Materiales Para Ingeniería Civil - Michael S. Mamlouk & John P. Zaniewski (2da Edición) PDF

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www.FreeLibros.org M ichael S. M am lo iik

Jo h n P. Zani^wsféí

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Materiales para Ingeniería civil S E G U N D A E D IC IÓ N

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Materiales para Ingeniería civil S E G U N D A E D IC IÓ N

MICHAEL S. MAMLOUK JOHN P. ZANIEWSKI

TRADUCCIÓN V u elap lu m a

www.FreeLibros.org

D atos d e ca ta lo g a ció n bib lio gráfica M A T E R IA L ES PA R A IN G E N IE R ÍA CIV IL M ich ael S . M am louk, Jo h n P. Z an iew ski PEA R SO N EDUCACIÓN, S. A ., M ad rid , 2 0 0 9 ISBN : 9 7 8 -8 4 -8 3 2 2 -5 1 0 -3 M ateria: 6 2 4 , In g eniería c iv il Form ato: 1 9 5 X 250 m m

P ágin as: 616

C u alq u ier form a d e rep ro d u cció n , d istrib u ció n , co m u n ica ció n p ú b lica o tra n sfo rm ació n d e esta ob ra só lo p u ed e s e r realizad a c o n la au to rizació n d e su s titu la re s, salv o e x c e p c ió n p revista p o r la ley. L a in fra cció n d e lo s d erech os m en cio n ad o s p u ed e se r co n stitu tiv a d e d elito co n tra la propiedad in te lectu a l (arts. 2 7 0 y sg ts. C ó d ig o p e n a l). D iríja se a CEDRO (Centro E sp añ o l d e D erecho s R eprográficos: w w w .ced ro.org), si n e ce sita fo to co p iar o esc a n ea r algún fragm ento d e esta obra. DERECH OS R ESER V A D O S © P E A R S O N EDUCACIÓN S . A ., 2 0 0 9 R ib era d el L o ira , 28 2 8 0 4 2 M ad rid (España) w w w .p earso ned u caci0n .com ISB N : 9 7 8 -8 4 -8 3 2 2 -5 1 0 -3 Etepósito legal: A uthorized tra n sla tio n from th e E n g lish language ed itio n , e n title d M A TERIA LS F O R CIVIL AND CON STRU CCIO N EN G IN EERS, 2 n d E d itio n b y MICHAEL M A M LOU K; JO H N ZA N IEW SKI, pu blish ed b y P earson E d u catio n , In c , p u b lish in g as P ren tice H all, C opyright © 2 0 0 6 . P EA R SO N PREN TICE HALL es u n s e llo ed ito rial autorizado d e P E A R SO N ED U CA CIÓ N , S . A. Equipo e d ito r ia l: Editor: M ig u el M artín-R om o T é c n ic o e d ito ria l: M alu M artínez Equipo d e p ro d u cció n : D irector: Jo sé A . C lares T é cn ico : Ire n e M arte D iseño d e cu b ie rta : Equipo d e d iseño d e P earso n E d u c a ció n , S . A. C o m p o sición : V u elaplu m a Im preso por: IM PR ESO E N E SPA Ñ A - P rin te d in S p a in . E ste lib ro h a s id o im p reso c o n p a p e l y tin ta s eco ló g ico s

N ota so b re e n la c e s a p ág in as w e b a je n as: E s te lib ro p u ed e in c lu ir e n la c e s a s itio s w e b g estio n a d o s p o r tercero s y a je n o s a P E A R SO N ED U C A C IÓ N , S . A . q u e s e in c lu y e n só lo c o n fin a lid a d in form ativa. H 2A RSO N ED U C A C IÓ N , S . A . n o a su m e n in gú n tip o d e re sp o n sa b ilid a d p o r lo s d a ñ o s y p e rju ic io s d eriv a d o s del uso d e lo s dato s p e rso n ale s q u e p u ed a h a ce r un te rce ro en carg ad o d e l m a n ten im ie n to d e las pág in as w e b a je n a s a

www.FreeLibros.org IB A R S O N ED U C A C IÓ N , S . A . y d e l fu n cio n a m ien to , a c c e s ib ilid a d o m a n ten im ie n to d e lo s s itio s w e b n o g estio n ­ ad o s por P E A R S O N ED U C A C IÓ N , S . A . L as re feren cias s e p rop o rcio n an e n e l esta d o e n q u e s e e n c u en tra n e n e l m om ento d e p u b lica ció n s in g aran tías, ex p resa s o im p líc ita s , s o b re la in fo rm a ció n q u e s e p ro p o rcio n e e n ella s .

I

CONTENI DO

Prefacio

M

xvi

UNO C onceptos so b re ingeniería de m ateriales 1.1

Factores económ icos

2

1.2

Propiedades m ecánicas

3

1.2.1 • Condiciones de carga

4

12 2

• Relaciones esfuerzo-deform ación

12 .3

• Comportamiento elástico

6

12 . 4 • Comportamiento elastoplástico

1 2 .5 • Trabajo y energía

4

9

13

1.2.6 • Respuesta dependiente del tiem po 1.2.7 • Modelos reológicos

14

15

1.2.8 • Efectos de la tem peratura y del tiem po 1.2.9 • Fallos y seguridad 1.3

21

Propiedades no m ecánicas

23

1.3.1 • Densidad y peso específico 1.3.2 • Expansión térm ica

1.4

Producción y construcción

1.5

Características estéticas

1.6

Variabilidad de los m ateriales

1.6 2

27 27

29

• Distribución norm al

1.6.4 • Error experim ental

30 31

33

Equipos de medida de laboratorio 1.7.1 • Galgas

26

27

1.6.3 • Diagramas de control

1.7

23

24

1.3.3 • Características superficiales

1.6.1 • Muestreo

19

34

35

www.FreeLibros.org 1.7.2 • Transformador diferencial variable lineal (LVDT)

36

vi

Contenido

1.7.3 • Galgas extensimétricas 1.7.4 • A ñ ilb de calibración 1.7.5 • C e b a de carga Resum en

41

42

Cuestiones y problem as 1&

38

40

Referencias

43

52

DOS

—

N aturaleza de los m ateriales 2.1

Conceptos básicos sobre m ateriales 2.1.1 2.1 2

• Configuración electrónica • Enlaces

54

54

54

57

2.1.3 • Clasificación de b s materiales según el tipo de enlace

22

Materiales m etálicos

61

2.2.1

• Estructura reticular

62

22 2

• Defectos de la retícula

2.2.3 • Estructura granular 2.2.4 • Aleaciones

70

2.2.5 • Diagramas de fase

71

2.2.6 • Efectos com binados 2.3

Sólidos inorgánicos

2.4

Sólidos orgánicos 2.4.1

67

67

77

77 80

• Desarrollo, estructura e interenlaces de los polímeros

2.4.2 • Fusión y tem peratura de transicbn del v b rio 2.4.3 • Propiedades m ecánicas Resum en

86

Cuestiones y problem as 2.5

84

84

Referencias

86

89

TRES Acero

90

3.1

Producción del acero

91

3.2

Diagrama de fases h ierro-carbono

94

www.FreeLibros.org 3.3

Tratamiento térm ico del acero

3.3.1

• Recocido

98

98

Contenido

3.3.2 • Normalización

99

3.3.3 • Endurecimiento 3.3.4 • Templado

100

100

3.3.5 • Ejemplo de tratamiento térmico 3.4

Aleaciones del acero

3.5

Acero estructural 3.5.1

100

101

103

• Tipos de acero estructural

3.5.2 • Tipos de secciones

103

106

3.5.3 • Aceros especiales en aplicaciones estructurales 3.6

Productos de sujeción

3.7

Armaduras de acero

3.8

Pruebas m ecánicas del acero

112 114 118

3.8.1

• Prueba de tensión 118

3.8.2

• Prueba de torsión 122

3.8.3 • Prueba de impacto con péndulo de Charpy 3.8.4

• Prueba de flexión 128

3.8.5

• Prueba de dureza 128

3.8.6 • Pruebas ultrasónicas 3.9 3.10

S oldadura

133 134

135

Cuestiones y problem as 3.11

130

• Métodos de resistencia a la corrosión

Resum en

125

130

Corrosión del acero 3.10.1

109

Referencias

136

143

CUATRO

—

A lum inio

144

4.1

Producción de alum inio

146

4.2

Metalurgia del alum inio

150

4.2.1

• Sistema de designación de las aleaciones

42 2

• Tratamientos de revenido

151

152

4.3

Pruebas y propiedades del aluminio

4.4

Soldadura y fijación

4.5

Corrosión

161

Resum en

162

155

161

Cuestiones y problem as

162

www.FreeLibros.org 4.6

Referencias

166

VÜi

Contenido

^

CINCO Á ridos

167

5.1

Fuentes de áridos

5.2

Clasificación geológica 168

5.3

Evaluación de las fuentes de áridos

5.4

Usos de los áridos

5.5

Propiedades de los áridos 5.5.1

167

169

170 171

• Form a y textura superficial de las partículas

5.5.2 • Consistencia y durabilidad

171

174

5.5.3 • Tenacidad, d ureza y resistencia a la abrasión

5.6

5.5.4

• Absorción

5.5.5

• Gravedad específica

5.5.6

• Peso unitario y huecos del árido

5.5.7

• Resistencia y m ódulo

5.5.8

• Granulom etría y tamaño máximo

181

5.5.9

• Sustancias nocivas en tos áridos

198

5.5.11

200

• Afinidad por el asfalto

Manipulación de los áridos

200

5.6.1

201

• Muestreo de áridos

H

Referencias

179

180

198

203

Cuestiones y problem as 5.7

177

5.5.10* Reactividad álcali-árido

Resum en

175

176

203

210

SEIS Cem ento portland

211

6.1

Producción del cem ento portland

6.2

Com posición química del cemento portland

6.3

Finura del cemento portland

6.4

Gravedad específica del cem ento portland

6.5

Hidratacíón del cemento portland 6.5.1

211 212

213 214

215

• Desarrollo de la estructura en la pasta de cem ento

6.5.2 • Evaluación del progreso de la hidratacíón

217

217

www.FreeLibros.org 6.6

H uecos en e l cemento hidratado

219

C ontenido

6.7

Propiedades del cem ento hidratado 6.7.1

• Fraguado

6 .7 2

• Consistencia

219

220 221

6.7.3 • Resistencia a la com presión

222

6.8

Relación agua-m ateriales cem entosos

6.9

Tipos de cem ento portland 6.9.1

222

224

• Tipos estándar de cem ento portland

6.9.2 • Otros tip o s de cem ento 6.10

Agua para la m ezcla

224

227

227

6.10.1 • Criterios de aceptación del agua

228

6.10-2* Eliminación y reutilización del agua de lavado del horm igón 6.11

Aditivos para e l horm igón

231

Reductores de agua

6.11.3 • Retardantes

232

236

6.11.4 • Aditivos de control de la hidratación 6.11.5* Aceleradores

236

237

6.11.6* Aditivos cem entosos suplem entarios 6.11.7

• Aditivos especializados

Resum en

^

238

241

242

Cuestiones y problem as 6.12

228

229

6.11.1* A gentes aireantes 6.11 2 -

¡X

Referencias

243

247

SIETE Horm igón de cem ento portland 7.1

Proporciones para las mezclas de horm igón 7.1.1 7.1 2

72

248

249

• Pasos básicos para los m étodos basados en el peso y en el volum en absoluto 250 • Mezclas de horm igón para proyectos de pequeña envergadura

Mezclado, colocación y m anipulación del horm igón fresco 7.2.1

• Hormigón premezclado

722

• Hormigón mezclado con dosificador m óvil

7 2 .3

• Depósito del horm igón

7.2.4 • Hormigón bom beado

267

269

270 271

271

271

7.2.5

• Vibración del horm igón

274

7.2.6

• Errores y precauciones a la hora de m ezclar agua

www.FreeLibros.org 275

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/ X

Contenido

7 2 . 7 • Medida del contenido de aire en el horm igón fresco

7 2 . 8 • Distribución y acabado del horm igón 7.3

Curado del horm igón 7.3.1

275

278

280

• Inundación o inm ersión

282

7.3.2 • Pulverización o nebulización 7.3.3 • Cubiertas húmedas

282

282

7.3.4 • Láminas de plástico o papel im permeables 7.3.5 • Compuestos mem branógenos

283

7.3.6 • Conservación de los encofrados 7.3.7 • Curado por vapor

282

286

286

7.3.8 • Cubiertas aislantes

286

7.3.9 • Curado eléctrico, mediante aceite caliente e infrarrojos 7.3.10* Periodo de curado 7.4

Propiedades del hormigón endurecido 287 7.4.1

• Cambio inicial de volumen

7.4.2 • Propiedades de reptación 7.4.3 • Permeabilidad

287 288

289

7.4.4 • Relación esfuerzo-deform ación 7.5

Pruebas del horm igón endurecido 7.5.1

290

292

• Prueba de resistencia a la compresión

7.5.2 • Prueba de compresión diam etral 7.5.4 • Prueba con el esclerómetro

293

295

7.5.3 • Prueba de resistencia a la flexión

296

298

7.5.5 • Prueba de resistencia a la penetración

298

7.5.6 • Prueba de velocidad de pulsos ultrasónicos 7.5.7 • Prueba de maduración 7.6

287

287

Alternativas al horm igón convencional 7.6.1

• Hormigón autoconsolidante

7.6.2 • Relleno fluido

300

301

302

7.6.3 • Cemento proyectado 7.6.4 • Hormigón ligero 7.6.5 • Hormigón pesado

304

306 307

7.6.6 • Hormigón de alta resistencia

308

7.6.7 • Hormigón com pensador de la contracción 7.6.8 • RDlímeros y horm igón

310

7.6.10* Hormigón com pactado a rodillo • Hormigón de altas prestaciones

Resum en

309

309

7.6.9 • Hormigón reforzado con fibra

7.6.11

299

300

311 311

313

Cuestiones y problem as

313

www.FreeLibros.org 7.7

Referencias

319

Contenido

^

OCHO M anipostería 8.1

320

Elem entos de m am postería 8.1.1

320

• Elementos de m am postería de horm igón

8.1.2 • Ladrillos de arcilla sólidos 8.2

Mortero

8.3

Lechada de cem ento

8.4

Enlucido

330

Resum en

331

329 330

Cuestiones y problem as 8.5

^

321

326

Referencias

331

334

NUEVE A glom erantes asfálticos y m ezclas asfálticas 9.1

Tipos de productos asfálticos

338

9.2

Usos del asfalto

9.3

Susceptibilidad térm ica del asfalto

9.4

Propiedades químicas del asfalto

9.5

Superpave y aglom erantes PG

9.6

Caracterización del asfalto 9.6.1

339 342 344

346

347

• Enfoque de caracterización PG

347

9.6.2 • Caracterización PG de los aglomerantes

348

9.6.3 • Pruebas tradicionales de caracterización del asfalto 9.6.4 • Caracterización de emulsiones y asfaltos fluidificados 9.7

Clasificación de los asfaltos 9.7.1

335

9.7.3 • Emulsiones asfálticas

356

357

• Aglom erantes asfálticos

9.7.2 • Asfaltos fluidificados

354

357

363 364

9.8

Hormigón asfáltico

364

9.9

Diseño de mezclas de hormigón asfáltico

366

9.9.1

• Preparación de probetas en el laboratorio 366

9.9.2

• Análisis de huecos y de la densidad 369

9.9.3

• Diseño de mezclas Superpave

373

www.FreeLibros.org 9.9.4

• Pruebas simples de com portam iento (SPT) de Superpave

383

XÜ

Contenido

9.9.5 • Método M arshall para el diseño de mezclas 9.9.6 • Método Hveem para el diseño de mezclas

387 395

9.9.7 • Evaluación de la susceptibilidad a la humedad 9.10

Caracterización del hormigón asfáltico

396

397

9.10.1 • Resistencia indirecta a la tracción

398

9.10.2* Prueba diametral del determ inación del módulo de resiliencia 9.10.3* Prueba de congelación y descongelación 9.10.4

Producción de horm igón asfáltico

9.12

Reciclado del horm igón asfáltico 9.12.1 • Reciclado de superficie

402

403

9.12.3* Reciclado a pie de obra Aditivos

403

404

404

9.13.1* Rellenos

405

9.13.2* Extendedores 9.13.3* Caucho

405

405

9.13.4* Plásticos

405

9.13.5* A gentes para m ejorar la adhesividad 9.13.6* O tros Resum en

405

405

406

Cuestiones y problem as

H

401

401

9.12 .2 * Reciclado en la planta central

9.14

400

• Uso de m odelos reológicos para analizar la respuesta dependiente del tiem po

9.11

9.13

398

Referencias

406

413

DIEZ M ad era 10.1

415

Estructura de la m adera

417

10.1.1 • Anillos de crecimiento

417

10.1.2 • Naturaleza anisotrópica de la m adera 10.2

Com posición quím ica
...