UNIVERSIDAD TECNICA DE MANABI

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS FISICAS Y QUIMICAS

HORMIGON I

REALIZADO POR:

GILER SOLEDISPA ANA PIERINA

DOCENTE:

ING LINCOLN GARCIA

PARALELO: 6”D” CIVIL

2013-2014

CAPITULO 1FUNDAMENTOS DEL HORMIGON SIMPLE

El hormigón es una piedra artificial formada al mezclar apropiadamente cuatro componentes básicos: cemente, arena, grava y agua.

Las propiedades del hormigón dependen en gran medida de la calidad y proporciones de los componentes en la mezcla, y de las condiciones de humedad y temperatura, durante los procesos de fabricación y de fraguado.

Para conseguir propiedades especiales del hormigón (mejor trabajabilidad, mayor resistencia, baja densidad, etc..), se pueden añadir otros componentes como aditivos químicos, microsílice, limallas de hierro, etc.. o se pueden reemplazar sus componentes básicos por componentes con características especiales como agregados livianos, agregados pesados, cementos de fraguado lento, etc.

El hormigón ha alcanzado importancia como material estructural debido a que puede adaptarse fácilmente a una gran variedad de moldes, adquiriendo formas arbitrarias, de dimensiones variables, gracias a su consistencia plástica en estado fresco.

El hormigón es un material sumamente resistente a la compresión, pero extremadamente frágil y débil a solicitaciones de tracción, en estructuras se utiliza el hormigón combinado con barras de acero resistente a la tracción, lo que se conoce como hormigón armado, o combinado con cables tensados de acero de alta resistencia, lo que se identifica como hormigón preesforzado.

Los materiales cementales

Son materiales aglomerantes que tienen las propiedades de la adherencia y cohesión requeridas para unir fragmentos minerales entre si, formando una masa solida continua, de resistencia.

CAPITULO 2DISEÑO Y FABRICACIÓN DE DISEÑOS

El objetivo de un diseño de hormigones es obtener una mezcla que posea un mínimo de determinadas propiedades tanto en estado fresco como endurecido, al menor costo de producción posible.

Las propiedades del concreto endurecido son especificadas por el proyectista de la estructura, y las propiedades del concreto fresco están definidas básicamente por el tipo de construcción y por las técnicas de colocación y transporte.

Dentro de los materiales, es la cantidad de cemento la que normalmente define el costo final, aunque el uso de aditivos especiales puede tener una incidencia importante.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Cemento:

El cemento es el material ligante de los diferentes componentes del hormigón. El cemento para los hormigones estructurales debe ser portland.

Existen varios tipos de cemento portland; entre los más importantes se puede mencionar:

Tipo I: De fraguado normalTipo II: De propiedades modificadasTipo III: De fraguado rápidoTipo IV: De fraguado lentoTipo V: Resistente a los sulfatos

El cemento utilizado en la fabricación de hormigón debe estar totalmente seco y suelto, y no debe presentar grumos de fraguado anticipado, debe ser almacenado en un sitio cubierto, seco, con ventilación apropiada que se puede conseguir mediante vigas de maderas.

Agregados:

Más de 75% del volumen del concreto está ocupado por los agregados, por lo que las propiedades de los mismos tienen influencia definitiva sobre el comportamiento del hormigón.

De acuerdo al tamaño de las partículas, los agregados se clasifican en agregados gruesos (tamaño mayor a 5mm) y agregados finos (tamaño entre 0.07 mm y 5mm).

Los agregados pueden ser utilizados en su estado natural o pueden provenir de un procero de trituración. El agregado grueso triturado presenta mejores características de adherencia que el agregado natural, por lo que sus hormigones pueden alcanzar mayor resistencia.

Los agregados deben estar libres de partículas orgánicas, sales, limos y arcillas que pueden afectar las reacciones químicas de fraguado o produzcan porosidades indeseables.

Agua

El agua utilizada en el hormigón debe ser potable en lo posible o al menos debe estar libre de impurezas. Nunca debe usarse agua de mar, pues su salinidad afecta al acero en el hormigo armado y en el hormigón preesforzado.

Aditivos

Son compuestos químicos que, añadidos en pequeñas cantidades, modifican las propiedades del hormigón. Entre los de usos más frecuentes están los acelerantes, retardantes y plastificantes. Los aditivos siempre deben ser probados previamente a su utilización en obra, por la gran variabilidad cuando se combinan aditivos.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL HORMIGÓN EN OBRA

Las especificaciones técnicas son el punto de partida para el diseño de los hormigones. Entre las propiedades más importantes que deben considerarse se tiene:

Resistencia a la compresiónTrabajabilidad del hormigón fresco Velocidad de fraguadoPeso especifico

RESISTENCIA DEL HORMIGON

Esta se la cuantifica a los 28 días de fundido el concreto, aunque en estructuras especiales como túneles y presas, o cuando se emplean cementos especiales, pueden definirse tiempos menores o mayores a esos 28 días.

TRABAJABILIDAD DEL HORMIGON FRESCO

Es la facilidad que presenta el hormigón fresco para ser colocado y vibrado en cualquier molde. En el hormigón se puede categorizar en función del asentamiento del cono de Abrams o de la medición del diámetro de dispersión den la mesa de flujo, se puede añadir agua para disminuir la resistencia.

VELOCIDAD DE FRAGUADO

La estructura que se desea fundir pueden dar lugar a la necesidad de acelerar o retardar el fraguad del hormigón, para lo cual puede utilizarse cementos especiales. El hormigón lanzado para la construcción de túneles que tienen filtraciones requerirá de hormigones de fraguado muy rápido, mientras que el hormigón colocado en grandes volúmenes, como presas necesitara hormigones d fraguado lento.

PESO ESPECIFICO

La necesidad de disponer de un hormigón ligero o pesado requerirá la utilización de los agregados ligeros o pesados respectivamente. Los hormigones ligeros podrían ser utilizados en losas de edificios altos o en muros aislantes de temperatura, mientras que los hormigones pesados podrían emplearse en anclajes de puentes colgantes, como bunker de cobertura de materiales radioactivos, o para almacenar materiales explosivos

Proceso de diseño de mezclas

Existen una gran cantidad de métodos empíricos de diseño de mezclas, sin embargo todos estos métodos deben ser tomados solamente como referenciales pues necesitan pruebas en laboratorio.

Un control de calidad muy bueno.- Se obtiene solamente en laboratorios especializados que dosifican sus mezclas al peso

Un control de calidad bueno.- Se consiguen en obras que emplean hormigón premezclados en fábricas especializadas.

Un control de calidad regular.- Se obtiene con dosificaciones volumétricas. Un nivel de control inferior al regular se cataloga como control de

calidad deficiente

Cantidad de agua requerida

Se determina la cantidad de agua que se requiere por m3 de hormigón, y el porcentaje de volumen de aire atrapado, en función del tamaño máximo del agregado (40mm) y del asentamiento del cono de Abrams (50mm) mediante la siguiente tabla.

Relación agua/cemento

La relación agua/cemento de la mezcla (medida al peso) se puede estimar de la siguiente figura.

CAPITULO 3EL ACERO ESTRUCTURAL EN EL HORMIGÓN ARMADO

El acero es una aleación basada en hierro, que contiene carbono y pequeñas cantidades de otros elementos químicos metálicos. El acero en estructuras (barras y cables) es un material apto para resistir solicitaciones traccionantes, lo que lo convierte en el componente ideal para combinarse técnicamente con el hormigón simple, con el que se conforma e hormigón armado y el hormigón preesforzado, el carbono representa entre el 0,5% y el 1.5% de la aleación.

El acero en barras está en la capacidad de resistir eficientemente solicitaciones de cortante y de torsión, aunque por su costo elevado más Que del hormigón simple, el porcentaje es relativamente pequeño (generalmente entre 0,5% y 3%, dependiendo del elemento estructural.

El acero empleado en el hormigón armado normalmente debe presentar reslates (varillas corrugadas), con excepción del acero empleado en zunchos espirales, en cuyo caso puede ser liso.

Varillas desde 10 hasta 25mm de diámetro se las consigue directamente en el mercado, en longitudes de 6, 9 y 12mm, y a partir de ese diámetro se las fabrica bajo pedido. Varillas de menos de 10mm se las suele expender en rollos.

En hormigón preesforzado se utilizan cables de hacer, de diámetro relativamente pequeño (3, 4, 5 y 6mm)

PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO

La descripción más completa de las propiedades mecánicas de los aceros (propiedades utilizadas en el diseño estructural) se la realiza mediante sus curvas esfuerzo-deformación bajo cargas de tracción, las cuales dependen de la composición del material y sus procesos de fabricación.

Rango de comportamiento elástico

Es el rango que presenta el acero cuando a partir de la carga nula se deforma por cargas de tracción, pero cuando se retira tal carga recupera su geometría inicial.

Esfuerzo de fluencia

Se define como el esfuerzo bajo el cual el acero continua deformándose sin necesidad de incrementar las cargas de tracción. El esfuerzo asociado se identifica como “Fy”.

Algunos aceros estructurales, que son trabajados en frio para lograr una mayor resistencia, que n revelan la presencia de una zona de fluencia, en cuyo caso ASTM recomienda trazar una recta paralela a la de comportamiento elástico.

Resistencia a la rotura

Es el mayor esfuerzo que puede soportar el acero, previo al proceso de colapso del material. Dentro del diagrama de esfuerzo- deformación del material el inicio del colapso queda identificado mediante el punto de mayor ordenada, que se representa “Fr”

El esfuerzo de rotura es siempre superior al esfuerzo de fluencia, para todo tipo de acero estructural.

En hormigón armado, la capacidad entre esfuerzo de fluencia y de rotura no es utilizada directamente en el diseño, debido las grandes deformaciones.

En el hormigón preesforzado, donde se usan aceros de alta resistencia, en el diseño se emplea el esfuerzo de fluencia, y en la verificación carga última se emplea el esfuerzo de rotura, puesto que las deformaciones involucradas son menores a las del hormigón armado.

Modulo de elasticidad

Es la pendiente de la recta que identifica al rango elástico de comportamiento de los materiales, y en el caso del acero se representa “Es”

Numéricamente el modulo de elasticidad es el cociente entre el esfuerzo y la deformación unitaria dentro del rango elástico.

E s=σε

En el hormigón armado los aceros estructurales sólidos en barra o en perfil prácticamente en todos los casos se tiene un único modulo de elasticidad.

E s=2'100000kg /cm 2

DUCTILIDAD

Existen dos maneras básicas de medir la ductilidad:

Por deformaciónPor energía de deformación

En el acero preesforzado los aceros de alta resistencia empleados tienen una ductilidad limitada, del orden de tres a cinco, y en el caso del hormigón armado supera fácilmente a diez.

Donde:Dd: Índice de ductilidad por deformaciónε μ: Deformación unitaria de roturaE y: Deformación unitaria de inicio de fluenciaLa ductilidad por energía de deformación de los aceros empleados en hormigón armado generalmente supera a veinte.OTRAS PROPIEDADES DEL ACERO

DensidadLa densidad del acero solido es de 7850 kg/m3. Los cables usados en el hormigón preesforzado tienen una densidad menor, por la presencia de espacios vacios; dicha variación de densidad depende del diámetro exterior de los cables, del diámetro y numero de hilos que forman parte del cable y del proceso de fabricaciónResistencia a la corrosión Cuando los aceros en estructuras van a estar expuestos a ambientes agresivos, requieren de una resistencia específica, para lo que es necesario que en el proceso de fundición se incluya componentes como el níquel especialmente, con una proporción entre 2 y 4% de la aleación.La presencia del níquel y cromo en la aleación permite la obtención de aceros con propiedades combinadas como inoxidables y resistentes a ataques químicos, o de gran resistencia, dureza y elasticidad.

CAPITULO 4COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO

El hormigón armado es un material estructural en el que se integran las propiedades del hormigón simple y del acero de refuerzo. Ambos materiales básicos deben estar íntimamente unidos y que interaccionen a través de las fuerzas de adherencia que se desarrollan en sus superficies de contacto.

La superficie del acero debe ser rugosa por lo que estructuralmente se usan varillas de acero corrugado, y el hormigón debe ser vibrado luego de ser colocado en los moldes.

El ´principio de compatibilidad de deformaciones

Las deformaciones en el acero son similares a las deformaciones del hormigón simple que rodea a las varillas, hecho que ha sido verificado experimentalmente. Incluso cuando se producen fisuras a causa de exceso de solicitaciones de tracción en el hormigón simple, esas fisuras cumplen el principio de compatibilidad de deformaciones.

El principio de Navier-Bernoulli

Las secciones transversales planas antes de la deformación permanecen planas luego de la deformación.

La combinación del principio de Navier-Bernoulli y el principio de compatibilidad de deformaciones permite modelas el comportamiento de materiales mixtos como el hormigón armado.

COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO ANTE CARGAS DE COMPRESIÓN

Se puede tomar una columna con varillas embebidas

Si la columna se la somete exclusivamente a fuerzas de compresión, se producirá un acortamiento del hormigón y del acero, de la misma magnitud, lo que consiste con el principio de compatibilidad de deformaciones.

Primer rango de deformaciones a comprensión (hormigón elástico y acero elástico)

Dentro de ese nivel de deformaciones el acero tendría su modulo de elasticidad tradicional:

Es= 2100000 kg/cm2

Y el hormigón tendría un modulo de elasticidad que se calcularía como:

Ec= 15000 √ f ' c=15000 √210=217371kg/cm 2

Para ese rango, la carga exterior podría calcularse mediante la siguiente expresión, que resulta de sumar la contribución del hormigón y la contribución del acero:

P=Acσ c+A sσ s

Dentro del rango elástico de los materiales, el esfuerzo se puede calcular multiplicando la deformación unitaria por el modulo de elasticidad correspondiente.

σ=ε E

Reemplazando en la ecuación de la carga exterior se tiene:

P=Ac . ε . Ec+A s . ε . Es

Donde:

Ac :Seccion transversalde hormigon(areatotal−areadel acero)

A s: Secciontransversal deacero

ε :Deformacio unitariadel hormigoque es igual ala del acero por compatiblidad .

Es importante notar que una vez que el acero entra en fluencia, la capacidad de carga de una columna sometida a fuerzas axiales de compresión no incrementa, de modo que la carga máxima que puede resistir es:

Pmax=Ac . f' c+A s .F y

Pmax=0,85 . f' c Ac+A s .F y

Segundo rango de deformaciones a compresión (hormigón inelástico y acero elástico)

El resultado sobre la carga axial del hormigón armado es un tramo de comportamiento inelástico como se muestra en la siguiente figura

Tercer rango de deformaciones a compresión (hormigón inelástico y acero elástico)

Dado que la resistencia de la columna de hormigón armado es la suma de la resistencia del acero y del hormigón, el grafico que describe la variación de la capacidad de la columna es:

COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO ANTE CARGAS DE TRACCIÓN

Se pueden dibujar en un único diagrama, las curvas esfuerzo- deformación del acero y tracción.

Mientras el acero tiene un comportamiento similar a tracción y a compresión (cuando está confinado), el hormigón tiene un comportamiento muy diferenciado bajo los 2 tipos de solicitaciones. El hormigón resiste a tracción el 10% o menos de su capacidad a la compresión, e inmediatamente se fisura y deja de soportar cargas.

Primer rango de deformaciones a tracción (hormigón elástico y acero elástico)

El siguiente grafico representa el comportamiento lineal del hormigón armado, en el rango fijado de deformaciones, que proviene de añadir el comportamiento lineal del hormigón y el comportamiento lineal del acero.

Segundo rango de deformación a tracción (rotura del hormigón y acero elástico)

El resultado sobre la carga axial del hormigón armado es una disminución violenta e instantánea de la capacidad de soportar solicitaciones.

Tercer rango de deformaciones a tracción (hormigón inhabilitado y acero elástico)

Dado que la resistencia de la columna del hormigón es la suma de la resistencia del acero del hormigón, el grafico que describe la variación de la capacidad de la columna es:

Cuarto rango de deformación a tracción (hormigón inhabilitado y acero inelástico)

El grafico que describe la variación de la capacidad de la columna es:

COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO ANTE CARGAS DE FLEXIÓN

El estudio del comportamiento del hormigón armado sometido a flexión debe ser analizado por fases, en vista de la gran diferencia de comportamiento del hormigón a solicitaciones de tracción y a solicitaciones de compresión.

Mientras el hormigón se mantiene en el rango elástico, las deformaciones locales (rotaciones de las secciones para producir las deformaciones unitarias correspondientes) continúan comportándose linealmente, con la nueva pendiente.

Las deformaciones externas no presentan ese salto abrupto del diagrama de solicitaciones-deformaciones previo, pues son el resultado de integrar el comportamiento de todas las secciones transversales de las vigas, y la aparición de estas secciones de comportamiento diferente es progresiva.

Primer rango de deformaciones por flexión (hormigón elástico a compresión, hormigón elástico a tracción y acero elástico a tracción)

Segundo rango de deformaciones por flexión (hormigón elástico a compresión, hormigón fisurado a tracción y acero elástico a tracción)

Tercer rango de deformaciones (hormigón inelástico a compresión, hormigón fisurado a tracción y acero elástico a tracción)

Cuarto rango de deformaciones (hormigón inelástico a compresión, hormigón fisurado a tracción y acero n fluencia)

RESUMEN DE FUNDAMENTOS DEL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO

En el hormigón armado el hormigón y el acero trabajan integradamente. Las deformaciones en el acero son similares a las del hormigón que esta

alrededor del acero El principio de Navier-Bernoulli establece que “las secciones transversales

planas antes de la deformación permanecen planas después de la deformación”

Las estructuras se deforman ante la presencia de solicitaciones pues deben resistir y equilibrar las cargas mediante esfuerzos internos y deformaciones externas.

En el hormigón armado, el hormigón no resiste a la tracción sino el acero. El hormigón se comporta como material inelástico mientras el acero lo hace

como material elasto – plástico. El hormigón armado se diseña para comportarse de manera dúctil ante la

presencia de cargas que superen a las de servicio. El control de la deformación de articulaciones plásticas en sitios seleccionados

de la estructura aporticada es vital para logar el comportamiento dúctil del hormigón armado.