recurso suelo recurso agua
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RECURSO SUELO
1.
EL CICLO GEOLÓGICO:
El ciclo geológico terrestre es un proceso continuo de
transformación que se inició hace miles de millones
de años. Se produce gracias a la acción combinada de
dos fuerzas opuestas que actúan sobre la corteza
terrestre. Por un lado la energía geotérmica, de
origen interno o endógeno, y la fuerza de la dinámica
externa o exógena, debida principalmente a la acción
del sol.
El origen de la energía geotérmica es la propia Tierra. Se acumuló durante su fase estelar, mucho
antes de convertirse en un planeta, y transforma la corteza terrestre mediante elevaciones o
hundimientos. Es la responsable de la formación de las montañas, y tiene violentas
manifestaciones, como los terremotos o los volcanes, como se aprecia en la imagen. Estas
acciones tienden a construir nuevos relieves en la corteza terrestre.
Las fuerzas de la dinámica externa provienen del exterior de la corteza terrestre. Su origen sonprocesos como los cambios de temperatura, la lluvia, el viento, los ríos, los torrentes, el mar o
los glaciares. El ciclo geológico interno suele destruir el relieve de la corteza terrestre mediante
diversos procesos: la meteorización, la erosión, el transporte o la sedimentación.
Las fases del ciclo geológico terrestre son la gliptogénesis o proceso erosivo, la litogénesis o
proceso de formación de rocas, y la orogénesis o proceso de generación de formaciones
montañosas.
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2.
MINERALES
Se llama mineral a la sustancia natural, sólida,
homogénea e inorgánica de composición
química definida (dentro de ciertos límites).
Posee una disposición ordenada de átomos de
los elementos de que está compuesto, y esto da
como resultado el desarrollo de superficies
planas, conocidas como caras.
2.1.
PRIMARIOS
Cuando hablamos de minerales primarios nos referimos a minerales que están presentes en
el material original.
2.2.
SECUNDARIOS
Los minerales secundarios son aquellos minerales que se han formado de la descomposición
de otros minerales, llamados primarios (los que no han sufrido cambios desde su formación).
Los minerales secundarios se forman principalmente a partir del enfriamiento de minerales
primarios que son estables sólo a altas temperaturas, por procesos de meteorización, o
disolución y posterior precipitación.
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3.
ROCAS
La Tierra es un planeta rocoso: la
mayor parte de su masa se encuentra
en forma de rocas. El hombre ha
estado en contacto con ellas desde
siempre; hace milenios se conocen
rocas como el mármol, el granito o las
calizas, pero existe poco
conocimiento general sobre su formación.
Las rocas son agregados de minerales sólidos de origen natural, cuyos componentes son
definidos y se encuentran ordenados en su interior formando cristales.
Los minerales y, por lo tanto, las rocas, tienen un origen muy diverso. Según este parámetro,
existen tres categorías, cuyos procesos de formación son bien distintivos: las rocas pueden
ser ígneas, sedimentarias o metamórficas.
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3.1.
ROCAS ÍGNEAS
Las rocas ígneas (del latín ignius, “fuego”) se
originan a partir de un líquido compuesto
principalmente por roca fundida, gases disueltos
y cristales en suspensión, al que
llamamos magma. Los magmas, a su vez,
provienen de zonas profundas de la Tierra,
donde las rocas calientes, pero sólidas del manto
terrestre pueden derretirse parcialmente. El
magma se abre camino hacia arriba, dado que es
más liviano que las rocas que lo rodean, y es muy
rico en elementos pesados, que abundan en las
capas más internas de la Tierra. Así, a medida
que asciende por la corteza, se va enfriando dando origen a cristales los que al ser más
pesados que la parte líquida, se depositan al fondo. De esta forma, el líquido restante se hace
cada vez más liviano y puede seguir subiendo.
Debido a este proceso, la composición del magma cambia y se pueden ir generando
diferentes minerales, dependiendo de la temperatura y de la profundidad a la que este se
encuentre. Las rocas ígneas poseen componentes más pesados y suelen ser de color oscuro,mientras que aquellas que poseen minerales más livianos, como el cuarzo, suelen ser claras.
El curso que sigue el magma también permite clasificar las rocas. Cuando este se abre paso a
través de algún cuerpo de roca da origen a rocas intrusivas, mientras que aquel que sale y se
enfría en la superficie produce rocas extrusivas.
Para que se forme una roca intrusiva, una posibilidad es que el magma se estacione en algún
lugar profundo de la corteza y se enfríe allí lentamente, lo que facilitará la formación de
cristales grandes, pues estos tendrán tiempo de crecer y solidificarse completamente,
formando una roca plutónica. Otra posibilidad es que el magma siga ascendiendo, colándose
entre las fracturas de las rocas más superficiales, donde el contacto con estas hace que el
enfriamiento sea algo más rápido.
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Por su parte, las rocas extrusivas son las que se forman debido a las erupciones volcánicas.
Cuando el magma asciende y se estaciona en la corteza, eventualmente puede salir a la
superficie durante una erupción debido al aumento de la presión dentro la cámara que lo
alberga. En estos eventos, se generan rocas a partir de lava –nombre que recibe el magma al
salir a la superficie –una vez que esta ha perdido parte de sus gases. La lava que emana de un
cráter puede fluir, enfriándose rápidamente al exponerse a la temperatura ambiente
formando una roca volcánica, compuesta de cristales muy pequeños y de vidrio; o bien puede
ser expulsada violentamente hacia el aire en columnas que se elevan a veces kilómetros hacia
arriba, donde se enfrían extremadamente rápido y se llenan de burbujas. Estas se encuentran
compuestas principalmente por vidrio y reciben el nombre de rocas piroclásticas, un ejemplo
es la famosa piedra pómez.
3.2.
ROCAS SEDIMENTARIAS
Otro tipo de roca lo constituyen las
rocas sedimentarias. Estas están constituidas por
fragmentos de cualquier otra roca que se
encuentre en la superficie terrestre, ya sea ígnea,
sedimentaria o metamórfica, y que por efecto del
agua, el viento o el hielo, entre otros factores, hasido partida, molida, desintegrada o disuelta, para
ser luego transportada por estos agentes.
Esta acumulación de fragmentos de roca que puede tener tamaños muy variados, recibe el
nombre de sedimento. Los sedimentos pueden depositarse y con el paso del tiempo ser
compactados y pegados por una especie de cemento formado por algún mineral que se
cristalice entre los granos, originando una roca sedimentaria clástica. Los sedimentos
también pueden ser solo una precipitación de material disuelto en agua, tal como ocurre
cuando se tiene agua con mucha sal y esta se deposita en el fondo. Si el agua finalmente se
evapora, se obtendrá un agregado de cristales unidos entre sí, que dará origen a una roca
sedimentaria química.
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Las rocas sedimentarias muchas veces pueden albergar fósiles, restos de organismos del
pasado que permiten conocer la historia y evolución de la vida y los ambientes de la Tierra.
3.3.
ROCAS METAMÓRFICAS
Por último, existen las
rocas metamórficas (del griego meta,
“cambio”, y morph, “forma”), las
cuales se forman cuando una roca de
cualquier tipo es sometida a altas
presiones y/o temperaturas. Las rocas
metamórficas son las más complejas
de todas, ya que cualquier roca puede ser sometida a este proceso, por ende sus procesos de
generación pueden ser muy variados. Estas pueden formarse cuando las rocas se entierran
bajo la superficie, sufriendo gran presión debido al peso de las rocas sobre ellas, y
temperaturas más calientes a medida que se ubican a mayor profundidad; pueden originarse
cuando un magma que llega calienta la roca, o incluso debido al impacto de un meteorito. De
todos modos, algo que todas tienen en común es que sus componentes cambian. Se generan
nuevos minerales y los que existían pueden desaparecer o recristalizarse, es decir, cambiar
de forma, de tamaño, de orientación o de posición, dependiendo de las condiciones a las quese someta la roca y de cómo era esta originalmente. Incluso, cuando el metamorfismo alcanza
niveles muy altos, la roca puede ser fundida y dar origen a magma, volviendo a comenzar el
ciclo.
4.
FORMACIÓN DE LOS SUELOS
La actuación de los factores formadores (clima, vegetación, litología, geomorfología y tiempo) se
produce mediante unos procesos de edafogénesis, que pueden sucederse en el tiempo, actuar
simultáneamente e incluso ser antagónicos. Los procesos que actúan en un suelo se pueden
agrupar en tres categorías:
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4.1.
TRANSFORMACIONES (ORGÁNICAS E
INORGÁNICAS).
Conjunto de procesos que conllevan cambios de
composición y forma de los compuestos
orgánicos y/o inorgánicos que pueden afectar al
material del suelo.
4.2.
TRANSLOCACIONES:
Implica un cambio de posición de un
componente que, si bien puede ser tanto
ascendente como descendente dentro
de un perfil, habitualmente domina este
último.
Supone la concentración de materiales en ciertos puntos del perfil. Según la causa que genera
este movimiento distinguimos entre translocaciones en solución (carbonatación,
gipsificación, salinización) y translocaciones en suspensión (argiluviación).
4.3.
ADICIONES Y PÉRDIDAS:
Incluye procesos de
enriquecimiento y de
eliminación, respectivamente, de
materiales y componentes del
perfil edáfico.
5.
DEFINICIÓN DE SUELO:
Desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el sustrato físico sobre el que se realizan las
obras, del que importan las propiedades físico-químicas, especialmente las propiedades
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mecánicas. Desde el punto de vista ingenieril se diferencia del término roca al considerarse
específicamente bajo este término un sustrato formado por elementos que pueden ser
separados sin un aporte significativamente alto de energía.
Se considera el suelo como un sistema multifase formado por:
sólidos, que constituyen el esqueleto de la composición del suelo
fase líquida (generalmente agua)
fase gaseosa (generalmente aire) que ocupan los intersticios entre los sólidos.
Pueden distinguirse tres grupos de parámetros que permiten definir el comportamiento del
suelo ante la obra que en él incide:
los parámetros de identificación
los parámetros de estado
los parámetros estrictamente geomecánicos.
5.1.
LOS PARÁMETROS DE IDENTIFICACIÓN
Entre los parámetros de identificación son los más significativos la granulometría (distribución
de los tamaños de grano que constituyen el agregado) y la plasticidad (la variación de
consistencia del agregado en función del contenido en agua). El tamaño de las partículas va
desde los tamaños granulares conocidos como gravas y arenas, hasta los finos como la arcilla y
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el limo. Las variaciones en la consistencia del suelo en función del contenido en agua
diferencian también las mencionadas clases granulométricas principales.
5.1.1.
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO:
El análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la proporción de las
diferentes granolumetrías que presenta un suelo, es decir, mediante este análisis
sabemos que cantidad de suelo comprende cada intervalo granulométrico.
Tamices
Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del mismo en
diferentes fracciones, seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las
partículas de cada fracción de caracterizan porque su tamaño se encuentra
comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las
distintas fracciones, de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que
la sigue correlativamente. Las distintas fracciones son las siguientes:
Fragmentos de roca o bloque.- Trozos de roca mayor a 12”.
Bolos, bloques o pedrones.- Partículas de tamaño entre 6” y 12”.
Piedras.- Partículas de tamaño entre 3”y 6”.
Gravas (G).- Partículas de tamaño entre 3” y la malla Nº4.
Gravas gruesas.- De 3”a 3/4".
Grava fina.- De 3/4" a malla Nº4
Arena (S).- Partículas entre la malla Nº4 y la malla Nº200.
Arena Gruesa.- Entre la malla Nº4 y la malla Nº10.
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Arena media.- Entre la malla Nº10 y la malla Nº40.
Arena Fina.- Entre la malla Nº40 y la malla Nº200.
Limos y arcillas (M y C).- Partículas que pasan la malla Nº200 su clasificación se
determina por la plasticidad utilizando los límites de Atterberg.
Material Orgánico.- Es con frecuencia un componente del suelo, pero no tiene un
tamaño de los granos que sean específicos, se clasifican por la composición de las
partículas y no por su tamaño. Por ejemplo:
HUMUS.- Que se encuentra en el suelo con tamaño de 20 micras y la materia
orgánica en disolución (menor de 0.45 micras).
CARACTERÍSTICAS DEL SUELO:
Cuadro I: Suelos Muy Gruesos y Gruesos
Tipo deSuelo
TipoBásico
Tamañopartícula
(mm)Identificación visual
Naturaleza de lapartícula
Suelosmuy
gruesos
Bloques 200
Observables sólo enexcavaciones a cielo abiertoo expuestas
Forma de partícula:
Angular
Sub angular
Sub -redondeada
Plana -Redondeada
Plana - Elongada
Textura:
Áspera
Suave
Lustrosa
CantoRodado 60
Difícil de recuperar enperforaciones
SuelosGruesos
Gravas
Gruesa 20
Fácil de ver y de describir laforma de la partícula y sutamaño
Mediana 6Bien graduada: gran rangode tamaño y biendistribuida. Mal graduada:gran rango de tamaño y maldistribuida.Uniforme: existe casi
Fina 2
Arenas
Grueso 0.6
Visible poca o nadacohesión cuando seca; fácilde describir y su tamaño.
Mediana 0.2 Bien graduada: gran rangode tamaño y biendistribuida. Mal graduada:gran rango de tamaño y maldistribuida.Uniforme: existe casi unúnico tamaño.
Fina 0.06
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Cuadro II Suelos Finos y Suelos Orgánicos
Tipo deSuelo
TipoBásico
Tamañopartícula
(mm)Identificación visual
Naturalezade la
partícula
Suelos Finos
Limos
Gruesa
0.02
Casi imperceptible al ojo;
poca plasticidad y marcadadilatación; textura pocogranular; desintegrable enagua; se seca rápidamente;posee cohesión pero puedepulverizarse entre losdedos.
Sin o bajaplasticidad
Mediana0.006
Fina0.002
Arcilla
Trozos secos pueden serpartidos por los dedos perono pulverizados;desintegración lenta enagua; textura suave; granplasticidad y no dilatación;pegajosa; se secalentamente; se encoge alsecarse y cuartearse.
Baja o altaplasticidad
Suelos
Orgánicos
Arcillas,limos oarenas
orgánica
s
Variable
Gran contenido de materiaorgánica,
predominantementevegetal.
TurbaVariable
Vegetales endescomposición con coloroscuro y olor característico;bajo peso unitario.
5.1.2. CALCULO DEL LÍMITE LÍQUIDO, LÍMITE PLÁSTICO Y ÍNDICE DE PLASTICIDAD:
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir
cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado
sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente
a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad
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en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de
Atterberg.
Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido
de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo
estos procedimientos se definen tres límites:
1. Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido. Para la
determinación de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande.
2. Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico.
3. Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un
estado sólido y se contrae al perder humedad.
5.2.
PARÁMETROS DE ESTADO
Los parámetros de estado fundamentales son la humedad (contenido en agua del agregado),
y la densidad, referida al grado de compacidad que muestren las partículas constituyentes
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5.2.1.
CONTENIDO DE HUMEDAD:
Es la relación entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de su fase sólida.
Se expresa como porcentaje.
Ww=Peso del agua
Ww=Peso del suelo seco
Teóricamente varía de 0 a ∞.En la naturaleza la humedad de los varía entre límites
amplios. Se han registrado contenidos de agua de 1200 – 1400 % (Japón) valores
excepcionales. En México se han encontrado valores de 1000% y sus humedades
normales son de 500 – 600%.
Suelo Húmedo
5.2.2.
CÁLCULO DE LA DENSIDAD APARENTE:
Entendemos por densidad aparente la densidad de la muestra "in situ", es decir la
densidad de la muestra en su lugar de origen, por tanto esta la hemos de calcular en
muestras inalteradas.
(%)
100
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5.3.
PARÁMETROS ESTRICTAMENTE GEOMECÁNICOS
5.3.1.
ENSAYO DE CORTE DIRECTO:
El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzocortante de una muestra, valor que entre otras cosas nos será muy útil para el cálculo
de la estabilidad de taludes. La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a
dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a
su vez del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las partículas
granulares. Hay que decir que la resistencia al esfuerzo cortante, en obras de tierras
para carreteras se puede hallar de forma indirecta mediante otros ensayos como el del
índice C.B.R, o también, aunque se realiza con menos frecuencia, mediante el ensayo
de rotura a compresión simple.
El ensayo de corte directo se realiza sobre una muestra de suelo situada dentro de una
caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y la mitad inferior.
Simultáneamente la muestra es sometida a una carga normal constante y a un esfuerzo
lateral que se va incrementando de forma progresiva. Mientras realizamos el ensayo
vamos tomando nota del esfuerzo aplicado y el desplazamiento producido entre los
dos bloques, datos que más tarde proyectaremos en una gráfica a partir de la cual
podremos obtener la resistencia al corte de esa muestra para la carga normal aplicada.
Repetiremos el ensayo un mínimo de dos veces con diferentes cargas normales, de
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forma que proyectando los diferentes valores en una gráfica esfuerzo normal respecto
resistencia al corte podremos encontrar la envolvente de Mohr del material, con lo que
ello implica: cohesión y ángulo de rozamiento interno.
6.
CONSOLIDACION DE LOS SUELOS:
Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de
los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación
desolicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente
largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden
llegar a romper si se producen con gran amplitud.
Al observar los depósitos de material muy blandos situados en el fondo de una masa de agua,
por ejemplo un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y
aumentan las cargas sobre el suelo, se les llama proceso de consolidación.
Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación permanece esencialmente
igual la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal. Así, el
movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir sólo en la dirección vertical, proceso
denominado consolidación unidimensional.
La consolidación de un suelo es un proceso lento, puede durar meses y hasta años. Es un
proceso asintótico, es decir, que al comienzo es más veloz, y se va haciendo cada vez más lento,
hasta que el suelo llega a una nueva situación de equilibrio en la que ya no se mueve.
El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él
puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el
colapso de la misma. En muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a
la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una
carretera. La preconsolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que
deberá soportar una vez construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una
cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra.
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Consolidación de los suelos
DIFERENCIA ENTRE CONSOLIDACIÓN Y COMPACTACIÓN
La consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación producida en suelos
totalmente saturados. Por lo tanto, no es posible hablar de consolidación en terrenos en los que
el grado de saturación es inferior a 1 ya que en ese caso hablamos de compactación. A raíz de
esto, hablamos de compactación cuando el terreno no está totalmente saturado y actúan fuerzas
sobre el terreno tales como la succión capilar del agua intersticial.
En estos casos y en otros similares, las características de la consolidación de los estratos de arcilla
pueden investigarse cualitativamente, con aproximación razonable, realizando pruebas como un
ensayo edométrico o ensayos triaxiales sobre especímenes representativos del suelo, extraídos
en forma inalterada. Se puede así calcular la magnitud y la velocidad de los asentamientos
probables a las cargas aplicadas así como el tiempo de consolidación.
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Compactación de suelos
7.
PERMEAABILIDAD DE LOS SUELOS
En geología la determinación de la permeabilidad del suelo tiene una importante incidencia en
los estudios hidráulicos portante del sustrato (por ejemplo previo a la construcción de edificios
u obras civiles), para estudios de erosión y para mineralogía, entre otras aplicaciones.
La permeabilidad del suelo suele aumentar por la existencia de fallas, grietas, juntas u otros
defectos estructurales. Algunos ejemplos de roca permeable son la caliza y la arenisca, mientras
que la arcilla, margas (rocas sedimentarias de aspecto similar a la caliza, compuestas por arcillas
y carbonato de calcio a partes iguales), pizarra o el basalto son prácticamente impermeables.
Permeabilidad de suelos
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8.
TIPIFICACION DE SUELOS EN LA CIUDAD DE AREQUIPA
Debido al origen volcánico de los suelos, la
ciudad de Arequipa presenta una geología
muy errática, encontrándose unidades
constituidas por depósitos aluviales, flujos
de barro, depósitos piroclásticos, etc., las
que presentan características geotécnicas
muy variadas.
El Suelo Urbano de la ciudad de Arequipa cubre una extensión territorial de 8,203.4 has.
El Suelo Urbanizable en la ciudad de Arequipa se localiza fundamentalmente en las
siguientes zonas:
o Al Nor Oeste de la ciudad de Arequipa, entre las pampas del Cural y de la Estrella
o Al sur de la Ciudad entre Socabaya, Yarabamba y Quequeña.
El Suelo No Urbanizable se localiza al norte y al noreste de la ciudad de Arequipa
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El mapa de peligros y lineamientos para el plan
de usos del suelo de la ciudad de Arequipa,
establece recomendaciones técnicas a fin de
orientar las adecuadas construcciones, con el
propósito de que las construcciones estén
preparadas para afrontar la eventualidad de un
sismo y la incidencia de períodos
extraordinarios de lluvias y sus consecuencias.
Asimismo, las recomendaciones para las
nuevas habilitaciones urbanas, las restricciones
de uso y lo que se debe tomar en cuenta.
Toda construcción, aún con las mejores
prácticas del mundo, no va a lograr una casa
duradera, cómoda y segura si el suelo debajo
de ella es inestable. La mala calidad del suelo
es un problema real para los constructores de
hoy en día.
Los suelos que contienen turba o arcillas expansivas son los peores para construir, y un ingenierode suelos, probablemente le sugiera remover toda la tierra del lugar antes de la construcción.
Las zonas propensas a los terremotos y los deslizamientos de tierra son especialmente
susceptibles a tener una mala calidad de suelo.
Los constructores de hoy tienen la tecnología y los recursos fácilmente disponibles para construir
una casa con una base sólida.
Una buena idea es contratar a un ingeniero de suelos para inspeccionar y evaluar las condiciones
del suelo. Un ingeniero de suelos puede determinar la profundidad de las aguas subterráneas,
las características del asentamiento e informa de lo que se necesita para que su sitio sea seguro
y quede listo para construir.
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9.
MICRO ZONIFICACIÓN SÍSMICA DE AREQUIPA
De acuerdo con la caracterización de unidades geotécnicas y teniendo en cuenta los aspectos
relacionados a la geología local, se propone una microzonificación sísmica de la ciudad de
Arequipa (AP-1E).
En diferentes sectores de la ciudad, las propiedades físicas y mecánicas de los suelos superficiales
y en algunos casos datos del subsuelo, permiten distinguir hasta 4 zonas de riesgo: Alto, mediano,
moderado, bajo. De acuerdo con los resultados de los análisis y ensayos de caracterización y
determinación de las propiedades físicas y mecánicas de las muestras recolectadas, se han
caracterizado los siguientes tipos de suelos: (el sistema de clasificación empleado para el
presente trabajo, esta basado en el Sistema de Clasificación Unificado (S. U. C. S.). En primer
término presentaremos de manera sintética los diferentes suelos que han podido ser
diferenciados en base a las características granulométricas y valores de capacidad portantes.
9.1.
SUELO I: Constituido por rocas Pre-terciarias, con características muy estables de
resistencia; por lo tanto presentan valores de capacidades portantes mayores a 3.0 kg/cm2.
9.2.
SUELO II: Caracterizado por suelos granulares, gravosos con matriz limo-arenosa bien
compactos, la presencia del nivel freático se encuentra a profundidades mayores a 30 mts.,presentando capacidades portantes mayores a 2.50 kg/cm2 .
Estos suelos están caracterizados por gravas de formas angulosas mezcladas con arenas
aluviales, con tallas de gravas comprendidas entre 4.74 mm - 76.20 mm; para el caso de las
arenas, están comprendidas entre la fracción de 4.76 mm - 0.74 mm.
9.3.
SUELO III: Gravas y arenas poco compactas, presencia de materiales piroclásticos,
estratificados, predominantemente constituido por arenas media a finas, determinándose
los valores de capacidad portantes menor o igual 2.0 kg/cm2 .
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Están caracterizados por la presencia de arenas, con un alto porcentaje de materiales finos
con diámetros menores a 0.74 mm, los cuales pueden o no presentar características
plásticas.
9.4.
SUELO IV: Condiciones de suelo más desfavorable por la presencia predominante demateriales piroclásticos y niveles freáticos superficiales, con previsibles consecuencias de
asentamientos del terreno y amplificación sísmica; presentando valores de capacidades
portantes inferiores a 1.0 kg/cm2 .
Estos materiales (limo orgánicos), están caracterizados por partículas de tamaños menores
a 0.74 mm, sin presentar propiedades plásticas, por lo que no corresponderían a la fracción
de arcillas.
De acuerdo con la tipología de los suelos mencionada presentaremos una microzonificación,
tomando en cuenta la potencialidad de riesgo sísmico que pueda inducir el suelo en las
edificaciones; la simbología en el mapa (Ap. 1-E) es: zonas de alto riesgo (color rojo), mediano
riesgo (color anaranjado), moderado riesgo (color amarillo), bajo riesgo (color verde), (ver AP-
1E).
9.5.
ZONA DE ALTO RIESGO
Consideramos que una zona crítica es la que corresponde a los suelos paludiales que
ocurren en la zona sur de la ciudad, donde los materiales piroclásticos (arenas eólicas),
arenas y limos orgánicos y la presencia de un nivel freático que corta la superficie, hacen de
esta zona un sector inestable; a mayor profundidad mejora la 52 calidad del suelo (aumento
de materiales granulares gravo- arenosos) y por lo tanto las condiciones para la cimentación
La capacidad portante puede ser menor a 0. 7 Kg/cm2 y un periodo de vibración de 0.52
seg. y tiene tendencia a la amplificación, densificación y probable licuefacción.
Este tipo de suelo ocurre en la zonas de Bellapampa, Lara, Chilpinilla en el sector de
Socabaya a ambos lados del río Socabaya (AP-1E). Otra zona considerada de alto riesgo es
la del área colindante con los domos de la cordillera de Cortaderas en el cono norte; en este
sector se presentan materiales granulares sueltos, correspondientes a coluviales, lo cuales
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son de baja compacidad y pueden presentar inestabilidad bajo solicitaciones dinámicas,
pudiendo ser causa de desprendimientos y derrumbes de los taludes. Hacia la zona Sur se
tiene en el distrito de Sabandía la presencia de acuíferos en el sector de Yumina, los cuales
probablemente tengan un origen (paludial) similar y con las mismas características ya líneas
arriba señaladas.
9.6. ZONA DE MEDIANO RIESGO
Esta zonas presentan superficialmente horizontes de tonos claros de tobas y niveles con
abundantes fragmentos de pómez, que tienen espesores de 0.30 a 0.40 m con capas
aluviales intercaladas, correspondiendo a la parte superior de la unidad Alv. - 3. Además se
consideran dentro de esta zona a gravas y arenas que rellenan los fondos de los valles y
principales quebradas. La capacidad portante calculada evacua un valor superior a 0.7
Kg/cm2 y el periodo de vibración del suelo es de 0.47 seg.. Estos materiales son los
denominados depósitos piroclásticos , alcanzan solo un espesor de 1. 50 m. con un suelo
superficial bien desarrollado, por lo que el efecto negativo de compresibilidad podrían
causar solo pequeños efectos de asentamientos diferenciales. En esta zonas solo existen
viviendas de 1 a 2 pisos, por lo que el peligro de asentamientos es mediano y en 53 el caso
de construir edificios de varios pisos se recomienda limpiar o mover estos horizontes
superficiales.En el sector oriental de la ciudad, las quebradas de Bateones en Alto Selva Alegre y San
Lázaro en Miraflores. Hacia el sector sur, las márgenes de los cauces de los ríos Sabandía,
Cachimayo y aguas abajo el río Socabaya.
9.7.
ZONA DE MODERADO RIESGO
Consideramos en esta zona la mayor parte del área urbana de la ciudad de Arequipa, donde
los materiales aluviales, presentan buenas condiciones como lecho de fundación. En el
sector norte. Las cenoglomeraditas (flujos de barro), 54 gravas, fanglomerados y arenas
tufáceas tienen una capacidad portante inferior a 2.0 Kg/cm2 y un periodo de vibración que
puede variar de 0.16 a 0.42 seg.
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Estos depósitos que conforman los abanicos aluviales volcánicos del aeropuerto y la franja
hacia el oeste; además la zona comprendida entre Carmen Alto, parte baja de Yanahuara,
Umacollo hasta la planicie de Sachaca. El Cercado de la ciudad hacia el sector sur donde el
río Chili confluye con el río Socabaya. También el sector correspondiente a los aluviales
volcánicos al pie del Misti detrás de los macizos de rocas andesíticas (Huarangueros) se
considera como de moderado riesgo.
9.8.
ZONA DE BAJO RIESGO
Se considera dos tipos de rocas: las masivas, duras y altamente cohesivas rocas ígneas
intrusivas y las volcánicas que presentan una capacidad portante de más de 10 Kg/cm2 ,
bien estables y con un periodo de vibración del suelo de 0.15 seg. y los suelos asociados a
los flujos de lodo de la parte oriental de la ciudad y los tufos puzolánicos (sillar) del sector
occidental con periodos de vibración de 0.30 seg.
Están incluidos los afloramientos rocosos en Hunter, Sachaca y Tiabaya, parte de San
Francisco en Characato, constituido por materiales de buenas características y adecuadas
para la fundación de las cimentaciones.
10.
LICUEFACCIÓN DE SUELO
La licuefacción de suelo describe el comportamiento de suelos que, estando sujetos a la acción
de una fuerza externa (carga), en ciertas circunstancias pasan de un estado sólido a un estado
líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado. Es un tipo decorrimiento, provocado
por la inestabilidad de un talud. Es uno de los fenómenos más dramáticos y destructivos y,
además, más polémicos y peor explicados que pueden ser inducidos en depósitos por acciones
sísmicas.
Es más probable que la licuefacción1 ocurra en suelos granulados sueltos saturados o
moderadamente saturados con un drenaje pobre, tales como arenas sedimentadas o arenas y
gravas que contienen vetas de sedimentos impermeables.
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Durante el proceso en que actúa la fuerza exterior, por lo general una fuerza cíclica sin drenaje,
tal como una carga sísmica, las arenas sueltas tienden a disminuir su volumen, lo cual produce
un aumento en la presión de agua en los poros y por lo tanto disminuye la tensión de corte,
originando una reducción de la tensión efectiva.
Los suelos más susceptibles a la licuefacción son aquellos formados por depósitos jóvenes
(producidos durante el Holoceno, depositados durante los últimos 10,000 años) de arenas y
sedimentos de tamaños de partículas similares, en capas de por lo menos más de un metro de
espesor, y con un alto contenido de agua (saturadas). Tales depósitos por lo general se presentan
en los lechos de ríos, playas, dunas, y áreas donde se han acumulado arenas y sedimentos
arrastrados por el viento y/o cursos de agua. Algunos ejemplos de licuefacción son arena
movediza, arcillas movedizas, corrientes de turbidez, y licuefacción inducida por terremotos.
Licuefacción de suelos
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RECURSO AGUA
1.
DEFINICION:
El agua es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de
oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El
término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque la misma puede
hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en su forma gaseosa denominada vapor.
El agua cubre el 71 % de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en los
océanos, donde se concentra el 96,5 % del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen
el 1,74 %, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales son
el 1,72 % y el restante 0,04 % se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo,
atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.
Agua
2.
CICLO DEL AGUA
Desde el punto de vista de la física, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o
transpiración (evapotranspiración), precipitación y desplazamiento hacia el mar.
Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su
curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45 000 km³ al año. En tierra firme, la
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RECURSO SUELO – RECURSO AGUA 26
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evaporación y transpiración contribuyen con 74 000 km³ anuales a causar precipitaciones de 119
000 km³ cada año.
Ciclo del agua
3.
IMPORTANCIA
Se estima que aproximadamente el 70 % del agua dulce se destina a la agricultura. El agua en la
industria absorbe una media del 20 % del consumo mundial, empleándose en tareas de
refrigeración, transporte y como disolvente de una gran variedad de sustancias químicas. El
consumo doméstico absorbe el 10 % restante.
El agua es esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas por el hombre, incluida la
humana. El acceso al agua potable se ha incrementado durante las últimas décadas en la
superficie terrestre. Sin embargo, estudios de la FAO estiman que uno de cada cinco países en
vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes de 2030; en esos países es vital un
menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego.
Riego agricultura
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4.
EL AGUA Y LA INGENIERIA CIVIL:
4.1.
INGENIERÍA HIDRÁULICA
La ingeniería hidráulica es la rama de la ingeniería que se ocupa de la proyección y ejecución
de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía
hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización u otras, sea para la construcción de
estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques,
represas, canales, puertos, muelles, esclusas, rompeolas, adecuación de entre otras
construcciones.
Represa
Canales (Irrigaciones)
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Puertos
Acueductos
Disipadores de energía
4.2.
CONCRETO Y EL AGUA:
Las aguas potables y aquellas que no tengan sabores u olores pueden ser utilizadas para
preparar concreto, sin embargo algunas aguas no potables también pueden ser usadas si
cumplen con algunos requisitos , en nuestro país es frecuente trabajar con aguas no potable
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sobre todo cuando se tratan de obras en las afueras de las ciudades .El estudio de las
características del agua a utilizar en la mezcla del concreto adquiere gran importancia ya
que este material interviene en la reacción química con el material cementante (cemento)
para lograrla.
Concreto
a)
LA FORMACIÓN DE GEL
Se define como gel a la parte sólida de la pasta la cual es el resultado de la reacción
química del cemento con el agua durante el proceso deshidratación. En su estructura
el gel es una aglomeración porosa de partículas sólidamente entrelazadas el conjunto
de las cuales forman una red eslabonada que contiene material amorfo.
b)
EN ESTADO FRESCO
Facilita una adecuada manipulación y colocación de la misma.
c)
EN ESTADO ENDURECIDO
La convierten en un producto de las propiedades y características deseadas. Es
importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque esta
velocidad determinara el tiempo de fraguado y de endurecimiento.
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La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al
transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido
colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido.
d)
CURADO DEL CONCRETO
El curado es el proceso por el cual se busca mantener saturado el concreto hasta que
los espacios de cemento fresco, originalmente llenos de agua sean reemplazados por
los productos de la hidratación del cemento. El curado pretende controlar el
movimiento de temperatura y humedad hacia dentro y hacia afuera del concreto.
Busca también, evitar la contracción de fragua hasta que el concreto alcance una
resistencia mínima que le permita soportar los esfuerzos inducidos por ésta.
La falta de curado del concreto reduce drásticamente su resistencia.
Existen diversos métodos de curado: curado con agua, con materiales sellantes y
curado al vapor. El primero puede ser de cuatro tipos: por inmersión, haciendo uso
de rociadores, utilizando coberturas húmedas como yute y utilizando tierra, arena o
aserrín sobre el concreto recién vaciado.
Curado del concreto
4.2.1.
REQUISITOS DE CALIDAD
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El agua que ha de ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los
requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia potable. No existen criterios
uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y sustancias presentes en el
agua que va a emplearse .La Norma Peruana NTP339.088.
4.2.2.
Recomendaciones Adicionales:
El agua deberá estar libre de azúcares o sus derivados. Igualmente lo estará de
sales de potasio o de sodio.
Si se utiliza aguas no potables, la calidad del agua, determinada por análisis de
Laboratorio, deberá ser aprobada por la Supervisión.
La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basará en resultados en los
que se ha utilizado en la preparación del concreto el agua de la fuente elegida.
4.2.3.
AGUAS PROHIBIDAS
A continuación se da una relación de aguas naturales que existen en la naturaleza y que
sin necesidad de realizar ensayos en laboratorio deben ser desechados definitivamente
para su utilización en la preparación del concreto, como son:
Aguas ácidas En general, el agua de mezclado que contiene ácidos clorhídrico,
sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm
no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores
que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo
posible
Aguas calcáreas minerales; carbonatadas; o naturales
Aguas provenientes de minas o relaves
Aguas que contengan residuos industriales
Aguas con un contenido de cloruro de sodio mayor del 3%; o un contenido de sulfato
mayor del 1%.
Aguas que contengan algas, materia orgánica: humus; partículas de carbón; turba;
azufre; o descargas de desagües.
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Aguas que contengan ácido húmico u otros ácidos orgánicos.
Aguas que contengan azucares o sus derivados.
Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos, en especial en
todos aquellos casos en que es posible la reacción álcali-agregado. Las aguas con
concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran
medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin
embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. El
hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene
poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la
misma concentración al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la
resistencia a los 28 días.
Aguas de enjuague; La Agencia de Protección Ambiental y las agencias estatales de los
EEUU prohíben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que han
sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para lavar
las mezcladoras.
Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia
orgánica. Luego que estas aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la
concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es
demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia.
4.2.4.
AGUA DE MAR
Aun cuando un concreto hecho con agua de mar puede tener una resistencia temprana
mayor que un concreto normal, sus resistencias a edades mayores (después de 28 días)
pueden ser inferiores. Esta reducción de resistencia puede ser compensada reduciendo
la relación agua – cemento.
El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no deberá
usarse en concretos presforzados debido al riesgo de corrosión del esfuerzo,
particularmente en ambientes cálidos y húmedos.
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El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar
eflorescencia y humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua. En
algunos casos muy excepcionales puede ser necesario utilizar agua de mar en la
preparación del concreto.
En estos casos debe conocerse el contenido de sales solubles, así como que para una
misma concentración los electos difieren sí hay un contacto duradero, con renovación o
no del agresivo, o si se trata de una infiltración. Debe recordarse que mucha menor
intensidad tiene el ataque del agua de mar al concreto si se trata de un contacto sin
renovación ya que el agente activo se agota y su acción se modifica por la presencia de
nuevos productos formados por la reacción, caso en que la reacción tiende a anularse.
El agua de mar sólo podrá utilizarse como agua de mezclado en la preparación del
concreto con autorización previa escrita del Proyectista y la Supervisión, la misma que
debe de figurar en el Cuaderno de Obras. Está prohibido su uso en los siguientes casos:
Construcciones en el mar
4.2.5.
EFECTOS DE LAS IMPUREZAS EN EL AGUA
El carbonato de sodio: Puede causar fraguados rápidos En concentraciones fuertes estas
sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. También se
deberá considerar la posibilidad que presenten reacciones álcali – agregado graves.
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Cloruros: La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de
mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que los iones de cloruro
pudieran tener en la corrosión del acero de refuerzo, o de los torones del presfuerzo.
Sulfatos: El interés respecto a un elevado contenido de sulfatos en el agua, se debe a las
posibles reacciones expansivas y al deterioro por ataque de sulfatos, aquellos
lugares donde el concreto va a quedar expuesto a suelos o agua con contenidos elevados
de sulfatos.
Los carbonatos de calcio y de magnesio no son tan solubles en el agua y rara vez se les
encuentra en concentraciones suficientes para afectar la resistencia del concreto. En
algunas aguas municipales se pueden encontrar bicarbonatos de calcio y de magnesio.
No se consideran dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm de
bicarbonato en estas formas. Se han obtenido buenas resistencias con
concentraciones hasta de 40000 ppm de cloruro de magnesio. Las concentraciones en
sulfatos de magnesio deberán ser inferiores a 25000 ppm.
Las aguas freáticas naturales rara vez contienen más de 20 a 30 ppm de hierro; sin
embargo las aguas de mina acidas pueden contener cantidades muy grandes. Las sales
de hierro en concentraciones hasta 40000 ppm normalmente no afectan de manera
adversa al desarrollo de la resistencia.
Las sales de magnesio, zinc, cobre y plomo presentes en el agua pueden provocar una
reducción considerable en la resistencia y también grandes variaciones en el tiempo de
fraguado. De estas, las más activas son las sales de zinc, de cobre y de plomo. Las sales
que son especialmente activas como retardantes, incluyen el yodato de sodio y borato
de sodio, fosfato de sodio. Generalmente se puede tolerar en el agua de mezclado
concentraciones de estas sales hasta de 500 ppm. Otra sal que puede ser dañina al
concreto es el sulfuro de sodio; aun la presencia de 100 ppm requiere de ensayos.
Sustancias Orgánicas; El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas
naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la
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resistencia última del concreto, es un problema que presenta una complejidad
considerable.
Las aguas que estén muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguasen
que sean visibles algas verdes o cafés deberán ser vistas con desconfianza y en
consecuencia ensayadas.
Sedimentos o partículas en suspensión; Se puede tolerar en el agua
aproximadamente2, 000 ppm de arcilla en suspensión o de partículas finas de roca.
Cantidades mayores podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras
propiedades de algunas mezclas de concreto. Antes ser empleada, cualquier agua lodosa
deberá pasar a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por
cualquier otro medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a
la mezcla. Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague
recicladas, se pueden tolerar 50,000 ppm.
Azúcar; Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento,
normalmente retarda el fraguado del cemento. El límite superior de este rango varía
respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 días puede verse reducida, en tanto
que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azúcar en cantidades de0.25% o más
del peso del cemento puede provocar un fraguado rápido y una reducción sustancial de
la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar afecta al tiempo de fraguado y a la
resistencia de manera distinta. Menos de 500 ppm de azúcar en el agua de mezclado,
generalmente no producen un efecto adverso en el desarrollo de la resistencia, pero si
la concentración sobrepasa esta cantidad, se deberán realizar ensayos para analizar el
tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.
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Eflorescencia
4.2.6. ALMACENAMIENTO
El agua a emplearse en la preparación del concreto se almacenara, de preferencia, en
tanques metálicos o silos. Se tomaran las precauciones que eviten su contaminación. No
es recomendable almacenar el agua de mar en tanques metálicos.
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BIBLIOGRAFIA:
Tarbuck, E.J.; Lutgens F.K y Tasa D. (2005) Ciencias de la Tierra: Una introducción a la
geología física. Madrid, Pearson Educación, Prentice Hall.
MECANICA DE SUELOS FUNDAMENTO DE LA MECANICA DE SUELOS ; Juarez Badillo – Rico
Rodriguez
PRINCIPIO DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES; Braja M. Das.
TECNOLOGIA DEL CONCRETO; Flavio Avant Castillo