INSTRUMENTOS DE CONSTRUCCION CIVIL

1. Teodolito Electrónico

1.1. Definición

El Teodolito electrónico es un instrumento de medición electro-óptico que se utiliza para obtener ángulos horizontales ángulos verticales distancias y desniveles, el mismo que tiene una precisión elevada. El teodolito es un instrumento muy utilizado en la mayoría de las operaciones que se realizan en los trabajos topográficos.

El desarrollo de la electrónica y la aparición de los microchips han hecho posible la construcción de teodolitos electrónicos con sistemas digitales de lectura de ángulos sobre pantalla de cristal liquido, facilitando la lectura y la toma de datos mediante el uso de libretas electrónicas de campo o de tarjetas magnéticas, eliminando los errores de lectura y anotación y agilizando el trabajo de campo. La siguiente figura muestra el teodolito electrónico DT4 de SOKKIA.

1.2. Clasificación de los teodolitos

En general los teodolitos se clasifican en teodolitos repetidores, reiteradores, brújula y electrónicos.

Teodolitos repetidores. Estos han sido fabricados para la acumulación de medidas sucesivas de un mismo ángulo horizontal en el limbo, pudiendo así dividir el ángulo acumulado y el número de mediciones vistas.

Teodolitos reiteradores. Llamados también direccionales, los teodolitos reiteradores tienen la particularidad de poseer un limbo fijo y sólo se puede mover la alidada.

Teodolito - brújula. Como dice su nombre, tiene incorporada una brújula de características especiales. Éste tiene una brújula imantada con la misma dirección al círculo horizontal. Sobre el diámetro 0 a 180 grados de gran precisión.

Teodolito electrónico. Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica para hacer las lecturas del círculo vertical y horizontal, desplegando los ángulos en una pantalla, eliminando errores de apreciación. Es más simple en su uso, y, por requerir menos piezas, es más simple su fabricación y en algunos casos su calibración.

1.3. Partes de un teodolito

En resumen, un teodolito sin importar el tipo ni el avance tecnológico al que haya sido sometido, consta de las siguientes partes: la base nivelante, el limbo y alidada.

La base nivelante. Es el soporte del instrumento. El limbo. Conformado por círculos o discos graduados, tanto verticales como

horizontales, para medir ángulos. La alidada. Es el elemento superior y giratorio de instrumento.

1.4. Ejes principales

El teodolito tiene tres ejes principales:

Eje principal o vertical (eje S - S), alrededor del cual gira la alidada. Es el eje donde se miden ángulos horizontales.

Eje secundario u horizontal (eje K - K), alrededor del cual gira el anteojo. Eje de la colimación o de puntería (eje Z - Z), coincidente con el eje geométrico del

anteojo, es el eje donde se enfoca a los puntos.

2. GPS

2.1. Definición

El GPS (Global Positioning System: Sistema de  Posicionamiento Global), es un sofisticado  sistema de  orientación y  navegación por satélite que permite determinar en todo el mundo la posición de un determinado objeto. El  funcionamiento  está  basado en la recepción y  procesamiento de las informaciones emitidas por una constelación de  24 satélites  conocida como  NAVSTAR, orbitando en diferentes alturas a unos 20.000 km. por encima de la superficie terrestre.

Cada satélite da  dos vueltas diarias  al planeta, una  cada doce horas.  Las trayectorias y la velocidad orbital  han sido calculadas para que  formen una especie  de  red  alrededor  de la  tierra  (debe  haber  todo momento  cinco satélites a  la vista  en cualquier  zona), de  manera que  un receptor GPS a cualquier hora del día o de  la noche, en cualquier lugar, con  independencia de las condiciones meteorológicas, pueda  facilitar la posición que ocupa  al captar y procesar las señales emitidas por un mínimo de tres satélites.

2.2. Tipos de GPS

Existen dos tipos de GPS, los cuales se describen a continuación:

3.2.1 Navegadores GPS

Estos son mas para fines recreativos y aplicaciones que no requieren gran precisión, consta de un dispositivo que cabe en la palma de la mano, tienen la antena integrada, su precisión puede ser de menor a 15 m, pero si incorpora el sistema WAAS puede ser de menor a 3 m.

Además de proporcionar nuestra posición en el plano horizontal pueden indicar la elevación por medio de la misma señal de los satélites, algunos modelos tienen también barómetro para determinar la altura con la presión atmosférica.

La señal de los satélites GPS no requiere de ningún pago o renta.

3.2.2 GPS topográficos.

Los GPS topográficos requieren dos antenas, ya sea que el usuario tenga las dos, o que solo tenga una y compre los datos a una institución como el INEGI Omnistar (DGPS). Se dice entonces que se está trabajando en modo diferencial. La diferencia en precio de un GPS de una banda contra uno de Dos bandas puede ser muy grande, y lo es más cuando los GPS de dos bandas incorporan la función RTK (Real Time Kinematic). La forma de trabajar con equipos que no incorporan la función RTK es: trasladar los equipos a campo, se hacen las lecturas, pero es solo hasta que se regresa a gabinete que se obtienen las mediciones, con un sistema RTK, los datos se obtienen directamente en campo y el alto precio de estos equipos es por que incorporan una computadora, y un sistema de radio comunicación entre las dos antenas.

El GPS no reemplaza a la estación total, en la mayoría de los casos se complementan. Es en levantamientos de gran extensión donde el GPS resulta particularmente practico, ya que no requiere una línea de vista entre una antena y otra, además de tener el GPS la gran limitante de

trabajar solo en espacios con vista al cielo, siendo un poco problemático incluso cuando la vegetación es alta y densa, pero por ejemplo una selva o bosque se abre un claro de unos 5 metros y se hace la medición con la antena, en lugar de abrir una brecha para tener visual entre la estación total y el prisma. Así mismo es común hacer el levantamiento de dos puntos con GPS (línea de control) y posteriormente usar la estación y en lugar de introducir coordenadas arbitrarias introducimos coordenadas geográficas, y todo lo que se levante con la estación estará georeferenciado.

3. Cono de Abrams

3.1. Definición

El cono de Abrams es el ensayo que se realiza al hormigón en su estado fresco, para medir su consistencia ("fluidez" del hormigón).

El ensayo consiste en rellenar un molde metálico troncocónico de dimensiones normalizadas, en tres capas apisonadas con 25 golpes de varilla o pisón y, luego de retirar el molde, medir el asentamiento que experimenta la masa de hormigón colocada en su interior.

En la preparación de la mezcla de hormigón es muy importante que la combinación cemento/áridos y su relación con el agua, sean las adecuadas para lograr las propiedades fundamentales de la mezcla fresca primero (consistencia) y endurecida luego (resistencia).

El molde en forma de cono truncado se llena con la mezcla en 3 capas de la misma altura, compactando con 25 golpes de varilla por vez, acto seguido se levanta el molde y se mide cuanto ha descendido la mezcla en el punto central. El valor obtenido, es la medida de la consistencia de la mezcla. Se la denomina también asentamiento, puede variar entre 2 y 18 cm, según sea el tipo de estructura y los procedimientos de encofrado, colocación y compactación.

3.2. Procedimiento del ensayo

3.2.1. Llenado

El llenado de hormigón necesario para efectuar este ensayo no será inferior a 8 litros. Se coloca el molde sobre la planchade apoyo horizontal, ambos limpios y humedecidos

sólo con agua. No se permite emplear aceite ni grasa. El operador se sitúa sobre las pisaderas evitando el movimiento del molde durante el

llenado. Se llena el molde en tres capas y se apisona cada capa con 25 golpes de la varilla o pisón

distribuidos uniformemente. La capa inferior se llena hasta aproximadamente 1/3 del volumen total y la capa media

hasta aproximadamente 2/3 del volumen total del elemento, es importante recalcar que no se debe llenar el cono por alturas, si no por volúmenes.

3.2.2. Apisonado

Al apisonar la capa inferior se darán los primeros golpes con la varilla o pisón ligeramente inclinada alrededor del perímetro. Al apisonar la capa media y superior se darán los golpes de modo que la varilla-pisón hasta la capa subyacente. Durante el apisonado de la última capa se deberá mantener permanentemente un exceso de hormigón sobre el borde superior del molde.

Se enrasa la superficie de la capa superior y se limpia el hormigón derramado en la zona adyacente al molde.

Inmediatamente después de terminado el llenado, se enrasa y limpia, sujetándolo por las asas y dejando las pisaderas libres, para luego levantar en dirección vertical sin perturbar el hormigón en un tiempo de 5 +/- 2 segundos.

Toda la operación de llenado y levantamiento del molde no debe demorar más de 2.5 minutos.

3.2.3. Medición del asiento

Una vez levantado el molde se mide inmediatamente la disminución de altura del hormigón moldeado respecto al molde. La medición se hace en el eje central del molde en su posición original. De esta manera, la medida del asiento permite determinar principalmente la fluidez y la forma de derrumbamiento para apreciar

4. Probetas cilíndricas

4.1. Definición

Para efectuar el control de calidad por resistencia en el hormigón, es necesario preparar probetas con características que dependen del tipo de ensayo que se va a realizar.

Para ensayos de resistencia a compresión se utilizan probetas cilíndricas con una altura igual a dos veces su diámetro, o probetas cubicas generalmente de 150 mm por lado. Las probetas cilíndricas más comunes son las de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura (15x30 cm), pero con el uso cada vez más frecuente de hormigones de mayor resistencia, las probetas de 100 mm de diámetro por 200 mm de altura son más convenientes por requerir menos espacio para su almacenamiento y menos esfuerzos en las prensas para su rotura.

4.2. Equipo necesario

El material necesario para preparar las muestras de ensayo está constituido por los siguientes elementos:

Moldes cilíndricos. Deben ser de acero u otro material no absorbente de 15 x 30 cm. (6” x 12”). Antes de usarse los moldes deben ser cubiertos ligeramente con aceite mineral o un agente separador de encofrado no reactivo.

Varilla o barra compactadora de acero liso, de 16 mm (5/8”) de diámetro y 60 cm de longitud, con uno de sus extremos boleados.

Mazo. Debe usarse un mazo de goma que pese entre 0.60 y 0.80 Kg. Equipo adicional. Badilejo, plancha de metal y carretilla.

4.3. Procedimiento para elaboración de probetas cilíndricas

El llenado de las probetas se realiza en 3 capas, se coloca hormigón hasta cubrir la tercera parte de la altura del molde cada vez. Una vez colocada cada capa, se la compacta con 25 golpes de la varilla, distribuidos uniformemente sobre la superficie. En la primera capa, los golpes deben atravesarla íntegramente pero no golpear el fondo del molde. La compactación de la segunda y la tercera capa se realiza atravesando cada una de ellas y penetrando solamente la parte superior de la capa siguiente. Finalmente, se enrasa la probeta al nivel del borde superior del molde, mediante una cuchara de albañil, retirando el sobrante de hormigón y trabajando la superficie hasta conseguir una cara perfectamente plana y lisa.

Durante las primeras 24 hr las probetas deben quedar en obra, almacenadas evitando movimientos, golpes, vibraciones. Se deberán cubrir con una bolsa plástica para evitar la evaporación de la humedad de las mismas. Serán protegidas de la acción del congelamiento hasta que se produzca el fraguado del hormigón. Las probetas endurecidas deben mantenerse en agua o en ambiente superior al 95% hasta la fecha del ensayo.

El objetivo final de la fabricación de probetas es el control de la calidad del hormigón a través del ensayo a compresión de las mismas. El valor de la resistencia es un indicador concreto a la hora de proyectar estructuras. Este ensayo se realiza por medio de una prensa que comprime la probeta hasta provocarle la rotura a la misma, obteniendo de esta manera el valor último de carga (llamado carga de rotura) para ese tipo de hormigón fabricado. El tiempo que transcurre entre la preparación de las probetas y la edad de ensayo son 28 días, pero se pueden realizar ensayos a diferentes edades.

5. Nivel de ingeniero

5.1. Definición

El nivel de ingeniero o topográfico, también llamado nivel óptico o equialtímetro es un instrumento que tiene como finalidad la medición de desniveles entre puntos que se hallan a distintas alturas o el traslado de cotas de un punto conocido a otro desconocido.

5.2. Características

Pueden ser manuales o automáticos, según se deba calibrar horizontalmente el nivel principal en cada lectura, o esto se haga automáticamente al poner el instrumento "en estación".

El nivel óptico consta de un anteojo similar al del teodolito con un retículo estadimétrico, para apuntar y un nivel de burbuja muy sensible (o un compensador de gravedad o magnético en el caso de los niveles automáticos), que permita mantener la horizontalidad del eje óptico del

anteojo, ambos están unidos solidariamente de manera que cuando el nivel está desnivelado, el eje del anteojo no mantiene una perfecta horizontalidad, pero al nivelar el nivel también se horizontaliza el eje óptico.

Este instrumento debe tener unas características técnicas especiales para poder realizar su función, tales como burbuja para poder nivelar el instrumento, anteojo con los suficientes aumentos para poder ver las divisiones de la mira, y un retículo con hilos para poder hacer la puntería y tomar las lecturas, así como la posibilidad de un compensador para asegurar su perfecta nivelación y horizontalidad del plano de comparación.

5.3. Precisión

La precisión de un nivel depende del tipo de nivelación para el que se lo utilice. Lo normal es un nivel de entre 20 y 25 aumentos y miras centimetradas o de doble milímetro. Con este nivel y la metodología apropiada se pueden hacer nivelaciones con un error de aproximadamente 1.5 cm por kilómetro de nivelada.

Para trabajos más exigentes existen niveles con nivel de burbuja partida, retículo de cuña, placas plano paralelas con micrómetro y miras de INVAR milimetradas, con los cuales se pueden alcanzar precisiones de unos 7 mm por kilómetro de nivelada con la metodología apropiada.

6. Penetrómetro (STP – Standard penetration Test)

6.1. Definición

El SPT determina la resistencia del suelo a una penetración de un toma muestras tubular de acero en el interior de un sondeo, al tiempo que permite la recolección de muestras alteradas en su estructura para su definición. El ensayo de penetración estándar se emplea para evaluar la resistencia de un terreno y su Penetrómetro en su estructura para su definición. El ensayo de varios métodos para investigar la consistencia de los depósitos cohesivos o la compacidad relativa de los granulares sin necesidad de hacer sondeos o de extraer muestras. La mayoría de

estos procedimientos se basa en la medida de la resistencia que ofrece el suelo al avance de un aparato llamado penetrómetro. Si se empuja el penetrómetro uniformemente en el suelo, el procedimiento se llama prueba de penetración estática. Si se encaja a golpes se le llama prueba de penetración dinámica. Como regla general, son preferibles las pruebas estáticas en los depósitos cohesivos blandos y las dinámicas en los muy duros. Se ha visto que las dos pruebas, la estática y la dinámica, son útiles en los depósitos sin cohesión. Se han diseñado muchas variedades de Penetrómetro, cada uno de ellos adaptado a una cierta clase de material.

6.2. Tipos de pruebas de penetración dinámica

Consisten en la introducción en el terreno de un elemento de penetración, generalmente de forma cónica

Ensayo de penetración estándar, o SPT Ensayo de penetración dinámica con registro continúo Prueba de penetración dinámica superpesada, o DPSH Prueba de penetración dinámica pesada, o DPSH Penetrómetro Borros

6.3. Cono Dinámico (DCP - Dynamic Cone Penetrometer)

El Penetrómetro de cono dinámico (conocido también como DCP, por sus siglas en inglés) mide la penetración dinámica por golpes, a través del terreno natural o suelo de fundación, levemente cementados.

Es un método no destructivo capaz de medir la capacidad estructural in situ del suelo de fundación.

Los Penetrómetro dinámicos o pruebas o ensayos de penetración dinámica son un tipo de ensayos de penetración, empleados en la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento geotécnico.

7. Esclerómetro

El esclerómetro es un Instrumento de medición empleado, generalmente, para la determinación de la resistencia a comprensión en hormigones ya sea en pilares, muros, pavimentos, etc.

El Esclerómetro está provisto de una pesa tensada con un muelle; funciona cuando la pesa tensada es lanzada contra la superficie para medir su rebote.

El esclerómetro es un instrumento de medición empleado, generalmente, para la determinación de la resistencia a compresión en hormigones ya sea en pilares, muros, pavimentos etc. Su funcionamiento consiste en una pesa tensada con un muelle. Dicha pesa tensada es lanzada contra el hormigón y se mide su rebote aunque no es un método excesivamente fiable, su uso está muy extendido. Proporciona valores aproximados y se emplea principalmente como método de comprobación, siendo menos usado que el ensayo de compre

7.1. Información general sobre la resistencia a la presión en el hormigón

Resistencia del bloque de cemento Composición y compactación del hormigón Tiempo y condiciones de almacenado Dimensiones y forma del elemento de comprobación Tipo y duración de la carga

La resistencia a la presión se determina normalmente en laboratorio en cubos de hormigón o en cilindros rectos se utiliza el esclerómetro con forma de martillo de sencillo manejo y que proporciona una precisión considerable existen diferentes valores hasta llegar a la clase superior de resistencia B 55. Con este esclerómetro podrá clasificar el hormigón de manera sencilla, rápida y precisa.

7.2. Características del ensayo esclerométrico

Construcción muy sólida. Cuerpo de rebote especial para realizar innumerables comprobaciones de hormigón. Manejo muy sencillo. Tabla de conversión en la parte posterior. Ayudas correctoras de los resultados de medición en las instrucciones de uso.

8. Máquina de los Angeles

8.1. Definición

Esta máquina es utilizada como herramienta de control de calidad para agregados, incluyendo piedra triturada, gravilla y chatarra. La máquina de los ángeles consiste en un tambor cilíndrico de acero que gira en posición horizontal. Este cilindro está provisto de una abertura para introducir la muestra que se desea ensayar y un entrepaño para conseguir el volteo del material.

La dureza es la resistencia que ofrece el agregado a la acción del roce y al desgaste diario. Los agregados empleados en carreteras, y pisos, deben ser especialmente resistentes al desgaste. Para determinar esta propiedad se emplea el ensayo de resistencia al desgaste en la máquina de los Ángeles, ensayo descrito en las normas NTC 90 y 98, y que tiene en cuenta la gradación y tamaño del material, por lo que es necesario hacer una granulometría previa con el fin de determinar la gradación del ensayo que mejor represente al agregado.

El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original de la muestra y el peso final del ensayo, expresada en tanto por cierto del peso inicial. A este valor numérico se le denomina coeficiente de desgaste Los Ángeles.

Para la mayoría de los agregados gruesos una de las propiedades físicas de gran importancia es la resistencia a la abrasión o desgaste de los agregados y con este obtenemos una referencia para el diseño de mezclas. Esta es importante porque con ella conoceremos la durabilidad y la resistencia que tendrá el concreto para la fabricación de losas, estructuras simples o estructuras que requieran que la resistencia del concreto sea la adecuada para ellas. En el siguiente ensayo obtendremos el porcentaje de desgaste que el agregado sufrirá en condiciones de roce continuo de las partículas y las esferas de acero, todo esto utilizando la máquina de los ángeles. Esto nos indica si el agregado grueso a utilizar es el adecuado para el diseño de mezcla y la fabricación de concreto.

9. El juego de tamices

9.1. Definición

El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelo dada, juego de tamices. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa del suelo.

Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que más se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo más conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. Entre más uniforme sea la granulometría, mayor será la economía. Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando:

El agregado que se emplee en un concreto que contenga más de 296 Kg de cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusión de aire.

Que el modulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso.