Clase II Concreto Armado i

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  • Ing. Jos Luis Villavicencio Guardia

    CONCRETO ARMADO I

    UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN DE HUANUCO

    FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA

    ESTUDIOS DE LOS MATERIALES DE CONCRETO ARMADO

  • CONCRETO

    Resistencia a compresin uniaxial

    Esta es la representacin mas simple para evaluar las propiedadesa compresin del material pero a su vez la mas alejada de cmoeste trabaja en realidad. Sin embargo es este el mtodo que se hanormalizado como representativo del material y todas lasformulaciones de diseo se fundamentan en esta medida. Laresistencia al igual que las otras propiedades mecnicasdependen de muchos factores entre los cuales se destacan: La forma de la probeta, La edad de medicin La relacin de componentes, El mtodo de fabricacin, almacenamiento y finalmente el Procedimiento de prueba.

  • El registro de los resultados debe incluir los datos

    siguientes:

    a) Clave de identificacin del espcimen.

    b) Edad nominal del espcimen.

    c) Dimetro y altura en centmetros, con aproximacin a mm.

    d) rea de la seccin transversal en cm2 con aproximacin al

    dcimo,

    e) Masa del espcimen en kg.

    f) Carga mxima en N (kgf).

    g) Resistencia a la compresin, calculada con aproximacin a

    100 kPa (1 kgf/cm2).

    h) Defectos observados en el espcimen o en sus cabezas.

    i) Descripcin de falla de ruptura..

    INFORME DE LA PRUEBA

  • EVOLUCIN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO CON LA EDAD Y LA TEMPERATURA.

    A continuacin se va a exponer cual es la influencia de laedad y la temperatura sobre el desarrollo de laresistencia del concreto, de su resistencia a compresin,pues es el parmetro de referencia que utilizamos tantopara la designacin de un hormign, como para llevar acabo las operaciones de control de calidad sobre unconcreto puesto en obra.

  • Dada la gran cantidad de factores que intervienen en elproceso de endurecimiento del concreto, es muy difcilpredecir la resistencia a una edad a partir de losresultados obtenidos a edades ms tempranas, oviceversa.En la tabla se proporciona unos valores estimativos dela resistencia a compresin a la edad de j das enrelacin con la resistencia a 28 das.

    Desarrollo.

  • Tabla 1. Resistencia a compresin sobre probetas del mismo tipo.

  • Comportamiento del esfuerzo biaxial

  • RESISTENCIA A CORTANTE DEL CONCRETOEsta propiedad es mucho mas compleja de obtenerexperimentalmente que la traccin y la compresin. Ladificultad, en un ensayo, radica en como aislar la cortantede las otras tensiones que actan simultneamente en elmaterial. Los diferentes resultados que presenta laliteratura tcnica al respecto muestran grandes diferenciasen los valores encontrados para la resistencia al cortanteen el concreto. Por ejemplo cuando la compresin secombina con la cortante (compresin diagonal) el valorpuede alcanzar hasta un 85% de fc mientras que cuandola traccin se combina con la cortante ( traccin diagonal )se presentan valores mas bajos que la resistencia atraccin del concreto.

  • Para evitar una falla estructural por cortante loselementos se deben dimensionar de tal forma queestas tensiones se limiten siempre a valores bajos. Eltermino tensiones cortantes no es apropiado en eldiseo estructural ya que realmente lo que controla lafalla son las tensiones por traccin diagonal. Si seentiende que realmente la resistencia a cortante puraes raras veces un problema estructural se lograasimilar la solucin usando la teora de la traccindiagonal.

  • Propiedades Mecnicas del Concreto

    IntroduccinEn su forma ms simple, el Concreto es un material compuestoconstituido por un material cementante, agua y agregado. Elcemento, normalmente tipo Portland, una vez hidratado generala adhesin qumica entre los componentes. Por lo general elagregado representa entre el 60 al 75% del volumen total delconcreto estructural, el cemento entre un 7 a 15% y el aireatrapado entre 1 al 3%. Para ciertos propsitos se puedeincorporar hasta un 8% de aire, en forma de pequeas burbujasen el mortero, agregando sustancias especiales. El aireincorporado es importante para concretos que van a estarsometidos a procesos de hielo deshielo.El concreto tiene una alta resistencia en compresin, pero suresistencia en traccin es baja, de hecho en los clculos se sueledespreciar la resistencia en traccin.

  • Resistencia a la CompresinEl valor de fc (resistencia a la compresin) se utiliza generalmentecomo indicador de la calidad del concreto. Es claro que puedenexistir otros indicadores ms importantes dependiendo de lassolicitaciones y de la funcin del elemento estructural o estructura.Por ejemplo en el diseo de pavimentos la resistencia a la traccinpor flexin es un indicador importante. Otro indicador importantepuede ser la durabilidad.Las Normas o Cdigos relacionan muchas de las caractersticasmecnicas del concreto (modulo de elasticidad, resistencia a latraccin, resistencia al corte, adherencia, etc.) con el valor de fc.La resistencia a la compresin se determina a partir de ensayos delaboratorio en probetas estndar cargadas axialmente. Este ensayose utiliza para monitorear la resistencia del concreto tanto para elcontrol de la calidad como para la aceptacin del concretofabricado.

  • Principales Factores que Afectan la Resistencia - fc -a) En todos los concretos de buena calidad, la resistencia de las

    partculas de agregado es mayor que la de los demscomponentes del concreto, de modo que los elementosimportantes en la resistencia del concreto son, la resistencia delpropio cemento hidratado (matriz) y la resistencia de lainterfase matriz - agregado.

    b) La relacin agua - cemento (w/c). Esta es tal vez la variable msimportante, una relacin w/c baja, reduce la porosidad de lamatriz o pasta de cemento y mejora la traba entre los slidosaumentando la resistencia. Por el contrario una relacin altaaumenta la porosidad de la matriz y de la zona de transicinentre la matriz y los agregados, reduciendo la resistencia.

  • c) El aire incorporado (aire incluido o incorporado) en la mezcla atravs de aditivos, tiende a reducir la resistencia encompresin. Tambin el aire que queda atrapado (aireatrapado) por una consolidacin no adecuada del concretodentro de los encofrados, tiende a reducir la resistencia.

    d) El tipo de cemento. normalmente afecta la velocidad con lacual se logra fc. El Cemento Tipo III, por ejemplo, es de una altaresistencia inicial o de rpido endurecimiento. A la edad de unda los concretos fabricados con Cemento Tipo III exhiben,aproximadamente, una resistencia dos veces mayor que losfabricados con Cemento Tipo I y a los 7 das una resistenciaentre 1.2 y 1.5 veces mayor.Los Cementos Tipo II (calor de hidratacin moderado yresistencia moderada a los sulfatos) el Tipo IV (de bajo calor dehidratacin) y el Tipo V (resistente a los sulfatos) desarrollanresistencia en el tiempo mas lentamente que el Tipo I.

  • e) La gradacin, textura y origen de los agregados. La gradacininfluye en la porosidad y la textura superficial afecta laadherencia entre el agregado y la matriz y el tamao del reaadherida.

    f) Las condiciones de humedad y temperatura durante el curado.Debido al proceso continuo de hidratacin del cemento, elconcreto aumenta su resistencia en el tiempo dependiendo delas condiciones de intercambio de humedad con el ambiente,por ello las condiciones de humedad durante el curado afectanfuertemente la resistencia.Periodos prolongados de curado aumentan significativamente laresistencia.

    g) La edad del concreto. Con Cemento Tipo I la resistencia a los 7das es aproximadamente el 65% a 70% de la resistencia a los 28das.

  • Resistencia a la Traccin del ConcretoLa resistencia en traccin directa o en traccin por flexin delconcreto, es una magnitud muy variable. La resistencia a latraccin directa (ft) del concreto vara entre el 8% y el 15% de laresistencia en compresin (fc).La resistencia a la traccin del concreto es importante ya que laresistencia al corte del concreto, la adherencia entre el concretoy el acero y la fisuracin por retraccin y temperatura,dependen mucho de esta.

  • Los principales ensayos utilizados para determinar, de maneraindirecta, la resistencia a la traccin del concreto son:a) Mdulo de Rotura fr (ensayo de traccin por flexin) es una

    medida indirecta de ft. Se obtiene ensayando hasta la roturauna probeta prismtica de concreto simple de 6x6x18simplemente apoyada, con cargas a los tercios. Para calcular elesfuerzo de rotura fr se asume una distribucin lineal de losesfuerzos internos y se aplica la formula de resistencia demateriales:

    fr = 6 M / (b2)

    El ajuste de un gran nmero de resultados experimentales, arrojaun promedio (con mucha dispersin) de:

    fr 2.2 fc (kg/cm2)

  • EL ACI y la Norma Peruana, definen el Mdulo de Rotura delconcreto mediante la ecuacin

    fr 2 fc (kg/cm2)

    Mdulo de Elasticidad del Concreto Simple para Cargas de Corta DuracinPara estimar las deformaciones en elementos o estructuras deconcreto armado, debidas a las cargas de corta duracin, dondees posible asumir para el concreto una relacin lineal entreesfuerzos y deformaciones sin errores importantes, es necesariodefinir un valor del mdulo de elasticidad. Las curvas esfuerzo -deformacin del concreto no son lineales, por lo tanto elconcepto convencional de mdulo de elasticidad, como el queempleamos para el acero, no es correcto. Sin embargo paraesfuerzos bajos de hasta 0.4 a 0.5 fc el suponer uncomportamiento lineal no conlleva a errores importantes.

  • La figura (Harmsen) muestra las distintas definiciones que puedeadoptar el mdulo de elasticidad del concreto simple: el mdulotangente inicial, el mdulo tangente en un punto determinado dela curva y el mdulo secante entre dos puntos de la misma.

    Esta ltima definicines la ms utilizada paracargas de cortaduracin y se suelecalcular para unesfuerzo cercano a 0.5fc. El mdulo deelasticidad tangenteinicial, normalmente esun 10% mayor que elsecante

  • El ACI permite estimar el valor Ec para concretos depeso especfico entre 1,400 y 2,500 kg/m3 mediante laecuacin:

    Ec = 0.14 ()1.5 f c (kg/cm2) ACI-02 8.5.1

    Siendo el peso especfico del concreto en kg/m3.Este valor corresponde al mdulo de elasticidadsecante del concreto, medido al 45% de fcaproximadamente, en ensayos de corta duracin.Para Concretos de Peso Normal (aproximadamente2,300 kg/m3) el ACI y la Norma Peruana permitenestimar Ec mediante:

    Ec = 15,000 f c (kg/cm2)

  • Mdulo de Poisson del Concreto

    Por debajo del esfuerzo crtico (75% a 80% de fc) el Mdulode Poisson - - vara entre 0.11 y 0.21. Normalmente est enel rango de 0.15 a 0.20 y permanece aproximadamenteconstante bajo cargas sostenidas. En la prctica se sueleadoptar = 0.15, con lo cual el Mdulo de Rigidez al EsfuerzoCortante es:

    Gc = Ec / 2 (1+) Gc = Ec / 2.3

  • Concretos de Alta ResistenciaLos concretos de alta resistencia se definen, en la literaturaespecializada, a partir de un f c superior a los 420 kg/cm2 (6,000psi). En los Estados Unidos se han usado concretos con f c de hasta1,300 kg/cm2 en la construccin de algunos edificios altos.Se logran con el uso de relaciones w/c muy bajas, con la ayuda desuperplastificantes, micro slice y el empleo de agregadosresistentes, angulosos y de superficie rugosa. El concreto resultantetiene un volumen de vacos menor que los concretosconvencionales.

  • Concretos Livianos

    Los concretos livianos se definen para pesos especficos entre los1,400 y 1,900 kg/m3.Para su fabricacin se utilizan agregados livianos, en algunoscasos artificiales. Se utiliza arena de peso normal o arena liviana.El mdulo de elasticidad (Ec) y la resistencia en traccin (ft) esinferior a los valores correspondientes para los concretos de pesonormal.Los concretos livianos son en general ms costosos que los depeso normal, por los agregados que se utilizan en su fabricacin.En nuestro medio se utilizan muy poco por la poca o nuladisponibilidad de agregados livianos.

  • Cambios Volumtricos del Concreto

    IntroduccinUna de las principales desventajas del concreto como material deconstruccin, est asociada a los cambios volumtricos que esteexperimenta a lo largo del tiempo. Los principales cambiosvolumtricos que experimenta el concreto a lo largo del tiempo,son los debidos al Creep o Flujo Plstico, los debidos a laRetraccin (Shrinkage), tambin llamada Contraccin de Fragua ylos asociados con los cambios de temperatura. Las figuras (Mehta)muestra esquemticamente los dos primeros fenmenos.

  • Creep o Flujo Plstico del ConcretoEl creep puede definirse como una deformacin inelstica delconcreto bajo esfuerzos sostenidos. Ocurre nicamente cuando elconcreto est sometido a esfuerzos de compresin o de traccin(en este caso cuando el elemento no se encuentra fisurado), esdecir, si el elemento no est cargado no se produce creep. Cuandose remueven o dejen de actuar los esfuerzos sostenidos, ocurreuna recuperacin parcial de las deformaciones ocasionadas por elcreep, conocido como recuperacin del creep (creep recovery). Larecuperacin del creep no es total, por lo tanto, el creep no es unfenmeno reversible.Las deformaciones por creep en un elemento de concreto simplebajo esfuerzos sostenidos, son en general, mayores que lasdeformaciones elsticas iniciales. Como resultado del creep losdesplazamientos y esfuerzos internos en una estructura deconcreto, se modifican.

  • Principales Factores que Afectan la Magnitud del Creepa) La duracin de la carga. Si las cargas son de corta duracin, como el

    viento o el sismo, no se produce creep. El creep est asociado acargas de naturaleza sostenida como el peso propio de loselementos estructurales. Si la carga se mantiene durante un ao, elcreep es alrededor de un 80% mayor que si se mantiene durante unmes.

    b) La edad a la cual se le aplican esfuerzos sostenidos al concreto. Si elconcreto se carga a edades tempranas, el creep es mayor. Si elconcreto se carga a los siete das, el creep es un 20% mayor que sise carga a los treinta das (ACI 209).

    c) El creep depende de la magnitud del esfuerzo de compresinaplicado. Hasta un esfuerzo de a aproximadamente 0.5 fc, lasdeformaciones por creep son proporcionales a las deformacioneselsticas y por ende a la magnitud del esfuerzo aplicado.

  • d) El creep depende de la cantidad de armadura y de lasdimensiones del elemento. Las dimensiones del elementoafectan en dos sentidos.

    e) El creep depende de la composicin del concreto. Lo nicoque experimenta creep es la pasta de cemento, los agregadosno experimentan creep. Por lo tanto a mayor contenido depasta mayor creep. El creep depende tambin del contenidode aire en el concreto y del contenido de finos en el concreto.

    f) El creep depende de la humedad relativa promedio delambiente, a mayor humedad menor creep ya que una partedel creep (Creep por Secado) se debe a la migracin de agualibre en los poros hacia el exterior del concreto. Al 50% dehumedad relativa el creep es un 40% mayor que al 90% dehumedad.

  • EL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

    La maleabilidad es una propiedad quesimilarmente como la ductilidad sonpropiedades que presentan los cuerposfsicos. A diferencia de la ductilidad, lamaleabilidad se refiere a la formacin defilamentos, la maleabilidad nos permite laconformacin de finas lminas queconservan su integridad ya que no se rompeny no existe ningn mtodo que permitacuantificar estas lminas.

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

  • VENTAJAS DEL ACERO

    Alta resistencia

    Uniformidad y homogeneidad

    Rango elstico amplio

    Durabilidad

    Ductilidad y tenacidad

    Rapidez de construccin

    Reciclabilidad

    VENTAJAS DEL ACERO

  • 3. Caractersticas del Acero

    Material fcil de conformar en fro y en caliente.

    Material fcil de mecanizar, ensamblar y proteger contra lacorrosin.

    Bajo coste unitario en comparacin con otros materiales.

    Alta disponibilidad, su produccin es 20 veces mayor al restode materiales metlicos no frreos.

    Material altamente adaptable.

    Fcilmente reciclable: Se puede usar chatarra como materiaprima para la produccin de nuevo acero.

    Ventajas del acero:

  • Corrosin: El acero expuesto a intemperie sufre corrosin porlo que deben recubrirse siempre exceptuando a los acerosespeciales como el inoxidable.

    Calor, fuego: En el caso de incendios, el calor se propagarpidamente por las estructuras haciendo disminuir suresistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero secomporta plsticamente, debiendo protegerse conrecubrimientos aislantes del calor.

    Desventajas del acero:

  • Pandeo elstico: Debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos sujetos a compresin, los hace susceptibles al pandeo elstico, por lo que en ocasiones no son econmicos las columnas de acero.

    Fatiga: La resistencia del acero (as como del resto de los materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran nmero de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensin.

    Desventajas del acero:

  • Alambres y Cordones de Acero

    Los alambres y cordones de acero de alta resistencia sonutilizados en construccin con el objetivo principal de incrementarla resistencia a traccin de las estructuras de hormign y crearunos estados de tensin y deformacin adecuados

  • Barras para Hormign

    Se usan en la confeccin de armaduras de cualquier elemento de hormign armado.Las corrugas o resaltes permiten una alta adherencia al cemento o al hormign. Entre sus aplicaciones tenemos: columnas, vigas, losas, tanques de agua, viviendas, edificios, puentes, etc.

  • Corrugas

  • Cuando se requiera empalmes por traslape para dar la continuidad

    necesaria, el refuerzo superior debe ser empalmado lo ms cerca a

    la mitad del tramo, y el inferior cerca del apoyo o en l. (Figura 6).

    Durante la habilitacin de las barras, considerar las longitudes de traslape.No empalmar ms de la mitad de los fierros en la misma zona de la viga, porquepodra obstruir el paso del concreto y ocasionar una zona dbil en la viga.El refuerzo de la viga no debe apoyarse directamente sobre el encofrado, sino

    sobre dados de mortero, cuyos lados deben ser igual al dimetro del estribo ms 40mm.).

    Respetar minuciosamente lo indicado por los planos estructurales para cada una de

    las vigas a construirse en lo que respecta a:

    -Dimetro del fierro a utilizarse en la elaboracin de los estribos.