Diseño Estructural Laboratorio Vigas

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Vicerrectora Acadmica Facultad de Ingeniera

DISEO ESTRUCTURAL: VIGAS DE REFUERZO A FLEXION Y ELEMENTOS

ESTRUCTURALE S SOMETIDOS A COMPRESION

PRESENTADO POR:

DIANA LOPEZ RAMIREZ-40101083

JAIME CUESTAS MANZO-40092085

PRESENTADO A:

ING. RICHARD MORENO

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA

PROGRAMA D E INGENIERIA CIVIL

25 DE MARZO DEL 2015

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INTRODUCCION

La resistencia del concreto tiene una gran transformacin a partir de muchas variables,

sin embargo el concreto generalmente tiene buenas caractersticas en cuanto a la resistencia

a la compresin, al fuego, durabilidad, manejabilidad, haciendo un conjunto ideal con el acero

para perfeccionar el comportamiento , ya que el refuerzo garantiza la resistencia a la

tensin y ductilidad.

Frecuentemente los elementos en concreto reforzado son especficos para trabajar a flexin

( vigas), sin embargo cuando el acero aplicado en la propiamente en el inferior de la viga

alcanza su mayor resistencia , es preciso que el concreto presente visibles fisuras, en

cuanto a grandes proporciones estas pueden disminuir la duracin de los elementos

brindando una menor seguridad estructural .

Existen diversos aspectos que pronuncian fcilmente la aparicin de fisuras o grietas en el

concreto como cambios trmicos, perdida prematura de agua, tipo de agregados ,

humedecimiento y secado etc. De tal manera que se debe tener el debido cuidado en la etapa

constructiva con respecto al diseo , como la mezcla , curado , proporcin del hacer, entre

otros .

En el presente trabajo se expondr diferentes investigaciones con respecto al concreto

armado reforzado, concreto con fibras y concreto armado doblemente reforzado para analizar

los diferentes comportamientos que se pueden comprobar, promoviendo as una fase

investigativa en la materia para la adquisicin de nuevos conocimientos o que

complementen los mismos.

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

Investigar y analizar diferentes maneras de representar el concreto, ya sea con refuerzo,

con fibras o con doble refuerzo. Generar un comparativo de los posibles comportamientos

de resistencia entre cada uno, as mismo analizando vigas que trabajan a flexin y

elementos estructurales sometidos a compresin..

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2. MARCO DE REFERENCIA

2.1. Concreto Armado con Refuerzo de Acero

2.1.1. Diseo del cortante de FRP vigas de hormign armado sin reforzamiento

transversal

El articulo est dirigido principalmente a el anlisis del comportamiento experimental de

vigas RC con falla al corte y flexin, en donde la falla de corte es resistida en primera

instancia por la cabeza a compresin .

Se aplica un concreto de reforzado con polmeros, que garantiza resistencia unas

caractersticas de las propiedades de fatiga y alta relacin resistencia peso .

Se tendr en cuenta que e s una viga con la ausencia de estribos, en donde la nica hacia abajo

el desplazamiento vertical de la armadura longitudinal en proporcionada por el recubrimiento de

hormign. Sin embargo las grietas aumento su espaciamiento a medida que la carga aumenta,

reduciendo la friccin a lo largo de la longitud de la grieta. Este efecto es especialmente relevante

en elementos sin estribos, ya que las grietas no son atravesadas por cualquier refuerzo que limita

los movimientos relativos entre sus labios, con excepcin de las barras de flexin. (1)

Principal Hiptesis

La hiptesis principal de la mtodo presentado en este artculo es que, justo antes de la falla, el

principal mecanismo que contribuye a la resistencia al corte de la viga llevado por el acorde de

compresin de hormign.

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Tambin se considera un FRP reforzado viga de hormign sin transversal refuerzo, sometido a

una carga de punto de aumento, el cual produce un patrn de fisura inclinada, as como normal y

cizalladura vertical subraya en cualquier seccin transversal, como se muestra en la figura. (1)

Figura 1.Planteamiento de Hiptesis

Profundidad del eje neutro

La profundidad de la cuerda de compresin de hormign se supone que es igual a la profundidad

eje neutro en flexin en el estado agrietada.

El comportamiento en compresin, la profundidad eje neutro resultante depender de la relacin

de refuerzo y la relacin modular.

Se analiza que cuanto mayor es el momento aplicado y menor es la relacin de modular

equivalente, mayor es el neutro factor de correccin eje.

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La profundidad eje neutro se obtiene entonces por anlisis estndar de agrietadas reforzadas

secciones de hormign bajo flexin pura, descuidando resistencia a la traccin del hormign, y

multiplicando el valor obtenido por la correccin del factor de Fa.

Figura 2.Profundidad del eje Neutro

Ensayo

Un nmero considerable de pruebas se han llevado a cabo para estudiar la resistencia al

cizallamiento de FRP sin reforzamiento trasversal . Se tiene en cuenta efecto de la cantidad de

refuerzo y la rigidez en la resistencia al cizallamiento de FRP .

Para estudiar el comportamiento de las formulaciones de cizallamiento existentes para Vigas FRP

RC, los autores han montado una base de datos experimental de 144 ensayos sobre vigas o

forjados unidireccionales. (1)

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Figura 3.Viga modelo

Anlisis de resultados

Se observa considerablemente que con respecto la profundidad de la viga , el ancho de

la grieta tiende a aumentar , provocando una reduccin del efecto de agregado enclavamiento

y que conduce a una disminucin de la resistencia al cizallamiento.

Figura 4. Viga agrietada

Conclusiones

Segn la falla de corte de un es considerado a tener lugar cuando la tensin principal de traccin

en cualquier punto de la cuerda de compresin, alcanza el hormign a la traccin fuerza. Para

vigas simplemente apoyadas sometidos a cargas puntuales, dicho fallo se produce a una seccin

crtica colocado en la punta de la inclinacin de las grietas de cizallamiento .

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Los resultados obtenidos por el mtodo propuesto son muy buenas, en trminos de valor medio y

el coeficiente de variacin de la relacin entre el experimental y los valores predichos.

2.2. Concreto Reforzado con fibras

2.2.1. Comportamiento en la compresin en hormign reforzado de peso

ligero confinado con refuerzo de acero trasversal

Se lleva a cabo el anlisis del comportamiento en el concreto reforzado de peso ligero, con

refuerzo trasversal en forma de espiral para muestras cilndricas y cuadrada para muestras

prismticas . El material del agregado es la Piedra pmez y arcilla expandida, los cuales son

fundamentales para disminuir el peso del material compuesto, Adems de esto se le agregaron

fibras de acero en forma de ganchos. El hormign ligero no es muy comn en para

funciones estructurales sin embargo esto se quiere analizar empleado en elementos

estructurales, bsicamente para hormign prefabricado. Este es muy ptimo para la reduccin

de la dimensiones de los cimientos de los edificios con el apoyo de que tiene baja capacidad

portante del suelo. De igual manera la resistencia de este tipo de concreto variara con respecto

a los ridos que lo conformen y esencialmente de la densidad , teniendo en cuenta que una

alta densidad mejorara la resistencia del concreto y si mismo su peso propio . Sin embargo

gran parte se puede mejorar con el aumento del acero de refuerzo transversal de

confinamiento. (2)

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Muestras

Se utilizara fibras de acero enganchado aplicado en diferentes porcentajes. Las fibras con

longitud de 30 mm, y el dimetro 0, 5 mm se distribuyeron al azar en el mezcla de hormign

fresco. Los porcentajes en volumen de fibras eran 0,5%, 1% y 2% en volumen de hormign, que

corresponde a cantidades de fibra de 40, 80 y 160 kg / m3

La piedra pmez agregado de piedra con un tamao desde 3 a 7 mm (tamao medio) y de 7 a 10

mm. La porcin fina (

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Figura 5. Especimenes a ensayar

El confinamiento refuerzo con barras de refuerzo de 4 mm de dimetro y barras en forma de

espirales circulares para especmenes cilndricos y de estribos cuadrados para probetas

prismticas.

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En los especmenes cilndricos de hormign ligero con arcilla que s e probaron con y sin

fibras, teniendo un refuerzo trasversal en forma de espiral, s e logra determinar que la

ausencia de fibras en estas muestras muestran gran fragilidad y una baja resistencia,

mostrando grietas inclinadas longitudinales bsicamente a travs de toda la muestras

Debido al acero de refuerzo en espiral se tiene algunas apreciaciones como observar la escasa

capacidad de resistencia del agregado liviano y la frgil naturaleza de agregado liviano hace que

sea imposible movilizar altos valores de fuerzas impliquen significativa resistencia residual. (2)

Figura 6. Concreo con fibras de acero

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Figura 7. Concreto con refuerzo en espiral

El refuerzo utilizado garantiza una gran resistencia en las muestras. En la manera que para los

dos tipos de muestras tanto para cilndrica y para probetas prosttica, se obtiene una

capacidad de resistencia y deformacin muy similar , debido a que la seccin trasversal

cuadrada confinada se r educe con respecto a la cilndrica.

Tambin se observa que la presencia de fibras, junto con los refuerzos de acero transversales

produce un mejor rendimiento tanto para probetas prismticas y cilndricas, pero la forma de la

seccin transversal produce diferentes efectos porque el ncleo confinado efectivamente es

mayor en probetas cilndricas con respecto a la de probetas prismticas con estribos.

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Figura 8. Viga de concreto con variaicones en alturas

Figura 9. Viga de concreto con variaicones en alturas

De acuerdo a las probetas prismticas es claro que se observa una gran diferencia en cuanto

a las que tiene el acero ms separado que el que se encuentra ms unido, es decir que el

rea entre las barras de acero es pequea en comparacin del rea bruta de hormign, en

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cuanto a una parte de la carga axial externa fue apoyada por la barras longitudinales de acero

por adherencia. Y por el contrario en el caso de una pequea cantidad de acero trasversal

Por otra parte, en el caso de una pequea cantidad de acero transversal, se produce el efecto de

pandeo en barras longitudinales junto con la reduccin de la contribucin a la resistencia debido

a la fluencia de las barras longitudinales

Conclusiones

Indiscutiblemente la resistencia del hormign reforzado puede variar con respecto a la

adicin de fibras, ya que estas aumentan la resistencia residual y la capacidad de absorcin

de energa, sin embargo con la arcilla hay un aumento significativo en la capacidad de carga

mientras que con la piedra pmez no muestra gran variacin

De acuerdo al cambio en la forma, las propiedades de confinamiento conectados a la presencia

de refuerzos de acero transversales en prismas es reducida con respecto al caso de los cilindros.

En el presencia de fibras y refuerzos de acero transversales se analizan buenos

comportamientos para las dos formas

En cuanto al aumento de longitud en la muestra llevada a cabo , genera una reduccin a la

resistencia mxima y residual, aun teniendo fibras y acero trasversal.

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2.2.2. El desempeo del concreto con ceniza de cscara de arroz, ceniza concha

de mar y Adems de fibra de bamb

Principalmente el concreto posee una buena compresin pero baja resistencia a la traccin. Para

ello s e analiza un nuevo de sistema de la aplicacin de fibras naturales al concreto armado ,

con el fin de aumentar la ductilidad de la matriz de hormign. La investigacin hace

nfasis a la resistencia a la traccin del hormign con 0,50% de adicin de fibra de bamb en

funcin del peso del cemento. Para aumentar la resistencia del hormign, se utiliz la mezcla de

ceniza de cscara de arroz (RHA) y cenizas de concha de mar (SSA) como reemplazo parcial del

agregado fino. La sustitucin se divide en cuatro porcentajes diferentes, a saber 10%, 20%, 30%

y 40% basado en el peso del agregado fino. El trabajo experimental consisti en fundicin 13

diferentes tipos de hormign que se compara en trminos de resistencia a la traccin indirecta a la

edad de 28 y 90 das. En general, la resistencia a la traccin del hormign reforzado con fibra de

bamb es comparable a la del hormign normal.

Se promueve una aplicacin sustentable con respecto a una nueva modalidad de concreto,

de modo que se encuentre beneficiando de cierto modo a la proteccin del medio

ambiente(3)

Muestras

Los materiales utilizados en el ensayo fueron cascara de arroz y ceniza de concha de mar ,

estos contienen propiedades importantes para la construccin. El contenido de alto slice

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de estos materiales tienen un gran comportamiento puzolnico que influyen en la resistencia

del hormign.

Tambin se aplic fibras de bamb, con un buen comportamiento ya que tiene mdulo de

elasticidad que es muy similar a la del hormign, susceptibles a los cambios de volumen en agua

y aumenta la resistencia a la traccin. (3)

Figura 10. Ceniza de arroz-Ceniza de concha de mar- Fibra de bamb


La prueba de resistencia a la traccin del hormign s e realizo debidamente en el laboratorio de

hormign, Universidad Bengkulu. En donde se hizo una comparacin de la resistencia a la

traccin del hormign normal con 12 tipos de hormign.La fuerza aplicada fue a la velocidad

constante hasta que se alcanza la fuerza mxima. La Figura muestra evidentemente la

separacin que se produce en el momento que falla el cilindro, en donde el interior del

hormign se observa la fibra de bamb dispersa

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Figura 11.Prueba de traccin. Concreto fisurado

Conclusiones

Se demostr que la resistencia a la traccin del hormign reforzado con fibras de bamb ,

produce un comportamiento similar al de un hormign normal.

Se observa que la adicin de ceniza de cscara de arroz, cscara del mar de cenizas y fibra de

bamb, aumenta la resistencia a la traccin del hormign.

Es necesario tener en cuenta .valores de la resistencia a la compresin y resistencia a la

traccin en edades posteriores.

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2.3. Concreto Armado doblemente reforzado

2.3.1. Efectos de la armadura de compresin pandeo sobre la ductilidad de las

vigas RC en la flexin

Se llevaron a prueba vigas con longitud de 3 m y seccin trasversal de 0,20x 0,30 m 2,

aplicando una carga a un tercio de la viga hasta su momento de falla, en estos

especmenes se analiz la relacin carga-desplazamiento, momento, factor de ductilidad,

directamente estuvo muy relacionado el anlisis por la distribucin de los estribos y la

colocacin del acero

Generalmente es necesario la ductilidad de las estructuras de RC no es precisamente

indispensable sin embargo se deben tener ciertas consideraciones , como en la forma de

los elementos ya que deben considerar no slo la fuerza sino tambin la capacidad de soportar

deformaciones plsticas .

Tambin es necesario la relacin que existe entre el refuerzo en el concreto en el momento

de ser fallado a la traccin , ya que su mayor debilidad se fundamenta cuando experimenta

este tipo de carga, mientras que generalmente el concreto es evidentemente funcional de la

mejor manera a la compresin sin embargo tambin afecta su comportamiento como en

vigas a flexin, por tal modo este ser el tema principal a evaluar.

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El pandeo de la estructura armadura sometida a compresiones se encuentra influenciada

principalmente por la separacin de la armadura transversal es decir de los estribos y as

mismo por el dimetro de las barras . El efecto de confinamiento en hormign proporcionado por

el refuerzo transversal, para garantizar parte de la resistencia del hormign pero tambin su

capacidad de deformacin. (4)

Ensayo

Este estudio se llev a cabo en 15 vigas hasta el fallo era alcanzado. Todas las vigas eran 3 m de

largo, tena una envergadura de 2,75 m y eran sometido a un sistema de carga simtrica que

consiste en dos concentrado fuerzas aplicadas 0,90 m de los soportes

La accin fue aplicada por un actuador electromecnico con una capacidad mxima de 1.000 kN.

La fuerza de un electromecnico actuador se aplic a la viga de metal y se transmite entonces a la

viga probado a travs de los soportes. La accin fue aumentado gradualmente mediante el control

de la deformacin a una velocidad de 0.02 mm / s (desplazamiento del pistn). Alrededor de 10

pausas en especfico cargas se prev para cada prueba. (4)

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Figura 12. Ensayo

Muestras

En las vigas se utilizaron concretos de diferentes resistencias de 24 ,30 MPa, y 39 MPa en

donde la resistencia a la compresin se determin utilizando especmenes cbicos con 150 mm.

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En total, 30 cubos eran probados durante el curso del estudio. El refuerzo longitudinal y

transversal utilizado estaba caliente acero laminado

Figura 13.Diferentes vigas doblemente reforzadas con variacion en el acero de

refuerzo.

Anlisis de los resultados

La muestra de la figura 3. El espcimen S1B0, en el momento de experimentar una carga

mxima a lo previsto , presenta debidamente el pandeo, en donde s e habra la posibilidad

de aplicar una carga mayor si el pandeo no se hubiese provocado .

Las vigas en la figura fueron diseadas para fallar por flexin, pero las vigas S3B1 y S3B2

tenan una falla de corte debido a una estimacin incorrecta de la mxima resistencia

cizallamiento.

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Figura 14. S1B0 Y S1B3

Figura 15. S2B1 Y S2B2

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Figura 16 . S3B1 Y S3B3

A partir de los resultados , es preciso confirmar que en el caso de las vigas S1B2 y

S1B3,con altas esferas de acero a la traccin, hay una mayor probabilidad en cuanto a la

inestabilidad lateral que ocurre en las barras de compresin antes de la se alcanza momento

mximo . Debido el equilibrio de las fuerzas internas, un rea ms grande de acero a la traccin

corresponde a un rea superior del hormign a la compresin y por lo que la deformacin en el

nivel del acero a la compresin ser mayor. De manera que es ms acertado que las vigas

tiendan a sufrir pandeo, sin embargo es necesario tener una buena distribucin en el

arrostramiento de la viga , usando espacios bajos entre estribos. Tambin el cambio en el

refuerzo trasversal influye al comportamiento de la muestra ya que a mayor area trasversal

ser mayores las deformaciones plsticas . (4)

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Conclusiones

Debido al comportamiento de una viga cuando hay una gran zona de acero a

la traccin y cuando el rea de la traccin es de acero ms pequeo , se

determina que en la primera presentara una facilidad a que las barras a

compresin sufran pandeo

Tambin se prob que el acero de alta ductilidad no cambia el tipo de falla, y

de otro modo el acero de alta ductilidad para hacer los estribos no es relevante

a la seccin ductilidad para vigas con estas caractersticas.

3. CONCLUSIONES GENERALES

Debido a la falta de confinamiento por estribos, se logra considerar ciertas

aberturas representativas directamente en la resistencia del concreto, formando un

pandeo lateral del re refuerzo longitudinal, provocado por la concentracin de los

esfuerzos en los extremos . Es posible garantizar que el concreto falle por tensin

debido a las fuerzas cortantes , para ello se requiere de un ptimo confinamiento

que logre prevenir las representativas grietas inclinadas que se observaron debido

a un tipo de falla por tensin.

En lo absoluto, la fibra de acero proporciona un efecto de confinamiento al concreto

en compresin y por tanto, la fibra de acero genera que en concreto tenga menos

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resistencia pero sea ms dctil cuanto este se llegue a someter a fuerzas axiales de

compresin

El concreto puede ser modificado por medio de fibras , que permiten aprevenir

la fisuracion en estado endurecido , disminuir el ancho de la fisura y darle un

debido comportamiento en la fisura. En realidad las macrofibras se incluyen en el

concreto para aumentar la tenacidad del material, es decir para hacer que las estructuras,

incluso despus del agrietamiento de la matriz, puedan seguir siendo cargadas.

La principal hiptesis del modelo es considerar que, justo antes de la falla, la fuerza

cortante es resistida principalmente por el agrietado generado por la compresin del

hormign. Segn este, su contribucin de los restos de resistir mecanismos para la

resistencia al corte se descuidan, de manera que se proporciona el valor del lmite inferior

de la resistencia al corte por el modelo. A continuacin, la falla de corte del haz es

considerado a tener lugar cuando la tensin principal de traccin en cualquier punto del

cuerpo a compresin, supera la fuerza de traccin del hormign. Para vigas simplemente

apoyadas sometidos a cargas puntuales, dicho fallo se produce en una seccin crtica

colocado en la punta de la grieta de donde se genera el corte siendo asi el punto crtico

ms cercano al soporte.

La adicin de fibras de acero aument significativamente la resistencia al impacto.

Adems de los valores aumentados del IPL, esto se mostr tambin en los valores de los

parmetros de daos inferiores (crteres delantero, trasero y prdida de peso total).

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Barras con capas superficiales mas gruesas y agregados de mayor tamao exhiben una

mayor resistencia a la perforacin, con independencia de la utilizacin de las fibras. La

adicin de fibras, sin embargo, aumenta el rendimiento general, que considera tambin los

daos sufridos en el lmite de la perforacin.

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4. FUENTES DE INFORMACION

(1)Antonio Mar , Antoni Cladera , Eva Oller, Jess Bairn. Shear design of FRP reinforced

concrete beams without transverse reinforcement. Composites. Part B (57) .228241.

http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.005

(2)

Giuseppe Campione *, Lidia La Mendola. Behavior in compression of lightweight fiber

reinforced concrete confined with transverse steel reinforcement. Cement & Concrete

Composites 26 (2004) 645656. doi:10.1016/S0958-9465(03)00047-7

(3)

Ade Sri Wahyuni, Fepy Supriani, Elhusna, Agustin Gunawan. The performance of concrete

with rice husk ash, sea shell ash and bamboo fibre addition. Procedia Engineering 95 ( 2014 )

473 478. doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.207

(4)

Adelino V. Lopes , Sergio M.R. Lopes , Ricardo N.F. do Carmo. Effects of the compressive

reinforcement buckling on the ductility of RC beams in bending. Engineering Structures 37

(2012) 1423.doi: 10.1016/j.engstruct.2011.12.038

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