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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural PAVIMENTOS DE CONCRETO REFORZADOS CON FIBRAS DE POLIPROPILENO PROVENIENTES DE PLÁSTICOS RECICLADOS Lorena del Carmen Santos Cortés 1 y José Arturo Hernández Ruiz 2 RESUMEN El objetivo de este artículo es conocer el comportamiento del concreto hidráulico en pavimentos de zonas portuarias, al adicionarle fibras de polipropileno, para analizar la posibilidad de sustituir la malla electrosoldada total o parcialmente, y para controlar las grietas causadas por el asentamiento plástico y contracción / retracción por temperatura. La presente investigación es una aportación al mejoramiento de los materiales existentes en México, que busca contribuir al mejor entendimiento de cómo actúan los sistemas naturales y sintéticos, buscando resolver los problemas que afectan a las estructuras y al mismo tiempo reducir su costo. ABSTRACT The objective of this article is to know the hydraulic concrete behavior in pavements of harbor zones, when adding polypropylene fibers, in order to analyze the possibility of total or partially replacing the electro- welded mesh reinforcement, and to control the cracks caused by the plastic establishment and contraction/retraction by temperature. The present investigation is a contribution to the improvement of the existing materials in Mexico, which looks for contributing to the best understanding of how natural and synthetic systems act, trying to solve the problems that affect the structures and at the same time to reduce it's cost. INTRODUCCIÓN El concreto es considerado un material de baja resistencia a la tensión, por lo cual para absorber los esfuerzos de tensión se emplea el acero de refuerzo, el cual es susceptible al deterioro provocado por la corrosión. Una de las causas principales son los ataques de las sales. En el caso de las ciudades cercanas al mar, como lo es el Puerto de Veracruz, los efectos son aún mayores, resultando en una disminución severa de sus propiedades y en una considerable reducción de su vida útil. Actualmente, ya han sido reportados algunos beneficios respecto a mejoras en las propiedades mecánicas (especialmente tensión) en cementos reforzados con fibras metálicas, sin embargo, falta mucho por hacer y caracterizar en cuanto al uso de fibras sintéticas, ya que en países en vías de desarrollo esta puede ser una respuesta a requerimientos tanto técnicos como económicos. Además, como este tipo de fibras sinteticas provienen de productos de reciclaje de plásticos, se busca dar solución a un problema estructural proponiendo el empleo de productos que no causen efectos negativos al medio ambiente y que aprovechen los residuos que sean potencialmente reciclados. 1 Tesista de Maestría. Instituto de Ingeniería. Universidad Veracruzana. Calzada Juan Pablo II, Boca del Río, Ver. Tel. (01 229) 923 2809. [email protected] 2 Investigador. Instituto de Ingeniería. Universidad Veracruzana. Calzada Juan Pablo II, Boca del Río, Ver. Tel. (01 229) 923 2809. [email protected] 1

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Sociedad Mexicana de Ingenieriacutea EstructuralSociedad Mexicana de Ingenieriacutea Estructural

PAVIMENTOS DE CONCRETO REFORZADOS CON FIBRAS DE POLIPROPILENO PROVENIENTES DE PLAacuteSTICOS RECICLADOS

Lorena del Carmen Santos Corteacutes1 y Joseacute Arturo Hernaacutendez Ruiz2

RESUMEN El objetivo de este artiacuteculo es conocer el comportamiento del concreto hidraacuteulico en pavimentos de zonas portuarias al adicionarle fibras de polipropileno para analizar la posibilidad de sustituir la malla electrosoldada total o parcialmente y para controlar las grietas causadas por el asentamiento plaacutestico y contraccioacuten retraccioacuten por temperatura La presente investigacioacuten es una aportacioacuten al mejoramiento de los materiales existentes en Meacutexico que busca contribuir al mejor entendimiento de coacutemo actuacutean los sistemas naturales y sinteacuteticos buscando resolver los problemas que afectan a las estructuras y al mismo tiempo reducir su costo

ABSTRACT The objective of this article is to know the hydraulic concrete behavior in pavements of harbor zones when adding polypropylene fibers in order to analyze the possibility of total or partially replacing the electro-welded mesh reinforcement and to control the cracks caused by the plastic establishment and contractionretraction by temperature The present investigation is a contribution to the improvement of the existing materials in Mexico which looks for contributing to the best understanding of how natural and synthetic systems act trying to solve the problems that affect the structures and at the same time to reduce its cost

INTRODUCCIOacuteN El concreto es considerado un material de baja resistencia a la tensioacuten por lo cual para absorber los esfuerzos de tensioacuten se emplea el acero de refuerzo el cual es susceptible al deterioro provocado por la corrosioacuten Una de las causas principales son los ataques de las sales En el caso de las ciudades cercanas al mar como lo es el Puerto de Veracruz los efectos son auacuten mayores resultando en una disminucioacuten severa de sus propiedades y en una considerable reduccioacuten de su vida uacutetil Actualmente ya han sido reportados algunos beneficios respecto a mejoras en las propiedades mecaacutenicas (especialmente tensioacuten) en cementos reforzados con fibras metaacutelicas sin embargo falta mucho por hacer y caracterizar en cuanto al uso de fibras sinteacuteticas ya que en paiacuteses en viacuteas de desarrollo esta puede ser una respuesta a requerimientos tanto teacutecnicos como econoacutemicos Ademaacutes como este tipo de fibras sinteticas provienen de productos de reciclaje de plaacutesticos se busca dar solucioacuten a un problema estructural proponiendo el empleo de productos que no causen efectos negativos al medio ambiente y que aprovechen los residuos que sean potencialmente reciclados

1 Tesista de Maestriacutea Instituto de Ingenieriacutea Universidad Veracruzana Calzada Juan Pablo II Boca del Riacuteo Ver Tel (01 229) 923 2809 lc_cortesyahoocommx 2 Investigador Instituto de Ingenieriacutea Universidad Veracruzana Calzada Juan Pablo II Boca del Riacuteo Ver Tel (01 229) 923 2809 hruiz99yahoocom

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Esta situacioacuten hace evidente que maacutes allaacute de los resultados obtenidos un aporte fundamental de este estudio estaacute relacionado con la metodologiacutea seleccionada ya que ademaacutes de factores financieros y econoacutemicos busca mejorar los materiales tradicionalmente usados en la construccioacuten El programa experimental de ensayos contempla

bull Obtencioacuten de las caracteriacutesticas de los materiales que se emplearaacuten para realizar las probetas que seraacuten sometidas a los ensayos de laboratorio incluyendo granulometriacuteas y caracteriacutesticas particulares de grava y arena

bull Ensayo de probetas de concreto virgen y con fibras PP para probar su resistencia a la compresioacuten y a

la flexioacuten Asimismo como los fines de aplicacioacuten de los pavimentos fibroreforzados estaacuten enfocados a las zonas portuarias se presenta una breve introduccioacuten sobre las cargas principales que se deben considerar en este tipo de estructuras asiacute como una breve descripcioacuten sobre la zonificacioacuten de un puerto con fines de pavimentacioacuten Cabe destacar que la finalidad de este tema de tesis es mediante pruebas de laboratorio busca aportar las bases sobre el comportamiento de los pavimentos de concreto hidraacuteulico reforzados con fibras PP para la formulacioacuten de recomendaciones de disentildeo en base a los resultados obtenidos y a las experiencias de otros paiacuteses donde este tipo de fibras ya se aplican a otras estructuras de ingenieriacutea Como la presente tesis se encuentra todaviacutea en proceso de elaboracioacuten por lo que auacuten no se cuenta con las pruebas correspondientes al pavimento de concreto hidrauacutelico PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Efecto del Salitre en las Estructuras La vida uacutetil de cualquier estructura estaacute limitada por su deterioro Esta situacioacuten para las estructuras que se encuentran sumergidas yo expuestas a la accioacuten de la atmoacutesfera marina constituye sin duda alguna un grave problema La corrosioacuten en el acero de refuerzo es un problema que no solo afecta la integridad de la estructura dado que causa agrietamientos y reduccioacuten del espesor del aacuterea del acero de refuerzo sino que tambieacuten compromete la seguridad de las personas que los utilizan y de terceros Asimismo provoca la desvalorizacioacuten del inmueble debido a su deterioro esteacutetico y funcional En los paiacuteses industrializados las peacuterdidas econoacutemicas causadas por la corrosioacuten son elevadiacutesimas y para evitar este efecto se requiere un constante mantenimiento para conservarles en buen estado Este efecto es de tal magnitud que paiacuteses como Estados Unidos y algunos de Europa ya incluyen en sus coacutedigos de disentildeo y construccioacuten las reglas baacutesicas para el disentildeo de estructuras de concreto para resistir ambientes agresivos A pesar de que las estructuras de concreto cuentan con una mayor durabilidad en comparacioacuten con las de acero o madera y que necesitan de menos mantenimiento son susceptibles al deterioro provocado por la corrosioacuten del acero de refuerzo Una de las causas principales son los ataques de las sales La corrosioacuten del acero de refuerzo de una estructura de concreto se manifiesta con particular severidad en las ciudades costeras como lo es el puerto de Veracruz y principalmente en las obras mariacutetimas El acero generalmente embebido en la estructura de concreto estaacute normalmente protegido en contra de la corrosioacuten debido a la alta alcalinidad del concreto (pH gt 125) y a la barrera fiacutesica que existe entre el acero y

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los agentes externos del ambiente Este estado del acero se denomina pasivo y su velocidad de corrosioacuten es praacutecticamente nula Este recubrimiento o barrera de proteccioacuten es decir la porcioacuten de material que se interpone entre el acero y el exterior constituye una barrera fiacutesica contra la penetracioacuten de agentes agresivos desde el ambiente Su eficiencia para este bloqueo depende fundamentalmente de dos factores su espesor y su permeabilidad Bajas relaciones agua cemento y altos contenidos de cemento en la preparacioacuten garantizan un concreto impermeable y de elevada resistencia mecaacutenica Sin embargo el ingreso de ciertos agentes agresivos del ambiente puede cambiar esta situacioacuten Dos agentes que afectan seriamente la estabilidad de la peliacutecula superficial del acero son los iones cloruro y el dioacutexido de carbono (CO2) l acero pierde su estado pasivo y pasa al estado activo en el cual es susceptible de sufrir corrosioacuten En ambiente marino la principal causa de deterioro de las estructuras de concreto es la corrosioacuten iniciada por iones cloruro La exposicioacuten de las estructuras al agua de mar y la brisa marina o el empleo de agregados locales contaminados con sales provoca la incorporacioacuten de estos iones al concreto desintegraacutendolo y dejando expuesto el acero de refuerzo del mismo Es decir el efecto de la corrosioacuten es extremadamente alto ocasionando el deterioro de la estructura Durante los uacuteltimos antildeos el deterioro de estructuras de concreto por corrosioacuten se ha incrementado notablemente provocando serios problemas Cuando el acero de refuerzo se corroe en el concreto se consume una capa de la superficie del acero y se forma una capa de oacutexido en el periacutemetro de la varilla El volumen ocupado por el oacutexido es mayor que el del acero original creando presiones contra el concreto que rodea al acero lo cual daraacute lugar a la formacioacuten de grietas y desprendimientos del concreto las cuales ademaacutes de antiesteacuteticas disminuyen el anclaje del acero y potencialmente la resistencia del elemento estructural En el disentildeo de una mezcla de concreto las variaciones en el valor de la relacioacuten aguacemento resistencia y el tamantildeo maacuteximo del agregado grueso pueden afectar al tiempo de vida uacutetil de las estructuras ya que al incrementarse la relacioacuten ac del concreto este poseeraacute un mayor volumen de vaciacuteos los cuales pueden localizarse inclusive en la interfase aceroconcreto por lo que los productos de la corrosioacuten tendriacutean mayores voluacutemenes libres para expandirse sin producir presiones que generariacutean el agrietamiento del concreto retardando con esto el agrietamiento de la estructura por corrosioacuten En el caso de las estructuras marinas como muelles pilotes etc este problema se puede reducir si se incrementa la impermeabilidad de la estructura ya que donde hay menos grietas loacutegicamente entra menos agua Los pavimentos portuarios por su cercaniacutea con el mar son estructuras que no se salvan de este problema La vida uacutetil de las estructuras construidas con concreto hidraacuteulico estaacute fuertemente condicionada por la corrosioacuten de sus aacutereas de acero Las patologiacuteas del concreto causadas por la corrosioacuten generan inconvenientes econoacutemicos y sociales muy importantes que deben ser atendidos

Basado en esto se considera la importancia de realizar pruebas de su comportamiento en el laboratorio con fibras sinteacuteticas de PP que permitan recomendar procedimientos constructivos con las dosificaciones adecuadas para extender la vida uacutetil de dichas estructuras en oacuteptimas condiciones de servicio

Efectos del Salitre en el Puerto de Veracruz Las estructuras de concreto hidraacuteulico construidas en la ciudad y puerto de Veracruz se ven afectadas anualmente por este fenoacutemeno En especial los que corresponden a la zona portuaria debido a que su cercaniacutea con el mar la expone de mayor forma a los efectos del salitre

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Esta situacioacuten ha propiciado que algunas dependencias como la Administracioacuten Portuaria Integral de Veracruz SA de CV (APIVER) incluyan en las especificaciones de construccioacuten que cualquier tipo de estructura deberaacute de llevar un acero de refuerzo con proteccioacuten por inmersioacuten en caliente lo cual repercute en el costo de las mismas Los pavimentos no son la excepcioacuten a esta regla por lo que se requiere que cualquier pavimento que se construya dentro de la zona portuaria lleva una malla de acero con una proteccioacuten por inmersioacuten en caliente Esto conlleva a dos situaciones la primera que si se requiere proteger las estructuras del efecto salitre se debe tener un costo adicional de la misma derivado de la proteccioacuten del acero de refuerzo en cualquiera de sus modalidades (ya sea varilla o malla electrosoldada) y la segunda es que se construya de acuerdo a sistemas constructivos tradicionales obtenieacutendose una reduccioacuten en el periodo de vida uacutetil de la estructura JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO Como se mencionoacute al principio de este documento actualmente los problemas ocasionados por las estructuras del puerto de Veracruz son severos a los cuales se les tiene que dar un constante mantenimiento Esta situacioacuten exige diacutea con diacutea desarrollar nuevos materiales o bien el mejoramiento de los materiales tradicionales ya existentes como el caso del concreto Si al mismo tiempo se logra una reduccioacuten en los costos el impacto puede ser mayor A pesar de que ya se han reportado algunos beneficios respecto a las mejoras en las propiedades mecaacutenicas en cementos reforzados con fibras metaacutelicas sin embargo todaviacutea hace falta mucho por hacer ya que eacutesta puede ser una respuesta a requerimientos tanto teacutecnicos como econoacutemicos Si al mismo tiempo se plantea una posible solucioacuten de que hacer con los grandes voluacutemenes de basura y residuos plaacutesticos generados en el puerto de Veracruz y en las principales ciudades del mundo se hace evidente la importancia de este proyecto Esta tarea queda en manos de los Centros de Investigacioacuten entre ellos el Instituto de Ingenieriacutea de la Universidad Veracruzana donde a traveacutes de las maestriacuteas en las diferentes ramas de Ingenieriacutea que aquiacute se ofrecen tanto alumnos como investigadores buscan desarrollar soluciones a los problemas que afectan a la sociedad veracruzana a traveacutes de la investigacioacuten como lo es el caso del presente proyecto Es decir se busca resolver problemas estructurales en condiciones ambientales agresivas y al mismo tiempo encontrar una aplicacioacuten para los productos obtenidos a partir del reciclaje aplicaacutendolos a la construccioacuten para el mejoramiento de las propiedades mecaacutenicas de los materiales claacutesicos como el concreto Esta situacioacuten provoca que los objetivos planteados puedan conducir resultados valiosos tanto teacutecnicos como econoacutemicos al conocer el comportamiento del concreto hidraacuteulico con fibras de polipropileno bajo cargas de flexioacuten y compresioacuten empleando los criterios de disentildeo del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y las normas ASTM Esto con la finalidad de realizar una valoracioacuten de las ventajas y en base a las pruebas realizadas y los resultados que se obtengan decidir sobre la factibilidad de su aplicacioacuten en pavimentos dentro de la zona portuaria para analizar la posibilidad de sustituir total o parcialmente la malla electrosoldada por fibras sinteacuteticas de polipropileno La presente investigacioacuten es una aportacioacuten al mejoramiento de los materiales existentes en Meacutexico y pretende contribuir al mejor entendimiento de coacutemo actuacutean los sistemas naturales y sinteacuteticos buscando resolver los problemas que afectan a las estructuras y al mismo tiempo reducir costos

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CLASIFICACIOacuteN DE LAS SUPERFICIES TERRESTRES PORTUARIAS De acuerdo al tipo de pavimentacioacuten las zonas en el interior de un puerto se pueden clasificar atendiendo a 2 grupos Por usos Dentro de este grupo existen 5 subdivisiones correspondientes al tipo de Puerto ya sea comercial industrial militar pesquero deportivo o de recreo Bajo estas clasificaciones el Puerto de Veracruz es un puerto de altura cien por ciento comercial por ser el principal puerto de Meacutexico Por zonas Por zonas Existen 4 subdivisiones las cuales son operacioacuten almacenamiento viacuteas de comunicacioacuten y zonas complementarias La tabla 1detalla cada una de ellas

Tabla 1 Clasificacioacuten de las superficies terrestres portuarias por zonas

Zonas Descripcioacuten

OperacioacutenSon aquellas que se han destinado para la transferencia y manipulacioacuten de mercanciacuteas materiales o

suministros sin que se produzca una acumulacioacuten duradera de estos

Almacenamiento Son zonas destinadas a la permanencia durante diacuteas de la mercanciacutea Su clasificacioacuten se puede hacer en base a la altura de apilamiento el tiempo de estancia de la mercanciacutea o por el tipo de carga

Viacuteas de ComunicacioacutenSon aacutereas destinadas exclusivamente al traacutensito de mercanciacuteas desde las zonas de operacioacuten hasta las

zonas de almacenamiento y desde estas entre si hasta las zonas exteriores del puerto asiacute como el proceso inverso

Zonas ComplementariasSon zonas que no cuentan con traacutefico de mercanciacuteas y corresponden principalmente a zonas urbanas con edificios y dependencias administrativas o zonas de esparcimiento y estacionamiento de vehiacuteculos

(ligeros y pesados)

CARACTERIacuteSTICAS DE LAS CARGAS EN LAS SUPERFICIES PORTUARIAS En cada una de las zonas mencionadas anteriormente existen diversos tipos de cargas que actuacutean sobre la superficie de los pavimentos Existen dos clasificaciones de carga las cuales son

a Por tipo de cargas y su efecto sobre los firmes b Por intensidad de uso durante la vida uacutetil de cada superficie

Finalmente la consideracioacuten que se debe tomar para el dimensionamiento de los pavimentos portuarios es una combinacioacuten de la carga de caacutelculo y de la intensidad de uso de la superficie Por Tipo de Carga Existen diferencias entre las cargas que transmiten al pavimento las mercanciacuteas almacenadas las cuales son estaacuteticas y las cargas transmitidas por los equipos las cuales por lo general son dinaacutemicas Siendo asiacute para la realizacioacuten de un proyecto de pavimentacioacuten es conveniente que se consideren todos los datos en la medida en que se disponga de ellos Una clasificacioacuten de las cargas de disentildeo que maacutes comuacutenmente se presentan en los puertos se muestra a continuacioacuten

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Tabla 2 Clasificacioacuten de cargas de disentildeo

Clasificacioacuten Tipo de carga Carga en TonMontacargas 2 T 25

CP1 Tractocamioacuten 40Camioacuten T 14 56

Tractocamioacuten 40 T 70CP2 Montacargas 6 T 70

Camioacuten 15 T 80Montacargas 10 T 110

Stradler Carrier 110Transtainer 200

Camioacuten Gruacutea T 20 200ForkLift 25 Ton 270

Camioacuten Gruacutea T 25 250

CP3

CP4

Por Intensidad de Uso Durante su Vida Uacutetil La intensidad da una idea del nuacutemero de veces que durante la vida uacutetil se aplica una determinada carga sobre una superficie Para evaluarla se recurre a iacutendices estimados por la autoridad portuaria correspondiente los cuales totalizan una determinada magnitud para la vida uacutetil y se divide entre el nuacutemero de antildeos de la misma Asiacute la intensidad de uso de las superficies portuarias estaacute directamente ligada en especial con las zonas de operaciones al medio de transporte terrestre que se emplee para la transferencia de mercanciacutea Categoriacuteas de traacutefico Existen cuatro categoriacuteas de traacutefico seguacuten la carga de caacutelculo y la intensidad de uso de la superficie considerada A continuacioacuten se muestra la clasificacioacuten anteriormente mencionada

Tabla 3 Categoriacuteas de traacutefico

Baja Media Alta

Reducida D C BMedia D B A

Elevada C B A

Carga de caacutelculoIntensidad de uso Estas categoriacuteas aplican a todas las superficies portuarias excepto para las viales de acceso y las zonas complementarias de circulacioacuten Desde este punto de vista las categoriacuteas de traacutefico son una combinacioacuten de la carga de caacutelculo con la intensidad de uso de la superficie Se tomaraacute en cuenta la mayor de todas las cargas que resulten de los anaacutelisis realizados a una misma superficie Lo mismo aplica en el caso de que en una superficie exista duda entre dos categoriacuteas se tomaraacute siempre la mayor de las dos

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Esta situacioacuten hace evidente que maacutes allaacute de los resultados obtenidos un aporte fundamental de este estudio estaacute relacionado con la metodologiacutea seleccionada ya que ademaacutes de factores financieros y econoacutemicos busca mejorar los materiales tradicionalmente usados en la construccioacuten El programa experimental de ensayos contempla

bull Obtencioacuten de las caracteriacutesticas de los materiales que se emplearaacuten para realizar las probetas que seraacuten sometidas a los ensayos de laboratorio incluyendo granulometriacuteas y caracteriacutesticas particulares de grava y arena

bull Ensayo de probetas de concreto virgen y con fibras PP para probar su resistencia a la compresioacuten y a

la flexioacuten Asimismo como los fines de aplicacioacuten de los pavimentos fibroreforzados estaacuten enfocados a las zonas portuarias se presenta una breve introduccioacuten sobre las cargas principales que se deben considerar en este tipo de estructuras asiacute como una breve descripcioacuten sobre la zonificacioacuten de un puerto con fines de pavimentacioacuten Cabe destacar que la finalidad de este tema de tesis es mediante pruebas de laboratorio busca aportar las bases sobre el comportamiento de los pavimentos de concreto hidraacuteulico reforzados con fibras PP para la formulacioacuten de recomendaciones de disentildeo en base a los resultados obtenidos y a las experiencias de otros paiacuteses donde este tipo de fibras ya se aplican a otras estructuras de ingenieriacutea Como la presente tesis se encuentra todaviacutea en proceso de elaboracioacuten por lo que auacuten no se cuenta con las pruebas correspondientes al pavimento de concreto hidrauacutelico PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Efecto del Salitre en las Estructuras La vida uacutetil de cualquier estructura estaacute limitada por su deterioro Esta situacioacuten para las estructuras que se encuentran sumergidas yo expuestas a la accioacuten de la atmoacutesfera marina constituye sin duda alguna un grave problema La corrosioacuten en el acero de refuerzo es un problema que no solo afecta la integridad de la estructura dado que causa agrietamientos y reduccioacuten del espesor del aacuterea del acero de refuerzo sino que tambieacuten compromete la seguridad de las personas que los utilizan y de terceros Asimismo provoca la desvalorizacioacuten del inmueble debido a su deterioro esteacutetico y funcional En los paiacuteses industrializados las peacuterdidas econoacutemicas causadas por la corrosioacuten son elevadiacutesimas y para evitar este efecto se requiere un constante mantenimiento para conservarles en buen estado Este efecto es de tal magnitud que paiacuteses como Estados Unidos y algunos de Europa ya incluyen en sus coacutedigos de disentildeo y construccioacuten las reglas baacutesicas para el disentildeo de estructuras de concreto para resistir ambientes agresivos A pesar de que las estructuras de concreto cuentan con una mayor durabilidad en comparacioacuten con las de acero o madera y que necesitan de menos mantenimiento son susceptibles al deterioro provocado por la corrosioacuten del acero de refuerzo Una de las causas principales son los ataques de las sales La corrosioacuten del acero de refuerzo de una estructura de concreto se manifiesta con particular severidad en las ciudades costeras como lo es el puerto de Veracruz y principalmente en las obras mariacutetimas El acero generalmente embebido en la estructura de concreto estaacute normalmente protegido en contra de la corrosioacuten debido a la alta alcalinidad del concreto (pH gt 125) y a la barrera fiacutesica que existe entre el acero y

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los agentes externos del ambiente Este estado del acero se denomina pasivo y su velocidad de corrosioacuten es praacutecticamente nula Este recubrimiento o barrera de proteccioacuten es decir la porcioacuten de material que se interpone entre el acero y el exterior constituye una barrera fiacutesica contra la penetracioacuten de agentes agresivos desde el ambiente Su eficiencia para este bloqueo depende fundamentalmente de dos factores su espesor y su permeabilidad Bajas relaciones agua cemento y altos contenidos de cemento en la preparacioacuten garantizan un concreto impermeable y de elevada resistencia mecaacutenica Sin embargo el ingreso de ciertos agentes agresivos del ambiente puede cambiar esta situacioacuten Dos agentes que afectan seriamente la estabilidad de la peliacutecula superficial del acero son los iones cloruro y el dioacutexido de carbono (CO2) l acero pierde su estado pasivo y pasa al estado activo en el cual es susceptible de sufrir corrosioacuten En ambiente marino la principal causa de deterioro de las estructuras de concreto es la corrosioacuten iniciada por iones cloruro La exposicioacuten de las estructuras al agua de mar y la brisa marina o el empleo de agregados locales contaminados con sales provoca la incorporacioacuten de estos iones al concreto desintegraacutendolo y dejando expuesto el acero de refuerzo del mismo Es decir el efecto de la corrosioacuten es extremadamente alto ocasionando el deterioro de la estructura Durante los uacuteltimos antildeos el deterioro de estructuras de concreto por corrosioacuten se ha incrementado notablemente provocando serios problemas Cuando el acero de refuerzo se corroe en el concreto se consume una capa de la superficie del acero y se forma una capa de oacutexido en el periacutemetro de la varilla El volumen ocupado por el oacutexido es mayor que el del acero original creando presiones contra el concreto que rodea al acero lo cual daraacute lugar a la formacioacuten de grietas y desprendimientos del concreto las cuales ademaacutes de antiesteacuteticas disminuyen el anclaje del acero y potencialmente la resistencia del elemento estructural En el disentildeo de una mezcla de concreto las variaciones en el valor de la relacioacuten aguacemento resistencia y el tamantildeo maacuteximo del agregado grueso pueden afectar al tiempo de vida uacutetil de las estructuras ya que al incrementarse la relacioacuten ac del concreto este poseeraacute un mayor volumen de vaciacuteos los cuales pueden localizarse inclusive en la interfase aceroconcreto por lo que los productos de la corrosioacuten tendriacutean mayores voluacutemenes libres para expandirse sin producir presiones que generariacutean el agrietamiento del concreto retardando con esto el agrietamiento de la estructura por corrosioacuten En el caso de las estructuras marinas como muelles pilotes etc este problema se puede reducir si se incrementa la impermeabilidad de la estructura ya que donde hay menos grietas loacutegicamente entra menos agua Los pavimentos portuarios por su cercaniacutea con el mar son estructuras que no se salvan de este problema La vida uacutetil de las estructuras construidas con concreto hidraacuteulico estaacute fuertemente condicionada por la corrosioacuten de sus aacutereas de acero Las patologiacuteas del concreto causadas por la corrosioacuten generan inconvenientes econoacutemicos y sociales muy importantes que deben ser atendidos

Basado en esto se considera la importancia de realizar pruebas de su comportamiento en el laboratorio con fibras sinteacuteticas de PP que permitan recomendar procedimientos constructivos con las dosificaciones adecuadas para extender la vida uacutetil de dichas estructuras en oacuteptimas condiciones de servicio

Efectos del Salitre en el Puerto de Veracruz Las estructuras de concreto hidraacuteulico construidas en la ciudad y puerto de Veracruz se ven afectadas anualmente por este fenoacutemeno En especial los que corresponden a la zona portuaria debido a que su cercaniacutea con el mar la expone de mayor forma a los efectos del salitre

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Esta situacioacuten ha propiciado que algunas dependencias como la Administracioacuten Portuaria Integral de Veracruz SA de CV (APIVER) incluyan en las especificaciones de construccioacuten que cualquier tipo de estructura deberaacute de llevar un acero de refuerzo con proteccioacuten por inmersioacuten en caliente lo cual repercute en el costo de las mismas Los pavimentos no son la excepcioacuten a esta regla por lo que se requiere que cualquier pavimento que se construya dentro de la zona portuaria lleva una malla de acero con una proteccioacuten por inmersioacuten en caliente Esto conlleva a dos situaciones la primera que si se requiere proteger las estructuras del efecto salitre se debe tener un costo adicional de la misma derivado de la proteccioacuten del acero de refuerzo en cualquiera de sus modalidades (ya sea varilla o malla electrosoldada) y la segunda es que se construya de acuerdo a sistemas constructivos tradicionales obtenieacutendose una reduccioacuten en el periodo de vida uacutetil de la estructura JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO Como se mencionoacute al principio de este documento actualmente los problemas ocasionados por las estructuras del puerto de Veracruz son severos a los cuales se les tiene que dar un constante mantenimiento Esta situacioacuten exige diacutea con diacutea desarrollar nuevos materiales o bien el mejoramiento de los materiales tradicionales ya existentes como el caso del concreto Si al mismo tiempo se logra una reduccioacuten en los costos el impacto puede ser mayor A pesar de que ya se han reportado algunos beneficios respecto a las mejoras en las propiedades mecaacutenicas en cementos reforzados con fibras metaacutelicas sin embargo todaviacutea hace falta mucho por hacer ya que eacutesta puede ser una respuesta a requerimientos tanto teacutecnicos como econoacutemicos Si al mismo tiempo se plantea una posible solucioacuten de que hacer con los grandes voluacutemenes de basura y residuos plaacutesticos generados en el puerto de Veracruz y en las principales ciudades del mundo se hace evidente la importancia de este proyecto Esta tarea queda en manos de los Centros de Investigacioacuten entre ellos el Instituto de Ingenieriacutea de la Universidad Veracruzana donde a traveacutes de las maestriacuteas en las diferentes ramas de Ingenieriacutea que aquiacute se ofrecen tanto alumnos como investigadores buscan desarrollar soluciones a los problemas que afectan a la sociedad veracruzana a traveacutes de la investigacioacuten como lo es el caso del presente proyecto Es decir se busca resolver problemas estructurales en condiciones ambientales agresivas y al mismo tiempo encontrar una aplicacioacuten para los productos obtenidos a partir del reciclaje aplicaacutendolos a la construccioacuten para el mejoramiento de las propiedades mecaacutenicas de los materiales claacutesicos como el concreto Esta situacioacuten provoca que los objetivos planteados puedan conducir resultados valiosos tanto teacutecnicos como econoacutemicos al conocer el comportamiento del concreto hidraacuteulico con fibras de polipropileno bajo cargas de flexioacuten y compresioacuten empleando los criterios de disentildeo del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y las normas ASTM Esto con la finalidad de realizar una valoracioacuten de las ventajas y en base a las pruebas realizadas y los resultados que se obtengan decidir sobre la factibilidad de su aplicacioacuten en pavimentos dentro de la zona portuaria para analizar la posibilidad de sustituir total o parcialmente la malla electrosoldada por fibras sinteacuteticas de polipropileno La presente investigacioacuten es una aportacioacuten al mejoramiento de los materiales existentes en Meacutexico y pretende contribuir al mejor entendimiento de coacutemo actuacutean los sistemas naturales y sinteacuteticos buscando resolver los problemas que afectan a las estructuras y al mismo tiempo reducir costos

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CLASIFICACIOacuteN DE LAS SUPERFICIES TERRESTRES PORTUARIAS De acuerdo al tipo de pavimentacioacuten las zonas en el interior de un puerto se pueden clasificar atendiendo a 2 grupos Por usos Dentro de este grupo existen 5 subdivisiones correspondientes al tipo de Puerto ya sea comercial industrial militar pesquero deportivo o de recreo Bajo estas clasificaciones el Puerto de Veracruz es un puerto de altura cien por ciento comercial por ser el principal puerto de Meacutexico Por zonas Por zonas Existen 4 subdivisiones las cuales son operacioacuten almacenamiento viacuteas de comunicacioacuten y zonas complementarias La tabla 1detalla cada una de ellas

Tabla 1 Clasificacioacuten de las superficies terrestres portuarias por zonas

Zonas Descripcioacuten

OperacioacutenSon aquellas que se han destinado para la transferencia y manipulacioacuten de mercanciacuteas materiales o

suministros sin que se produzca una acumulacioacuten duradera de estos

Almacenamiento Son zonas destinadas a la permanencia durante diacuteas de la mercanciacutea Su clasificacioacuten se puede hacer en base a la altura de apilamiento el tiempo de estancia de la mercanciacutea o por el tipo de carga

Viacuteas de ComunicacioacutenSon aacutereas destinadas exclusivamente al traacutensito de mercanciacuteas desde las zonas de operacioacuten hasta las

zonas de almacenamiento y desde estas entre si hasta las zonas exteriores del puerto asiacute como el proceso inverso

Zonas ComplementariasSon zonas que no cuentan con traacutefico de mercanciacuteas y corresponden principalmente a zonas urbanas con edificios y dependencias administrativas o zonas de esparcimiento y estacionamiento de vehiacuteculos

(ligeros y pesados)

CARACTERIacuteSTICAS DE LAS CARGAS EN LAS SUPERFICIES PORTUARIAS En cada una de las zonas mencionadas anteriormente existen diversos tipos de cargas que actuacutean sobre la superficie de los pavimentos Existen dos clasificaciones de carga las cuales son

a Por tipo de cargas y su efecto sobre los firmes b Por intensidad de uso durante la vida uacutetil de cada superficie

Finalmente la consideracioacuten que se debe tomar para el dimensionamiento de los pavimentos portuarios es una combinacioacuten de la carga de caacutelculo y de la intensidad de uso de la superficie Por Tipo de Carga Existen diferencias entre las cargas que transmiten al pavimento las mercanciacuteas almacenadas las cuales son estaacuteticas y las cargas transmitidas por los equipos las cuales por lo general son dinaacutemicas Siendo asiacute para la realizacioacuten de un proyecto de pavimentacioacuten es conveniente que se consideren todos los datos en la medida en que se disponga de ellos Una clasificacioacuten de las cargas de disentildeo que maacutes comuacutenmente se presentan en los puertos se muestra a continuacioacuten

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Tabla 2 Clasificacioacuten de cargas de disentildeo

Clasificacioacuten Tipo de carga Carga en TonMontacargas 2 T 25

CP1 Tractocamioacuten 40Camioacuten T 14 56

Tractocamioacuten 40 T 70CP2 Montacargas 6 T 70

Camioacuten 15 T 80Montacargas 10 T 110

Stradler Carrier 110Transtainer 200

Camioacuten Gruacutea T 20 200ForkLift 25 Ton 270

Camioacuten Gruacutea T 25 250

CP3

CP4

Por Intensidad de Uso Durante su Vida Uacutetil La intensidad da una idea del nuacutemero de veces que durante la vida uacutetil se aplica una determinada carga sobre una superficie Para evaluarla se recurre a iacutendices estimados por la autoridad portuaria correspondiente los cuales totalizan una determinada magnitud para la vida uacutetil y se divide entre el nuacutemero de antildeos de la misma Asiacute la intensidad de uso de las superficies portuarias estaacute directamente ligada en especial con las zonas de operaciones al medio de transporte terrestre que se emplee para la transferencia de mercanciacutea Categoriacuteas de traacutefico Existen cuatro categoriacuteas de traacutefico seguacuten la carga de caacutelculo y la intensidad de uso de la superficie considerada A continuacioacuten se muestra la clasificacioacuten anteriormente mencionada

Tabla 3 Categoriacuteas de traacutefico

Baja Media Alta

Reducida D C BMedia D B A

Elevada C B A

Carga de caacutelculoIntensidad de uso Estas categoriacuteas aplican a todas las superficies portuarias excepto para las viales de acceso y las zonas complementarias de circulacioacuten Desde este punto de vista las categoriacuteas de traacutefico son una combinacioacuten de la carga de caacutelculo con la intensidad de uso de la superficie Se tomaraacute en cuenta la mayor de todas las cargas que resulten de los anaacutelisis realizados a una misma superficie Lo mismo aplica en el caso de que en una superficie exista duda entre dos categoriacuteas se tomaraacute siempre la mayor de las dos

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

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los agentes externos del ambiente Este estado del acero se denomina pasivo y su velocidad de corrosioacuten es praacutecticamente nula Este recubrimiento o barrera de proteccioacuten es decir la porcioacuten de material que se interpone entre el acero y el exterior constituye una barrera fiacutesica contra la penetracioacuten de agentes agresivos desde el ambiente Su eficiencia para este bloqueo depende fundamentalmente de dos factores su espesor y su permeabilidad Bajas relaciones agua cemento y altos contenidos de cemento en la preparacioacuten garantizan un concreto impermeable y de elevada resistencia mecaacutenica Sin embargo el ingreso de ciertos agentes agresivos del ambiente puede cambiar esta situacioacuten Dos agentes que afectan seriamente la estabilidad de la peliacutecula superficial del acero son los iones cloruro y el dioacutexido de carbono (CO2) l acero pierde su estado pasivo y pasa al estado activo en el cual es susceptible de sufrir corrosioacuten En ambiente marino la principal causa de deterioro de las estructuras de concreto es la corrosioacuten iniciada por iones cloruro La exposicioacuten de las estructuras al agua de mar y la brisa marina o el empleo de agregados locales contaminados con sales provoca la incorporacioacuten de estos iones al concreto desintegraacutendolo y dejando expuesto el acero de refuerzo del mismo Es decir el efecto de la corrosioacuten es extremadamente alto ocasionando el deterioro de la estructura Durante los uacuteltimos antildeos el deterioro de estructuras de concreto por corrosioacuten se ha incrementado notablemente provocando serios problemas Cuando el acero de refuerzo se corroe en el concreto se consume una capa de la superficie del acero y se forma una capa de oacutexido en el periacutemetro de la varilla El volumen ocupado por el oacutexido es mayor que el del acero original creando presiones contra el concreto que rodea al acero lo cual daraacute lugar a la formacioacuten de grietas y desprendimientos del concreto las cuales ademaacutes de antiesteacuteticas disminuyen el anclaje del acero y potencialmente la resistencia del elemento estructural En el disentildeo de una mezcla de concreto las variaciones en el valor de la relacioacuten aguacemento resistencia y el tamantildeo maacuteximo del agregado grueso pueden afectar al tiempo de vida uacutetil de las estructuras ya que al incrementarse la relacioacuten ac del concreto este poseeraacute un mayor volumen de vaciacuteos los cuales pueden localizarse inclusive en la interfase aceroconcreto por lo que los productos de la corrosioacuten tendriacutean mayores voluacutemenes libres para expandirse sin producir presiones que generariacutean el agrietamiento del concreto retardando con esto el agrietamiento de la estructura por corrosioacuten En el caso de las estructuras marinas como muelles pilotes etc este problema se puede reducir si se incrementa la impermeabilidad de la estructura ya que donde hay menos grietas loacutegicamente entra menos agua Los pavimentos portuarios por su cercaniacutea con el mar son estructuras que no se salvan de este problema La vida uacutetil de las estructuras construidas con concreto hidraacuteulico estaacute fuertemente condicionada por la corrosioacuten de sus aacutereas de acero Las patologiacuteas del concreto causadas por la corrosioacuten generan inconvenientes econoacutemicos y sociales muy importantes que deben ser atendidos

Basado en esto se considera la importancia de realizar pruebas de su comportamiento en el laboratorio con fibras sinteacuteticas de PP que permitan recomendar procedimientos constructivos con las dosificaciones adecuadas para extender la vida uacutetil de dichas estructuras en oacuteptimas condiciones de servicio

Efectos del Salitre en el Puerto de Veracruz Las estructuras de concreto hidraacuteulico construidas en la ciudad y puerto de Veracruz se ven afectadas anualmente por este fenoacutemeno En especial los que corresponden a la zona portuaria debido a que su cercaniacutea con el mar la expone de mayor forma a los efectos del salitre

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Esta situacioacuten ha propiciado que algunas dependencias como la Administracioacuten Portuaria Integral de Veracruz SA de CV (APIVER) incluyan en las especificaciones de construccioacuten que cualquier tipo de estructura deberaacute de llevar un acero de refuerzo con proteccioacuten por inmersioacuten en caliente lo cual repercute en el costo de las mismas Los pavimentos no son la excepcioacuten a esta regla por lo que se requiere que cualquier pavimento que se construya dentro de la zona portuaria lleva una malla de acero con una proteccioacuten por inmersioacuten en caliente Esto conlleva a dos situaciones la primera que si se requiere proteger las estructuras del efecto salitre se debe tener un costo adicional de la misma derivado de la proteccioacuten del acero de refuerzo en cualquiera de sus modalidades (ya sea varilla o malla electrosoldada) y la segunda es que se construya de acuerdo a sistemas constructivos tradicionales obtenieacutendose una reduccioacuten en el periodo de vida uacutetil de la estructura JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO Como se mencionoacute al principio de este documento actualmente los problemas ocasionados por las estructuras del puerto de Veracruz son severos a los cuales se les tiene que dar un constante mantenimiento Esta situacioacuten exige diacutea con diacutea desarrollar nuevos materiales o bien el mejoramiento de los materiales tradicionales ya existentes como el caso del concreto Si al mismo tiempo se logra una reduccioacuten en los costos el impacto puede ser mayor A pesar de que ya se han reportado algunos beneficios respecto a las mejoras en las propiedades mecaacutenicas en cementos reforzados con fibras metaacutelicas sin embargo todaviacutea hace falta mucho por hacer ya que eacutesta puede ser una respuesta a requerimientos tanto teacutecnicos como econoacutemicos Si al mismo tiempo se plantea una posible solucioacuten de que hacer con los grandes voluacutemenes de basura y residuos plaacutesticos generados en el puerto de Veracruz y en las principales ciudades del mundo se hace evidente la importancia de este proyecto Esta tarea queda en manos de los Centros de Investigacioacuten entre ellos el Instituto de Ingenieriacutea de la Universidad Veracruzana donde a traveacutes de las maestriacuteas en las diferentes ramas de Ingenieriacutea que aquiacute se ofrecen tanto alumnos como investigadores buscan desarrollar soluciones a los problemas que afectan a la sociedad veracruzana a traveacutes de la investigacioacuten como lo es el caso del presente proyecto Es decir se busca resolver problemas estructurales en condiciones ambientales agresivas y al mismo tiempo encontrar una aplicacioacuten para los productos obtenidos a partir del reciclaje aplicaacutendolos a la construccioacuten para el mejoramiento de las propiedades mecaacutenicas de los materiales claacutesicos como el concreto Esta situacioacuten provoca que los objetivos planteados puedan conducir resultados valiosos tanto teacutecnicos como econoacutemicos al conocer el comportamiento del concreto hidraacuteulico con fibras de polipropileno bajo cargas de flexioacuten y compresioacuten empleando los criterios de disentildeo del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y las normas ASTM Esto con la finalidad de realizar una valoracioacuten de las ventajas y en base a las pruebas realizadas y los resultados que se obtengan decidir sobre la factibilidad de su aplicacioacuten en pavimentos dentro de la zona portuaria para analizar la posibilidad de sustituir total o parcialmente la malla electrosoldada por fibras sinteacuteticas de polipropileno La presente investigacioacuten es una aportacioacuten al mejoramiento de los materiales existentes en Meacutexico y pretende contribuir al mejor entendimiento de coacutemo actuacutean los sistemas naturales y sinteacuteticos buscando resolver los problemas que afectan a las estructuras y al mismo tiempo reducir costos

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CLASIFICACIOacuteN DE LAS SUPERFICIES TERRESTRES PORTUARIAS De acuerdo al tipo de pavimentacioacuten las zonas en el interior de un puerto se pueden clasificar atendiendo a 2 grupos Por usos Dentro de este grupo existen 5 subdivisiones correspondientes al tipo de Puerto ya sea comercial industrial militar pesquero deportivo o de recreo Bajo estas clasificaciones el Puerto de Veracruz es un puerto de altura cien por ciento comercial por ser el principal puerto de Meacutexico Por zonas Por zonas Existen 4 subdivisiones las cuales son operacioacuten almacenamiento viacuteas de comunicacioacuten y zonas complementarias La tabla 1detalla cada una de ellas

Tabla 1 Clasificacioacuten de las superficies terrestres portuarias por zonas

Zonas Descripcioacuten

OperacioacutenSon aquellas que se han destinado para la transferencia y manipulacioacuten de mercanciacuteas materiales o

suministros sin que se produzca una acumulacioacuten duradera de estos

Almacenamiento Son zonas destinadas a la permanencia durante diacuteas de la mercanciacutea Su clasificacioacuten se puede hacer en base a la altura de apilamiento el tiempo de estancia de la mercanciacutea o por el tipo de carga

Viacuteas de ComunicacioacutenSon aacutereas destinadas exclusivamente al traacutensito de mercanciacuteas desde las zonas de operacioacuten hasta las

zonas de almacenamiento y desde estas entre si hasta las zonas exteriores del puerto asiacute como el proceso inverso

Zonas ComplementariasSon zonas que no cuentan con traacutefico de mercanciacuteas y corresponden principalmente a zonas urbanas con edificios y dependencias administrativas o zonas de esparcimiento y estacionamiento de vehiacuteculos

(ligeros y pesados)

CARACTERIacuteSTICAS DE LAS CARGAS EN LAS SUPERFICIES PORTUARIAS En cada una de las zonas mencionadas anteriormente existen diversos tipos de cargas que actuacutean sobre la superficie de los pavimentos Existen dos clasificaciones de carga las cuales son

a Por tipo de cargas y su efecto sobre los firmes b Por intensidad de uso durante la vida uacutetil de cada superficie

Finalmente la consideracioacuten que se debe tomar para el dimensionamiento de los pavimentos portuarios es una combinacioacuten de la carga de caacutelculo y de la intensidad de uso de la superficie Por Tipo de Carga Existen diferencias entre las cargas que transmiten al pavimento las mercanciacuteas almacenadas las cuales son estaacuteticas y las cargas transmitidas por los equipos las cuales por lo general son dinaacutemicas Siendo asiacute para la realizacioacuten de un proyecto de pavimentacioacuten es conveniente que se consideren todos los datos en la medida en que se disponga de ellos Una clasificacioacuten de las cargas de disentildeo que maacutes comuacutenmente se presentan en los puertos se muestra a continuacioacuten

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Tabla 2 Clasificacioacuten de cargas de disentildeo

Clasificacioacuten Tipo de carga Carga en TonMontacargas 2 T 25

CP1 Tractocamioacuten 40Camioacuten T 14 56

Tractocamioacuten 40 T 70CP2 Montacargas 6 T 70

Camioacuten 15 T 80Montacargas 10 T 110

Stradler Carrier 110Transtainer 200

Camioacuten Gruacutea T 20 200ForkLift 25 Ton 270

Camioacuten Gruacutea T 25 250

CP3

CP4

Por Intensidad de Uso Durante su Vida Uacutetil La intensidad da una idea del nuacutemero de veces que durante la vida uacutetil se aplica una determinada carga sobre una superficie Para evaluarla se recurre a iacutendices estimados por la autoridad portuaria correspondiente los cuales totalizan una determinada magnitud para la vida uacutetil y se divide entre el nuacutemero de antildeos de la misma Asiacute la intensidad de uso de las superficies portuarias estaacute directamente ligada en especial con las zonas de operaciones al medio de transporte terrestre que se emplee para la transferencia de mercanciacutea Categoriacuteas de traacutefico Existen cuatro categoriacuteas de traacutefico seguacuten la carga de caacutelculo y la intensidad de uso de la superficie considerada A continuacioacuten se muestra la clasificacioacuten anteriormente mencionada

Tabla 3 Categoriacuteas de traacutefico

Baja Media Alta

Reducida D C BMedia D B A

Elevada C B A

Carga de caacutelculoIntensidad de uso Estas categoriacuteas aplican a todas las superficies portuarias excepto para las viales de acceso y las zonas complementarias de circulacioacuten Desde este punto de vista las categoriacuteas de traacutefico son una combinacioacuten de la carga de caacutelculo con la intensidad de uso de la superficie Se tomaraacute en cuenta la mayor de todas las cargas que resulten de los anaacutelisis realizados a una misma superficie Lo mismo aplica en el caso de que en una superficie exista duda entre dos categoriacuteas se tomaraacute siempre la mayor de las dos

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Esta situacioacuten ha propiciado que algunas dependencias como la Administracioacuten Portuaria Integral de Veracruz SA de CV (APIVER) incluyan en las especificaciones de construccioacuten que cualquier tipo de estructura deberaacute de llevar un acero de refuerzo con proteccioacuten por inmersioacuten en caliente lo cual repercute en el costo de las mismas Los pavimentos no son la excepcioacuten a esta regla por lo que se requiere que cualquier pavimento que se construya dentro de la zona portuaria lleva una malla de acero con una proteccioacuten por inmersioacuten en caliente Esto conlleva a dos situaciones la primera que si se requiere proteger las estructuras del efecto salitre se debe tener un costo adicional de la misma derivado de la proteccioacuten del acero de refuerzo en cualquiera de sus modalidades (ya sea varilla o malla electrosoldada) y la segunda es que se construya de acuerdo a sistemas constructivos tradicionales obtenieacutendose una reduccioacuten en el periodo de vida uacutetil de la estructura JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO Como se mencionoacute al principio de este documento actualmente los problemas ocasionados por las estructuras del puerto de Veracruz son severos a los cuales se les tiene que dar un constante mantenimiento Esta situacioacuten exige diacutea con diacutea desarrollar nuevos materiales o bien el mejoramiento de los materiales tradicionales ya existentes como el caso del concreto Si al mismo tiempo se logra una reduccioacuten en los costos el impacto puede ser mayor A pesar de que ya se han reportado algunos beneficios respecto a las mejoras en las propiedades mecaacutenicas en cementos reforzados con fibras metaacutelicas sin embargo todaviacutea hace falta mucho por hacer ya que eacutesta puede ser una respuesta a requerimientos tanto teacutecnicos como econoacutemicos Si al mismo tiempo se plantea una posible solucioacuten de que hacer con los grandes voluacutemenes de basura y residuos plaacutesticos generados en el puerto de Veracruz y en las principales ciudades del mundo se hace evidente la importancia de este proyecto Esta tarea queda en manos de los Centros de Investigacioacuten entre ellos el Instituto de Ingenieriacutea de la Universidad Veracruzana donde a traveacutes de las maestriacuteas en las diferentes ramas de Ingenieriacutea que aquiacute se ofrecen tanto alumnos como investigadores buscan desarrollar soluciones a los problemas que afectan a la sociedad veracruzana a traveacutes de la investigacioacuten como lo es el caso del presente proyecto Es decir se busca resolver problemas estructurales en condiciones ambientales agresivas y al mismo tiempo encontrar una aplicacioacuten para los productos obtenidos a partir del reciclaje aplicaacutendolos a la construccioacuten para el mejoramiento de las propiedades mecaacutenicas de los materiales claacutesicos como el concreto Esta situacioacuten provoca que los objetivos planteados puedan conducir resultados valiosos tanto teacutecnicos como econoacutemicos al conocer el comportamiento del concreto hidraacuteulico con fibras de polipropileno bajo cargas de flexioacuten y compresioacuten empleando los criterios de disentildeo del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y las normas ASTM Esto con la finalidad de realizar una valoracioacuten de las ventajas y en base a las pruebas realizadas y los resultados que se obtengan decidir sobre la factibilidad de su aplicacioacuten en pavimentos dentro de la zona portuaria para analizar la posibilidad de sustituir total o parcialmente la malla electrosoldada por fibras sinteacuteticas de polipropileno La presente investigacioacuten es una aportacioacuten al mejoramiento de los materiales existentes en Meacutexico y pretende contribuir al mejor entendimiento de coacutemo actuacutean los sistemas naturales y sinteacuteticos buscando resolver los problemas que afectan a las estructuras y al mismo tiempo reducir costos

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CLASIFICACIOacuteN DE LAS SUPERFICIES TERRESTRES PORTUARIAS De acuerdo al tipo de pavimentacioacuten las zonas en el interior de un puerto se pueden clasificar atendiendo a 2 grupos Por usos Dentro de este grupo existen 5 subdivisiones correspondientes al tipo de Puerto ya sea comercial industrial militar pesquero deportivo o de recreo Bajo estas clasificaciones el Puerto de Veracruz es un puerto de altura cien por ciento comercial por ser el principal puerto de Meacutexico Por zonas Por zonas Existen 4 subdivisiones las cuales son operacioacuten almacenamiento viacuteas de comunicacioacuten y zonas complementarias La tabla 1detalla cada una de ellas

Tabla 1 Clasificacioacuten de las superficies terrestres portuarias por zonas

Zonas Descripcioacuten

OperacioacutenSon aquellas que se han destinado para la transferencia y manipulacioacuten de mercanciacuteas materiales o

suministros sin que se produzca una acumulacioacuten duradera de estos

Almacenamiento Son zonas destinadas a la permanencia durante diacuteas de la mercanciacutea Su clasificacioacuten se puede hacer en base a la altura de apilamiento el tiempo de estancia de la mercanciacutea o por el tipo de carga

Viacuteas de ComunicacioacutenSon aacutereas destinadas exclusivamente al traacutensito de mercanciacuteas desde las zonas de operacioacuten hasta las

zonas de almacenamiento y desde estas entre si hasta las zonas exteriores del puerto asiacute como el proceso inverso

Zonas ComplementariasSon zonas que no cuentan con traacutefico de mercanciacuteas y corresponden principalmente a zonas urbanas con edificios y dependencias administrativas o zonas de esparcimiento y estacionamiento de vehiacuteculos

(ligeros y pesados)

CARACTERIacuteSTICAS DE LAS CARGAS EN LAS SUPERFICIES PORTUARIAS En cada una de las zonas mencionadas anteriormente existen diversos tipos de cargas que actuacutean sobre la superficie de los pavimentos Existen dos clasificaciones de carga las cuales son

a Por tipo de cargas y su efecto sobre los firmes b Por intensidad de uso durante la vida uacutetil de cada superficie

Finalmente la consideracioacuten que se debe tomar para el dimensionamiento de los pavimentos portuarios es una combinacioacuten de la carga de caacutelculo y de la intensidad de uso de la superficie Por Tipo de Carga Existen diferencias entre las cargas que transmiten al pavimento las mercanciacuteas almacenadas las cuales son estaacuteticas y las cargas transmitidas por los equipos las cuales por lo general son dinaacutemicas Siendo asiacute para la realizacioacuten de un proyecto de pavimentacioacuten es conveniente que se consideren todos los datos en la medida en que se disponga de ellos Una clasificacioacuten de las cargas de disentildeo que maacutes comuacutenmente se presentan en los puertos se muestra a continuacioacuten

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Tabla 2 Clasificacioacuten de cargas de disentildeo

Clasificacioacuten Tipo de carga Carga en TonMontacargas 2 T 25

CP1 Tractocamioacuten 40Camioacuten T 14 56

Tractocamioacuten 40 T 70CP2 Montacargas 6 T 70

Camioacuten 15 T 80Montacargas 10 T 110

Stradler Carrier 110Transtainer 200

Camioacuten Gruacutea T 20 200ForkLift 25 Ton 270

Camioacuten Gruacutea T 25 250

CP3

CP4

Por Intensidad de Uso Durante su Vida Uacutetil La intensidad da una idea del nuacutemero de veces que durante la vida uacutetil se aplica una determinada carga sobre una superficie Para evaluarla se recurre a iacutendices estimados por la autoridad portuaria correspondiente los cuales totalizan una determinada magnitud para la vida uacutetil y se divide entre el nuacutemero de antildeos de la misma Asiacute la intensidad de uso de las superficies portuarias estaacute directamente ligada en especial con las zonas de operaciones al medio de transporte terrestre que se emplee para la transferencia de mercanciacutea Categoriacuteas de traacutefico Existen cuatro categoriacuteas de traacutefico seguacuten la carga de caacutelculo y la intensidad de uso de la superficie considerada A continuacioacuten se muestra la clasificacioacuten anteriormente mencionada

Tabla 3 Categoriacuteas de traacutefico

Baja Media Alta

Reducida D C BMedia D B A

Elevada C B A

Carga de caacutelculoIntensidad de uso Estas categoriacuteas aplican a todas las superficies portuarias excepto para las viales de acceso y las zonas complementarias de circulacioacuten Desde este punto de vista las categoriacuteas de traacutefico son una combinacioacuten de la carga de caacutelculo con la intensidad de uso de la superficie Se tomaraacute en cuenta la mayor de todas las cargas que resulten de los anaacutelisis realizados a una misma superficie Lo mismo aplica en el caso de que en una superficie exista duda entre dos categoriacuteas se tomaraacute siempre la mayor de las dos

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

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CLASIFICACIOacuteN DE LAS SUPERFICIES TERRESTRES PORTUARIAS De acuerdo al tipo de pavimentacioacuten las zonas en el interior de un puerto se pueden clasificar atendiendo a 2 grupos Por usos Dentro de este grupo existen 5 subdivisiones correspondientes al tipo de Puerto ya sea comercial industrial militar pesquero deportivo o de recreo Bajo estas clasificaciones el Puerto de Veracruz es un puerto de altura cien por ciento comercial por ser el principal puerto de Meacutexico Por zonas Por zonas Existen 4 subdivisiones las cuales son operacioacuten almacenamiento viacuteas de comunicacioacuten y zonas complementarias La tabla 1detalla cada una de ellas

Tabla 1 Clasificacioacuten de las superficies terrestres portuarias por zonas

Zonas Descripcioacuten

OperacioacutenSon aquellas que se han destinado para la transferencia y manipulacioacuten de mercanciacuteas materiales o

suministros sin que se produzca una acumulacioacuten duradera de estos

Almacenamiento Son zonas destinadas a la permanencia durante diacuteas de la mercanciacutea Su clasificacioacuten se puede hacer en base a la altura de apilamiento el tiempo de estancia de la mercanciacutea o por el tipo de carga

Viacuteas de ComunicacioacutenSon aacutereas destinadas exclusivamente al traacutensito de mercanciacuteas desde las zonas de operacioacuten hasta las

zonas de almacenamiento y desde estas entre si hasta las zonas exteriores del puerto asiacute como el proceso inverso

Zonas ComplementariasSon zonas que no cuentan con traacutefico de mercanciacuteas y corresponden principalmente a zonas urbanas con edificios y dependencias administrativas o zonas de esparcimiento y estacionamiento de vehiacuteculos

(ligeros y pesados)

CARACTERIacuteSTICAS DE LAS CARGAS EN LAS SUPERFICIES PORTUARIAS En cada una de las zonas mencionadas anteriormente existen diversos tipos de cargas que actuacutean sobre la superficie de los pavimentos Existen dos clasificaciones de carga las cuales son

a Por tipo de cargas y su efecto sobre los firmes b Por intensidad de uso durante la vida uacutetil de cada superficie

Finalmente la consideracioacuten que se debe tomar para el dimensionamiento de los pavimentos portuarios es una combinacioacuten de la carga de caacutelculo y de la intensidad de uso de la superficie Por Tipo de Carga Existen diferencias entre las cargas que transmiten al pavimento las mercanciacuteas almacenadas las cuales son estaacuteticas y las cargas transmitidas por los equipos las cuales por lo general son dinaacutemicas Siendo asiacute para la realizacioacuten de un proyecto de pavimentacioacuten es conveniente que se consideren todos los datos en la medida en que se disponga de ellos Una clasificacioacuten de las cargas de disentildeo que maacutes comuacutenmente se presentan en los puertos se muestra a continuacioacuten

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Tabla 2 Clasificacioacuten de cargas de disentildeo

Clasificacioacuten Tipo de carga Carga en TonMontacargas 2 T 25

CP1 Tractocamioacuten 40Camioacuten T 14 56

Tractocamioacuten 40 T 70CP2 Montacargas 6 T 70

Camioacuten 15 T 80Montacargas 10 T 110

Stradler Carrier 110Transtainer 200

Camioacuten Gruacutea T 20 200ForkLift 25 Ton 270

Camioacuten Gruacutea T 25 250

CP3

CP4

Por Intensidad de Uso Durante su Vida Uacutetil La intensidad da una idea del nuacutemero de veces que durante la vida uacutetil se aplica una determinada carga sobre una superficie Para evaluarla se recurre a iacutendices estimados por la autoridad portuaria correspondiente los cuales totalizan una determinada magnitud para la vida uacutetil y se divide entre el nuacutemero de antildeos de la misma Asiacute la intensidad de uso de las superficies portuarias estaacute directamente ligada en especial con las zonas de operaciones al medio de transporte terrestre que se emplee para la transferencia de mercanciacutea Categoriacuteas de traacutefico Existen cuatro categoriacuteas de traacutefico seguacuten la carga de caacutelculo y la intensidad de uso de la superficie considerada A continuacioacuten se muestra la clasificacioacuten anteriormente mencionada

Tabla 3 Categoriacuteas de traacutefico

Baja Media Alta

Reducida D C BMedia D B A

Elevada C B A

Carga de caacutelculoIntensidad de uso Estas categoriacuteas aplican a todas las superficies portuarias excepto para las viales de acceso y las zonas complementarias de circulacioacuten Desde este punto de vista las categoriacuteas de traacutefico son una combinacioacuten de la carga de caacutelculo con la intensidad de uso de la superficie Se tomaraacute en cuenta la mayor de todas las cargas que resulten de los anaacutelisis realizados a una misma superficie Lo mismo aplica en el caso de que en una superficie exista duda entre dos categoriacuteas se tomaraacute siempre la mayor de las dos

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Tabla 2 Clasificacioacuten de cargas de disentildeo

Clasificacioacuten Tipo de carga Carga en TonMontacargas 2 T 25

CP1 Tractocamioacuten 40Camioacuten T 14 56

Tractocamioacuten 40 T 70CP2 Montacargas 6 T 70

Camioacuten 15 T 80Montacargas 10 T 110

Stradler Carrier 110Transtainer 200

Camioacuten Gruacutea T 20 200ForkLift 25 Ton 270

Camioacuten Gruacutea T 25 250

CP3

CP4

Por Intensidad de Uso Durante su Vida Uacutetil La intensidad da una idea del nuacutemero de veces que durante la vida uacutetil se aplica una determinada carga sobre una superficie Para evaluarla se recurre a iacutendices estimados por la autoridad portuaria correspondiente los cuales totalizan una determinada magnitud para la vida uacutetil y se divide entre el nuacutemero de antildeos de la misma Asiacute la intensidad de uso de las superficies portuarias estaacute directamente ligada en especial con las zonas de operaciones al medio de transporte terrestre que se emplee para la transferencia de mercanciacutea Categoriacuteas de traacutefico Existen cuatro categoriacuteas de traacutefico seguacuten la carga de caacutelculo y la intensidad de uso de la superficie considerada A continuacioacuten se muestra la clasificacioacuten anteriormente mencionada

Tabla 3 Categoriacuteas de traacutefico

Baja Media Alta

Reducida D C BMedia D B A

Elevada C B A

Carga de caacutelculoIntensidad de uso Estas categoriacuteas aplican a todas las superficies portuarias excepto para las viales de acceso y las zonas complementarias de circulacioacuten Desde este punto de vista las categoriacuteas de traacutefico son una combinacioacuten de la carga de caacutelculo con la intensidad de uso de la superficie Se tomaraacute en cuenta la mayor de todas las cargas que resulten de los anaacutelisis realizados a una misma superficie Lo mismo aplica en el caso de que en una superficie exista duda entre dos categoriacuteas se tomaraacute siempre la mayor de las dos

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO PORTUARIO Tipologiacutea General de una Seccioacuten Estructural para Pavimento Portuario Se denomina pavimento a la capa superior de una superficie de rodamiento la cual se apoya en diferentes capas como son los rellenos explanadas sub-base y base como se muestra en la Figura 1

Figura 1 Seccioacuten Tiacutepica de un pavimento

Rellenos Para los rellenos se emplean los materiales maacutes proacuteximos lejos de las exigencias habituales en carreteras pudiendo ser materiales producto de dragado los cuales son casi imposibles de compactar los cuales pueden ser Rellenos hidraacuteulicos Son los provenientes de un dragado con alto contenido de soacutelidos en suspensioacuten y el caudal que contienen Son los que presentan mejor relacioacuten calidadprecio Rellenos de vertido directo Son aquellos realizados con materiales terrestres pudiendo ser granulares cohesivos pedraplenes limpios etc Explanadas La explanada se define como la superficie de coronacioacuten se recomienda el empleo de un material de cierta calidad en espesor suficiente debidamente compactado de estos factores dependeraacute la capacidad de soporte de la misma Los materiales empleados para las coronaciones suelen ser suelos de cierta calidad como los rellenos compactados en carreteras Sub-bases granulares Es la capa de material situada entre la base del firme y la explanada No existe siempre solo en casos de que la explanada no tenga la calidad suficiente Como las presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento se reducen por la distribucioacuten de las cargas sobre una amplia superficie muchas veces no se requieren sub-rasantes resistentes El soporte que la sub-rasante presta al pavimento se expresa mediante el valor de moacutedulo de reaccioacutenrdquokrdquo de la sub-rasante y puede determinarse por correlacioacuten de los valores de soporte como se muestra en la siguiente figura

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Figura 2 Relacioacuten entre el CBR y el moacutedulo ldquokrdquo

Por lo general son capas granulares de granulometriacutea continua cuyos materiales obtenidos de gravera se emplean tal cual o con una pequentildea reconstitucioacuten granulomeacutetrica Bases Granulares Es la base sobre la que se apoya el pavimento y que estaacute situada encima de la explanada o de la sub-base en su caso Existen dos tipos de bases de acuerdo a los materiales empleados las granulares y las tratadas con ligantes (bituminosos conglomerantes hidraacuteulicos o puzolanicos) Para pavimentos de concreto se emplean bases granulares formadas por aacuteridos total o parcialmente machacados cuya granulometriacutea es de tipo continuo Juntas Su finalidad es mantener los esfuerzos que soporta el pavimento dentro de condiciones admisibles evitando la formacioacuten de fisuras y grietas irregulares Dentro de las juntas se identifican diferentes tipos como se muestra a continuacioacuten

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Figura 3 Tipo de seccioacuten transversal

a Juntas longitudinales Se instalan para controlar el asentamiento longitudinal espaciadas a intervalos de 250 a 40 metros La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento b Juntas transversales Denominadas de ldquocontraccioacutenrdquo controlan el agrietamiento transversal al disminuir el alabeo producido por las tensiones por diferenciales de temperatura c Juntas de expansioacuten Su objetivo es reducir los esfuerzos de compresioacuten proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande Cuando las juntas de contraccioacuten estaacuten adecuadamente separadas la necesidad de las juntas de expansioacuten depende en gran medida de la temperatura ambiente De todos estos tipos de juntas una distribucioacuten adecuada es la que se muestra a continuacioacuten

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Figura 4 Ejemplo de distribucioacuten de juntas Cada tipo de junta presenta caracteriacutesticas especificas que como se mencionoacute anteriormente deben de tomarse en cuenta al momento de realizar un buen disentildeo de un pavimento considerando ademaacutes el tipo de cargas que se impondraacuten sobre eacutel Los tipos de juntas maacutes comunes se muestran en la Figura 4 CONSIDERACIONES DE DISENtildeO EN PAVIMENTOS PORTUARIOS Para poder dimensionar un pavimento portuario se debe conocer los usos de la superficie para los cuales se proyectaraacute el firme considerando la situacioacuten maacutes desfavorable posible En base a esto se consideran los equipos de manipulacioacuten que habraacute en la zona requiriendo saber

bull Peso total de cada equipo bull Carga maacutexima que puede manipular bull Nuacutemero de ruedas y carga por rueda bull Presioacuten de inflado bull Carga transmitida al pavimento bull Sistema de giro bull Velocidad a media circulacioacuten bull Forma de realizar la operacioacuten

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Figura 5 Tipos de juntas Otro aspecto importante es conocer el tipo de relleno que se ha empleado para elegir las capas de sub-base y base En cuanto a la vida uacutetil se considera como el periodo del proyecto En los firmes portuarios la vida uacutetil se establece de 15 a 25 antildeos al tratarse de una infraestructura con un bajo nivel de seguridad (pequentildeo riesgo en vidas humanas o deterioros ambientales en caso de rotura En general se emplea 25 antildeos Para firmes provisionales puede emplearse 8 antildeos Sin embargo para tener una idea aproximada en el disentildeo de un pavimento de concreto basado en las cargas de disentildeo se puede adoptar por el siguiente criterio considerando los equipos que trabajan en la zona

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Tabla 4 Espesores de pavimentos de concreto

Clasificacioacuten de carga de disentildeo Espesor en cm

CP1 20CP2 25CP3 30CP4 35

Sobre losa de muelle 10

La tabla anterior nos indica un predisentildeo de los pavimentos de concreto si consideramos que en este trabajo se antildeadiraacuten fibras al concreto con el propoacutesito de incrementar su resistencia es loacutegico pensar que los espesores pueden reducirse ANAacuteLISIS Y DISENtildeO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO El procedimiento de disentildeo estaacute basado en foacutermulas conocidas avaladas por ensayos de laboratorio a Fatiga Cuando las continuas aplicaciones de cargas producen esfuerzos que no excedan del 50 del moacutedulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor que 2) el concreto soportaraacute un nuacutemero ilimitado de tales esfuerzos sin que ocurran fallas por fatiga En caso contrario (coeficiente de seguridad entre 1 y 2) queda limitado el nuacutemero de repeticiones de los esfuerzos para que el concreto no experimente fallas por fatiga Este nuacutemero liacutemite o permitido de repeticiones de los esfuerzos (cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga como se muestra a continuacioacuten

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Figura 6 Curva de fatiga del concreto sometido a esfuerzos de flexioacuten b Factor de Seguridad de Carga Es una praacutectica comuacuten en el pasado incrementar un 20 el valor de las cargas para el disentildeo para considerar el efecto del impacto Sin embargo las experiencias muestran que las tensiones producidas por las cargas moacuteviles Por facilidad de caacutelculo que relacionan el espesor del pavimento en funcioacuten de las cargas por ejes de los equipos EL CONCRETO EN PAVIMENTOS Y LA APLICACIOacuteN DE FIBRAS SINTEacuteTICAS EN DIVERSOS PAIacuteSES En Meacutexico el concreto es el material maacutes utilizado en la industria de la construccioacuten formal Los pavimentos son una de las muchas aplicaciones importantes del concreto Cualquiera que sea su aplicacioacuten el concreto elaborado debe cumplir con los requisitos baacutesicos de ser econoacutemico faacutecil de colocar resistente y durable El objetivo principal de estaacute investigacioacuten fue introducir a una mezcla de concreto hidraacuteulico fibras PP para determinar el efecto que estas generan en las propiedades mecaacutenicas asiacute como su posible empleo en pavimentos portuarios para mitigar los factores vulnerables de una estructura de pavimento riacutegido Aplicacioacuten de fibras sinteacuteticas en otros paiacuteses Las fibras de polipropileno son empleadas ampliamente en los Estados Unidos y Canadaacute en todo tipo de construcciones de concreto y han probado ser un meacutetodo efectivo para controlar las grietas formadas en el concreto causadas por secado raacutepido Otros paiacuteses como Argentina y Chile actualmente realizan investigaciones sobre el comportamiento en el Laboratorio de concretos reforzados con fibras (acero y sinteacuteticas)

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Chile ya ha aplicado las fibras de acero a la construccioacuten de estabilizacioacuten de taludes pavimentos en carreteras pistas de Aeropuertos y Hangares pistas industriales y comerciales cimentaciones para equipo y maquinaria etc Brasil es otro de los paiacuteses Sudamericanos que emplea el uso de fibras de polipropileno en diversos sectores de la construccioacuten cuenta con la mayor faacutebrica de Ameacuterica del Sur que produce este tipo de fibras sinteacuteticas (FITESA) empresa que produce alrededor de 11000 ton de fibras de polipropileno al antildeo Colombia es otro de los paiacuteses sudamericanos que realiza investigaciones sobre concretos reforzados con fibras sinteacuteticas En Europa paiacuteses como Espantildea tambieacuten utilizan la gama de fibras de polipropileno para refuerzo y prevencioacuten de las fisuras por retraccioacuten de yesos morteros y concretos A pesar de que el empleo de las fibras se realiza en la mayor parte de Sudameacuterica estados Unidos y Canadaacute en Meacutexico apenas comienza el uso de este tipo de fibras En el mercado nacional existen 5 compantildeiacuteas que distribuyen las fibras de polipropileno Fibermesh Fiberstrand 100 Fibercreto Dificon y Sika Sin embargo a pesar de que cada fabricante maneja una dosificacioacuten que variacutea de 600 gramos a 1 kg por m3 de concreto su aplicacioacuten en Meacutexico se reduce a pisos y pequentildeas estructuras No obstante no existe un estudio formal que determine el comportamiento de este tipo de fibras el cual es praacutecticamente nuevo Ni alguacuten documento que explique la equivalencia de una cantidad de fibra en un concreto con un porcentaje de acero de refuerzo para una aplicacioacuten especiacutefica El objetivo de la presente investigacioacuten contempla el uso de concretos fibroreforzados para su aplicacioacuten a pavimentos lo cual es la propuesta de esta investigacioacuten asiacute como determinar la factibilidad econoacutemica del material ADITIVOS AL CONCRETO A BASE DE FIBRAS SINTEacuteTICAS OBTENIDOS DEL RECICLAJE DE PLAacuteSTICOS El plaacutestico como problema Por sus caracteriacutesticas los plaacutesticos generan problemas en la recoleccioacuten traslado y disposicioacuten final Por ejemplo un camioacuten con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes transportaraacute apenas 6 oacute 7 toneladas de plaacutesticos compactado y apenas 2 de plaacutestico sin compactar En los uacuteltimos antildeos el aumento de envases de plaacutesticos provienen fundamentalmente de botellas desechables de aguas de mesa aceites y bebidas alcohoacutelicas y no alcohoacutelicas Las empresas buscando reducir costos y amparadas en la falta de legislacioacuten vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plaacutestico retornables en un comienzo y no retornables posteriormente acarreando consigo un grave problema Reciclaje y Reuso Son muchas las experiencias de recuperacioacuten de plaacutesticos que hace antildeos se desarrollan tanto en Meacutexico como en otros paiacuteses del mundo Por ejemplo algunos bolsas cantildeos y mangueras baldes cerdas para cepillos y escobas hilo para la industria textil laacuteminas uacutetiles escolares muebles piezas de maacutequinas y vehiacuteculos relleno asfaacuteltico y bancos Teniendo en cuenta esta situacioacuten es conveniente fomentar la cultura del reciclaje buscando obtener a partir de ellos productos que traigan beneficios no solo a nivel ambiental sino como en el caso de las fibras sinteacuteticas cuyo adicionamiento al concreto puede traer mejoras a nivel estructural

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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La clasificacioacuten previa y la recoleccioacuten diferenciada es el primer paso en el camino hacia la recuperacioacuten de plaacutesticos Clasificacioacuten de los plaacutesticos Existen distintos criterios para clasificar los plaacutesticos Si consideramos su capacidad para volver a ser fundidos mediante el uso de calor entonces los plaacutesticos pueden clasificarse en termofijos y termoplaacutesticos

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

CLASIFICACIOacuteN DE LOS PLAacuteSTICOS

TERMOPLAacuteSTICOS TERMOFIJOS

Polietileno Tereftalato (PET)

Polietileno de alta densiidad (PEAD)

Cloruro de polivinilo (PVC)

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

Baquelita

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Figura 7 Clasificacioacuten de los plaacutesticos Los termofijos o termoestables son plaacutesticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma Y los termoplaacutesticos pueden ser procesados varias veces y su uso es maacutes extendido que los termoestables Los maacutes comunes son el PET de los envases de bebidas el PVC de tuberiacuteas y envases de aceite y bebidas sin gas y el PEBD de bolsas de leche Uso de Fibras Metaacutelicas Adicionadas al Concreto Se utilizan en elementos de concreto para sustituir el acero de refuerzo convencional en pisos y pavimentos Lo refuerzan proporcionaacutendole una gran resistencia al agrietamiento fragmentacioacuten astillado y desgaste por abrasioacuten asiacute como una mayor resistencia a las fuerzas de tensioacuten y de flexioacuten Al actuar como pequentildeas barras de refuerzo atravesando las grietas y soportando una carga entera auacuten maacutes grande que la que se necesita para romper una viga Su resistencia a la compresioacuten aumenta aproximadamente en 10 Fibras Sinteacuteticas Provenientes del Reciclaje Del reciclaje de estos tipos maacutes comunes de plaacutesticos se obtienen diversas fibras sinteacuteticas las cuales pueden utilizarse como aditivos a las mezclas de concreto hidraacuteulico con el fin de incrementar su resistencia Fibras de Poliestireno Son esferas de poliestireno expandido llamadas Styrencret las cuales estaacuten recubiertas con un aditivo especial que mejora su adherencia con el concreto Estas esferas se distribuyen homogeacuteneamente obtenieacutendose un

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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concreto ligero que puede llegar a pesar hasta una quinta parte de su peso normal lo que reduce el disentildeo de las secciones de los elementos estructurales Ademaacutes es impermeable y no es atacado por animales y microorganismos se utiliza en proyectos de nivelacioacuten de pisos losas y azoteas en la reconstruccioacuten de casas y edificios que requieren un miacutenimo de aumento de carga en capas de compresioacuten en losas aligeradas con casetones de poliestireno o block en sistemas con paneles de poliestireno o de poliuretano en la construccioacuten de obras mariacutetimas y en la fabricacioacuten de plataformas flotantes y muelles Fibra de Vidrio Las mezclas con fibra de vidrio ofrecen una alta resistencia al fuego a la corrosioacuten y al ataque bioloacutegico de microorganismos sin importar las condiciones ambientales a las que se someta el concreto Las mezclas de concretos con fibra de vidrio se utilizan para fabricar armazones de apoyo que soporten cargas directas vigas columnas muros principales de carga losas de entrepisos techos cascos marinos contenedores de agua en lugares donde el material estaacute sujeto a esfuerzos prolongados de carga y en otros donde pudieran existir riesgos para la vida del ser humano Es un material de revestimiento para el concreto que resiste el paso del agua lo que lo vuelve idoacuteneo para usarse en piscinas y tanques Fibra de Polipropileno (PP) Son fibras individuales de color blanco cuya longitud puede variar aproximadamente de 19 mm (34rdquo) tambieacuten estaacuten disponibles en longitudes de 13 32 y 51 mm (12rdquo 1 frac14rdquo 1 frac12rdquo) Su envase son bolsas de polietileno de 600 gramos Actuacutean como un refuerzo tridimensional en el concreto son maacutes faacuteciles de mezclar ademaacutes y proveen un mayor refuerzo su distribucioacuten es uniforme Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Ademaacutes su gravedad especiacutefica es maacutes baja que todas las demaacutes fibras OBTENCIOacuteN Y APLICACIONES COMUNES DE LAS FIBRAS PP Las fibras de polipropileno se obtienen a partir de la polimerizacioacuten de los gases del propileno y etileno la cual se realiza bajo condiciones controladas por los catalizadores especiales para producir las calidades convenientes para las fibras de polipropileno Estas fibras se caracterizan por su resistencia a la humedad y a los productos quiacutemicos Es una fibra preferida en usos generales del textil ya que resisten el tentildeido Esta fibra es de las preferidas para productos disponibles de la higiene como son pantildeales desechables productos del cuidado femenino ropa de deporte calcetines ropa interior termal etc esto gracias a su capacidad de ofrecer una suavidad lujosa Por estas cualidades las fibras PP son consideradas como la fibra maacutes amistosa en la ropa del mercado Asimismo proporcionan durabilidad aspecto lujoso y suavidad para todos los tipos de alfombra del mercado interior y al aire libre tambieacuten se utilizan en cubiertas de tapiceriacutea

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CONCRETO CON FIBRAS PP

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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El concreto hidraacuteulico es una mezcla de materiales compuesta por gravas arenas agua cemento y en algunos casos aditivos (en este caso las fibras PP) todos estos elementos dosificados en cantidades determinadas previamente en el laboratorio mediante el disentildeo de mezclas son utilizados para los diferentes tipos de concreto que se requieren en las diferentes obras y estructuras que componen un proyecto Para este caso particular ademaacutes de la mezcla virgen se probaron en laboratorio especiacutemenes de la mezcla a los que se agregaran fibras PP Para la realizacioacuten de las pruebas de laboratorio la variable principal corresponde al porcentaje de fibras de polipropileno incorporadas a la mezcla del cemento Los materiales a emplear en la elaboracioacuten de la probeta son cemento arena y grava natural agua y fibras PP Previo a la realizacioacuten de las pruebas de concreto en el laboratorio se determinaron las caracteriacutesticas de los materiales componentes de la mezcla de concreto Cada una de ellas se resumen a continuacioacuten en la siguiente tabla Arena El agregado fino se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

Tabla 5 Granulometria de la arena

No de malla Peso retenido

en grs total de enteros enteros acumulados

4 27 054 1 18 313 627 6 716 183 366 4 1030 24 48 5 1550 2128 4259 43 58100 188 3763 38 95200 192 384 4 99

charola 33 066 1 100Sumas 4996 100 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1476 Kgm3 densidad 255 de absorcioacuten 449 y moacutedulo de finura 186 Grava El agregado grueso se analizoacute granulomeacutetricamente en condiciones iniciales De donde al ser pasado por las mallas se obtuvieron los siguientes datos

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Tabla 6 Granulometria de la grava

No de malla Peso retenido en

Kgs total de enteros enteros acumulados

3 0000 000 0 01 12 3262 2524 25 2534 0214 166 2 2738 5185 4011 40 67No4 4265 3300 33 100

Sumas 12926 10000 100

A partir de las muestras tomadas de la arena y de la granulometriacutea de la tabla anterior las caracteriacutesticas del agregado fino son peso volumeacutetrico seco 1492 Kgm3 densidad 244 de absorcioacuten 342 y moacutedulo de finura 719 Cemento Para las pruebas se utilizoacute Cemento Poacutertland Tipo I Normal Los sacos fueron comprados en el mismo lote y el proceso fue realizado mediante el mezclado de porciones iguales Fibras PP Presentan forma de mechas compuesta por monofilamentos reticulados y enrrollados en longitudes variantes de 25 a 60 mm Su peso especiacutefico dado por el fabricante es de 910 Kgm3 Disponibles en paquetes de 600 grs La adicioacuten a la mezcla se realizoacute por peso Los porcentajes de fibra seleccionados para la evaluacioacuten son hasta el 3 en incrementos del 100 en porcentajes de volumen DISENtildeO DE LA MEZCLA DE CONCRETO Proporcionar una mezcla es determinar las cantidades de cemento arena grava y agua de tal manera que produzcan un concreto que a los 28 diacuteas de edad de una resistencia a la compresioacuten igual dentro de cierto liacutemites a la que el ingeniero constructor necesita En este caso en particular el proporcionamiento se realizoacute para una mezcla de concreto de frsquoc = 250 kgcm2 el cual es la resistencia promedio considerada en el disentildeo de pavimentos Para el disentildeo de la muestra se consideraron las caracteriacutesticas previamente obtenidas de las pruebas de laboratorio de la arena grava la relacioacuten ac y las propiedades mecaacutenicas de las fibras PP dadas por el fabricante PRUEBAS DESTRUCTIVAS EN EL CONCRETO En el laboratorio de materiales se probaron probetas de concreto a los 7 14 y 28 diacuteas a la compresioacuten para analizar su comportamiento de acuerdo a los diferentes porcentajes de fibras que se les incluyeron La finalidad de estas pruebas es determinar el porcentaje oacuteptimo de fibras para adicinar al concreto de las losas en un pavimento portuario

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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Figura 10 Armado de rodera

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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RESULTADOS De los ensayes realizados en laboratorio sobre las muestras viacutergenes y de concreto reforzado con fibras PP y tomando como variable principal la variacioacuten del porcentaje de fibra en peso incorporadas a la mezcla se procedioacute a analizar los resultados obtenidos a partir de lo cual se encontraron algunas ventajas sobre el uso de fibras PP en el concreto como fueron

bull Al distribuirse uniformemente forma una malla tridimensional ayudando a reducir las grietas bull Se observoacute un incremento en la resistencia a la compresioacuten en general mejoran la resistencia del

concreto a los impactos bull No absorben el agua de la mezcla de concreto por lo que reducen la permeabilidad y la relacioacuten

agua-cemento en el disentildeo de la mezcla no tiene que corregirse bull Aumenta la resistencia a las fracturas debido a que las fibras tienden a unir como una malla a toda la

mezcla de concreto bull Al reducir las giretas se reduce la entrada de aire y por lo tanto e acceso de oacutexigeno y dioacutexido de

carbono al acero lo que puede evitar la corrosioacuten bull Obtener una buena calidad del concreto

DISENtildeO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO PORTUARIO La circulacioacuten de equipos portuarios para la manipulacioacuten de cargas especializadas como lo son la zona de almacenamiento de contenedores implica la necesidad del disentildeo adecuado de un pavimento para que sobre el puedan circular este tio de gruacuteas tambieacuten conocidas con el nombre de gruacuteas de patio A los carriles de circulacioacuten especiales para que estos equipos puedan circular se les conoce con el nombre de ldquoroderasrdquo cuya funcioacuten es soportar las altas cargas que impondraacuten estos equipos sobre la superficie de rodamiento Baacutesicamente una rodera es un riel o una viga sobre la cual deben circular este tipo de equipos para evitar dantildear las zonas adyacentes a las aacutereas de estiba A continuacioacuten se muestra un disentildeo en el cual se puede llevar a cabo aplicacioacuten de fibras PP en pavimentacioacuten portuaria CARGAS DE EQUIPOS El disentildeo del pavimento considera que sobre el circularaacute una Gruacuteas MI-JACK 750 D TRAVELIFT De acuerdo a la hoja teacutecnica de la gruacutea se tiene Capacidad = 3630 ton Peso maacuteximo = 4662 Ton La separacioacuten entre ejes es de 1280 m Suponiendo que la carga se acerca a 30 m de un eje la carga correspondiente seraacute P = 46622 + 3630 (1280 ndash 30) 1280 = 5110 Ton SUB-BASE Y BASES Se recomienda usar una sub-base de 30 cm de espesor de material granular ldquobalastrordquo del banco de Limones La sub-base se compactaraacute al 100 de su PVSM y se verificaraacute por medio de Laboratorio que alcance por lo menos un Valor Relativo de Soporte (CBR) del 70

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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BIBLIOGRAFIacuteA

ACI (1981) Praacutectica recomendada para seleccionar el proporcionamiento de Concreto Normal Pesado Masivo ACI2111-81 Reporte de Comiteacute ACI 211 del Instituto americano del Concreto ASTM (1991) Standard Specifications for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete ASTM C 1116-91 Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) ASTM Normas ASTM para ensayes y control de calidad del Concreto y sus Componentes Asociacioacuten Americana para Ensayo de Materiales (ASTM) Balogh A (1992) ldquoSynthetic Fibersrdquo Concrete Construccion pp 525-530 Bentes R E Vasconcelos (1993) ldquoO reforco das fibrasrdquo Techen revista de Tecnologiacutea da Construcao Vol I pp 28-30 Colobraro R 2002 ldquoHormigoacuten reforzado con fibras de polipropilenordquo pp 1 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten http wwwingenieriaestieseeduarinvestigacion11-HormigonReforzadohtm Fitesa ldquoFitesa e Filamentosrdquo pp 1-2 Recuperado [04 de Noviembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwfitesacombrFFdefaulthtm Instituto del Cemento Poacutertland Argentino (1972) ldquoPavimentos Urbanosrdquo 2da Edicioacuten Industrias Quiacutemicas Satecma SA ldquoFibras Satecmardquo pp 1 Recuperado [12 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwconstrumatcomdocumentosnovedadesFibrasSatecmapdf Motma (1994) Recomendaciones de Obras Mariacutetimas ROM 41-94 ldquoProyecto y Construccioacuten de Pavimentos Portuariosrdquo Madrid Espantildea Shotcret ldquoFibras de refuerzo secundario para hormigonesrdquo pp 1-2 Recuperado [1 de Diciembre 2003] de la Red Mundial de Informacioacuten httpwwwmotormanclshotcret4html

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Por lo que de la Figura 2 para un CBR = 70 corresponde un moacutedulo de reaccioacuten de K = 166 Kgcm2 MOacuteDULO DE RUPTURA El caacutelculo del espesor del pavimento se realizoacute en base a las Normas de la PCA (Disentildeo de Concreto) recomendaciones del IMCYC (Disentildeo y Control de Mezclas de concreto) y a experiencia Se estaacute recomendando usar un concreto con una resistencia frsquoc= 250 Kgcm2 para el cual el moacutedulo de ruptura variacutea entre 3146 y 4190 Kgcm2 Por lo que tomando el promedio tenemos un MR = 367 Kgcm2 CAacuteLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO Para un tandem de 50 y un valor de K= 166 se encuentra un espesor de pavimento de h=24 cm por lo que para valores praacutecticos se propone un espesor de pavimento de 25 cm

Figura 8 Espesor del pavimento de concreto en funcioacuten de la carga para camiones Como la graacutefica del PCA (Poacutertland Cement Association) fue realizada para un esfuerzo de trabajo a la tensioacuten de 25 Kgcm2 y el concreto de 250 Kgcm2 que se propone tiene un moacutedulo de ruptura de 367 Kgcm2 el factor de seguridad seraacute de FS = 367 25 = 15 por lo que es aceptable AMADO DE LA LOSA DEL PAVIMENTO De acuerdo a la Figura anexa para losas de 25 cm y longitudes de hasta 120 metros corresponde un aacuterea de acero de 18 cm2m

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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BIBLIOGRAFIacuteA

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Figura 9 Graacutefica para el caacutelculo de acero de refuerzo Usando Malla 6x6-44 se tiene un aacuterea total de 168 cm2 Por lo que se recomienda usar doble Malla 6x6-44 con un recubrimiento de 5 cm 7

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BIBLIOGRAFIacuteA

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