.

Interpretación de un sismograma,

Como se muestra en esta reproducción de un sismograma, las ondas P se registran

antes que las ondas S: el tiempo transcurrido entre ambos instantes es Δt. Este valor y

el de la amplitud máxima (A) de las ondas S, le permitieron a Richter calcular la

magnitud de un terremoto (M).

M = log A + 3log (8∆t) – 2.92 Sismograma Fig.1.8

Fig.1.7



1.1.4 Influencia del tipo de suelo en los parámetros que caracterizan sismo

En la amplitud de la intensidad de un sismo influye directamente el tipo de suelo del

lugar donde se encuentra la edificación al amortiguar o intensificar su amplitud. Tabla 1 Clasificación de los suelos que conforman la cimentación. Tipo Perfil Descripción

S1 Roca, semi roca y rocoso muy denso

S2 Arcillas y arcillas arenosas de consistencia dura, rocosos,

arenosos, gravosos y arenas gruesas

S3 Arcillas y arcillas arenosas de consistencia fluida, arenas de

granulometría media a fina

Tabla1.2 Las rocas de Cuba son de naturaleza variada, tanto por su composición como por su

edad. Las hay de origen profundo, formadas a muchas decenas de kilómetros en el

interior de la tierra, otras formadas en los márgenes de antiguos continentes, en el

fondo de océanos ya desaparecidos y en islas volcánicas. En la distribución de los

principales campos de desarrollo de las rocas que conforman el territorio insular,

predomina en superficie las sedimentarias, en segundo lugar las rocas ígneas, y en

menor grado las metamórficas.

Las rocas que hoy forman el substrato de Cuba se originaron en distintos lugares en el

pasado, es decir, en otras geografías ya desaparecidas. Estas geografías del pasado

(paleogeografías) incluyen porciones de las Bahamas, el margen de la plataforma de

Yucatán, el mar Caribe Primitivo, archipiélagos de islas volcánicas, y otras rocas

formadas en el mismo lugar que hoy ocupa el archipiélago cubano.

En el siguiente mapa (Fig. 1.9) se muestra la distribución de los diferentes tipos de

rocas en Cuba y la ubicación de las principales fallas, donde se observan en la

provincia de Matanzas las fallas de Cochino e Hicacos.



Fig.1.9

Mapa de distribución de los diferentes tipos de rocas y principales fallas a lo largo de

todo el archipiélago. Según (Cotilla et al., 1991a).

Según el modelo de la Constitución Geológica de Cuba en la complicada evolución

geológica de la región caribeña, la Isla de Cuba es uno de los mayores retos al

conocimiento. El territorio cubano, tanto por su extensión territorial como por el conjunto

geológico que presenta, es una pieza clave para el correcto entendimiento de la

geología y evolución del Caribe. Como se muestra en la fig.1.10, en la constitución

geológica de Cuba se reconocen dos niveles estructurales: el Substrato Plegado

(Cinturón Plegado Cubano) y el Neoautóctono (Neoplataforma) (Iturralde-Vinent, 1996a,

ed. 1997, 1998)

Fig.1.10



Esquema del Substrato Plegado (Cinturón Plegado Cubano) y el Neoautóctono

(Neoplataforma) (Iturralde-Vinent, 1996a, ed. 1997, 1998)

Uno de los mayores problemas, que hasta la fecha no se ha logrado esclarecer del

todo, está referido a los eventos de colisión que han afectado sucesivamente la región

caribeña. Mann (1999) propone un modelo evolutivo que considera el desarrollo de un

proceso de colisión secuencial entre la Placa del Caribe y los márgenes de Yucatán,

Norteamérica y Sudamérica. Tales eventos posiblemente se relacionan a escala

regional, con la compresión que ha sufrido la Placa del Caribe en su deriva hacia el este

entre las placas Norteamericana y Suramericana, estando además afectados desde el

Oligoceno por el proceso de transcurrencia del Caribe Noroccidental.

En el siguiente mapa (Fig.1.11) se muestra el proceso de colisión de la placa caribeña

con el resto de las placas.

Fig.1.11

Proceso de colisión de la placa caribeña con el resto de las placas. José L. Álvarez y

Mario O. Cotilla

La Placa del Caribe es una placa tectónica con una superficie de 3,2 millones de km²,

que incluye una parte continental de la América Central (Guatemala, Belice, Honduras,

Nicaragua, El Salvador, Costa Rica, Panamá) y constituye el fondo del mar Caribe al



norte de la costa de América del Sur. La placa del Caribe colinda con la Placa

Norteamericana, la Placa Suramericana, y la Placa de Cocos. Como en la mayoría de

bordes de placas tectónicas, en los límites de la placa del Caribe hay una actividad

sísmica importante y en algunas zonas hay presencia de volcanes.

El límite norte de la Placa del Caribe (LNPC) es en su mayor parte una falla de

rumbo o límite transcurrente (como la falla de San Andrés en California, Estados

Unidos). La parte occidental del LNPC está constituida por la falla de Motagua,

que se prolonga hacia el este por la zona de falla de las Islas Swan, la Fosa del

Caimán, la falla de Oriente al sur de la isla de Cuba y el norte de La Española y

la fosa de Puerto Rico.

El límite este es una zona de subducción. Sin embargo, dado que el límite entre

la placa norteamericana y la sudamericana aún se desconoce, no se sabe cuál

de las dos placas (tal vez las dos) desliza bajo la placa del Caribe. La subducción

es responsable de las islas volcánicas del arco de las Antillas Menores, desde

las Islas Vírgenes hasta la costa de Venezuela. En esta zona hay 70 volcanes

activos, ente ellos los de las Soufriere Hills en Montserrat, Monte Pelé de

Martinica, La Grande Soufriere en Guadalupe, Soufriere Saint Vincent en San

Vicente y las Granadinas, y el volcán submarino Kickém-Jenny que se encuentra

a 10 km al norte de Granada.

La placa Norteamericana es una placa tectónica continental que cubre América del

Norte (incluyendo a Groenlandia), los archipiélagos de Cuba y las Bahamas en el mar

Caribe, la parte occidental del océano Atlántico Norte (hasta la dorsal Mesoatlántica),

una parte del océano Glacial Ártico y el territorio siberiano al este de la cordillera

Verjoyansk. Las placas con las que limita son:

Al Norte, la placa Euroasiática.

Al Sur, la placa de Cocos, la placa del Caribe y la placa Sudamericana, en donde

se forman la falla Motagua Polochic y la fosa Mesoamericana.

Al Este, la placa Euroasiática y la placa Africana, con las que tiene un límite

divergente que origina la dorsal Mesoatlántica.



Al Oeste, con la Placa Euroasiática y la placa Pacífica.

En tiempos recientes (en términos geológicos), la placa Norteamericana absorbió, por

un proceso de subducción, a otras dos placas. La placa de Kula, ubicada originalmente

al Norte de donde hoy está la placa Juan de Fuca que desapareció por completo y la

placa de Farallón. Esta última, que se está hundiendo desde el período Jurásico,

ocupaba gran parte del oeste de la placa Norteamericana y sólo cuando comenzó a

desaparecer entraron en contacto las placas Pacífica y Norteamericana, dando origen a

diversos accidentes como la falla de San Andrés. La placa Juan de Fuca, la placa de

Cocos y la placa de Nazca son los restos que aún quedan de la antigua placa de

Farallón.

En el siguiente mapa global (Fig.1.12) se muestra la posición de las placas y donde

queda ubicada la isla de Cuba con respecto a ellas.

Fig.1.12: Esquema global de las placas según (Mann y Burke, 1984).



1.2: Ubicación del archipiélago cubano

Cuba está situada en el extremo noroccidental del Mar Caribe, justo a la entrada del

Golfo de México, formando parte de las Antillas Mayores. El archipiélago cubano es de

origen volcánico, aunque actualmente constituye un cinturón plegado acrecionado al

margen meridional de la Placa Norteamericana. Las características geológicas del

territorio cubano son el resultado de una historia muy compleja, representada por una

serie de secuencias y estructuras relacionadas estrechamente a la evolución del

Caribe.

La posición del archipiélago cubano respecto a las placas tectónicas de Norteamérica y

el Caribe, determina la presencia en su territorio de dos tipos de sismicidad.

Asociado a la zona límite de placas de Cuba sur oriental y se caracteriza por una

mayor frecuencia de ocurrencia de sismos de magnitudes grandes (M>7,0).

Estos sismos están relacionados con los desplazamientos de la falla

transcurrente Oriente, principal zona sismogénica de Cuba. Esta zona presenta

los terremotos más fuertes reportados en Cuba I > 7,0 que se caracteriza por la

manifestación de períodos de mayor actividad que alternan con otros de relativa

calma. Es por ello que se analiza con mayor rigurosidad y profundidad el diseño

sismorresistentes en esta zona.

Se asocia a la zona de interior de placas que incluye al resto del territorio insular

con una sismicidad relativamente baja. Los terremotos reportados en la zona de

interior de placas no han sobrepasado la magnitud M=6,2. Los mismos están

relacionados con la actividad de fallas regionales, principalmente en las zonas

occidental y central de Cuba dadas por cuatro fallas fundamentales, Guane,

Hicacos, Cochinos y Habana-Cienfuegos.

En el siguiente mapa (Fig.1.13) se muestra la posición de Cuba con respecto a la placa

del Caribe y la norteamericana.



Fig.1.13: Mapa esquemático de la región del Caribe, mostrando la posición relativa de

las placas (modificado de Proenza, 1997). Las abreviaturas son: C, Cuba; J, Jamaica;

P, Puerto Rico; H, La Española; LA, Antillas Menores; CA, Centroamérica; CT, Fosa

Caimán; BR, Cresta de Beata; 1, zona de fallas Polochic-Motagua; 2, falla

transformante Swan; 3, falla transformante Oriente; 4, zona de subducción de las

Antillas Menores; 5, zona de fallas El Pilar; 6, Cordillera Oriental de Colombia; 7, zona

de fallas Dolores-Guayaquil; 8, zona de subducción de Colombia; 9, zona de

subducción de América Central.

1.2.1 Norma sísmica cubana

La Norma Cubana (NC 46:1999): Construcciones sismorresistentes. Requisitos

básicos para el diseño y construcción

El territorio nacional para fines de aplicación de la norma se ha dividido en 4 zonas

símicas en dependencia del tipo de suelo de la región y por tanto las características del

mismo y teniendo en cuenta los registros de sismos ocurridos en cada zona, y que

según la posición del archipiélago la presencia de una mayor sismicidad en la región

Sur- oriental de la isla.



Fig.1.14

En los últimos años se ha incrementado el registro de fenómenos sísmicos en la región

Occidental mayores, promovidas por la búsqueda de información sobre la actividad

sísmica de la región en la que se observa el aumento gradual y significativo de la

intensidad, según el perfil geológico del suelo, que es necesario tenerlo en cuenta para

el diseño y revisión de estructuras de importancia.

1.2.2 Manifestaciones sísmicas en Cuba como consecuencia de su ubicación.

A lo largo de la historia se han registrado y continúan registrandose eventos sísmicos

en la region caribeña y por tanto son sucesos en los que Cuba por su ubicación en la

placa Norteamericana y la cercanía con la placa del Caribe se involucra.

Como se observa en los siguientes mapas (Fig.1.15 y Fig.1.16) la mayor concentración

de eventos sísmicos se ven ubicados en la región sur oriental de Cuba.

NORMA CUBANA



Terremotos registrados en el Caribe desde 1964

Fig.1.15 Mapa según Chuy, T., y Cotilla, M.

MAPA DE LOS EPICENTROS DE LOS TERREMOTOS REGISTRADOS EN LAS

ANTILLAS MAYORES

Fig.1.16

Esquema según (Mann y Burke, 1984).

Para poder rescatar la memoria histórica, no suficientemente valorada hoy, a pesar de

que se tienen registros muy bien documentados, en la tabla1.2 se muestra como se ha

comportado la sismicidad en la región donde se encuentra ubicada Cuba a lo largo de



la historia. Se presenta un registro del número de eventos sísmicos ocurridos en

diferentes lugares con las respectivas intensidades de dichos sucesos.

Es importante apreciar al analizar el registro de datos que se muestran en la tabla que

Cuba es la región de mayor número de eventos sísmicos en comparación con el resto

de las regiones que se ejemplifican en la tabla.

En la tabla1.3 se muestra el comportamiento de la sismicidad en Cuba del año 1521 al

1990 con las intensidades con que fueron registrados estos sucesos.

TERREMOTOS MÁS IMPORTANTES REGISTRADOS EN EL CARIBE DESDE 1510

Tabla1.3



MAPA DE LOS EPICENTROS DE LOS TERREMOTOS REGISTRADOS EN LAS ANTILLAS MAYORES

Tabla1.4

1.3: Riesgo, amenaza y vulnerabilidad sísmica

RIESGO = AMENAZA x VULNERABILIDAD

El riesgo, como se observa, es el producto de dos factores que engloban el desarrollo

de la sociedad, la amenaza y la vulnerabilidad. Las amenazas hacen referencia en

términos genéricos, a la probabilidad de la ocurrencia e un evento físico dañino para la

sociedad, y las vulnerabilidades, a la propensidad de la sociedad (o un subconjunto de

esta) de sufrir daños debido a sus propias características particulares. No puede haber

amenaza sin vulnerabilidad, y viceversa. La relación entre ambos factores es dialéctica

y dinámica, cambiante y cambiable. Estos cambios se deben, por tanto a la dinámica de

la naturaleza, como a la dinámica de la sociedad. (Armando Fernández, 2005).

Riesgo. El riesgo constituye una condición latente para la sociedad. Representan la

probabilidad de daño, los cuales, si alcanzan un cierto nivel, que en sí socialmente

determinado pasarán a ser conocidos como desastres. El riesgo es inherente a la vida



en el planeta, se conforma por la interacción en un tiempo y territorio específico, de dos

factores: las amenazas y las vulnerabilidades.

El riesgo sísmico estructural es el grado de pérdidas esperadas que sufren las

estructuras durante el lapso de tiempo que permanecen expuestas a la acción sísmica.

A dicho lapso de tiempo se le denomina período de exposición o período de vida útil de

la estructura. Esta se relaciona con la intensidad de los movimientos sísmicos que se

esperan en el lugar y con la frecuencia con que exceden movimientos de distintas

intensidades. Dependerá de la sismicidad de las regiones que se encuentran a

distancias, tales que los sismos en ellas generados pueden producir efectos

destructivos que afectan a los habitantes de las regiones sísmicas activas, causar

pérdidas de vidas al demoler estructuras como edificios, puentes y presas, también

provocan deslizamientos de tierras. A continuación se muestran ejemplos de los efectos

destructivos de los sismos:

Olas sísmicas o tsunamis. Estas paredes elevadas de agua, que pueden

alcanzar 15 m de altura y alcanzar velocidades de 800 km/h, han golpeado las

costas pobladas con tanta fuerza como para destruir ciudades enteras.

Los derrumbes o deslizamientos en las laderas que pueden arrastrar con ellos

las construcciones, y los movimientos relativos de los bordes de una falla que

pueden provocar rupturas en una estructura que la cruce.

La acción sísmica de diseño para una estructura dada dependerá, por tanto, del riesgo

sísmico del lugar donde esta se va a construir. Las aceleraciones que producen

mayores daños en las estructuras son las horizontales; las verticales son de amplitud

apreciable sólo en sitios cercanos al epicentro y producen solicitaciones severas sólo

en algunas formas estructurales particulares.

Existen además, efectos sísmicos excepcionales que no dependen de las

aceleraciones; estos son esencialmente los debidos a la inestabilidad del suelo sobre el

que está desplantada la estructura como por ejemplo:

La licuación es un peligro sísmico que ocurre principalmente donde hay edificios

construidos sobre terrenos que han sido rellenados. La tierra usada como relleno



puede perder toda su consistencia y comportarse como arenas movedizas

cuando se somete a las ondas de choque de un sismo; las construcciones que

reposan sobre este material quedan engullidas bajo tierra.

Los Estudios de Riesgo para situaciones de desastres, históricamente en el mundo, se

han abordado formando parte de la etapa de proyecto arquitectónico o de ordenamiento

territorial, vinculados con la esfera de los desastres de origen natural, tecnológico y

sanitario, con el objetivo de facilitar la toma de decisiones en la elaboración de los

programas de reducción de desastres. Estos estudios, con un enfoque integral y como

herramienta para el desarrollo sostenible, se comenzaron a generalizar en el Decenio

para la Reducción de los Desastres Naturales y constituyen hoy un instrumento de gran

aplicación en diferentes ramas de la economía con una tendencia ascendente a su

perfeccionamiento y generalización.

El daño sísmico, como parte del riesgo, es el grado de degradación o destrucción

causado por un fenómeno peligroso sobre las personas, los bienes, los sistemas de

prestación de servicios y los sistemas naturales o sociales. Desde el punto de vista

estructural, generalmente se relaciona con deformaciones irrecuperables (inelásticas),

por lo tanto, cualquier variable de daño debe ser preferiblemente referida a una cierta

cantidad de deformación.

La evaluación y la interpretación del daño causado por los sismos surgen de la

necesidad de cuantificar y explicar los efectos de este fenómeno sobre los diferentes

tipos de estructuras existentes. Varias crónicas escritas en los siglos pasados,

describen catástrofes sísmicas, incluyendo comentarios acerca de la influencia de la

calidad de la construcción sobre el daño. En las últimas décadas, se ha empezado a

incluir la no linealidad de los materiales en el análisis y diseño sísmico, para lo cual, se

dispone de información detallada sobre los fenómenos que se producen cuando se

sobrepasa el límite elástico de los materiales. Teniendo en cuenta las características de

los materiales y la calidad de las construcciones se utiliza el factor de daño que

representa la relación entre el costo de reparación y el costo de reposición (reemplazo

total) de la estructura para estudiar el efecto de los sismos.



Amenaza. La amenaza es el fenómeno peligroso. Se define como la magnitud y duración de una

fuerza o energía potencialmente peligrosa por su capacidad de destruir o desestabilizar

un ecosistema o los elementos que los componen, y la probabilidad de que esa energía

se desencadene. Tiene tres componentes:

− Energía Potencial: magnitud de la actividad o cadena de actividades que podrían

desencadenarse.

− Susceptibilidad: predisposición de un sistema para generar o liberar la energía

potencialmente peligrosa, ante la presencia de detonadores.

− Detonador o Desencadenante: Evento externo con capacidad para liberar la Energía

Potencial. El detonador adecuado para un determinado nivel de susceptibilidad

desencadena la energía potencial.

Amenaza = ƒ (Energía Potencial, Susceptibilidad, Detonador)

Esta amenaza surge entonces de una fuerza potencialmente peligrosa, la

predisposición de esa fuerza a desencadenarse y un evento que la desencadena.

La amenaza depende de la energía o fuerza potencialmente peligrosa, de su

predisposición a desencadenarse y del detonador que la activa. Es el evento o suceso

externo que actúa de forma directa sobre la estructura, provocando daños y pérdidas en

función de su intensidad. Entre los fenómenos naturales que definen a las amenazas

tenemos los de origen geológico, hidrológico y atmosférico, tales como terremotos,

tsunamis, erupciones volcánicas, movimientos en masa, aludes, maremotos,

inundaciones, huracanes, etc.

Para mitigar el riesgo sísmico de una zona, es necesario disminuir la amenaza, la

vulnerabilidad y el costo de reparación de las estructuras afectadas. Un conocimiento

adecuado de la amenaza sísmica, permite definir tanto la acción que debe considerarse

en el diseño de nuevas estructuras como el sitio donde pueden ser construidas, de tal



forma que las condiciones de los emplazamientos sean óptimas, esto es: alejados de

las fallas, evitando los rellenos, los lugares con posibles asentamientos o

deslizamientos y los de alto potencial de licuefacción. Sin embargo, poco puede

hacerse para reducir la amenaza a la que están expuestas las estructuras existentes,

por lo tanto, si se desea disminuir el riesgo, se requiere una intervención directa sobre

la vulnerabilidad.

Vulnerabilidad. La vulnerabilidad es definida como el grado de daño esperado para un determinado

elemento (edificaciones, infraestructura, población, etc.) expuesto a una amenaza

específica (ejemplo: sismos, inundaciones) con una cierta intensidad. Es expresada con

una escala que varía entre 0 (no daño) hasta 1 (pérdida total); o en términos de

porcentaje de la pérdida esperada. Está en función de la intensidad de la amenaza (en

este caso intensidad del sismo) y las características de los elementos expuestos. En

este caso se va a tratar con mayor profundidad la vulnerabilidad de una infraestructura

(un puente) teniendo en cuenta que la amenaza a que va a estar expuesta es la acción

sísmica.

La vulnerabilidad sísmica es un concepto indispensable en estudios sobre riesgo

sísmico y para la mitigación de desastres por terremotos y se define como la

predisposición intrínseca a sufrir daño ante la ocurrencia de un movimiento sísmico de

una determinada estructura, grupo de estructuras o de una zona urbana completa,

asociada directamente con sus características físicas y estructurales de diseño (Barbat,

1998).

En la actualidad, a nivel mundial, los análisis de la vulnerabilidad sísmica de las

diferentes estructuras existentes, se encuentran en un nivel avanzado debido al trabajo

realizado por investigadores y técnicos en los últimos 20 años (Dolce 1994). De igual

forma, se ha desarrollado un gran número de propuestas para la evaluación de la

vulnerabilidad sísmica a diferentes niveles de detalle, y se han hecho numerosas

aplicaciones en varias regiones del mundo. No obstante, en países en vías de

desarrollo y en países con un bajo control en el diseño sismorresistente, poco se ha

hecho para reducir la vulnerabilidad sísmica de las estructuras existentes, con lo cual,



ante movimientos de intensidad moderada y alta, el número de pérdidas de vidas

humanas y la magnitud de los daños físicos, sociales y económicos, han originado

verdaderas catástrofes sísmicas como el caso de Haití en el año 2009. También se han

visto afectadas diversas estructuras ante la ocurrencia de fenómenos de esta índole

como el caso de los puentes, que han evidenciado un mal comportamiento sísmico, tal

como ocurrió durante los eventos sísmico de Northridge (1994), Kobe (1995), Chi

(1999), entre otros (Rivera, 2005).

Es esencial en un estudio de vulnerabilidad de cualquier estructura definir su

naturaleza y alcance, lo cual está condicionado por varios factores, tales como: el tipo

de daño que se pretende evaluar, el nivel de amenaza existente en la zona, la

información disponible sobre las estructuras y los datos relacionados con los daños

observados durante sismos que han afectado la zona de interés. Una vez definidos

estos factores, es posible evaluar la vulnerabilidad mediante una definición adecuada

de la acción sísmica y la capacidad de la estructura.

La dirección de construcción ha orientado la realización de estudios de vulnerabilidad

sísmica para las obras de infraestructura de todo el país, es por ello que con la

realización de este Trabajo de Diploma se quiere realizar una caracterización

sismológica de la provincia de Matanzas, razón importante para no dejar pasar por alto

estos tres factores que son riesgo, amenaza y vulnerabilidad y de esta forma no ser

sorprendidos por este tipo de fenómenos.

Conclusiones parciales:

En este capítulo se han reflejado de forma general los principales aspectos

relacionados con el fenómeno (sismo), y que repercusión tienen estos en nuestro país

según su ubicación y por tanto las características geotectónicas de la región.



Capítulo 2: Técnicas y métodos empleados: Introducción:

Este capítulo tiene como objetivo llevar a cabo una caracterización sismológica bien

específica de la provincia de Matanzas, determinando así los parámetros sísmicos

recomendados empleando el método histórico geológico, y teniendo en cuenta como

base fundamental de la investigación las referencias teóricas que se tienen del capítulo

1. Se presentan y discuten brevemente elementos neotectónicos de la región

Occidental. Cuba es un bloque (o microplaca) localizada desde al menos el Eoceno

Superior en la parte meridional de la placa Norteamérica. La Unidad Occidental está

limitada por tres zonas de fallas activas (Norte cubana, Sur cubana y Cauto-Nipe) y se

caracteriza por el tipo de sismicidad de interior de placas. Los terremotos son de

Ms<7,0, se producen con largos períodos de repetición y se asocian con un mecanismo

oscilatorio en la vertical de bloques. Se exponen algunas valoraciones acerca de la

amenaza geológica por terremotos a que está sometido el territorio, destacando las

intersecciones de fallas como las zonas más inestables.

2- . Sismicidad en la zona occidental de Cuba

2.1 Generalidades

En la región occidental de la Isla hasta 1992 había en funcionamiento sólo dos

estaciones sismológicas (SOR: Soroa, en la provincia de Pinar del Río y CCC:

Cascorro, en la provincia de Camagüey), distanciadas entre sí aproximadamente por

400 km, las cuales son, evidentemente, insuficientes para el estudio de la sismicidad

(M. Serrano y M. Cotilla, 1938). Los epicentros registrados en esta región (todos de

muy baja energía y la inmensa mayoría no perceptible) se distribuyen en forma de

circulo (nube) alrededor de las estaciones de marras. Destaca que entre ambas nubes

de epicentros hay un evidente vacío de detección, no de sismicidad.

De otra parte, no hay hasta la fecha un catálogo fiable de terremotos para la región de

Cuba que estudiamos. Dos intentos de llenar este vacío fueron realizados en los últimos

años. Primeramente, para la región desde Pinar del Río hasta Matanzas se confeccionó

un catálogo de eventos registrados por la estación Soroa, con las limitantes propias de



los datos obtenidos por una sola estación (grandes errores en las determinaciones

epicentrales y mucho mayores en cuanto a la profundidad), a lo que se unió un catálogo

macrosísmico completo con los mapas de isosistas existentes (Orbera et al., 1990).

Más recientemente B. González (et al.1994) realizaron un trabajo similar para el área

comprendida entre Matanzas y Las Tunas. El catálogo instrumental en este caso es

fundamentalmente el resultado del procesamiento individual o conjunto de los datos de

las estaciones de Soroa y Cascorro, y en casos aislados de otras estaciones de Cuba

Oriental. El nivel de precisión de los epicentros es mayor que en el anteriormente

señalado, pero es insuficiente aún para poder usar sus datos con absoluta fiabilidad (M.

Cotilla et al., 1993)

Según Cotilla (1993) los catálogos macrosísmicos de Cuba poseen una calidad variable

evento a evento. Si bien algunos han podido ser estudiados lo suficiente para lograr

confeccionarles mapas de isosistas (con el consiguiente incremento de la fiabilidad del

epicentro), la mayoría sólo tiene escasos datos que no permiten su asociación unívoca

a una u otra zona sismogénica (M. Cotilla et al., 1993).

En suma, existe un conocimiento no uniforme de la sismicidad de la región, más

detallado según nos movemos de occidente a oriente, y con un nivel de fiabilidad

también variable, que va desde un número pequeño de eventos cuyos epicentros se

conocen con bastante precisión hasta un número grande que tienen gran incertidumbre.

Actualmente hay en funcionamiento una estación de tres componentes en la localidad

de Juraguá, Cienfuegos, que registró muy bien al mencionado sismo de San José de las Lajas el 09.03.95 y que de continuar en funcionamiento consideramos debe

permitir mejorar el conocimiento de la sismicidad de la UNOc.

Con relación al tipo o los tipos de mecanismos de foco de los terremotos ocurridos en la

UNOc, lamentablemente, no ha existido hasta la fecha posibilidad alguna de determinar

alguno. Y consideramos que, dado el número insuficiente de estaciones sismológicas y

la baja energía de los eventos, estos mecanismos no se obtendrán en bastante tiempo.



2.1.1 Unidad neotectónica occidental (UNOc) La información sismológica de Cuba (Álvarez et al., 1985; T. Chuy et al., 1988) se

remonta a 1528; y en particular para la UNOc los catálogos confeccionados muestran

una relación directa en cuanto a perceptibilidad/poblamiento (fecha inicial 1693). No

obstante, como nuestro propósito es sismogénico debemos, en tal sentido, exponer los

datos de sismicidad y de tectónica (nueva) en un marco lógico de relación y con las

menores especulaciones posibles.

En el área de la UNOc se han reportado varios eventos sísmicos a los que ha sido

factible confeccionarles isosistas con un nivel aceptable de calidad (T. Chuy et al.,

1988). Estos sismos, hasta donde se conoce, fueron los más fuertes (pero con Ms<7,0)

y en consecuencia los de más importancia en este territorio. A partir de la configuración

de sus isosistas es factible proponer que el elemento sismogenerador está localizado

en unos casos en la parte emergida y para otros en la marina. Tal cuestión debe ser

tratada con mucho cuidado, ya que los eventos son de baja energía y la red

internacional de estaciones sismológicas no los detecta o los detecta con mucha

imprecisión. Esto último se pudo comprobar, todavía para el presente, con el terremoto de Torriente-Jagüey Grande (16.12.1982), donde el epicentro determinado por las

agencias internacionales se encuentra desplazado, grandemente, del determinado por

datos macrosísmicos (Chuy et al., 1983). Sin embargo, aunque existe diferencia en las

determinaciones, ella es mucho menor para el caso del terremoto de Remedios-Caibarién (15.08.1939). La baja fiabilidad de los epicentros instrumentales, motivada

por la escasez o la distribución, o ambas, de las estaciones (cubanas e

internacionales), hace que para cuatro casos de los cinco de la tabla 1.3 los epicentros

seleccionados sean los macrosísmicos lo que, evidentemente, plantea un significativo

nivel de subjetividad. Todos tienen isosistas. Evidentemente, el sismo de 1880 es de la

etapa pre-instrumental.

En general, los epicentros de los terremotos se localizan espacialmente entre sí a una

distancia aproximada de 200 km en la UNOc. Las figuras geométricas de las isosistas

aunque son diferentes todas tienen directividad y sus áreas están en correspondencia

directa con la intensidad máxima (e indirectamente con la magnitud) (Álvarez et al.,



1985). Con estos elementos se puede delimitar o proponer (con aproximación) la

estructura sismogeneradora, que en unos casos es una falla (Tabla 2.5, Nos. 1, 2, 3 y

4) y en el otro un nudo (Tabla 2.5, No. 5). Algunos de estos elementos

sismogeneradores tienen asociados también a otros sismos de menor energía, a los

que ha sido posible confeccionarles, en ocasiones, mapas de isosistas (Cotilla, 1993).

Tabla2.5

La UNOc se entiende por nudo al área circular definida por la intersección de elementos

disyuntivos (McKenzie y Morgan, 1968). Esta zona es, evidentemente, de mayor

dimensión que la de sus elementos lineales constituyentes. Ella se establece en

principio a partir de la precisión de los epicentros determinados, que en el mejor de los

casos en Cuba Oriental (donde está la mayor cantidad de estaciones sismológicas) es

de 10 km. Mientras que en la UNOc, donde es mucho menor la precisión de las

determinaciones epicentrales, las áreas pueden ser de 20-40 km (Cotilla, 1993). Los

autores asumen un radio, conservador, de 25 km para los nudos sismoactivos. Esto se

corresponde, perfectamente, con la propuesta de Riznichenko (1976) en cuanto a que

el tamaño de una fuente de terremotos con M=6,0 es de aproximadamente 23 km de

largo y 10 km de ancho. Posteriormente, el área y los límites externos del nudo se

valoran con trabajos de campo, previo empleo de materiales aeroespaciales (fotografías

e imágenes) (Cotilla et al., 1991b). Y por último, la definición exacta del nudo se ejecuta



con la instalación y explotación de estaciones sismológicas en su entorno inmediato.

Esta etapa nunca se ha ejecutado en Cuba (Cotilla, 1993)

2.1.2 Relación falla-sismicidad Alcanzado este punto, procede concretar la relación entre las fallas tectónicas activas y

la sismicidad de la UNOc. En este sentido, el primer trabajo realizado fue de Krestnikov

et al. (1983), que estudiaron la región Central de Cuba (desde el oeste de la falla

Cochinos hasta la falla La Trocha) (Fig. 2.18). Esos autores aplicaron la metodología

sismotectónica de Krestnikov (1986) y obtuvieron un conjunto de zonas

sismogeneradoras. Posteriormente, L. Orbera (1983) utilizó el mismo procedimiento en

la parte más occidental de Cuba (Cabo de San Antonio - falla de Cochinos) (Fig. 2.18) y

obtuvo también un grupo de zonas sismogeneradoras. González y Chuy (1984)

estudiaron, sobre la base de criterios occidentales (Cluff, 1972), sólo la provincia Pinar

del Río (Fig. 2.18) exponiendo un resultado diferente al obtenido por L. Orbera

(1983)11 en ese sector. Chuy et al. (1984) investigaron con la misma idea las provincias

Camagüey y Ciego de Ávila (región al este de la falla La Trocha y hasta la falla Cauto-

Nipe) (Fig. 2.18) y propusieron un conjunto de zonas sismogeneradoras. Chuy et al.

(1988a) elaboraron un mapa de zonas sismogeneradoras para la misma región que L.

Orbera (1983) y los resultados, en términos generales, difieren. No obstante, el factor

común de estos trabajos fue la delimitación de zonas sismogeneradoras y la asignación

de una magnitud máxima posible de los terremotos a producirse en ellas.

Concretamente, un elemento sismogenerador (falla o sistema de fallas) es una

estructura que tiene capacidad para producir eventos sísmicos. La geometría y la

actividad del elemento sismogénico es en general diferente y estará siempre vinculado

a la geodinámica del territorio. Su definición y caracterización no es tarea sencilla, y

depende de muchos factores (Cotilla et al., 1991a). Por su parte, Díaz y Lilienberg

(1989) confeccionaron un modelo para la zona occidental de Cuba (Cabo de San

Antonio–falla Cochinos) (Fig.2.18) que sustenta un mecanismo de nudos

morfoestructurales (Torriente-Jagüey Grande, Güines y La Habana) y fallas activas

capaces de generar terremotos. Antes, Chuy et al. (1983) expusieron un esquema



donde se asumió la existencia de un nudo sismoactivo en Torriente-Jagüey para

explicar la ocurrencia del sismo del 16.12.1982.

Orbera et al. (1990) evaluaron el territorio del Cabo de San Antonio hasta la falla

Cochinos (Fig. 2.18) y presentaron un mapa de zonas sismogeneradoras. A pesar de

que este nuevo resultado difiere totalmente de todos los anteriores, y modifica

significativamente la posición de sus autores, no se hace comentario al respecto. Cotilla

et al. (1991a) aplicando una metodología alemana, con el uso preferente de la

teledetección, la evaluación neotectónica y la sismicidad, obtuvieron una red de zonas y

nudos sismogeneradores para toda Cuba. J. Cuevas et al. (1992) presentaron a partir

del procesamiento automático de datos geofísicos un grupo de estructuras, que

denominaron tectónicas, para investigaciones sismotectónicas en la región desde La

Habana hasta Cauto-Nipe (Fig. 2.17). B. González et al. (1994) utilizaron esa

propuesta y compusieron un mapa de zonas sismogeneradoras. Este material difiere,

en las partes o áreas comunes, de los resultados de Krestnikov et al. (1983) y Chuy et

al. (1984), por no decir del de Cotilla et al. (1991a).

Fig.2.17. Fallas activas de Cuba (según Cotilla et al., 1991a). Se representan

1- las Unidades Sismotectónicas (A: Occidental, B: Oriental, C: Suroriental); 2- las fallas (1: Consolación del Norte, 2: Pinar, 3: Guane, 4: Hicacos, 5:

Cochinos, 6: Habana-Cienfuegos, 7: Cienfuegos, Santa Clara, 8: Tuinicú, 9:

Las Villas, 10: LaTrocha,11: Cubitas, 12: Camagüey, 13: Baconao, 14: Purial;



BC: Bartlett-Caimán, CN: Cauto-Nipe, NC: Nortecubana, SC: Surcubana); 3)

algunas localidades].

Al respecto de la validez o no de cada uno de estos trabajos en Cotilla (1993) y M.

Cotilla et al. (1993) se encuentran extensas y pormenorizadas discusiones. No

obstante, baste señalar que la ocurrencia de un sismo en la localidad de San José de

las Lajas el 09.03.1995 (B. González et al., 1995) estaba, únicamente, prevista en el

mapa sismotectónico de Cotilla et al (1991a) y excluida, explícitamente, en Orbera et al.

(1990).

En la UNOc ha sido apreciado, como hecho importante, la canalización de la energía

sísmica en la falla Habana-Cienfuegos con los terremotos de Torriente-Jagüey Grande y de San José de las Lajas.

2.1.3 Eventos sísmicos, fallas y nudos en parte de la unidad neotectónica occidental La figura 2.18 muestra la red de neoestructuras lineales (zonas sismogénicas) y

circulares (nudos), así como los bloques que constituyen la zona de Cabo de San

Antonio- Bahía de Cienfuegos. Pero, dado el grado de información que se posee, sólo

se enfrenta el entorno de la zona sismogénica Habana-Cienfuegos. Así, para facilitar la

exposición y la correlación de la información sismológica sobre la falla Habana-

Cienfuegos con los nudos (zonas más proclives a terremotos, según la hipótesis de los

autores) se presenta la tabla 2.5. que recoge los elementos disyuntivos que conforman

los nudos, la numeración de los nudos y los poblados que en ellos están (de oeste a

este).

Fig.2.18



En el esquema anterior se muestran las zonas sismogénicas y los nudos sismoactivos

de la región Cabo de San Antonio - Matanzas (parte de la Unidad Neotectónica

Occidental de Cuba). [Aparecen: 1- los nudos: N1 (Bahía de Cienfuegos), N2 (Torriente-

Jagüey Grande), N3 (Güines), N4 (San José de las Lajas), N5 (Ciudad de La Habana),

N6 (Matanzas), N7 (Varadero) y N8 (Girón); 2- las zonas sismogénicas: CH (Cochinos),

G (Guane), H (Hicacos), HC (Habana-Cienfuegos), NC (Norte cubana), P (Pinar) y SC

(Sur cubana); 3- el tensor de esfuerzos (flecha gruesa de color negro) estimado por

Cotilla y Franzke (1994)].

La tabla 2.6 contiene para tres fallas (Hicacos, Cochinos y Guane), relacionadas con la

falla Habana-Cienfuegos, poblados (donde hay reportes de sismicidad) y los nudos que

comprenden a lo largo de sus trazas. Es decir, se puede asumir también para ellas la

segmentación. De considerar a las fallas Habana-Cienfuegos, Guane, Cochinos,

Hicacos, Pinar, Norte cubana y Sur cubana como zonas sismogeneradoras (Fig.2.18),

sin tener en cuenta sus nudos, es posible relacionarles también con los terremotos

incluidos en los catálogos mencionados anteriormente. Las cifras para las cuatro

primeras [las otras tres resultan indiscutibles en cuanto a categoría y actividad para

todos los autores (Cotilla, 1993)] están en la tabla 2.7, y señalan que la falla Habana

Cienfuegos es la más activa.

Tabla.2.6



Sobre esa base es posible proponer un diagnóstico espacial para el futuro evento

sísmico de la falla Habana-Cienfuegos. Así, en esta zona hay cinco nudos o

intersecciones de fallas con posibilidad de manifestar actividad sísmica, ya que todos

ellos tienen asociados terremotos de acuerdo con los catálogos. Estos nudos son, de

este a oeste:

1- Bahía de Cienfuegos; 2- Torriente-Jagüey Grande; 3- Güines; 4- San José de las

Lajas; 5- Bahía de La Habana. Como ya han ocurrido los sismos de Torriente-Jagüey

Grande (nudo 2) y San José de las Lajas (nudo 4) quedan, lógicamente, tres probables

para un futuro mediato (nudos 1, 3 y 5). Si a esto se le añade la coincidencia de los

resultados de Díaz (1985) y Cotilla et al. (1991a) para los nudos 2, 3 y 5 es posible

asegurar la ocurrencia de terremotos en los nudos 3 y 5. Atendiendo también a las

dimensiones de las estructuras (resultan más probables los nudos 1 y 5) y a la dirección

de propagación de este a oeste en los últimos 13 años. Los autores consideran, como

más probable la ocurrencia futura de un sismo en el nudo 5, Bahía de La Habana.

En atención a los reportes el evento de Ciudad de La Habana (nudo 5) puede ser de 5

grados de intensidad (MSK), pero al compararle a partir de los datos con el nudo 2 (de

menor categoría y actividad) es posible insinuar, con cierto margen de certidumbre, un

valor de 6.

En la tabla2.7 siguiente se muestran la cantidad de terremotos ocurridos en cuatro

fallas (sismogeneradoras)

Tabla 2.7



Las investigaciones neotectónicas de Cotilla et al. (1991c) ha permitido

determinar algunas regularidades sismogénicas de la Unidad Neotectónica

Occidental, la de mayor área de las dos que componen al megabloque Cuba.

Esta unidad, con sismicidad del tipo interior de placas litosféricas (Ms<7,0),

que se extiende desde el Cabo de San Antonio hasta la depresión Cauto-Nipe,

se caracteriza por un desarrollo geológico de tipo neoplatafórmico (M.

Iturralde, 1977) desde el Eoceno Superior, y por no poseer una relación directa

con el elemento disyuntivo activo de primer orden Bartlett-Caimán. El límite de

las placas litosféricas de Norteamérica y Caribe (Cotilla et al, 1991a). Sin

embargo, en sus inmediaciones han ocurrido 6 terremotos significativos (1880,

1914, 1939, 1974, 1982 y 1995) que se asocian, con gran certidumbre, a

distintas fallas (Cubitas, Guane, Habana-Cienfuegos y Pinar) o nudos de fallas

(N2: Torriente-Jagüey Grande y N4: San José de las Lajas) (Cotilla et al.,

1991a). Tales estructuras sismogeneradoras constituyen límites de

megabloque (NC y SC) y macrobloques, por lo que su orden y su categoría

son menores que las correspondientes a BC.

Hasta el presente no es posible presentar siquiera una solución de mecanismo focal,

así como tampoco existe certeza del espesor y la configuración de la capa sismoactiva

de las estructuras sismogénicas delimitadas para la UNOc. En este sentido, se ha

recurrido a la propuesta del tensor de esfuerzos noreste-suroeste de Cotilla y Franzke

(1994) para considerar plausible un mecanismo predominante de fallamiento tipo

normal y componente sinistral de deslizamiento lateral. Así como explicar,

aceptablemente, la sismicidad de bajo nivel energético y el espaciamiento regular de las

estructuras sismogenéticas con los lugares de ocurrencia de terremotos.

Con relación al nivel de amenaza geológica por terremotos a que está sometida la

UNOc consideramos, como se expresa en Cotilla y Alvarez (1998), que las quince fallas

aquí relacionadas son líneas de debilidad tectónica actual y constituyen los elementos

sismogénicos fundamentales, aunque sus intersecciones resultan ser las zonas de

mayor nivel de peligro y probabilidad de ocurrencia. En la UNOc no debe esperarse una

actividad inducida significativa por sismos de la otra Unidad y mucho menos de



estructuras más alejadas, aunque sí de ella. Finalmente, debemos aclarar que se ha

planteado el término Amenaza y no Riesgo, ya que en el segundo hay que valorar dos

aspectos de mucha significación: economía / costo y vulnerabilidad. Es decir, que una

localidad puede estar enmarcada en una región de alta amenaza geológica y desde el

punto de vista de la vulnerabilidad poseer todas las medidas parasísmicas y en

consecuencia su relación economía / costo no ser afectada seriamente. Tal cuestión

debe ser tratada luego de abordar un conjunto de tópicos tales como la: 1-

Regionalización de la amenaza geológica; 2- Reevaluación de la información

sismológica histórica con métodos estadísticos; 3- Evaluación del fallamiento a partir de

la metodología de Schwartz y Coppersmith (1984), etc., que hasta el presente no se ha

enfrentado en el país.

2.2 Consideraciones sísmicas de la provincia de Matanzas: La provincia de Matanzas está situada en la zona inferior a la placa de Norteamérica, a

diferencia de la zona suroriental de Cuba (Santiago de Cuba) que está próxima a la

zona de contacto de la placa de Norteamérica y la del Caribe. Por esta razón en la parte

occidental no se prevén terremotos superiores a una magnitud de 7 en la escala

Richter. La provincia presenta similares características sismológicas que La Habana,

pues ambas se encuentran situadas en el extremo norte - occidental de la isla de Cuba.

Según la norma sísmica cubana en cuanto a zonación sísmica con fines de ingeniería la

provincia de Matanzas se encuentra ubicada en la zona 0. Esta zona es de riesgo

sísmico muy bajo, sin efectos dañinos para los edificios y obras y donde no es

necesario tomar medidas sismo resistentes en edificios y obras, no obstante desde el

punto de vista sismológico no puede decirse que existe sismicidad n

A continuación en la figura 2.19 se observa la ubicación de la provincia de Matanzas y

la zona sísmica en la que se encuentra según las características y los sismos

registrados



Provincia de Matanzas .

Fig.2.19

2.2.1: Esbozo geotectónico. Principales fallas en la provincia de Matanzas. En el siguiente mapa (Fig.2.20) se muestra una representación de las principales

zonas sismogénicas de Cuba y en la tabla.2.7 se presentan los datos de dichas zonas:

el nombre categoría y unidad. Se observa la falla de Hicacos y Cochinos, fallas

correspondientes a Matanzas.

Fig.2.20 Según Chuy, T., y Cotilla, M.



Fig.2.21

Tabla.2.8



Falla Hicacos (H).Constituye una falla que se manifiesta a lo largo de la Península de

Hicacos y se interna en el territorio por el borde E de la Bahía de Matanzas delimitando

muy bien al bloque Matanzas (al N). Aunque bien expresada en los relieves diferentes

su morfología a lo largo de su trazo, en particular el sector meridional (Güines-

Batabanó) está muy débilmente representada. En el extremo N destaca la articulación

del sistema de fallas Nortecubana (en dos ramas), lugar geométrico en que se aprecia

la inflexión del arco del megabloque Cuba. Evidencia en algunos tramos un muy

limitado carácter transcurrente en la etapa actual. A pesar de la ausencia de registros

instrumentales, el trazo de la falla puede ser interpretado con epicentros macrosísmicos

-Total de terremotos en las zonas sismogeneradoras

Zona sismogeneradora Total de terremotos

Habana-Cienfuegos 31

Guane 21

Cochinos 21

Hicacos 14

Tabla 2.9

Desde el punto de vista estructuro-geo- morfológico, la formación de la península de

Hicacos ha estado condicionada por el control tectónico de la falla Hicacos, de dirección

NE y de extensión regional, pues atraviesa diagonalmente, hacia el SW, la porción

centro-oriental de la provincia La Habana, configurando el eje de la bahía de Matanzas

y cortando las alturas Bejucal - Madruga -Coliseo (en las cercanías del poblado de

Madruga), hasta su proyección hacia el extremo noroccidental de la provincia Matanzas.

A continuación se muestra en la tabla 2.10 como se ha comportado la actividad

sísmica a lo largo de la falla de Hicacos.



Tabla2.10

Este notable elemento tectónico que es la falla de Hicacos determina el diseño del pie

del talud insular, del borde de la plataforma y de las líneas costeras antigua y actual de

la península. Además, constituye el límite estructural occidental del gran archipiélago

septentrional cubano Sabana-Camagüey.

De acuerdo con las investigaciones de Orbera (1989), esta estructura disyuntiva

mantuvo gradientes geodinámicos intensos durante la etapa neógeno-cuaternaria de su

consolidación y ha reportado ligera actividad sísmica en los últimos años (González,

comunicación personal). Durante el Cuaternario, a lo largo de la falla Hicacos se

manifestaron movimientos tectónicos verticales diferenciados, los cuales determinaron

contrastes geomorfológicos en los elementos del relieve submarino de la plataforma

insular, con la formación alineada, siguiendo el sentido de la falla, de pequeños cayos e

islas en su sector frontal, los cuales durante la etapa pleistocénica tardía y holocénica

de la evolución, fueron unidos a la isla de Cuba por los procesos acumulativos marinos.

Estos depósitos se estabilizaron bajo evidente tendencia emergente de la región, la

protección y defensa de la vegetación de los complejos de costa arenosa y de

manglares, así como se enriquecieron por los aportes biogénicos de las comunidades

coralinas y las algas calcáreas, productoras de arenas. El diseño estructural longitudinal

y diagonal noreste del relieve de la península, controlado tectónicamente por la falla



Hicacos, determina una zonación geomorfológica, de NW a SE, para casi todo el

territorio.

Fig.2.22

Atendiendo a las etapas evolutivas, a la constitución geológica, al plano estructura y a

los espectros de niveles geomorfológicos marinos, la morfoestructura de la península de

Hicacos se puede clasificar como un sistema diferenciado de bloques morfo-

estructurales alineados por el rumbo (falla Hicacos) y alterno de geoformaciones

peninsulares cuaternarias tardías (Pleistoceno superior, piso medio-tardío al Holoceno).

El relieve de la península de Hicacos es muy joven, con edades entre el Pleistoceno

superior tardío y el Holoceno, lo cual advierte su reciente consolidación y elevada

fragilidad. Es por ello que, en territorios peninsulares e insulares, es recomendable la

ejecución de levantamientos geomorfológicos previos y posteriores a los vertimientos de

arena.

Falla de Cochinos: La falla de Cochinos (CH) es una falla cubierta por sedimentos

jóvenes de la cuenca asimétrica de Cochinos. Se expresa muy bien al S en el relieve de

la bahía de igual nombre e intercepta con una de las dos ramas del sistema de fallas

Surcubana, donde se produjo el sismo de Girón de 1964. El extremo N de la falla está

en las inmediaciones de la Bahía Matanzas (desembocadura fluvial, encajada en

paredes verticales de 10-20 m del río Canímar), área donde se intercepta con la falla



Hicacos y la rama O del sistema de fallas Nortecubana. González et al. (1989) asumen

su existencia en el Oligoceno. La tabla 10 expone los terremotos que se le asocian.

Tabla.2.11

2.2.2 Manifestaciones sísmicas asociadas a las fallas y nodos de la provincia.

Para facilitar la exposición y la correlación de la información Sismológica y los eventos

sísmicos ocurridos en la región de estudio, se tienen en consideración lo antes

expuesto, los nudos de alineación (zonas más proclives a terremotos) y las fallas en las

que están comprendidos estos eventos.

A continuación en la tabla 2.12 se exponen los datos para el nudo de alineamientos

ubicado en Torriente-Jagüey Grande.

tabla2.12

El nudo {N2} incluye en los informes tres localidades (Torriente-Jagüey Grande y Hato de Jicaritas) y en él se produjo el sismo de 1982 (el de mayor intensidad sobre



el alineamiento Habana-Cienfuegos). A continuación en la figura 2.22 y 2.23 se

muestran isosistas de dicho terremoto.

Fig.2.22

Fig.2.23

Sin embargo, no existen datos anteriores a la década de 1950. Por su parte, su nudo

vecino del O, Güines {N3} tiene un dato claro aunque del siglo XVIII. Ese sismo (del 7



de julio de 1777, 1=5 grados MSK) fue perceptible en otras dos localidades (La

Habana y Matanzas con 3 grados) y lo consignan cinco catálogos [(1), (3), (4), (5) y(6)].

Unos kilómetros más al NO, en el nudo de San José de las Lajas {N4}, hay dos eventos

independientes (12 de octubre de 1905,1 = 4 grados MSK y 16 de junio de 1953,1 = 5

grados MSK) para dos localidades vecinas (Jaruco y Tapaste) que están confirmados

por varios de los catálogos [(1), (4), (5) y (6) y (1), (3), (4), (5) y (6), respectivamente],

sin incluir el evento 5 grados (MSK) que ocurrió en San José de las Lajas el 9 de marzo de 1995

En las inmediaciones de la falla Cochinos hay actividad en los poblados de Girón {nudo

8}, Perico, Agramonte y La Isabel ,(cinco sismos, cuatro de ellos con intensidad mayor o

igual que 4) que pueden ser prueba de su importancia neotectónica (tabla 13).

Sostenemos que la escasa perceptibilidad de los sismos asociados a las fallas Guane

y Cochinos (para toda su extensión hay un dato por localidad) es debida a la

combinación de factores físicos y subjetivos. En los primeros están la relación

morfología/disposición de las cuencas que limitan con ella y a sus condiciones

ingeniero-geológicas, lo que de conjunto influye en la atenuación de las ondas (ejemplo,

el sismo de Torriente-Jagüey Grande) (Cotilla et al., 1988). Y en cuanto a los factores

subjetivos, se consideran el despoblamiento y la falta de interés de las autoridades en

informar la perceptibilidad de sismos débiles.

A la falla Hicacos se puede asociar terremotos en varios lugares. En este caso se hace

referencia a los eventos referidos en la ciudad de Matanzas que corresponden a la triple

intersección de las fallas Hicacos, Nortecubana y Cochinos {nudo 6}, y no al extremo

NE de la Península Hicacos (intersección de la otra rama del Sistema de fallas

Nortecubana e Hicacos {nudo 7}).

De esta forma hay un aumento del catálogo con variaciones apreciables en cuanto a los

valores de intensidad como lo demuestra la relación Intensidad (MSK)/Total de eventos:

?/3, 3/2, 3,5/1,4/1,5/2. Concretamente, para esta área hay en el período 1800-1900 un

total de siete terremotos y en el siglo XX sólo dos. El otro extremo de la falla Hicacos,

en las cercanías de la localidad habanera de Batabanó, tiene dos sismos de 4 y 5

grados (MSK) de principios del siglo XX. Entonces, el trazo de la falla Hicacos se puede

reconocer con datos de terremotos en los poblados de Batabanó, Madruga y Matanzas.



Ciudad de La Habana, Cienfuegos y Matanzas fueron y son en esta región los

asentamientos más antiguos de mayor significación desde el punto de vista económico

y social, y por consiguiente, donde más atención se debió prestar, históricamente, a la

perceptibilidad de un sismo (tabla2.13).

Tabla2.13

Reduciendo el análisis de sismoactividad a sólo tres elementos lineales (Habana-

Cienfuegos, Hicacos y Cochinos) que incluyen a todos los nudos se elaboró la

tabla2.14. Ella muestra el tiempo transcurrido (en años) desde la última ocurrencia de

un terremoto en cualquiera de los nudos con relación al elemento principal que lo

contiene.

Tabla2.14



De acuerdo con Díaz y Lilienberg (1989), Cuba Occidental (el sector de la Unidad

Neotectónica antes descrito) tiene una manifiesta tendencia al aumento de la intensidad

y el carácter contrastante de los movimientos recientes verticales desde el O hacia el E,

así como por su inclinación general N-S. la subregión Habana-Matanzas con -2,0a+

10,0 mm/año. Para Habana-Matanzas las morfoestructuras más significativas son las

transverso-diagonales. Los valores de los movimientos verticales recientes distinguen:

1) Al sistema de alturas (tipo horst-anticlinal) Habana-Matanzas en un rango de +4,0

a +8,0 mm/año y a dos de sus elementos, las mesetas de tipo grabenclinal, Tapaste

y Aguacate con +2,0 a +4,0 mm/año (elevamiento retardado); 2) a la llanura el N de

La Habana con débiles descensos de hasta 2,5 mm/año en la bahía; 3) a la llanura

del N de Matanzas, al E de la anterior (desde los poblados de Santa Cruz del Norte

y Jaruco), con +6,0 y +8,0 m/año, que se incrementan en Cárdenas (al E de

Península de Hicacos) hasta +10,0 y +12,0 m/año; 4) a la parte meridional, en la

llanura desde Habana-Matanzas con ascensos de °a +2,0 mm/año y de +4,0 a +6,0

mm/año para los sectores O y al E, respectivamente, de una línea imaginaria

trazada entre los poblados de Jaruco y Camacho muy cerca este último de

Batabanó); 5) a la parte centro-E, específicamente en las inmediaciones de dos

poblados de Colón-Jovellanos (al E también, pero de la falla Cochinos) con

descensos graduales, 6) a la franja S, ya cerca de la costa y de dirección E

(incluyendo al humedal de la Ciénaga de Zapata), los descensos alcanzan los -2,0

mm/año.

De aquí se desprenden algunos elementos:

Las fallas Guane y Habana-Cienfuegos condicionan los cambios de la parte S de

las llanuras de Habana-Matanzas, al E y O de la línea imaginaria Camacho-

Batabanó.

El retardo a los ascensos de la localidad Aguacate (al N de la falla Hicacos y

sobre la parte S del bloque Matanzas) indica no sólo la estructura de bloques del

territorio sino también sus contraste dinámicos.



Las fallas Cochinos y Habana-Cienfuegos, al parecer, están relacionados con las

modificaciones en el plano estructural aledaño al {nudo 2} de Torriente-Jagüey

Grande (incluida la inversión de los movimientos recientes verticales en la zona

de Colón-Jovellanos). Es decir, hay un fondo general de ascensos en la llanura

meridional de Matanzas y el bloque Matanzas con áreas de descenso al NE

(Colón-Jovellanos) del nudo y colindante con éste; pero al S se distingue un

extenso territorio (Ciénaga de Zapata) que desciende rápidamente, lo cual se

corresponde con los resultados gravimétricos de Cuevas et al. (1992) en cuanto

a la presencia de un sistema de pequeños bloques (con movimientos verticales

de ascenso y descenso relativos), y de Cuevas (1994) que describe una

anomalía isostática, y 5). Las fallas transverso-diagonales (Guane, Hicacos y

Habana-Cienfuegos) son de gran significación en el desarrollo del campo

morfoestructural contemporáneo.

Para la provincia Matanzas, desde el punto de vista geológico, hay dos resultados

que describen la movilidad diferente a ambos lados de la falla Cochinos y un

sistema de bloques desde el Oligoceno hasta el reciente.

Así, según Iturralde (1969) la diferencia estratigráfica entre los sedimentos del

Neógeno en la provincia Matanzas se explica a partir de características tectónicas

regionales. En este sentido las formaciones: Güines, Colón, Jaruco, Cojímar, Capas

de Gypsina, El Maíz, Canímar y Península aparecen en la parte O de una línea

imaginaria entre las Bahías de Cochinos y Cárdenas y sólo las dos primeras en la

parte E. Esa línea coincide aproximadamente con la dirección de la falla Cochinos.

Además, de ese mismo trabajo se tiene que para el Neógeno se conformó la

estructura de bloques, aunque la época era de poca movilidad y, en particular la

región oriental de Matanzas se elevó cerca de 400 m con relación a la región

occidental (bloque deprimido de la falla Cochinos). El bloque occidental, durante el

Mioceno, mantuvo manifiesta tendencia a los ascensos (secuencia regresiva) y para

el Plioceno Superior descendió. La movilidad del bloque oriental fue menor que la

del occidental, a pesar de su constante tendencia a los ascensos y su emersión

desde el Mioceno Medio. Para Franco (1980) la sedimentación del Oligoceno

Superior fue más intensa en la parte oriental, debido a una lenta y continua



subsidencia como consecuencia del movimiento relativo de los bloques, por medio

de la falla Cochinos. En el bloque occidental no ha sido observada ninguna

secuencia del Oligoceno. En el Neógeno se manifiesta la emersión del bloque

oriental y la subsidencia en el occidental, debido a un desplazamiento inverso de la

falla. Esta es la primera vez que se planteó la tendencia diferencial en el sentido de

movimiento de los bloques. Tal observación fue ratificada en Cotilla (1988) que

incluyó los {nudos 6 y 7} de Girón y Matanzas, respectivamente. Se interpreta que

está vinculada, al menos espacialmente, con el {nudo 2} de Torriente-Jagüey

Grande. Sin embargo, el Instituto de Geología y Paleontología no la comenta en la

comunicación escrita de 1995 (incluida en la Directiva del Instituto de Geofísica y

Astronomía, del mismo año) respecto de la propuesta sobre el alineamiento

Habana-Cienfuegos del autor.

A partir de los mapas tectónicos de Shein el al.(1985) y Mossakovsky el al. (1989)

se distinguen (por datos geofísicos) el levantamiento transversal en la corteza

sedimentaria (N-S) Jagüey-Agramonte y una diferente distribución de rocas

intrusivas y efusivas. El levantamiento (de relación largo/ancho =4,5/1) posee una

acusada convexidad al O y está localizado al E de la falla Cochinos (evidentemente,

al mismo lado que los poblados de Torriente y Jagüey Grande, {nudo 2D}. Esto

permite suponer la presencia en la profundidad de un campo de esfuerzos

diferencial, al menos, en las inmediaciones de los dos poblados antes mencionados.

En atención a la ubicación, la disposición y la morfología de los bloques Cidra (al S

de la ciudad de Matanzas) y Coliseo (al SE del bloque anterior), y el abrupto desvío

del río Canímar (E-O a NO) es posible reconocer la presencia de la falla Cochinos,

así como también precisar (con mediciones in situ en los cuerpos rocosos) su

transformación dinámica de la etapa pre neotectónica (como falla transcurrente

destrosa) a la actual (falla normal-vertical) (Cotilla el al., 1994). Estos dos bloques

junto al de Madruga (localizado al O de Cidra) constituyen en la actualidad una sola

estructura .Un aspecto de índole tectónico-estructural de la región oriental de la

provincia La Habana y occidental de Matanzas, que ha sido reconocido por la

Academia de Ciencias de Cuba y Polonia, y que se considera, explica la existencia



y la disposición NO del alineamiento Habana-Cienfuegos, se refiere al encuentro allí

de:

1) las zonas estructuro-faciales Zaza (eugeosinclinal) con Camajuaní y Placetas

(miogeosinclinal), y

2) las direcciones Guaniguanico, Pinar del Río (NO) y Las Villas (NO). Este sector

contiene un evidente cambio direccional heredado de anteriores etapas

compresivas y que se asume cambió a una distensión de tipo rotacional muy leve

(al NE) en la etapa actual y con particular significación en la cuenca Cochinos

(Cotilla y Franzke, 1994). El proceso distensivo rotacional favorece la ocurrencia de

terremotos en áreas específicas, como ejemplo el {nudo 2} de Torriente-Jagüey

Grande. Díaz y Lilienberg (1989) declaran la existencia de tres tipos de mecanismos

sismogeneradores para Cuba Occidental, que por orden de importancia son:

1) nudos morfoestructurales

2) elementos lineales Sismogenéticos

3) nudos disyuntivos.

Y en este sentido dan a la Bahía de La Habana como el nudo morfoestructural de

mayor importancia (aquí {nudo 5}), que está conformado por las fallas Nortecubana

y Pinar. El sismo de Torriente-Jagüey Grande lo asocian a un nudo disyuntivo (aquí

{nudo 2}).

De otra parte, Chuy el al. (1988) presentan para el mismo territorio de Cuba

Occidental un conjunto de zonas sismogeneradoras, por ellos determinadas, y los

epicentros de terremotos. La concentración epicentral de Ciudad de La Habana la

vinculan solamente con las zonas Nortecubana y Habana (que extienden al SE

hasta Madruga, muy al N de Güines y sin alcanzar siquiera a Torriente). La zona

sismogeneradora Cochinos (entre Girón y la Bahía de Matanzas) es la única

responsable del terremoto de Torriente-Jagüey Grande (desestiman el mecanismo

de nudo). Los eventos de la ciudad de Matanzas los incluyen en el trazo de la

banda sismogeneradora Matanzas (o Hicacos), quien ni siquiera intercepta a la

zona sismogeneradora Habana. Y la zona sismogeneradora Pinar (para ellos ésta



es la de mayor importancia y categoría de la región, inclusive por encima del

sistema de fallas Nortecubana) no alcanza al poblado San José de las Lajas, pero sí

tiene esa dirección.

La zona sismogeneradora Habana sí se cruza con la de Hicacos o Matanzas, y

Cochinos (que aparentemente ahora no es responsable del evento de Torriente-

Jagüey Grande).

Este último cruce de zonas sismogeneradoras, aunque localizado muy al N de

Torriente (en las inmediaciones del poblado de Pedro Betancourt) puede explicar

dicho sismo.

A continuación en la figura2.24 se muestra el mencionado cruce de las zonas

sismogeneradoras.

Fig.2.24

La figura siguiente representa el mapa neotectónico de Cuba de Cotilla (1991) recoge

el resultado de Cotilla y Franzke (1994) con relación a la cinemática de las fallas y la

estimación de un tensor de esfuerzos con dirección NE-SO en el nudo de Torriente-

Jagüey Grande. Se observa claramente en la figura 2.25 las dos principales zonas de

falla de la provincia de Matanzas (Hicacos y Cochinos)



Fig2.25

Gráfico según Cotilla (1991)

La interpretación neotectónica, las medidas geodésicas de Díaz y Lilienberg (1989)

para toda la región y los datos geológicos de Iturralde (1969) y Franco (1980) para la

falla Cochinos tienen buena correspondencia.

Discusión

El levantamiento geológico en la provincia Matanzas (Academias de Ciencias de Cuba

y Polonia, 1981) no reportaba elemento tectónico disyuntivo alguno para la zona de

Torriente-Jagüey Grande. Tampoco el Esquema Neotectónico de Cuba, escala

1:1.000.000 de Shein et al. (1975) recogía indicio de actividad. Sin embargo, Albear et

al.(1982) propusieron (sin pretensión sismotectónica alguna) sobre la base de la

teledetección un alineamiento discontinuo de dirección NO entre el SO de Matanzas y

Ciudad de La Habana. Este elemento fue desestimado por la mayoría de los

especialistas y criticado por nacionales y extranjeros en Cuba, por lo que sus autores ni

siquiera le dieron nombre. Tiempo después, en su intersección con una zona de

mínimos gravimétricos -Cochinos- de dirección NNO, que se extiende entre las Bahías

de Cochinos y Matanzas, fue donde se localizó el epicentro del terremoto del día 16 de



diciembre de 1982; resaltándose a partir de las isosistas confeccionadas (Chuy el al.,

1983a) (fig. 13) plantea dos cuestiones fundamentales:

1) Una brusca atenuación de la energía al E (coincidente con la cuenca Cochinos),

y 2) una acusada polarización -NO- hacia Ciudad de La Habana (sobre la traza del

alineamiento).

El terremoto del 9 de marzo de 1995 tiene su epicentro al SO del poblado de San

José de las Lajas, a 100 km al O del de Torriente-Jagüey Grande. Este evento

sísmico perceptible sorprendió a muchos en la comunidad científica que hasta la

fecha se han vinculado indistintamente con las evaluaciones sismotectónicas en el

país. Esta sorpresa se justifica, para ellos, en el hecho de que los trabajos

sismotectónicos de Orbera (1983) y Orbera el al. (1990) no poseen en esa área

ningún elemento disyuntivo, y en particular porque no consideran la existencia de la

zona de alineamientos Habana-Cienfuegos. No obstante, a pesar de ser muy baja

magnitud el sismo fue registrado, perfectamente, por la recién instalada estación

sismológica de la Central Electronuclear (CEN) de Cienfuegos (a 160 km de

distancia).

La estación de corto período Juraguá (JUR) de tres componentes, situada cerca de

la costa, posee un nivel de amplificación (relación señal/ruido) que evita la nociva

influencia de los microsismos en los registros, sacrificando la detección de

terremotos de baja energía. Por ello, si el terremoto de marzo de 1995 fue

registrado por ella, la única explicación posible es por una canalización energética

preferente a través de la mencionada zona de alineamientos. Luego, resulte

sintomático que:

1) Una zona de alineamientos, calificada por algunos especialistas como una

autopista, una cerca campestre y linde parcelario haya manifestado actividad

sísmica en dos oportunidades recientes (diciembre de 1982 y marzo de 1995), y

que los epicentros coincidan con las áreas de intersección propuestas por Cotilla

(1993).

2) El informe de Orbera el al. (1990) preparado con el propósito específico de tipo

sismotectónico (con aplicación de muy amplios y costosos trabajos de campo) no



permite explicar la ocurrencia de este inesperado (para muchos) terremoto de San José de las Lajas ( Fig.2.23) a unos 10 km del área de construcción del Centro de

Investigaciones Nucleares (CIN). Mientras que el resultado de Cotilla el al. (1991a)

con aplicación de técnicas teledetectivas (sin recurrir a tan grande volumen de

trabajo de campo) es efectivo. En el informe de González (el al., 1995) a raíz de la

ocurrencia del terremoto de San José de las Lajas no se menciona que este

evento se relaciona con la zona de alineamientos Habana-Cienfuegos y mucho

menos que el trabajo de Orbera el al. (1990) excluía manifiestamente tal posibilidad

sísmica, tampoco hay explicación a la ocurrencia del sismo.

A continuación Cotilla y Orbera exponen en la siguiente tabla 2.14a y 2.14b las

características sismogeneradoras de Cuba occidental.

Tabla2.14a

Tabla2.14b



La figura 2.26 presentada a continuación muestra las isosistas del terremoto del 9 de

marzo de 1995 confeccionadas por González el al. (1995), la disposición de los

elementos estructurales lineales (alineación Habana-Cienfuegos y falla Guane), las

categorías del relieve (alturas y llanura) y el sentido regional de escorrentía de las

aguas superficiales. Estas isosistas acusan dos direcciones principales (NO-SE y NE-

SO) perpendiculares entre sí, que se corresponden bien con los elementos antes

referidos, pero con una tendencia mucho más pronunciada al NO.

A continuación se esquematiza el entorno del nudo de San José de las Lajas con el

terremoto del 9 de marzo de 1995.

Fig.2.26 Estos aspectos de sismicidad y la sismotectónica de la región permiten bosquejar

algunas conclusiones metodológicas y un diagnóstico espacial de ocurrencia de

terremotos:

1. La delimitación de zonas sismogeneradoras propuesta por Cotilla et al. (1991a)

para la región de baja actividad sísmica de Cuba, con apoyo de la teledetección,



previó la ocurrencia del evento sísmico del 9 de marzo de 1995 en San José de las Lajas. 2. El análisis de los catálogos indica que la falla Habana-Cienfuegos tiene

vinculación espacial con treinta y un terremotos. Las isosistas de los dos más

recientes (Torriente-Jagüey Grande, 1982, y San José de las Lajas, 1995) confirman su trazado y actividad.

3. Dadas las insuficiencias de los catálogos de terremotos, la escasa cobertura de

las estaciones sismológicas, la baja precisión de las determinaciones hipocentrales

y el pobre nivel de las contribuciones acerca de la actividad sísmica en la Unidad

Sismotectónica Occidental de Cuba, resulta que, en general, el mecanismo de

nudos sismoactivos es el que mejor se ajusta a la ocurrencia de terremotos en ella,

y en particular en la falla Habana-Cienfuegos.

4. La falla Habana-Cienfuegos tiene relación espacial con otras seis fallas (Norte

cubana, Sur cubana, Cochinos, Hicacos, Pinar y Guane, cada una de categoría

diferente) a las que se pueden asocia terremotos en distintas zonas de sus trazos.

Esta vinculación se produce por nudos activos: Bahía de Cienfuegos {1}, Torriente -

Jagüey Grande {2}, Güines {3}, San José de las Lajas {4} y Bahía de La Habana {5}.

El tiempo desde la última ocurrencia de un terremoto en ellos es 85, 17, 221, 4 Y57

años, respectivamente. El {nudo 3} tiene la categoría menor e históricamente

asignado un solo evento. La categoría de los {nudos 1 y 51 es la mayor entre todos

ellos, pero la cantidad de terremotos les distingue bastante, 3 y 18,

respectivamente. Y como la reciente actividad sísmica indica un desplazamiento de

E a O, hay una mayor probabilidad de ocurrencia de un evento en el nudo de la

Bahía de La Habana. Esto no excluye, en lo absoluto, la actividad sísmica en otras

zonas de la Unidad.

5. Es necesaria la realización de investigaciones de tipo sismotectónico con la

correspondiente instalación de estaciones sismológicas y la mejora de la red

geodésica de alta precisión en la Unidad Sismotectónica Occidental para sustentar

sólidamente este diagnóstico.

En los últimos años se han reportado posibilidades de ocurrencia sísmica para la

región Occidental mayores, incluyendo a Matanzas, promovidas por la búsqueda de



información sobre la actividad sísmica de la región en la que se observa el aumento

gradual y significativo de la intensidad, según el perfil geológico del suelo, que es

necesario tenerlo en cuenta para el diseño y revisión de estructuras de importancia.

Conclusiones parciales:

Este capítulo ha profundizado en todas las características sísmicas de la región de

estudio (Matanzas) y se ha demostrado el incremento de los registros sísmicos en la

región de estudio en los últimos años.

Se ha interpretado que las fallas (Habana- Cienfuegos, Guane, Cochinos, Hicacos, Pinar, Norte cubana y Sur cubana) con independencia del mecanismo sismogénico,

tienen actividad sísmica en la etapa actual. Por ello, se deben considerar en los

estudios de peligrosidad sísmica como potencialmente activas.

Capítulo 3: Análisis de los resultados. Introducción:

Luego de haber caracterizado sismológicamente a la provincia de Matanzas a partir de

las características geológico- tectónico y su historial sísmico se propondrá un valor de

aceleración sísmica recomendada, para con el poder llevar a cabo estudios de riesgo y

vulnerabilidad sísmica y proyectos sismo- resistentes.

3. Análisis de los diferentes mapas de registro de intensidades de la provincia de Matanzas para futuros estudios de riesgo y vulnerabilidad.

3.1: Análisis y evolución de los diferentes mapas. Obtención de un valor de aceleración sísmica recomendado.

En el mismo año que surge la Norma cubana, T.J.Chuy y J.L. Albares en el

1999 basan su análisis llevando a cabo un registro de isoaceleraciones

horizontales máximas y a través de una leyenda se observa que son más

intensos en el oriente y con intensidades menores que 7 en la región de estudio

(occidente). Presentan un rango de 0.4 a 0.7 m/s.2A continuación en el 2004



Chuy caracteriza por provincia la amenaza sísmica, donde se observa un

aumento de la intensidad para la provincia de Matanzas con valores: I< 6.0 y

entre 6.0 y 7.0, en la escala MKS en función de la zona y teniendo en cuenta

que los suelos son de consistencia media, el tiempo de vida útil es de 50 años y

la probabilidad de ocurrencia es del 15%. CHuy muestra un rango de

intensidades de 0.4-0.9 m/s.2

Fig.3.27

En este mapa de peligro sísmico del Caribe, confeccionado por el USGS:

SERVICIO GEOLOGICO DE LOS ESTADOS UNIDOS; Matanzas está

comprendida en la zona de baja sismicidad. En un rango de 0.4 y 0.8m/s.2



Fig.3.28

En el siguiente mapa de peligro sísmico del Caribe, confeccionado por la

Asociación de Estados del Caribe en el 2008, se sigue evidenciando la baja

intensidad sísmica de la provincia en comparación con las otras zonas pero se ve



un aumento de la intensidad de los eventos en comparación con otros años con

un rango entre: 0.8 - 1.6m/s2

Fig.3.29

En el siguiente mapa realizado en el 2009 por la misma Asociación de

Estados del Caribe se sigue evidenciando que la región de estudio es la de más

baja de intensidades con un rango de 0.4-0.8 m/s2

Fig 3.30

Mapa de peligro sísmico del Caribe confeccionado por la Asociación de Estados del Caribe. 2008. Método Histórico Paramétrico

Seismic Research Centre Univ. of the West Indies Trinidad and Tobago. 2009. Asociación de Estados del Caribe. Mediciones Directas



Al analizar la evolución de cada uno de estos mapas se observa que en los últimos

años se han reportado posibilidades de ocurrencia sísmica para la región Occidental

mayores incluyendo a Matanzas, promovidas por la búsqueda de información sobre la

actividad sísmica de la región en la que se observa el aumento gradual y significativo de

la intensidad, según el perfil geológico del suelo, que es necesario tenerlo en cuenta

para el diseño y revisión de estructuras de importancia.

En los siguientes gráficos se resume la valoración histórica de los mapas:

Fig.3.31

CHUY 1999: 0.4 a 0.7 m/s2

CHUY 2004: 0.4 a 0.9 m/s2

USGS 1999: 0.4 a 0.8 m/s2

AEC 2008 (Met. Hist.): 0.8 a 1.6m/s2

AEC 2009 (Met. Dir.): 0.4 a 0.8 m/s2



A continuación se esquematiza en un gráfico los rangos de intensidades sísmicas de los diferentes autores y años, se plotean los puntos medios de cada rango y se halla un valor coincidente o promedio de intensidad recomendado.

Grafico.3.32 Elaborado por la autora

PROMEDIO ENTRE LOS DIFERENTES RANGOS

CHUY 1999: 0.4 a 0.7 m/s2 0,4 + 0,7= 1,1/2 = 0,55

CHUY 2004: 0.4 a 0.9 m/s2 0, 4 +0, 9 = 1,3/2 = 0,65 PROMEDIO

USGS 1999: 0.4 a 0.8 m/s2 0,4 + 0,8 = 1,2/2 = 0,6 0,072

AEC 2009 (Met. Hist.): 0.8 a 1.6m/s2 0,8 + 1,6 = 2,4/2 = 1,2

AEC 2009 (Met. Dir.): 0.4 a 0.8 m/s2 0,4 + 0,8 = 1,2/2 = 0,6



Es decir, el valor recomendado es de 0.072, y analizándose la norma cubana que

especifica según el perfil geológico del suelo para la zona IA un valor mínimo de

intensidad sísmica de 0.075, entonces por ser el valor que se ha recomendado,

aproximado al mínimo valor de intensidad que plantea la Norma cubana; se tomará

para llevar a cabo los estudios de riesgo y vulnerabilidad como valor de aceleración

sísmica recomendada definitiva (0.075)

3.1.2: Amenaza, Riesgo y Vulnerabilidad

Como una medida cuantitativa del Riesgo la autora propone el siguiente procedimiento:

1. Determinación de la Amenaza sísmica (As). Se propone evaluarla como un valor

relativo al máximo de la intensidad sísmica da en la región (Amax). La Norma

Cubana plantea un valor máximo de 0.3g, pero del análisis de los mapas

anteriormente mostrados se plantean valores de hasta 0.4g para localidades

cercanas a Cuba. Por esta razón la autora propone el valor de 0.35g. De esta forma

la Amenaza sísmica la podemos cuantificar por la siguiente expresión.

Fas = As / 0.35

Dónde: As: Aceleración recomendada de la gravedad en la región de estudio.

Fas: Factor de amenaza sísmica.

0.35: Aceleración máxima de la gravedad.

Fas = 0.075 / 0.35

Fas = 0.214

2. Para la determinación de la vulnerabilidad se determinará el Índice de

Vulnerabilidad de la estructura (IVE), en una escala 0-1, donde el valor 0

corresponde a una Vulnerabilidad nula y el de 1 al mayor grado de Vulnerabilidad.

3. El Riesgo sísmico se calcula por la expresión (R= Fas x IVE)



4. Es decir que depende del factor de amenaza y del índice de vulnerabilidad de una

estructura determinada. Por tanto como resultado de los parámetros propuestos se

plantea una Matriz de Riesgo que permitirá conocer el Riesgo sísmico al que está

expuesta una estructura determinada en la provincia de Matanzas, teniendo en

cuenta el valor de aceleración sísmica recomendada , por tanto la Amenaza sísmica

y la Vulnerabilidad.

Matriz de Riesgo

0‐0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6‐0.8 0.8‐10,35 1,00 0,75 0,50 0,25 00,3 0,86 0,64 0,43 0,21 0

0,25 0,71 0,54 0,36 0,18 00,2 0,54 0,43 0,29 0,14 00,15 0,43 0,33 0,21 0,11 00,1 0,43 0,21 0,14 0,08 0

0,075 0,43 0,16 0,11 0,05 0

Vulnerabilidades

amenaza

Riesgo Alto Riesgo medio Riesgo bajo Riesgo muy bajo

Tabla.3.15

A continuación en la tabla 3.16 se expone un ejemplo de aplicación de estos resultados a un puente a partir de resultados modificados obtenidos de otra tesis de Chanel Águila Fernández.

Descriptores del puente Siglas Evaluación Puntuación Vij Vj V.S. Wij

(Peso %)

IVS e

Especificaciones de diseño ED 10,00 2 0,40 0,69

0,44 40 0,31

Tipo de superestructura Tsup 2,00 3 0,60 0,21 Longitud de apoyo LA 3,00 2 0,40 0,21

Existencia de trabas sísmicas TS 2,00 0 0,00 0,00

Existencia de diafragmas E.Diafrag 2,00 0 0,00 0,00 Diafragmas en los apoyos Diafrag. A 2,00 0 0,00 0,00



Dispositivos de apoyo DA 2,00 3 0,60 0,21 Trazado de la superestructura Traz.Sup 2,00 5 1,00 0,34 Curvas verticales CV 1,00 5 1,00 0,17 Posibilidades de golpeteo Pos.Golp 1,00 3 0,60 0,10 Cantidad de tramos CT 2,00 4 0,80 0,28 Degradación de la rigidez DR 4,00 4 0,80 0,15

0,89 35

Tipo de subestructura TSub 4,00 5 1,00 0,18 Esbeltez geométrica de columnas de pilas y estribos EGCPE 4,00 5 1,00 0,18

Esviaje Esviaje 4,00 5 1,00 0,18 Unión columna- cimentación Unión C-C 4,00 3 0,60 0,11

Probabilidad de resonancia estructura- suelo PR e-s 2,00 5 1,00 0,09

Probabilidad de existencia de erosión y/o socavación PE e y s 4,00 5 1,00 0,27

0,81 25

Licuefacción Licuef 4,00 5 1,00 0,27 Dureza de los suelos DS 3,00 3 0,60 0,12

Irregularidad topográfica del suelo HS 2,00 3 0,60 0,08

Homogeneidad del suelo ITS 1,00 3 0,60 0,04

Existencia de fallas geológicas EFG 1,00 3 0,60 0,04

Aceleración horizontal Valores Amenaza Riesgo Sísmico

gs 0,075 0,21 0,07

g máx 0,35

Tabla.3.16

Es decir, con el valor de aceleración recomendada de 0.075, con un valor de Amenaza

sísmica de 0.21, una aceleración máxima de 0.35 y un indice de vulnerabilidad de 0.30

se obtendrá el valor de Riesgo sísmico y haciendo uso de la Matriz de Riesgo se podrá

conocer a que Riesgo está sometido este puente.

R= Fas x IVE

R= 0.21 x 0.31

R = 0.07



Al analizar la matriz de Riesgo con los resultados obtenidos a partir de los parámetros

propuestos por la autora se puede comprobar que el puente ubicado en la región de

estudio está sometido a muy bajo Riesgo sísmico.

Conclusiones Parciales:

En este capítulo la autora ha llevado a cabo un análisis de la evolución de los diferentes

mapas de registro sísmico, y de esta forma basada en las intensidades registradas en

dichos mapas de los eventos símicos ocurridos en la región de estudio, la autora ha

propuesto un valor de aceleración sísmica recomendada y con este valor ha llegado a

obtener la Amenaza sísmica. Luego para obtener el Riesgo sísmico la autora ha planteado una Matriz de Riesgo que permitirá conocer mediante la Vulnerabilidad, aceleración recomendada y Amenaza sísmica el Riesgo sísmico de una estructura. Por

último ha aplicado estos resultados a un puente en la provincia llegando a la conclusión

de que la estructura presenta muy bajo Riesgo sísmico.

Conclusiones Generales:

Con la presente investigación la autora le ha dado cumplimiento a los objetivos

trazados, y respuestas a las interrogantes que la motivaron para escoger este tema

para el Trabajo de Diploma. Se revisó el estado del arte tanto para Cuba en general

como para la región de estudio (Matanzas). Sin dejar pasar por alto ningún punto

importante la autora ha abarcado cada uno de los aspectos relacionados con el evento

(sismo), desde la causa, características, consecuencias hasta un registro de los

sismos ocurridos en la región de estudio (Matanzas)

Estos datos le sirvieron de base a la autora para mediante un profundo análisis de los

diferentes mapas donde quedan registrados estos sucesos recomendar un valor de

aceleración sísmica que permitió conocer la Amenaza a la que está expuesta la región.

Para la obtención del Riesgo sísmico la autora ha planteado como resultado una Matriz

de riesgo a través de la cual se conoce el Riesgo sísmico de una estructura.



Se logró confirmar la hipótesis planteada por la autora a través de la aplicación de los

resultados obtenidos a una estructura específica (un puente), obteniendo como

conclusión que el puente ubicado en la región de estudio está sometido a bajo Riesgo

sísmico.

Esta conclusión a la que la autora ha llegado hace que surja una nueva tarea y es que

la ubicación en una zona de bajo Riesgo sísmico no es razón para minimizar el hecho

de un posible sismo porque estos fenómenos son impredecibles y en la provincia han

sido registrados a lo largo de la historia, es decir que nadie esta ajeno a ser víctima

de un sismo y por las graves consecuencias que provocan se deben tener bien en

cuenta.

Recomendaciones: Se recomienda que en la provincia se hagan estudios de microzonificación que

permitan evaluar los valores sísmicos con una mayor precisión para prevenir

estos fenómenos naturales y minimizar el efecto catastrófico de los mismos. Que este trabajo se divulgue por la mayor cantidad de lugares y de esta forma

exista una mayor tendencia a la preocupación y con ella a la motivación de

estudiar e investigar profundamente acerca de este evento natural que por su

categoría de imperceptible no se tiene en cuenta el grado de peligrosidad que

conlleva.

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