Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Civil

CRITERIOS BSICOS PARA EL DISEO Y CONSTRUCCIN DE PISOS DE CONCRETO, PARA CUARTOS DE REFRIGERACIN

Mario Giovanni Torres Fuhrer Asesorado por el Ing. Francisco Ruiz Cruz

Guatemala, octubre de 2006

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

CRITERIOS BSICOS PARA EL DISEO Y CONSTRUCCIN DE PISOS DE CONCRETO, PARA CUARTOS DE REFRIGERACINTRABAJO DE GRADUACIN PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERA POR

MARIO GIOVANNI TORRES FUHRERASESORADO POR EL ING. FRANCISCO RUIZ CRUZ AL CONFERRSELE EL TTULO DE INGENIERO CIVIL GUATEMALA, OCTUBRE DE 2006

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVADECANO VOCAL I VOCAL II VOCAL III VOCAL IV VOCAL V SECRETARIA Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Inga. Glenda Patricia Garca Soria Lic. Amahn Snchez lvarez Ing. Julio David Galicia Celada Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz Br. Elisa Yazminda Vides Leiva Inga. Marcia Ivonne Vliz Vargas

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADODECANO EXAMINADOR EXAMINADOR EXAMINADOR SECRETARIO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson Ing. Ronald Estuardo Galindo Cabrera Ing. Sergio Vinicio Castaeda Lemus Ing. Alfredo Enrique Beber Aceituno Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

AGRADECIMIENTO ESPECIAL A:

Dios

Por estar conmigo en todo momento, darme fuerza, sabidura, y guiarme para poder culminar mi carrera. Gracias por darme la oportunidad de realizar una meta de mi vida.

DEDICATORIA A:

MI PATRIA LA UNIVERSIDAD MIS PADRES

Guatemala San Carlos de Guatemala Mario R. Torres Meja. A. Teresa Fuhrer de Torres. Quienes con su amor, apoyo y enseanza, han logrado hacer de m, lo que soy.

MI ESPOSA

Ana Marleny Bances de Torres. Quien con su amor, apoyo y dedicacin, me fortaleci para concluir mi carrera.

MI HIJO

Esteban Javier Torres Bances Quien con su amor y alegra, me estimul a llevar a cabo mi meta.

MI FAMILIA EN GENERAL LA FAMILIA DE MI ESPOSA MIS AMIGOS

Por su apoyo incondicional. Por su apoyo y consejos. Por su amistad y momentos compartidos.

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES LISTA DE SMBOLOS GLOSARIO RESUMEN OBJETIVOS INTRODUCCIN 1. CUARTOS REFRIGERADOS 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2 Antecedentes Aplicaciones de la refrigeracin Parmetros importantes para el diseo de cuartos fros Tamao de la unidad de enfriamiento Capacidad de almacenamiento Ubicacin y disposicin de la instalacin

V IX XI XIII XV XVII

1 2 4 8 10 11

PREPARACIN DEL TERRENO DE APOYO 2.1 2.2 2.3 2.4 Preparacin de la subrasante Formaleta Colocacin de formaleta y guas maestras Barreras de vapor 13 14 14 15

I

3

AISLAMIENTO 3.1 3.2 3.3 3.4 Valor R Efectos de la humedad Eleccin de aislantes Materiales aislantes ms comunes 3.4.1 El corcho 3.4.2 Lana de vidrio 3.4.3 Madera aislante 3.4.4 Poliestireno expandible 3.4.5 Poliuretano 3.5 Aislamiento recomendable 21 23 23 24 25 25 25 26 26 27

4.

CONSIDERACIONES DE DISEO Y CONSTRUCCIN PARA PISOS 4.1 4.2 Clases de pisos Espesor 4.2.1 Pisos y losas sobre el terreno de apoyo 4.2.1.1 4.2.1.2 4.3 4.3.1 Espesor mnimo Espesor de diseo 32 34 34 35 36 38 39 61 63 64 66 73 73 75 80

Losas de concreto Concreto con aire incluido 4.3.1.1 4.3.1.2 4.3.1.3 4.3.1.4 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Cemento Prtland Agua de mezclado y revenimiento Agregados Aditivos

Colado y tendido del concreto Consolidacin del concreto 4.3.3.1 Vibracin Nivelacin

II

4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9 4.4 4.5 Juntas 4.5.1 4.5.2 4.5.3 5.

Aplanado Bordeado y junteado Emparejado Acabado Curado

81 82 83 84 86 87 88 89 90 93

Acero de refuerzo Juntas de aislamiento Juntas de contraccin Juntas de construccin

PISOS DE CUARTOS FROS 5.1 5.2 Mtodo de construccin Problemas en losas 99 102 121 123 125 127

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFA

III

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS 1 2 3 Grfica de diseo para ejes con ruedas sencillas Seccin pulida de un concreto con aire incluido, vista a travs del microscopio Relacin entre el contenido de aire y la expansin de especmenes de prueba, durante 300 ciclos de congelacin y deshielo, para varios tamaos mximos de agregado 4 5 6 Efecto que el aire incluido tiene en la resistencia a la congelacin-deshielo del concreto en pruebas de laboratorio Efecto del intemperismo sobre las losas de piso en el terreno de pruebas al aire libre, para estudios a largo plazo Efecto de la inclusin de aire y del contenido del cemento, en el comportamiento de especmenes de concreto expuestos a un suelo con sulfatos 7 Comportamientos de concretos con aire incluido y sin aire incluido, expuestos a un suelo con sulfatos segn el tipo y el contenido de cemento 8 9 Efecto que el contenido de aire tiene en la reduccin de la expansin, debida a la reaccin lcali-slice Relacin tpica entre la resistencia a compresin a 28 das, y la relacin agua-cemento para una amplia variedad de concretos con aire incluido usando cemento Tipo I 57 56 55 54 48 47 43 41 36

V

10 Reducciones en los contenidos de agua y de arena, obtenidas a distintos niveles de contenidos de aire y de cemento 11 Relacin entre el contenido de aire y la resistencia a compresin a 28 das, para concretos con contenidos de cemento constantes 12 Relacin entre el tamao del agregado, el contenido de cemento, y el contenido de aire del concreto 13 Relacin entre el porcentaje de agregado fino, y el contenido de aire del concreto 14 Localizacin de juntas 15 Juntas de aislamiento en columnas 16 Tipos de juntas de contraccin 17 Junta con pasajuntas liso 18 Detalle de la cimbra en juntas de construccin 19 Placa de carga con forma de diamante, aplicada en una junta de construccin 20 Placa de carga con forma de diamante, aplicada en una interseccin de losas 21 Sistema de aireacin natural 22 Sistema de calefaccin artificial TABLAS I II III IV V Valores de R para aislantes comunes Especificaciones Elastopor serie 400 Espesores mnimos recomendables para aislamiento en pisos, con paneles prefabricados de poliuretano Clasificacin de pisos Espesores mnimos 29 31 35 22 28 96 100 101 95 66 89 90 92 94 95 62 59 58

VI

VI VII

Contenido total de aire para concreto resistente a la congelacin Requisitos para condiciones de exposicin especial descongelantes

42 44 45 46 94 97

VIII Requisitos para concreto expuesto a productos qumicos IX X XI Consecuencias que provoca la inclusin de aire, en las propiedades del concreto Tamao y espaciamiento de los pasajuntas lisos Tamao y espaciamiento de las placas de carga con forma de diamante

VII

LISTA DE SMBOLOS

ACI ASTM fc Fy s F L R

Instituto Americano del Concreto Sociedad Americana para Pruebas de Materiales Resistencia a la compresin del concreto Resistencia del acero a la fluencia Porcentaje de acero requerido Factor de friccin entre la losa de concreto y la subrasante Longitud de la losa entre juntas Medida de la resistencia que el aislante ofrece al movimiento del calor

IX

GLOSARIO

Aditivo

Ingrediente opcional del concreto que modifica sus caractersticas.

Aislamiento

Mtodo que reduce la transmisin de calor, humedad, sonido, luz, etc.

Aplanado

Proceso que consiste en eliminar los puntos altos y bajos de las losas, e incrustar las partculas grandes de agregado.

Barrera de vapor Columna

Membrana impermeable que evita el paso de vapor. Elemento con una razn entre altura y menor dimensin lateral mayor que tres.

Concreto

Mezcla de cemento hidrulico, agregados, agua y una mnima cantidad de aire.

Curado

Proceso en el cual se mantiene la humedad del concreto nuevo por medio de agua o qumicos, mientras el concreto fragua.

Formaleta

Molde diseado para resistir distintos esfuerzos en el proceso de colocacin de concreto. ste da la forma al elemento fundido.

XI

Junta de aislamiento

Separa estructuralmente un elemento de otro para permitir movimientos diferenciales, tanto horizontales como verticales.

Junta de contraccin

Soporta los movimientos diferenciales producidos por la contraccin por secado, haciendo que la grieta aparezca en la junta.

Junta de construccin

Se utiliza en la unin de concreto endurecido con concreto fresco.

Nivelacin

Proceso que consiste en retirar el exceso de concreto de la superficie superior de una losa para dejarla en el nivel apropiado.

Sistema de aireacin

Permite la ventilacin del subsuelo, evitando que el mismo se congele.

Sub-rasante

Suelo preparado para resistir cargas distribuidas, por parte de algn elemento apoyado sobre el mismo.

Trabajabilidad

Grado de simplicidad con la cual se puede trabajar un concreto determinado.

Vibrado

Mtodo por el cual se consolida o compacta el concreto en el momento de la fundicin.

XII

RESUMEN

Este trabajo de tesis inicia con una breve introduccin sobre cuartos fros. Se detalla acerca de las aplicaciones, antecedentes, y tambin algunos aspectos generales que se deben considerar, para la construccin de dichos cuartos. Posteriormente, se describen algunas consideraciones para la

preparacin del terreno de apoyo, ya que, ste es el que soporta finalmente toda la carga. Tambin se explica la importancia y funcin de la barrera de vapor, que es de gran ayuda en todos los pisos apoyados sobre el terreno. Despus se menciona el desempeo e importancia del aislamiento, que mejora la eficiencia y economa del proceso de enfriamiento en un cuarto refrigerado. Se presentan los materiales aislantes ms comunes, describiendo las ventajas y desventajas de cada uno. Se detallan las consideraciones para el diseo y construccin de pisos. Se hace nfasis en el concreto con aire incluido, ya que es una importante solucin en pisos de cuartos fros. Por ltimo, se recomienda un mtodo de construccin, presentando distintas opciones en cada proceso constructivo. Esta recomendacin result de recopilar informacin bibliogrfica y de campo. Se realizaron visitas a empresas dedicadas al tema, y a obras que estaban en proceso de construccin o ya terminadas. Se tomaron en cuenta los problemas surgidos en varias obras.

XIII

OBJETIVOS

GENERALES 1. Presentar los criterios bsicos para el diseo de pisos de concreto para cuartos de refrigeracin. 2. Generar una gua del proceso de construccin de pisos de concreto para cuartos fros, para que los profesionales de la Ingeniera los apliquen y obtengan como resultado pisos con alta durabilidad.

ESPECFICOS 1. Describir las aplicaciones de cuartos fros. 2. Presentar la funcin e importancia del sistema de aireacin, adems, describir ciertos tipos del mismo. 3. Detallar el empleo y funcin de la barrera de vapor en pisos de cuartos fros. 4. Sealar el funcionamiento y particularidades del aislamiento, as como los distintos tipos del mismo. 5. Describir las caractersticas y consideraciones del piso final.

XV

6. Presentar un mtodo constructivo para pisos de concreto, para cuartos de refrigeracin.

XVI

INTRODUCCIN

Mediante la construccin y el mantenimiento de cuartos fros, los productores, empacadores y expendedores de ciertos productos alimenticios, pueden almacenar y conservar la calidad del producto fresco hasta el consumidor final, brindando al mercado cierta flexibilidad que permite el aumento en las ventas del producto en un mayor tiempo. Actualmente, en Guatemala no existen normas de diseo y construccin acerca de pisos para cmaras fras, por lo cual, los constructores utilizan diferentes mtodos de construccin y distintos criterios. Es necesario contar con documentacin accesible a los profesionales de la construccin, que presente las consideraciones de diseo de pisos en reas expuestas a condiciones severas, como lo son temperaturas bajo cero y el ataque de qumicos. La economa guatemalteca requiere una importante cantidad de cmaras de enfriamiento y refrigeracin, y se conoce de muchas fallas en este tipo de construccin, por lo que se ha considerado necesario, ofrecer a los profesionales de la Ingeniera Civil, lineamientos que permitan mejorar la metodologa de diseo, y prcticas constructivas de este tipo de obras civiles. El piso debe tener las caractersticas apropiadas, para no permitir que se congele el subsuelo, evitar la infiltracin de calor en el cuarto, resistir las acciones trmicas y qumicas, y soportar las distintas cargas.

XVII

Dependiendo del uso o de la temperatura a la cual estar expuesto el piso de la cmara, recomiendo en este trabajo diferentes criterios y procesos constructivos.

XVIII

1.

CUARTOS REFRIGERADOS

1.1

Antecedentes Por miles de aos, el agua y el hielo fueron los nicos medios de

enfriamiento. Es hasta en la historia de la antigua China, que se encuentra referencia al uso de estos fenmenos naturales de refrigeracin, para mejorar la forma de vida de las personas. Ellos recolectaban y almacenaban el hielo, slo para enfriar bebidas en estacin de verano. A travs del desarrollo de la humanidad, al llegar a la poca colonial, ya en el siglo XIX, el hielo era un artculo importante en el comercio con pases extranjeros, y los empacadores de carne, carniceras, cerveceras y otras industrias comenzaron a utilizar refrigeracin mecnica lo que lejos de ser un lujo ya era una necesidad.1 Las civilizaciones antiguas utilizaban la refrigeracin cuando se dispona de ella en forma natural. Los emperadores romanos hacan que los esclavos transportaran el hielo y la nieve desde las montaas, con el fin de utilizarlos para preservar alimentos y disponer de bebidas fras en la estacin clida. Estas fuentes naturales de refrigeracin eran extremadamente limitadas, si se piensa en su ubicacin, temperaturas y la distancia a que se poda transportar. Alrededor del ao 1850, se empezaron a desarrollar los medios para producir refrigeracin, utilizando maquinaria; a estos se les dio el nombre de refrigeracin mecnica.

1

Se emplea el trmino refrigeracin para indicar el mantenimiento de un cuerpo a una temperatura menor que la de sus alrededores. Para mantener o producir esta baja temperatura, es necesario transferir calor desde el cuerpo o espacio por enfriar. Un refrigerador es un dispositivo que se emplea para lograr este efecto a base de gastar energa del exterior en forma de trabajo o de calor, o de ambos. Para que el refrigerador opere continuamente, es necesario, adems, que ceda calor a un sumidero externo, por lo general, la atmsfera. De esta manera, se puede considerar a los refrigeradores como mquinas de calor que trabajan en sentido inverso; para efectos de comparacin, con el criterio de Carnot.

1.2

Aplicaciones de la refrigeracin Es conveniente clasificar las aplicaciones de la refrigeracin en las

siguientes categoras: domstica, comercial, industrial y de aire acondicionado. A veces se considera a la refrigeracin aplicada al transporte como una categora aparte; la refrigeracin domstica se utiliza en la preparacin y conservacin de los alimentos, fabricacin del hielo y para enfriar bebidas en el hogar. La refrigeracin comercial se utiliza en las tiendas de venta al menudeo, restaurantes e instituciones, con los mismos fines que en el hogar. La refrigeracin industrial es necesaria en la industria alimenticia para el procesamiento, preparacin y preservacin en gran escala. Aqu se incluye su utilizacin en las plantas de enfriamiento y congelacin de alimentos, cuartos refrigerados, cerveceras y lecheras, para citar slo unas pocas aplicaciones. Cientos de otras industrias utilizan la refrigeracin, entre ellas se encuentran las plantas para la fabricacin de hielo, refineras de petrleo y plantas de la industria farmacutica. La refrigeracin tambin se utiliza extensamente, tanto

2

en el aire acondicionado para el confort de las personas, como en el aire acondicionado para uso industrial. Los diversos tipos de refrigeracin moderna aplicados en almacenes, bodegas, aeroplanos, barcos y camiones, hacen posible hoy en da el almacenamiento y transporte de todo tipo de artculos. Y eso ha coadyuvado a mejorar la economa de muchos sectores como: agrcolas, lecheras y ganaderas entre otras. Al ser un medio de preservar los productos en trnsito a consumidores lejanos. La refrigeracin de productos alimenticios o perecederos, es

probablemente una de las aplicaciones ms grandes de la refrigeracin industrial. Tomando en consideracin que el proceso inicia desde la recepcin de las materias primas y se extiende al consumo. Para desarrollar la disciplina frigorfica propiamente dicha, y antes de citar los cuartos refrigerados cabe aclarar que en vez de usar las expresiones de refrigeracin comercial y de refrigeracin industrial, se har mas bien una primera y fundamental clasificacin, como reflexin en el ms amplio sentido de la palabra. Esta se presenta de la forma siguiente: Refrigeracin para conservacin o de alta temperatura. Se escogen, en esta denominacin, todas aquellas instalaciones que en mayor o menor medida se adapten a las actividades siguientes: Cmaras de conservacin para productos alimenticios, en mercados y comercios al pblico. Vitrinas de exposicin para grandes almacenes al pblico, como tambin a pequeos y medianos comercios.

3

Armarios para bares y cafeteras, almacenamientos de bebidas en general, tambin furgones de reparto. Bancos de sangre y de productos clnicos, as como tambin depsitos de cadveres, etc. Refrigeracin para congelacin o de baja temperatura. Frigorficos mayoristas de distribucin y camiones de transporte desde las macro producciones. Recepcin y almacenamiento de pescados en general. Mataderos de reses en general y almacenaje en grandes cuartos. Fabricacin de hielo en barras, pistas de patinaje.2

1.3

Parmetros importantes para el diseo de cuartos fros Son varios los factores que deben considerarse para la instalacin de una

bodega refrigerada y todos son de mucha importancia, para lograr un porcentaje elevado de eficiencia y eficacia. a. Producto: cada producto tiene caractersticas intrnsecas, por lo que sus requerimientos de enfriamiento y congelamiento distan de un producto con otro. La variedad o tipo de cada producto, el propsito para el cual est siendo almacenado y tambin las condiciones bajo las cuales se almacena, dictan las condiciones requeridas para el ms deseable medio ambiente de almacenamiento.

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b. Dimensiones de cuarto: las dimensiones de un cuarto fro dependen principalmente de la cantidad de carga en libras a enfriar. Y dependiendo de lo anterior se calcula la capacidad del equipo. Cuando en la planta no se cuenta con el espacio horizontal requerido, se hace uso del espacio vertical, para lograr la capacidad de almacenaje necesaria. c. Capacidad de enfriamiento: depende de la cantidad de producto a almacenar. Debe tomarse en cuenta cual es el requerimiento del cliente, si necesita su producto para mantenerlo (conservacin) o para proporcionar ms tiempo de vida (congelamiento). d. Uso para cuarto fro: como existen cuartos fros para enfriamiento, preparacin, empaque, congelamiento rpido, almacenamiento y distribucin entre otros. Dependiendo de eso deben contemplarse los accesos como lo son: puertas y ventanas. e. Capacidad elctrica instalada: es necesario conocer cual es la capacidad elctrica instalada del rea donde se instalar el cuarto fro, para conocer si cubrir la demanda y para determinar las especificaciones de los equipos. f. Soportera para el techo y anclaje de pared: cuando se utiliza 3 o ms paneles en lnea en el techo, se debe instalar soportera con tabloncillo de madera tratada, forrada con lmina (stringer), largo 2.50 a 3 metros, con agujeros internos de de pulgada. Instalado el tabloncillo, dentro de los agujeros se introduce una varilla roscada, la cual ser suspendida de una costanera o un joist de carga.

5

El anclaje en el piso se realiza, instalando un angular galvanizado de 1/16 de pulgada, el cual va interno como externo al piso del panel. g. Unidad condensadora: el tipo de unidad condensadora depende

principalmente de ambiente donde debe instalarse. Cuando se cuenta con una terraza al aire libre o un espacio en el piso bien ventilado, se puede utilizar unidades condensadoras enfriadas por aire. En caso contrario se debern utilizar unidades condensadoras enfriadas por agua, teniendo que instalarse al exterior sobre techos una torre de enfriamiento. h. Unidad evaporadora: generalmente para cuartos fros son utilizadas las unidades de aire forzado con expansin directa; pero tambin pueden ser enfriadas por agua, enfriadas por soluciones de glicol y agua o glicol puro; eso depende de la temperatura que se requiera. i. Iluminacin: la cantidad de lmparas y el tipo de iluminacin depende de la actividad a desarrollar en el interior del cuarto fro. En un cuarto de empaque de producto terminado se necesita ms iluminacin, comparado con un cuarto de almacenamiento. j. Dimetro de tubera de cobre: para un equipo de refrigeracin, en la lnea de lquido y en la lnea de succin va a depender principalmente de la capacidad en toneladas del condensador, distancia entre condensador y evaporador y viceversa, cantidad de codos de 45 y a 90 grados y accesorios que sern utilizados en la instalacin de la tubera. k. Tipo y espesor de la insulacin de la tubera: existen dos tipos de insulacin, cauelas de rubatex y con poliuretano. En la tubera de succin, es aconsejable, utilizar cauela de rubatex con pared de a de pulgada para conservacin y pared de 1 a 1 pulgadas para congelamiento.

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l. Sistema de control a utilizar: son varios los dispositivos de control en lo que se refiere a una instalacin de cuarto fro, podemos mencionar los dispositivos de control del refrigerante, dispositivos elctricos de control. Los dispositivos de control del refrigerante, tienen como fin obtener un funcionamiento econmico y eficaz. Los sistemas pequeos de control manual o automtico simple de encendido y apagado pueden precisar nicamente uno o dos controles. Sin embargo, los grandes sistemas con ms controles automticos pueden tener una multitud de controles, siendo el adecuado funcionamiento de cada uno para que la operacin del sistema sea satisfactoria. Dentro de los controles de refrigerante se encuentran, vlvulas termostticas de expansin, vlvulas de expansin de otros tipos (expansin a presin constante, expansin automtica, expansin manuales), distribuidores, tubos capilares, vlvula de flotador, vlvulas reguladoras de presin del carter, vlvula reguladora de presin del evaporador, vlvula de inversin, vlvulas desviadoras de gas caliente, vlvulas de 4 pasos, vlvulas de una sola direccin, vlvulas de paso manuales, vlvulas de servicio al compresor, vlvula tipo schrader, vlvulas de alivio, vlvulas reguladoras de agua. Los dispositivos de control que existen en los sistemas de aire acondicionado y refrigeracin pueden ser controles elctricos y controles neumticos. Los controles neumticos se utilizan de preferencia en grandes sistemas centrales, mientras que los controles elctricos se utilizan en sistemas de todos tamaos.

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Dentro de los dispositivos de control elctricos se pueden mencionar: diferencial de control, controles de alto y bajo voltaje, controles de baja y alta presin, control para el ciclo del ventilador del condensador, termostatos, control de seguridad de presin de aceite, relojes para descongelamiento, transformadores, entre otros.3

1.4

Tamao de la unidad de enfriamiento La capacidad de enfriamiento y la de almacenamiento dependen del

tamao de la estructura y de la capacidad del sistema de refrigeracin, as que es bsico determinar la cantidad de producto que se desea enfriar y almacenar. Un sistema de refrigeracin puede semejarse a una bomba que mueve calor de una parte a otra. La capacidad de enfriamiento es una medida de la velocidad a la que un sistema puede transferir energa calrica y es expresada normalmente en toneladas. Una tonelada de refrigeracin es la que puede transferir el calor necesario para disolver una tonelada de hielo en un perodo de 24 horas (288,000 BTU). Dicho de otra manera, un sistema de refrigeracin de una tonelada es, tericamente, capaz de congelar una tonelada de agua en 24 horas, es decir que puede transferir 288,000 BTU en 24 horas 0 12,000 BTU por hora. El tamao correcto de una unidad de refrigeracin es determinada por tres factores, el primero de los cuales es el volumen de producto a ser enfriado y su empaque, ya que muchos productos son vendidos en cajas o bolsas. Obviamente, a mayor cantidad de producto a enfriar, mayor ser la unidad de refrigeracin.

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El segundo factor es el tiempo mnimo requerido de enfriamiento desde el comienzo al final del mismo, para prevenir la degradacin rpida del producto. El enfriamiento rpido debe evitarse, ya que puede ocasionar daos en el fruto y se requerirn equipo de altos costos y consumos de energa elctrica. Enfriar una carga de producto en dos horas, en vez de hacerlo en cuatro horas, puede requerir dos veces la capacidad de refrigeracin y el costo de consumo de energa puede ser tres veces el inicial o ms. El tercer factor es la naturaleza del diseo constructivo de la unidad de refrigeracin, es decir su tamao, el sistema de manejo del aire y su operacin. Ya que, en una instalacin tpica, aproximadamente la mitad de la capacidad de refrigeracin es usada para retirar el calor ganado por los pisos, las paredes, el techo y las puertas, es importante saber manejar este tipo de prdidas de fro. La capacidad de enfriamiento de un sistema de refrigeracin muchas veces se mide en toneladas de refrigeracin. Una tonelada de refrigeracin es la capacidad para eliminar calor del cuerpo fro con una rapidez de 200 BTU/min. (840 cal/seg.). Se tiene entonces: 1 Ton. de refrigeracin 1 Ton. de refrigeracin 1 Ton. de refrigeracin = = = 288,000 BTU de refrigeracin/da 12,000 BTU de refrigeracin/hr. 200 BTU de refrigeracin/min.

El trmino tonelada se deriva del hecho de que para fundir una tonelada de hielo a 32 F (0 C) en 24 hrs., se necesitan aproximadamente 288,000 BTU (72,576,000 cal.).

9

En unidades del sistema internacional, SI 1 Ton de refrigeracin 1 Ton de refrigeracin = = 211 kJ/min. 3516 kW

1.5

Capacidad de almacenamiento La decisin de enfriar y embarcar el producto inmediatamente o

almacenarlo por un tiempo, muchas veces no depende slo del tipo de producto y de sus condiciones de mercadeo; tambin depende del aprovechamiento del espacio de la instalacin, los cuales sern determinados por el tipo de producto y su desarrollo. Obviamente, productos altamente perecederos requieren menor ubicacin espacial de almacenamiento que frutos menos perecederos, simplemente porque los primeros no pueden ser almacenados por largos periodos de tiempo sin ocasionar prdidas en su calidad. Si el presupuesto de la construccin lo permite, se aconseja construir un espacio de almacenamiento suficiente para mnimo un da de cosecha de los productos ms perecederos. Es mucho ms fcil construir inicialmente un espacio de almacenamiento adecuado, que tratar de acondicionarlo posteriormente. El costo por metro cuadrado disminuye y la eficiencia del consumo de energa aumenta con el tamao del cuarto fro, hasta cierto punto. El espacio de almacenamiento no puede ser pasado por alto, ya uno de los mayores beneficios de la instalacin de enfriamiento poscosecha es la flexibilidad que se puede dar al mercado, lo cual permite largos periodos de almacenamiento.

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De otro lado, un exceso en el dimensionamiento del espacio de almacenamiento ocasionar gastos innecesarios de energa y de dinero. Debemos recordar que el techo debe tener mnimo 18 pulgadas ms, que la altura de apilamiento de los productos que se van a enfriar.

1.6

Ubicacin y disposicin de la instalacin La ubicacin de la estructura para el enfriamiento refleja su funcin

primaria. Si se planea llevar el producto fresco directamente al consumidor, la estructura debe estar cerca de la carretera, ya que un cuarto y una sede administrativa que no se vea, puede tener problemas obvios de mercadeo. Debe, adems tener sitios de estacionamiento para compradores y empleados, de ser necesario. Si la empresa va a usar la estructura de refrigeracin como una conexin con el mercado, es decir con los intermediarios, se debe incentivar la publicidad y realizar contactos personales, al fundar la empresa. Ya que la funcin primaria de la instalacin de enfriamiento es precisamente enfriar y reunir lotes de ventas al por mayor, la facilidad de acceso al pblico no es menos importante. En ese caso, la mejor ubicacin del cuarto fro, puede ser adyacente a la zona de seleccin y empacado. Todas estas estructuras, junto con los cuartos fros deben estar convenientemente cercanas al cultivo, con el fin de disminuir el tiempo que transcurra desde el momento de la cosecha hasta el enfriamiento. Conociendo como se va a usar, la estructura requiere instalaciones elctricas e hidrulicas y para grandes cuartos fros, que generalmente requieren ms de 10 toneladas de refrigeracin en una sola unidad, debe disponerse de instalaciones trifsicas.

11

La ubicacin de estas instalaciones debe ser planeada cuidadosamente, debe considerarse su costo para las zonas rurales y por tanto deben realizarse los contactos necesarios con las empresas electrificadoras y de acueductos locales. Adems, es til considerar crecimientos futuros de la estructura cuando disee y se disponga su ubicacin. Antes de comenzar la construccin, debemos conocer las normas, leyes y cdigos pertinentes a la construccin y disposicin de sistemas elctricos, de salud de los trabajadores y el manejo y almacenamiento de productos comestibles.4

12

2. PREPARACIN DEL TERRENO DE APOYO

Los pisos de cuartos fros, no estn apoyados directamente sobre el suelo, aunque s transmiten su carga hacia l, por lo tanto, en este caso es necesario una buena compactacin.

2.1

Preparacin de la subrasante Las grietas, los asentamientos de las losas, e incluso la falla estructural a

menudo se pueden ir rastreando hasta descubrir una subrasante preparada de una manera inadecuada y pobremente compactada. La subrasante sobre la cual se vaya a fundir una losa deber estar bien drenada, con una capacidad de soporte uniforme, a nivel o con una pendiente apropiada, y libre de csped, materia orgnica y hielo. Las tres principales causas de soportes no uniformes son: (1) la presencia de puntos suaves y duros, (2) el relleno sin la compactacin adecuada, y (3) los suelos expansivos. El soporte uniforme no se puede lograr con el puro volteo de material granular sobre un rea suave. Para evitar los agrietamientos por falta de soporte y por asentamiento, las reas suaves o con turba y los puntos duros (rocas) debern ser excavados y rellenos con un suelo similar al resto de la subrasante o con material granular tal como la arena, la grava, o la piedra triturada, si no se llegara a conseguir el suelo. Todos los materiales de relleno debern compactarse para suministrar uniformemente el mismo soporte que el resto de la subrasante. Durante la preparacin de la subrasante se deber recordar que un suelo sin alterarse generalmente es superior que el material compactado para

13

soportar

losas

de

concreto.

Los

suelos

expansivos,

compresibles

y

potencialmente problemticos debern ser evaluados por un ingeniero geotcnico; tambin podra requerirse un diseo especial de las losas.

2.2

Formaleta La formaleta de los bordes o franjas laterales y las maestras intermedias

debern fijarse firmemente y con exactitud a la elevacin y perfil especificados para la superficie acabada. Las formaletas para losas comnmente son de metal o de madera apuntaladas firmemente con estacas de madera o de metal para que conserven su alineamiento vertical y horizontal. La formaleta deber estar derecha y no tener combaduras y tener adems la suficiente resistencia para soportar la presin del concreto sin pandearse. Tambin debern ser lo suficientemente fuertes para sostener cualquier equipo mecnico de colocacin y de acabado que se llegue a emplear.5

2.3

Colocacin de formaleta y guas maestras La parte superior de la formaleta de los bordes debe estar al nivel

determinado previamente. La formaleta puede ser de piezas de madera de 2 pulgadas (50 mm) de espesor, pedazos de tubo o barras T, cuya parte superior sea igual al nivel del concreto terminado, sin cambiar la elevacin de diseo del acero de refuerzo. El nivel de piso para losas con pendiente puede determinarse colocando estacas de nivel en la subrasante, a intervalos determinados previamente, por lo general, en una cuadrcula. La parte superior de estas estacas debe estar al nivel requerido del concreto.

14

Si se va a utilizar formaleta mojada, sta se deber mojar en el momento del colado. En las operaciones anteriores a su instalacin, se colocan estacas a nivel u otras seales fijas, mientras se prepara el terreno. Cuando se desea un drenaje adecuado, la formaleta deber colocarse a fin de obtener una pendiente de 1 pulgada por 4 pies (20 mm/m) y as evitar las posibles inundaciones. El drenaje siempre deber ser seguro para las losas exteriores y, en ocasiones, tambin es conveniente para algunas losas interiores. Las entradas de garaje y las banquetas pueden tener pendiente hacia una direccin, o bien, con bombeo a lo largo de la lnea longitudinal central, con drenaje en ambos lados.6

2.4

Barreras de vapor Muchos de los problemas de humedad asociados con las losas sobre el

terreno o pisos en espacios cerrados, se pueden minimizar o eliminar de varias maneras (1) alejando de los edificios la pendiente del paisaje que le rodea, (2) utilizando una sub base granular de 10 cm. para formar un freno capilar entre el suelo y la losa, (3) proporcionando un drenaje adecuado a la sub base granular para evitar que el agua se acumule bajo la losa, (4) instalando desages interiores de tubos de arcilla cocida en la cimentacin, (5) instalando una barrera de vapor, que consiste, en una membrana impermeable con una permeabilidad menor que 0.3 perms (0.2 perms mtricos), determinada de acuerdo con la norma ASTM E 96, a menudo, se utiliza una lmina de polietileno. Se deber colocar una barrera de vapor debajo de todos los pisos de concreto sobre el terreno, que aparentemente vaya a recibir un acabado de piso

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impermeable o que vaya a ser usados para cualquier proyecto en que resulte indeseable el paso del vapor de agua a travs del piso. Un concreto de buena calidad, bien consolidado con al menos 10 cm. de espesor es prcticamente impermeable al paso de agua en estado lquido a menos que el agua se encuentre bajo una presin considerable; sin embargo, tal concreto an los concretos con varias veces ese espesor no es impermeable al paso del vapor del agua. El vapor de agua que pasa a travs de las losas de concreto se evapora en la superficie si no est sellada. Las cubiertas de los pisos, como el linleo, las losetas de vinil, las alfombras, la madera, y las superficies sintticas sellan la humedad dentro de la losa de manera efectiva, pudindose eventualmente aflojar o encorvar la cubierta del piso o tambin formarse burbujas en la cubierta del mismo. Adems, para prevenir problemas con los materiales de cubierta de piso causados por la humedad del mismo concreto, las siguientes medidas debern ser adoptadas: (1) utilizar un concreto con una relacin agua cemento baja, (2) aplicar un curado hmedo a la losa que dure de 5 a 7 das, (3) permitir a la losa un periodo de secado de 2 meses como mnimo, y (4) probar la condicin de humedad de la losa antes de instalar la cubierta del piso. En una prueba comnmente utilizada, se pega en el piso con cinta una hoja cuadrada de polietileno de 1.20 m. de lado; si despus de 24 horas o antes de que el material del piso o su adhesivo cure, no se acumula la humedad en la parte inferior de la hoja de plstico, la losa se considerar lo suficientemente seca para colocar el material de piso. Los fabricantes de materiales para pisos a menudo recomiendan aplicar una prueba antes de instalar su producto.

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A veces se instala un aislante sobre la barrera de vapor para ayudar a mantener la temperatura de un piso de concreto por encima del punto de condensacin; esto ayuda a evitar que la humedad en el aire se condense en la superficie de la losa. Esta prctica tambin crea un piso clido para obtener un cierto confort trmico. Los reglamentos y especificaciones exigen a menudo que se asle el permetro de una losa de piso. Usualmente no se puede justificar la colocacin de aislantes bajo toda la losa sobre el terreno teniendo como nico fin la conservacin de energa. Las barreras de vapor agravan el problema del agrietamiento plstico y del agrietamiento por contraccin, debido a que aumentan el tiempo de retraso antes de aplicar el acabado final debido a la lenta evaporacin del agua, particularmente en climas fros. Tambin pueden aumentar las combaduras o alabeos y agravar el desarrollo de agrietamientos por contraccin en la superficie de la losa. Su empleo deber evitarse cuando lo permitan las condiciones de humedad del terreno. Con la finalidad de minimizar estos efectos, se puede colocar una capa de arena de 7.5 cm. sobre la barrera de vapor, o sobre el aislamiento si existe. La arena debe compactarse antes de colar el concreto, una manera sencilla de hacerlo es mojarla un da anterior al colado; sin embargo, la arena debe estar libre de agua no sometida a tensin capilar en el momento del colado, de manera que dicha arena pueda actuar como secante. Cuando se usa arena para este propsito, la subrasante debe ser excavada a una profundidad mayor, para colocar la arena y mantener el espesor deseado en la losa de concreto. Si el concreto se coloca directamente sobre una barrera de vapor, la relacin agua cemento deber ser baja, es decir, menor o igual a 0.45. En terrenos bien drenados y en reas donde el nivel fretico permanece constantemente muy debajo de la superficie del terreno, un relleno granular

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grueso, colocado bajo la losa y con espesor de por lo menos 100 mm., ha dado resultados satisfactorios al usarlo en lugar de la barrera de vapor, cuando la cubierta del piso, o el adhesivo de sta, no se daa por los efectos de humedad. Cuando se usan barreras de vapor, stas deben traslaparse 150 mm. en las juntas, y deben ajustarse con sumo cuidado alrededor de las aberturas de servicio. Si es necesario colocar un relleno granular, y ste es grueso y rugoso, y adems se coloca una barrera de vapor, la membrana utilizada puede ser perforada fcilmente por el paso de los trabajadores, y puede ser necesario colocar una capa de arena sobre el relleno y bajo la membrana, con el objeto de evitar esta situacin.

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3. AISLAMIENTO

La energa trmica siempre fluye desde los objetos clidos a los fros. Todos los materiales, hasta los buenos conductores como los metales, ofrecen una resistencia al paso de energa y muchos materiales pueden ser empleados como aislantes con buenos efectos, pero ya que la seleccin del aislante adecuado es una de las caractersticas que, desde el punto de vista constructivo deben tomarse, es importante que el material no sea costoso, pero si, que sea eficiente para esta labor. Las caractersticas de estos materiales varan considerablemente y su eficiencia para la conduccin debe ser ms importante en la eleccin que su precio. Algunas caractersticas importantes a mencionar son el valor de resistencia R, su costo y comportamiento en presencia de humedad. El aislamiento es el mtodo ms eficaz de reducir la transmisin de calor. Existen varios productos que se acomodan a los requerimientos de cada aplicacin, aunque unos son mejores que otros. Las clasificaciones generales, de las formas disponibles de aislamientos son: Material flojo Flexible Rgido o semirgido Reflectivo, y En forma de espuma. El aislamiento con material flojo se usa principalmente en estructuras residenciales. Los aislamientos flexibles, tales como fibra de vidrio en mantas o

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en rollos, tal como el papel kraft, que acta como barrera de vapor. En algunas aplicaciones, se encuentra disponible tambin con un material reflectivo para reducir los efectos del calor radiante. Los aislamientos rgido y semirgido son hechos de materiales, como lmina de corcho, polietileno, espuma de vidrio, poliuretano, los cuales son fabricados en varias dimensiones y formas, como placas, lminas o bloques. Algunas tienen cierto grado de fuerza estructural, otras no. En esta categora, se encuentra la ms amplia aplicacin a la refrigeracin: enfriadores, congeladores, vitrinas, etc. A causa de su densidad y composicin celular, ofrecen una barrera de vapor incorporado, contra la penetracin de humedad. El aislamiento tipo espuma se usa junto con los aislantes rgidos, en la construccin de cuartos refrigerados. El control de la humedad en el aislante es muy importante, ya que el agua es un buen conductor de calor; alrededor de 15 veces ms que la fibra de vidrio. As, si hay agua en el aislamiento, su resistencia estar gravemente reducida, sin mencionar el problema fsico que causa en la construccin. Por consiguiente, el aislamiento debe estar seco cuando se instala y debe sellarse perfectamente, para que permanezca seco. Los sellos de vapor pueden hacerse de varios materiales: carcasa de metal, lmina de metal, pelcula plstica, recubrimiento con asfalto, etc. Algunos son ms eficaces que otros y la seleccin depende de la aplicacin. La eficacia del aislamiento y la barrera de vapor se reducen grandemente si existen aperturas, no importa cun pequeas sean. Tales aperturas pueden ser causadas por trabajo deficiente durante la construccin o por sellado negligente alrededor de aperturas para lneas de refrigerante, lneas de drenaje, alambrado elctrico, etc., todos los cuales son parte de la responsabilidad del tcnico de refrigeracin.

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3.1

Valor R Una medida de la resistencia que el aislante ofrece al movimiento del calor

se denomina factor de resistencia o valor R, el cual est asociado con su ancho. Cuanto mayor sea este valor, mayor ser la resistencia y mejor sern las propiedades de este material como aislante. El valor R generalmente se representa en pulgadas de ancho o en trminos del ancho total del material. La resistencia total al flujo de calor en cualquier pared con aislantes, es simplemente, la suma de las resistencias totales de los componentes individuales, es decir la suma de las resistencias de los aislantes, de los pegantes, de las paredes e inclusive, algunas veces es importante considerar la resistencia de las capas de pintura. As que ser importante tomar la mejor combinacin de estos materiales para obtener un valor econmico de la estructura aislada. En la tabla I, se presentan los valores de R para los materiales ms comunes empleados como aislantes. De los materiales comnmente utilizados en cuartos fros, la celulosa es la de menor costo, seguida de las cubiertas rgidas, segn la forma de instalacin de este material y finalmente, los materiales de rociado o aislantes lquidos. Estos ltimos presentan la ventaja de sellar completamente la estructura a cualquier posible filtracin de agua o entradas y/o salidas de aire.

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Tabla I. Valores de R para aislantes comunes Valor de R Ancho Material Ancho: 1 caracterstico del material Cubiertas rgidas Fibra de vidrio Aislantes de capa delgada Celulosa Fibra de vidrio o mineral Vermiculita Madera con pegantes Aislantes rgidos Poliestireno Tableros flexibles Poliestireno expandido Pequeas piezas moldeadas Poliuretano Fibra de vidrio Polisociranuato Aislantes inyectados o espumas Formaldehdo Materiales de construccin Concreto slido Bloques de concreto (8) Bloque de ligeros concretos (8) Bloques de concreto con partes de Vermiculita Metal Tableros de madera () 0.08 1.11 2.00 5.03 < 0.01 1.25 0.47 4.20 5.50 3.57 6.25 4.00 8.00 5.00 4.55 3.50 2.50 3.00 2.20 2.22 3.50

Tableros de madera () 1.25 0.62 Fuente: www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/cuartos.htm

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3.2

Efectos de la humedad En muchos tipos de aislantes, el flujo de energa calrica es impedido por

pequeas celdas que hacen la funcin de trampas de aire en todo el material. Cuando ste absorbe humedad, el aire es reemplazado por agua y el valor de aislamiento disminuye. Es por esta razn que el aislante debe ser almacenado en lugares secos. Con excepcin de muchas espumas plsticas, que son a prueba de agua, todos los materiales aislantes deben ser usados junto con una adecuada barrera contra el vapor. Generalmente se instalan pelculas de 4 milmetros de polietileno en el lado interior del aislante (por fuera), contrario a lo que se recomienda en los cdigos para construcciones de casas. Esta prctica previene la condensacin en el aislante. Esta pelcula puede ser continua desde el piso al techo y donde existan uniones de 2 pelculas debe realizarse un recubrimiento de 12 pulgadas, con lo cual, aseguramos un sello total.

3.3

Eleccin de aislantes La eleccin de un aislante trmico cualquiera, se relaciona siempre, por

norma general, con una de las tres razones siguientes: Economa en los consumos de combustible. Exigencias trmicas de mantener una determinada temperatura o de hacer llegar un fluido (vapor, agua caliente, etc.) con la mnima prdida de caloras, a puntos a menudo muy alejados de la fuente de calor. Necesidad de obtener una conveniente proteccin contra reverberaciones calorficas excesivas, con relacin al ambiente, entre distintas partes de una instalacin. Refirindose esto al reflejo de calor entre una superficie luminosa y otra pulida.

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El prevalecer de uno u otro punto determina las caractersticas funcionales del revestimiento aislante, cuyo tipo y espesor quedan luego establecidos por el clculo, de acuerdo con los factores especficos que puedan presentarse al efecto, entre ellos: Valor de las temperaturas que se va a considerar. Recuperacin de calor o prdida de temperatura admitida. Ubicacin en recinto cerrado o a la intemperie. Disposicin, forma, destino y dimensiones de los equipos e instalaciones, etc. An cuando resulte prcticamente imposible alcanzar la eficiencia ideal, esto es, 100 %, existiendo un lmite de saturacin ms all del cual de nada servira aumentar los espesores (pues la misma masa aislante logra siempre transmitir una parte, aunque mnima, de calor latente que va paulatinamente acumulndose en su interior); dicho lmite ser, sin embargo, tcnica y econmicamente tanto ms alto, cuanto menor resulte el coeficiente de conductividad calorfica, y el calor especfico propios del material aislante que se adopte. Lo que verdaderamente asla es el aire encerrado, impedido de circular, es decir que ha de considerarse mejor y ms eficaz el que ms impida la circulacin del aire.

3.4

Materiales aislantes ms comunes Entre los materiales aislantes ms comunes se encuentran:

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3.4.1

El corcho

El corcho natural es la corteza del alcornoque, que crece en los pases del mediterrneo. La corteza es una sustancia orgnica consistente en un gran nmero de pequeas clulas, cuyas finas paredes son de madera. Las paredes separan las clulas, y stas estn rellenas de aire. El corcho natural puede mojarse considerablemente, calentndolo en una caldera cerrada, algunas veces con la adicin de asfalto. A temperaturas altas, el corcho se ablanda, y la caldera se pone entonces bajo vaco, para que el aire de las clulas se expanda e infle el corcho. An bajo vaco, se deja enfriar y la pequea cantidad de resina del corcho, ayudada por algn asfalto, mantendr el corcho en estado expansionado. El producto de este proceso es el corcho expandido, y sus propiedades son mejores que las del corcho natural.

3.4.2

Lana de vidrio

Consiste en fibras de vidrio muy finas, tiene muy buena capacidad como aislante, no absorbe agua, pero es aconsejable protegerlo contra sta.

3.4.3

Madera aislante

Consiste en fibras de maderas seleccionadas por sus mayores propiedades aislantes, tratadas qumicamente e impermeabilizadas. Gracias a este procedimiento librador especial, estas fibras son transformadas en grandes y resistentes hojas o tablas de peso liviano, dotadas de altas propiedades aisladoras contra el calor, fro y ruidos.

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3.4.4

Poliestireno expandible

Conocido comercialmente como styropor que es la perla o materia prima antes de ser procesada, y por duropor las lminas o material ya listo para su utilizacin; ste es un derivado del petrleo, que se presenta en formas de molculas o perlas que tienen en su interior un gas interno, generalmente pentano, el cual por medio de un tratamiento de vapor a una temperatura de 212F (100C) aproximadamente, ocurre una reaccin que tiende a desalojar el gas produciendo una expansin de la molcula; el poliestireno es preparado por polimerizacin. Tiene la gran ventaja de que puede ser moldeado, y es excelente aislante trmico y elctrico, de baja densidad, excelente estabilidad dimensional y baja absorcin de humedad. Tiende mucho a la rajadura y al agrietamiento.

3.4.5

Poliuretano

El poliuretano, por sus mltiples posibilidades de produccin y sus excelentes propiedades, lo han convertido en el material preferido para el aislamiento en refrigeradores, congeladores, cuartos refrigerados, hieleras, termos, paneles para construccin, etc. Para la construccin de cuartos fros, se utilizan paneles prefabricados con aislamiento. Estos paneles estn compuestos por dos lminas de acero galvanizado y prepintado Pintro, unidos por un ncleo de espuma rgida de poliuretano, formando un elemento tipo sndwich.

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Los uretanos, aunque constituyen tan slo una pequea parte de la gran familia de los plsticos, son sin lugar a duda el grupo de polmeros ms espectacular y revolucionario hasta hoy conocido, pues renen las mayores posibilidades de variacin y difcilmente plstico alguno pudiera comparrsele. Los isocianatos, de donde bsicamente se derivan los uretanos, fueron descubiertos en Alemania a finales del siglo pasado. Uretano es el nombre comn con que se conoce el etil carbamato. Cuando las molculas polimricas se unen entre s a travs de puentes de uretano, al polmero resultante se le da el nombre poliuretano. Para la formacin de las espumas de poliuretano, se aprovecha el calor generado en la reaccin exotrmica entre el poliol y el disocianato para volatizar un agente de soplado de bajo punto de ebullicin previamente mezclado, y as proporcionan el efecto espumante. La formacin de celdas dentro del polmero implica el uso de agentes tensoactivos que determinan el tamao y frmula de la misma, y al mismo tiempo las estabilizan. El proceso de fabricacin del poliuretano es en principio sumamente sencillo. Para producir espuma de poliuretano utilizada en el campo de la refrigeracin, se utiliza un sistema de poliuretano de dos componentes. Los componentes se determinan generalmente como A y B. El componente A estar compuesto por una mezcla de polioles, agente de espumado, los catalizadores metlico y amnico, un agente tensoactivo, pigmentos y algunos otros aditivos, segn sea el caso. El componente B estar constituido, en su mayor parte, por disocianatos mezclados ocasionalmente con otros productos.

27

A continuacin, se presentan los datos tcnicos del poliuretano utilizado para refrigeracin y distribuido por un representante de una empresa que se dedica a producir estos qumicos. Tabla II. Especificaciones Elastopor serie 400 Componente A 441/A 443/A 445/A Componente B Relacin de mezcla A:B: Tiempo de inicio (s): Tiempo de ascenso (s): Tiempo de TocteFree/Hilo (s): Densidad Core libre: (kg/m3) Viscosidad (Ops) @ 25 C Componente A: Componente B: Peso especfico: Componente A: Componente B: Agente de soplado: 45010 20030 15020 20030 45050 20030 1.10000. 05 1.22000. 02 CFC 11 300100 20030 1.19000. 05 1.22000. 02 CFC 11 441/B 100:95 a 100:95 24-28 130-170 130-170 26-28 443/B 100:95 a 100:105 13-15 90-110 100-120 17-19 445/B 100:95 a 100:105 15-16 150-155 160-165 25-26

447/A 447/B 100:95 a 100:105 12-13 125-140 72-77 19-20

1.13000. 1.16000. 05 02 CFC 11 05 02 CFC 11 1.22000. 1.22000.

Fuente: David Noriega, Consideraciones para el diseo de cuartos refrigerados para alta y baja temperatura. Pg. 10

Muchos

materiales

aislantes

no

son

convenientes

para

cuartos

refrigerados, pues absorben humedad en mayor o menor grado, pero a pesar

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de este hecho se usan frecuentemente, e incluso con excelentes resultados, si se proporciona proteccin adecuada contra la humedad, evitando que dicha humedad del aire circundante penetre en el aislamiento y se condense dentro de l.

3.5

Aislamiento recomendable El material ms utilizado para pisos de cuartos fros en Guatemala es el

poliuretano, siguindole el poliestireno extruido. En la tabla III, se muestran los espesores recomendados por un fabricante de paneles prefabricados de poliuretano. Tabla III. Espesores mnimos recomendables para aislamiento en pisos, con paneles prefabricados de poliuretano Tipo de Rango de Cmara Cmara cmara temperatura C interior exterior 10 a 15 No No Conservador 4 a 10 No No Conservador a baja 2 a -4 2" 2" temperatura -4 a -10 2 " 2 " -10 a -18 3" 3" Congelador -18 a -26 4" 4" -26 a -40 4" 4" Congelador -40 a -46 5" 5" de rfaga Nota: las cmaras interiores se caracterizan por instalarse adentro de una bodega o edificio techado y no estn expuestas a los efectos climatolgicos.Fuente: www.multypanel.com/productos/boletn_refripanel.pdf

29

4. CONSIDERACIONES DE DISEO Y CONSTRUCCINPARA PISOS

Tabla IV. Clasificacin de pisosCapas Clase Trnsito Uso Residencial o cubierto con mosaico En oficinas, iglesias, escuelas, hospitales. De ornato residencial Para las entradas de autos, pisos de garajes y banquetas de residencias Comercial e industrial ligero Industria de una capa, superficie de desgaste integral Consideraciones especiales Pendiente para drenaje; nivelacin para colocar el mosaico Agregado antiderrapante; mezcla en la superficie. Color mezclado, especial Tcnicas de acabado del concreto Llana de acero mediana Llana de acero, acabado especial antiderrapante. Llana de acero, color, agregado expuesto; lavar, si el agregado va a estar expuesto

1

Peatonal ligero

2

Peatonal

Una capa 3 Peatonal ligero y vehculos ligeros

Corona, bombeo, juntas, inclusin de aire

Llana de madera, de acero y escoba

4

Peatonal y vehculos ligeros Peatonal y de vehculos. Uso abrasivo

Curado cuidadoso

5

Curado cuidadoso

6 Dos capas

Peatonal y de vehculos (con ruedas duras). Abrasin considerable

Industrial pesado de dos capas ligadas

Superficie texturizada y ligada Capa de desgaste: Agregado especial y/o tratamiento superficial metlico o mineral Refuerzo de malla, lubricante sobre superficies de concreto antiguas: 2.5 pulgadas (64 mm. nominales)

Llana de acero duro y cepillado para antiderrapantes Agregado especial metlico o mineral, llana de madera y de acero Superficie nivelada por medio de maestras. Aplanadoras mecnicas especiales y aplanado repetido con llana de acero

7

Clases 3, 4, 5, 6

Capas de desgaste no ligadas

Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Construccin de losas y pisos de concreto. Pg. 18

31

4.1

Clases de pisos En la tabla IV se clasifican los pisos de acuerdo con el uso al que estn

destinados. Estos requisitos debern tomarse en cuenta cuando se seleccionen las proporciones para el concreto. Ahora bien, debido a que actualmente no existe un criterio definido para evaluar la resistencia que tiene un piso al desgaste, an no es posible especificar su calidad en tales trminos. Sin embargo, la resistencia de un piso al desgaste est relacionada, en forma directa, con las tcnicas empleadas en su construccin.

Pisos monolticos de una sola capa. Las primeras cinco clases de pisos son de concreto monoltico, con variaciones en cuanto a la resistencia y a las tcnicas de acabado. Si la abrasin por arena o por otros materiales fuera sumamente considerable, podra necesitarse una superficie de piso de mayor calidad, con el propsito de obtener un servicio satisfactorio. En estas condiciones, se recomienda un piso de mejor clase o un tratamiento especial para superficies monolticas, con agregado mineral o metlico, o bien utilizar un factor de cemento ms alto o incrementar la resistencia del concreto. Pisos de dos capas. La capa inferior de los pisos 6, a excepcin del acabado, es muy semejante a la de los pisos de clase 2, 3, 4 y 5. No obstante, la capa superior requiere de un aplanado con llana de acero duro, y por lo general tiene mayor resistencia y contenido de cemento que la capa inferior. En la superficie tambin se puede utilizar un agregado duro o un material premezclado, o bien, ambos.

32

Los pisos clase 7 se utilizan cuando es preferible no adherir a l la superficie de la capa inferior, debido a algunos movimientos originados a ella, tal como ocurre en los elementos prefabricados, o para facilitar su substitucin posterior. Los pisos de dos capas no ligadas, tambin pueden usarse para recubrir pisos gastados o daados, cuando es imposible obtener completa adherencia, debido a la contaminacin, o cuando es conveniente evitar la escarificacin y el cincelado de la capa inferior, y la elevacin de la rasante en el piso resulta aceptable. Con el propsito de evitar una adherencia con la losa inferior, se utiliza una capa de plstico, de fieltro, o bien, un colchn de arena. Del mismo modo, para reducir la abertura de las grietas de contraccin, es necesario colocar una malla adecuada en la superficie de desgaste. Ahora bien, la superficie de desgaste debe tener un espesor mnimo de 2.5 pulgadas (64 mm. nominales) de concreto. Finalmente, debido a que la capa superior de desgaste contiene una malla, el concreto deber tener un revenimiento menor de 1 pulgada (25 mm.). Pisos sujetos a cambios trmicos rpidos o de gran magnitud. Los pisos sujetos a cambios de temperatura de gran magnitud o muy rpidos, deben fabricarse con agregados de bajos coeficientes trmicos de dilatacin. Tambin debe asegurarse un movimiento libre y adecuado, por medio de un correcto diseo y espaciamiento de las juntas. Pisos para aplicaciones especiales. Los pisos que estn expuestos a los cidos ligeros, sulfatos u otras substancias qumicas, necesitan preparacin o proteccin especiales. El Comit ACI 201 ha hecho mencin a varios informes acerca de los procedimientos para aumentar la resistencia del concreto al ataque qumico. Cuando ste es

33

considerable, ser necesario emplear una proteccin resistente al desgaste, y que adems sea adecuada para soportar la exposicin a las substancias qumicas. En un informe del Comit 515 del ACI, se discuten estas condiciones y los mtodos para proteger los pisos de ellas. Por otra parte, en algunas plantas qumicas y de alimentos, as como en los mataderos, los pisos estn sujetos a una desintegracin lenta. En diversos casos es preferible proteger los pisos con otros materiales, tales como el ladrillo o el mosaico resistente al cido, o los morteros resinosos. 4.2 Espesor Los requisitos del espesor pueden variar de acuerdo con el uso determinado que tendr el piso; sin embargo, las siguientes recomendaciones propuestas son vlidas.

4.2.1

Pisos y losas sobre el terreno de apoyo

Pueden construirse diversas losas segn las recomendaciones de espesor mnimo, pero aquellas sujetas a cargas considerables debern disearse tomando como base el espesor de diseo.

34

4.2.1.1

Espesor mnimo Tabla V. Espesores mnimos

Clase de piso 1 2 3 3 4 5

Uso proyectado Residencial o cubierto con mosaico En oficinas, escuelas, iglesias, hospitales, y ornamental residencial Para las entradas y pisos de garajes y para banquetas de residencias Para las banquetas residenciales

Espesor mnimo Pulga m das m. 4.0 100 100 4.0a a 4.0b 5.0c 5.0 6.0 5.0 0.75d 2.5e 100b c

130 130 150 130 20d 65e

Comercial e industrial ligero Industrial de una capa Industrial pesado de dos capas ligadas (capa 6 inferior) Industrial pesado de dos capas ligadas (capa de 6 desgaste) Capas de desgaste no ligadas para las clases 3, 4, 7 5, 6 a Preferiblemente 5 pulgadas (130 mm.).b

Las entradas de garajes residenciales, que normalmente sirven para Es preciso destacar que este espesor es el mnimo y que puede ser necesario Mximo 1.5 pulgadas (40 mm.). Es preferible un espesor mayor.Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Construccin de losas y pisos de concreto. Pg. 22

camiones, deben tener un espesor de 5 o 6 pulgadas (130 o 150 mm.).c

recurrir a un espesor mayor.d e

En la tabla V se sealan los espesores mnimos, los cuales debern substituirse por los espesores determinados, de acuerdo con el subinciso 4.2.1.2 (espesor de diseo), en caso de que los espesores determinados con base en las cargas de diseo sean mayores.

35

4.2.1.2

Espesor de diseo

El diseo de pisos colocados directamente sobre el terreno de apoyo depende del tipo y de la magnitud de las cargas a aplicar. La figura 1 se utilizar para determinar el espesor requerido por las cargas producidas por las ruedas. Otro tipo de cargas que debern ser incluidas son: las cargas uniformes, lineales y concentradas. La subrasante debe compactarse a fin de proporcionar un apoyo uniforme. Figura 1. Grfica de diseo para ejes con ruedas sencillas

Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Construccin de losas y pisos de concreto. Pg. 24

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Procedimiento de diseo utilizando la figura 1 Para elaborar el diseo tomando en cuenta las cargas de vehculos, se requiere conocer los siguientes datos: Carga mxima por eje Nmero de repeticiones de carga rea de contacto entre rueda y pavimento Espaciamiento entre las ruedas de los ejes ms pesados Valor soporte de la subrasante Resistencia a la flexin del concreto Los datos sobre el trnsito y sus cargas, para las condiciones de operacin pasadas y futuras, pueden obtenerse en los departamentos de mantenimiento de las plantas, en los departamentos de planeacin y operaciones, y por medio de los fabricantes de vehculos, con esta informacin se seleccionarn los factores de seguridad y se utilizarn para determinar el esfuerzo de trabajo permisible en el concreto, para entrar a la grfica de diseo. El factor de seguridad (resistencia a la flexin dividida entre el esfuerzo de trabajo) se elige con base en la frecuencia esperada, de las cargas aplicadas por los vehculos ms pesados. Se sugieren factores de seguridad entre 1.7 y 2.0 para pisos de uso comercial e industrial. Estos valores deben usarse cuando el trnsito de carga pesada sea frecuente y est canalizado. Cuando el trnsito sea ligero y no est canalizado pueden usarse factores de seguridad menores, es decir, entre 1.4 y 1.7. Se entra a la grfica de diseo para camiones industriales de ejes con ruedas sencillas, con un nmero calculado para el esfuerzo de trabajo permisible por cada 1,000 libras (4.45 kN) de carga en el eje. Este nmero se obtiene dividiendo el mdulo de ruptura del concreto entre el factor de

37

seguridad y, posteriormente, dividiendo ese resultado entre la carga por eje en kilolibras o kN. Para ejes equipados con ruedas dobles, se incluye una grfica para convertir las cargas por ejes con ruedas dobles, a ejes equivalentes de carga con ruedas sencillas, pudindose as utilizarse la figura 1 para determinar el espesor de losa requerido. El rea efectiva de contacto, utilizada en las grficas, es el rea corregida del contacto de la llanta con la losa. Si no se cuenta con datos disponibles sobre el tipo de llanta, el rea de contacto para llantas neumticas podr estimarse dividiendo la carga de la rueda entre la presin de inflado. Para llantas slidas o de cojn, el rea de contacto podr estimarse multiplicando el ancho de la llanta por 3 o por 4. Los datos con respecto a las llantas tambin pueden obtenerse a travs de los fabricantes.

4.3

Losas de concreto A las losas de concreto se les puede dar acabado de distintas maneras,

dependiendo del uso que vayan a brindar. Se pueden solicitar diferentes colores y texturas, con agregado expuesto o con una superficie estampada segn un cierto patrn. Para tener un perfil y una elevacin apropiados, algunas superficies pueden requerir solamente nivelacin y enrasado, mientras que para otras superficies se pueden llegar a especificar acabados de emparejado, alisado o escobillado. Se debe coordinar cuidadosamente el mezclado, el transporte y el manejo del concreto para las losas junto con las operaciones de acabado. El concreto

38

no se debe colocar sobre la subrasante o dentro de la formaleta a una velocidad mayor de la que pueda ser extendido, nivelado, consolidado, y aplanado. En efecto, el concreto no deber tenderse en un rea demasiada grande antes de ser nivelado, ni deber nivelarse un rea extensa y permitirse que se acumule el agua de sangrado antes de aplanarlo. Las cuadrillas de acabado debern ser lo suficientemente grandes para colar, darle acabado, y curar correctamente las losas de concreto, con las debidas consideraciones a los efectos de la temperatura del concreto y a las condiciones atmosfricas en cuanto al tiempo de fraguado del concreto y al tamao del colado por completar. Debido a las condiciones a las que estn expuestas las losas de pisos de cuartos fros, stas requieren concreto con aire incluido y otros aditivos, que se detallan en los siguientes incisos.

4.3.1

Concreto con aire incluido

Uno de los mayores avances en la tecnologa del concreto fue el desarrollo del concreto con aire incluido, a mediados de la dcada de los aos 30. Hoy da, la inclusin de aire se recomienda en casi todos los concretos, especialmente para mejorar su resistencia contra la congelacin, cuando el concreto queda expuesto al agua y a los productos qumicos descongelantes. Sin embargo, se obtienen otros importantes beneficios con la inclusin de aire en el concreto ya sea que se encuentre en estado fresco o endurecido. El concreto con aire incluido se produce utilizando un cemento inclusor de aire que estabilizada las burbujas formadas durante el proceso de mezclado. El

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agente inclusor de aire mejora la incorporacin de las burbujas de diversos tamaos disminuyendo la tensin superficial del agua de mezclado. Los agentes inclusores de aire aninicos son hidrfobos (repelen al agua) y estn cargados elctricamente. La carga elctrica negativa es atrada hacia los granos de cemento cargados positivamente, lo que ayuda a estabilizar las burbujas. El agente inclusor de aire forma una fuerte pelcula repelente al agua similar a una pelcula de jabn con la resistencia y la elasticidad suficiente para encerrar y estabilizar las burbujas de aire y evitar que se fusionen. La pelcula hidrfoba tambin impide que el agua penetre en las burbujas. La accin revolvedora y amasadora del mezclado mecnico dispersa las burbujas de aire. Las partculas de agregado fino tambin actan como una rejilla tridimensional para ayudar a mantener las burbujas en la mezcla. A diferencia de los vacos de aire atrapado, que ocurren en todos los concretos y que dependen en gran medida de las caractersticas del agregado, las burbujas de aire intencionalmente incluidas son extremadamente pequeas y tienen un dimetro de entre 10 y 1,000 micras. Los vacos de aire atrapado tienen dimetros de 1,000 micras (1 mm.) o ms. En un concreto normal la mayor parte de los vacos de aire incluido son de entre 10 y 100 micras de dimetro. Como se muestra en la figura 2, las burbujas estn bien distribuidas y no se encuentran interconectadas. El concreto sin inclusin de aire con un tamao mximo de agregado de 25 mm tiene un contenido de aire de aproximadamente 1.5 %. Esta misma mezcla con aire incluido para soportar una exposicin severa al congelamiento requerira un contenido de aire de aproximadamente 6 %.

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Figura 2. Seccin pulida de un concreto con aire incluido vista a travs del microscopio

Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 49

El reglamento de construcciones de concreto reforzado ACI 318 seala que un concreto que vaya a quedar expuesto a congelamiento y deshielo en estado saturado o a productos qumicos descongelantes, deber tener una inclusin de aire dentro de los lmites mostrados en la tabla 6 para condiciones de exposicin moderada y severa. La tolerancia en el contenido de aire al entregarse, debe ser de 1.5%. Para una resistencia a la compresin especificada, fc, mayor de 350 kg/cm2, el aire incluido en la tabla VI puede reducirse en 1%.

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Tabla VI. Contenido total de aire para concreto resistente a la congelacin Tamao nominal Contenido de aire, porcentaje mximo del Exposicin Exposicin Exposicin agregado* cm (plg) severa** moderada** ligera** 1.0 () 7 6 4 1.3 () 1.9 () 2.5 (1) 3.8 (1) 5.1 (2) 7 6 6 5 5 5 5 4 4 4 4 3 3 2 2

7.6 (3) 4 3 1 * Vase la norma ASTM C 33 para tolerancias de tamaos mayores para diversas designaciones de tamaos nominales mximos. ** Se considera exposicin severa al medio en el cual el concreto queda expuesto a condiciones hmedas de congelacin-deshielo, a productos descongelantes o a otros agentes agresivos. La exposicin moderada es el medio en el cual el concreto queda expuesto al congelamiento, pero sin encontrarse siempre hmedo, ni expuesto al agua durante periodos prolongados antes de que ocurra el congelamiento, y no estar en contacto con otros productos qumicos agresivos ni con descongelantes. La exposicin ligera es el medio en el cual el concreto no est expuesto a condiciones de congelacin, productos descongelantes o a agentes agresivos. Estos contenidos de aire se aplican a la mezcla total, al igual que para los tamaos precedentes de agregado. Al probar estos concretos, sin embargo, se retira el agregado mayor de 3.8 cm (1) tomndolo con la mano o mediante cribado, y se determina el contenido de aire en la fraccin de la mezcla de menos de 3.8 cm (1). (La tolerancia en el contenido de aire a la entrega se aplica a este valor). El contenido de aire de la mezcla total se calcula del valor determinado en la fraccin de menos de 3.8 cm (1).Fuente: Reglamento ACI 318-95. Tercera parte, Captulo 4. Pg. 13

La figura 3 ilustra el efecto del aumento del aire en la reduccin de la expansin ocasionada por la congelacin-deshielo en estado saturado y tambin muestra la necesidad de cumplir con los requisitos de la tabla 5 para condiciones de exposicin severa.

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Figura 3. Relacin entre el contenido de aire y la expansin de especimenes de prueba durante 300 ciclos de congelacin y deshielo para varios tamaos mximos de agregado

Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 63

Cuando no es necesaria la inclusin de aire para la proteccin contra el congelamiento-deshielo o contra los productos descongelantes, se hace uso de los contenidos de aire para exposicin ligera dados en la tabla 6. Se pueden emplear tambin mayores contenidos de aire siempre y cuando se logre la resistencia de diseo. El aire incluido ayuda a reducir el sangrado y la segregacin y mejora la trabajabilidad y las cualidades para efectuar los acabados en el concreto. El concreto que estar sujeto a condiciones de exposicin especial, deber cumplir con las relaciones mximas correspondientes agua-materiales 43

cementantes, y a los requisitos mnimos especificados en la tabla VII, para la resistencia a la compresin del concreto. Adems, para el concreto que est expuesto a productos qumicos descongelantes, el peso mximo de ceniza volante, otras puzolanas, ceniza de slice, o escorias que se incluyan en el concreto no excedern los porcentajes del peso total de materiales cementantes de la tabla VIII.

Tabla VII. Requisitos para condiciones de exposicin especial Condiciones de exposicin Concreto de agregado de peso normal; relacin mxima agua/materiales cementantes 0.50 Concreto de agregado normal ligero, f c mnima (kg/cm2) 280

Concreto que se pretenda tenga baja permeabilidad en exposicin al agua Concreto expuesto a congelacin y deshielo en condicin hmeda en descongelacin por medio de qumicos Para proteger de la corrosin al refuerzo en concretos expuestos a sales descongelantes agua salobre, agua de mar o salpicaduras del mismo origen

0.45

315

0.40

350

Fuente: Reglamento ACI 318-95. Tercera parte, Captulo 4. Pg. 13

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Tabla VIII. Requisitos para concreto expuesto a productos qumicos descongelantes Porcentaje mnimo de Materiales Cementantes materiales cementantes total por peso* Cenizas volantes u otras puzolanas que 25 cumplen con ASTM C 618 Escorias que cumplan con ASTM C 989 Ceniza de slice que cumpla con ASTM C 1240 50 10

Total de cenizas volantes u otras puzolanas, 50 escorias, y cenizas de slice Total de cenizas volantes u otras puzolanas y 35 ceniza de slice * El total de material cementante tambin incluye cemento ASTM C 150, C 595, y C 845. Los porcentajes mximos arriba indicados debern incluir: a) Ceniza volante u otras puzolanas presentes en cemento mezclado Tipo IP o I(PM), ASTM C 595 b) La escoria utilizada en la elaboracin de un cemento mezclado IS o I(SM) ASTM C 595 c) Ceniza de slice, ASTM C 1240, presente en un cemento mezclado La ceniza volante u otras puzolanas y ceniza de slice, debern de constituir no ms de 25 y 10 por ciento respectivamente, del peso total de los materiales cementantes.Fuente: Reglamento ACI 318-95. Tercera parte, Captulo 4. Pg. 14

Propiedades del concreto con aire incluido. Las caractersticas de mayor importancia en el concreto donde influye la inclusin de aire, son la resistencia a la congelacin-deshielo, resistencia a los productos descongelantes y a las sales, resistencia a los sulfatos, resistencia a la reactividad lcali-slice, resistencia y trabajabilidad, las cuales se presentan a continuacin. En la tabla IX, se presenta un breve resumen de otras caractersticas que no han sido tratadas.

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Tabla IX. Consecuencias que provoca la inclusin de aire en las propiedades del concretoPropiedades Abrasin Absorcin Reactividad lcali-slice Sangrado Adherencia al acero Resistencia a la compresin Fluencia Descascaramiento por productos descongelantes Resistencia a la flexin Resistencia a la congelacindeshielo Calor de hidratacin Mdulo de elasticidad (esttico) Permeabilidad Descascaramiento Contraccin (secado) Revenimiento Calor especfico Resistencia a los sulfatos Temperatura del concreto fresco Conductividad trmica Difusividad trmica Peso volumtrico Demanda de agua del concreto fresco para obtener un mismo revenimiento Hermeticidad Trabajabilidad Consecuencias Poco efecto Poco efecto La expansin disminuye conforme aumenta el contenido de aire Se reduce de manera importante Disminuye Se ve reducida aproximadamente de 2% a 6% por cada punto porcentual de aumento en el contenido de aire Poco efecto Reducido notablemente Se reduce aproximadamente de 2% a 4% por cada punto porcentual de aumento en el contenido de aire Aumenta significativamente contra el deterioro por descongelacin-deshielo en estado saturado Sin efecto considerable Disminuye con el aire incluido aproximadamente de 7400 a 14000 kg/cm2 por punto porcentual de aire incluido Poco efecto Se reduce de manera importante Poco efecto Aumenta con la inclusin de aire aproximadamente 2.5 cm por cada medio a un punto porcentual de aire Sin efecto Mejora apreciablemente Sin efecto Disminuye de 1% a 3% por cada punto porcentual de aumento de aire Disminuye aproximadamente 1.6% por cada punto porcentual de aumento de aire Disminuye con el aire incluido Disminuye con el aire incluido; aproximadamente de 3 a 6 kg por metro cbico por punto porcentual de aire Aumenta ligeramente Aumenta con la inclusin de aire

Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 50

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Resistencia a la congelacin-deshielo. La resistencia a la congelacin y deshielo del concreto endurecido en

condiciones de humedad se ve mejorada significativamente con el empleo de aire incluido intencionalmente an cuando se encuentren involucrados varios agentes descongelantes. En las Figuras 4 y 5, se presenta una prueba convincente del mejoramiento logrado en la durabilidad con la inclusin de aire. Figura 4. Efecto que el aire incluido tiene en la resistencia a la congelacin-deshielo del concreto en pruebas de laboratorio

Nota: Los concretos se elaboran con cementos de diferente finura y composicin qumica y con varios contenidos de cemento y distintas relaciones agua-cemento.Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 50

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Figura 5. Efecto del intemperismo sobre las losas de piso en el terreno de pruebas al aire libre para estudios a largo plazo

Nota: El espcimen de la derecha tiene aire incluido; el espcimen de la izquierda, mismo que muestra un descascaramiento severo, no tiene aire incluido. Ambos fueron elaborados con 335 kg de cemento Prtland Tipo I por metro cbico. Se aplic peridicamente 0.5 kg de cloruro de calcio por metro cuadrado de espcimen cada invierno. Los especimenes tenan 20 aos de edad en el momento que fueron fotografiados.Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 51

A medida que se va congelando el agua en el concreto hmedo, produce presiones osmticas e hidrulicas en los capilares y poros de la pasta de cemento y del agregado. Si la presin sobrepasa la resistencia a tensin de la pasta o del agregado, la cavidad se dilatar y llegar a romperse. El efecto acumulativo de ciclos sucesivos de congelacin-deshielo junto con la fractura de la pasta y del agregado causarn eventualmente una expansin y deterioro del concreto considerables. El deterioro es visible en forma de agrietamiento, descascaramiento, y desmoronamiento. Las presiones hidrulicas son causadas por la expansin del 9 % del agua al congelarse, en la cual los cristales de hielo que se van formando, desplazan 48

al agua que no se ha congelado. Si un capilar se encuentra por encima de la saturacin crtica (91.7 % lleno de agua), las presiones hidrulicas irn producindose a medida que progrese la congelacin. Con menores contenidos de agua no debe existir presin hidrulica alguna. A saturacin crtica, todo el espacio vaco del capilar quedar lleno de hielo al congelarse, tericamente sin desarrollo de presin. Las presiones osmticas se desarrollan a partir de concentraciones diferenciales de soluciones de lcalis en la pasta. A medida que se forma el hielo, se crea una solucin adyacente de alta concentracin de lcalis. La solucin de alta concentracin de lcalis, a travs del mecanismo de smosis, extrae agua de las soluciones menores de lcali en los poros. Esta transferencia osmtica de agua prosigue hasta que se alcanza el equilibrio en la concentracin de lcalis en los fluidos. La presin osmtica se considera un factor de menor importancia, si acaso se encuentra presente, en la accin de congelacin del agregado, mientras que puede ser dominante en algunas pastas de cemento. Las presiones osmticas, tal como se ha descrito anteriormente, se consideran un factor principal en el descascaramiento por sal. El hielo existente en los capilares (o cualquier hielo presente en los vacos de gran tamao o grietas), extrae agua de los poros para avanzar en su crecimiento. Tambin, como la mayora de los poros en la pasta de cemento y en algunos agregados son demasiado pequeos para que en ellos se formen cristales de hielo, el agua trata de emigrar hacia los lugares donde pueda congelarse. Los vacos de aire incluido actan como cmaras huecas en la pasta para que penetre el agua que se congela, liberando as las presiones anteriormente

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descritas y evitando que el concreto sufra daos. Con el deshielo, la mayor parte del agua regresa a los capilares debido a la accin capilar y a la presin del aire comprimido en las burbujas. De esta manera, las burbujas quedan listas para proteger al concreto del siguiente ciclo de descongelacin. La presin ejercida por el agua a medida que se expande durante la congelacin, depende en gran medida de la distancia que el agua debe viajar hacia el vaco ms cercano para desahogarse. En consecuencia, los vacos deben quedar espaciados lo suficientemente cerca para que la presin quede por debajo de la que excede la resistencia a tensin del concreto. El espaciamiento y tamao de los vacos de aire son factores de importancia que contribuyen a la efectividad de la inclusin de aire en el concreto. La norma ASTM C 457 describe una forma de evaluar el sistema de vacos de un concreto endurecido. Casi todas las autoridades consideran las siguientes caractersticas de los vacos, como representativas de un sistema con una adecuada resistencia a la congelacin-deshielo: 1. Factor calculado de espaciamiento, L, (distancia mxima promedio a partir de cualquier punto en la pasta de cemento hasta el borde del vaco ms cercano) menor que 0.20 mm. 2. Superficie especfica, a, (superficie de los vacos) 24 cm2 por cm3 de volumen de vaco de aire, o mayor. 3. Nmero de vacos por cada 2.5 cm. lineales de dimensin transversal, n, - al menos una y media a dos veces mayor que el valor numrico del porcentaje de aire en el concreto. La prctica usual de control en el campo solamente involucra la medicin del volumen de aire en el concreto fresco. Aunque la medicin del volumen de

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aire por s sola no permite una evaluacin completa de las caractersticas importantes del sistema de vacos, la inclusin de aire generalmente se considera efectiva para la resistencia contra la congelacin-deshielo cuando el volumen de aire en la fraccin del mortero en el concreto (el material que pasa la malla nmero 4), es de aproximadamente 9 1 %. El contenido total de aire requerido por durabilidad aumenta conforme se reduce el tamao del agregado grueso y se vuelven ms severas las condiciones de exposicin. La resistencia a la congelacin-deshielo tambin aumenta de manera significativa con el uso de un agregado de buena calidad, una relacin aguacemento baja, un contenido mnimo de cemento de 335 kg. por metro cbico, y con el empleo de tcnicas apropiadas de acabado y de curado. Los elementos de concreto debern estar drenados adecuadamente y estar lo ms secos posible puesto que a mayor grado de saturacin aumenta la probabilidad de falla ocasionados por los ciclos de congelacin-deshielo. El concreto que est seco o que slo contiene una pequea cantidad de humedad, no se ve afectado sustancialmente an cuando quede sujeto a un gran nmero de ciclos de congelacin de deshielo. Resistencia a los productos descongelantes y a las sales. Los productos qumicos empleados para la remocin del hielo y de la nieve pueden agravar y ser causa de descascaramientos en las superficies del concreto. El dao se debe primordialmente a una accin fsica. Se cree que el descascaramiento provocado por los productos descongelantes en aquellos concretos con una inadecuada inclusin de aire o sin aire incluido es causado principalmente por la elevacin de las presiones osmtica e hidrulica, excediendo las presiones hidrulicas producidas, cuando se congela el agua en el concreto. Estas presiones llegan a ser crticas y, a menos que se cuente con vacos de aire incluido que acten como vlvulas de alivio, se producirn los

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descascaramientos. Las propiedades higroscpicas (absorbentes de humedad) de las sales tambin atraen el agua y mantienen ms saturado al concreto, aumentando el potencial de deterioro por congelacin-deshielo. Un concreto con aire incluido diseado y colocado adecuadamente resistir a los productos descongelantes durante muchos aos. Se ha mostrado mediante estudios que la formacin de cristales de sal en el concreto puede contribuir al descascaramiento del concreto y a un deterioro similar al desmoronamiento que ocurre en las rocas por el intemperismo a las sales. Los vacos de aire incluido en el concreto dejan espacio para que los cristales de sal crezcan, liberando as el esfuerzo interno de manera similar a como los vacos liberan el esfuerzo causado por el agua al congelarse en el concreto. Los productos descongelantes pueden tener muchos efectos sobre el concreto y el medio inmediato. El cloruro de sodio, el cloruro de calcio y la urea son los productos ms comnmente empleados. Cuando no hay congelamiento, el cloruro de sodio casi no tiene un efecto qumico en el concreto, pero s daa a las plantas y corroe el metal. El cloruro de calcio en soluciones dbiles tiene poco efecto qumico en el concreto y en la vegetacin pero corroe al metal. Se ha demostrado que las soluciones concentradas de cloruro de calcio pueden atacar qumicamente al concreto. La reaccin se acelera cuando se aumenta la temperatura. La urea no daa qumicamente al concreto, ni a la vegetacin ni al metal. El uso de productos descongelantes que contengan nitrato de amonio y sulfato de amonio debe prohibirse estrictamente porque atacan y desintegran rpidamente al concreto. El grado de descascaramiento depende de la cantidad empleada de producto descongelante y de la frecuencia en su aplicacin. Las

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concentraciones de producto descongelante relativamente bajas (del orden de 2 % a 4 % en peso), producen ms descascaramientos superficiales que las concentraciones mayores o incluso la ausencia de productos descongelantes. Los productos descongelantes pueden alcanzar las superficies de concreto de manera distinta a su aplicacin directa, como por las salpicaduras de los vehculos y por el goteo de las caras inferiores de los vehculos. El descascaramiento es mucho ms severo en las reas pobremente drenadas porque la solucin descongelante queda retenida en la superficie del concreto durante la congelacin y el deshielo. La inclusin de aire es efectiva para prevenir al descascaramiento de las superficies y se recomienda para todos los concretos que pudieran entrar en contacto con los productos descongelantes. Para proporcionar una durabilidad y una resistencia al descascaramiento adecuadas bajo exposiciones severas estando presentes los productos descongelantes, el concreto con aire incluido deber estar compuesto de materiales durables y tener (1) una relacin aguacemento baja (mximo 0.45), (2) un revenimiento de 10 cm. o menos, (3) un contenido de cemento de 335 kg/m3 ms, (4) un acabado adecuado luego que el agua de sangrado se haya evaporado de la superficie, (5) un drenaje adecuado con una pendiente de 1 cm. por metro lineal o ms, (6) un curado hmedo mnimo durante 7 das a 10C arriba de este valor, (7) una resistencia a compresin a 28 das mnima de 280 kg/cm2, y (8) un periodo mnimo de secado de 30 das luego del curado hmedo si el concreto se ha colocado en otoo y va a quedar expuesto a ciclos de congelacin-deshielo y a productos descongelantes cuando se sature. Cuando las temperaturas bajan hasta cerca de los 4C, puede ser necesario un periodo de curado de 14 das si se usa cemento normal, Tipo I.

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Sin embargo, el periodo de curado requerido se puede reducir a 7 das si se usa un cemento de alta resistencia temprana Tipo III o un mayor contenido de cemento en el concreto. Resistencia a los sulfatos. La resistencia del concreto a los sulfatos se ve mejorada con la inclusin de aire porque se aprovecha la reduccin en la relacin agua-cemento, tal como se muestra en las Figuras 6 y 7. El concreto con aire incluido elaborado con una relacin agua-cemento baja y con un factor de cemento adecuado empleando cemento de bajo contenido de aluminato triclcico, ser resistente al ataque de los suelos y de las aguas sulfatadas.

Figura 6. Efecto de la inclusin de aire y del contenido del cemento en el comportamiento de especimenes de concreto expuestos a un suelo con sulfatos

Nota: Los especimenes sin aire incluido elaborados con menores cantidades de cemento se deterioraron extremadamente. Los especimenes elaborados con mayor cantidad de cemento, y la menor relacin agua-cemento, fueron todava mejorados con la inclusin de aire. Los nmeros indican el contenido de cemento. Cuando se les fotografi, los especimenes tenan 5 aos de edad.Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 53

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Figura 7. Comportamientos de concretos con aire incluido y sin aire incluido expuestos a un suelo con sulfatos segn el tipo y el contenido de cemento

Nota: La resistencia a los sulfatos se ve incrementada en el uso de cementos Tipo II y Tipo V, con un mayor contenido de cemento, con una menor relacin agua-cemento y con la inclusin de aire.Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Diseo y Control de Mezclas de concreto. Pg. 54

Resistencia a la reactividad lcali-slice. La falla por expansin provocada por la reactividad lcali-slice, se reduce

con la inclusin de aire. Los lcalis del cemento reaccionan con la slice de los agregados reactivos para formar productos de reaccin expansivos, lo que provoca que el concreto se expanda. La expansin en extremo har que el concreto se deteriore y fall