01 primer trabajo de investigación

UNIVERSIDAD JOSÉ CARLOS MARIATEGUI TRABAJO DE INVESTIGACION 01

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: "ASPECTOS FUNDAMENTALES DEL

CONCRETO"

ALUMNO:SOSA CENTENO RUSVELT ELEAZAR

05102006

CURSO: CONCRETO ARMADO I

DOCENTE: ING. JOSE CALIZAYA

CICLO: VIII

AÑO ACADEMICO: 2010 - 01

CONCRETO ARMADO I

UNIVERSIDAD JOSÉ CARLOS MARIATEGUI TRABAJO DE INVESTIGACION

CONCRETO ARMADO 1

Dedicatoria:

Este trabajo está dedicado a mi baby Beatriz Maria y a todos mis compañeros de la directiva ACI-UJCM, que buscan el desarrollo y la buena formación del ingeniero civil para nuestra región y para el país.

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CONTENIDO

Introducción

1. Relación esfuerzo - deformación en el concreto a compresión

1.1 Modos de falla y características esfuerzo-deformación bajo comprensión axial.1.2 Curvas esfuerzo-deformación.1.3 Efecto de la resistencia.

2. Efecto de la relación agua cemento

3. Efecto de la edad del concreto

3.1 Efectos del tiempo en el concreto endurecido

4. Efecto de la velocidad de aplicación de carga

4.1 Efecto de la velocidad de deformación

5. Contracción de fragua

6. Flujo plástico Creep

7. Calidad al acero de refuerzo características de las barras

8. Conclusiones.

9. Bibliografía.

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Introducción

1. Relación esfuerzo - deformación en el concreto a compresión.-

El estudio del comportamiento del concreto, es la obtención de la relación acción-respuesta del material.

Las características de acción-respuesta, pueden describirse mediante curvas esfuerzo-deformación. A partir de los ensayos que están sujetos a distintas condiciones.

"El esfuerzo es una medida de la acción ejercida. Y deformación una medida de la respuesta".

Sin embargo debe tenerse en cuenta que en algunos casos como por ejemplo en asentamientos y contracciones esta relación se invierte.

"Las solicitaciones quedan medidas por la deformación. Y la respuesta esta representada por los esfuerzos respectivos".

Para conocer las el comportamiento del concreto simple es necesario representar las curvas esfuerzo-deformación correspondientes a los distintos tipos de acciones a que puede estar sometido. En el caso general seria analizar todas las combinaciones de acciones a que podría estar sujeto un elemento.

1.1 Modos de falla y características esfuerzo-deformación bajo comprensión axial.

En la figura muestra un cilindro de concreto simple ensayado a una compresión axial. La falla está representada a planos inclinados con respecto a la dirección de la carga. Esta restricción es debida a la resistencia que ofrece las placas de apoyo de la maquina contra movimientos laterales. Si se engrasan los extremos del cilindro para reducir las fricciones, las grietas que se producirían serian paralelas a la dirección de la carga porque el concreto se expande transversalmente. Tanto la pasta y mas el agregado se empiezan a agrietar a medida que aumenta la carga hasta que se produce el colapso.

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1.2 Curvas esfuerzo-deformación.-

Esta curva se obtiene de una serie de ensayos a prismas sujetos a carga axial repartida

uniformemente en la sección trasversal, mediante una placa rígida, los valores del esfuerzo resultan de dividir la carga total aplicada P, entre el área de la sección trasversal del prisma A, y representan valores promedio obtenido bajo la hipótesis de:

Que la distribución de deformaciones es uniforme. Y de que las características esfuerzo-deformación del concreto

son constantes en toda la masa.

El valor de la deformación unitaria e = a/l , dada en porcentaje, es la relación entre el acortamiento total a, y la

longitud de medición .

Puesto que el concreto es un material heterogéneo, lo anterior es una idealización del fenómeno. Según la distribución de la pasta y el agregado, los esfuerzos varían de un punto al otro en una misma sección. Sin embargo esta variación no es significativa desde el punto de vista del diseño estructural. La figura mostrada corresponde a concretos con resistencia comprendida entre 200 y 300 kg/cm2, aproximadamente.

1.3 Efecto de la resistencia.-

Podemos considerar que un concreto es de alta resistencia cuando sobrepasa los 400 kg/cm2, también concreto de muy alta resistencia cuando sobrepasan los 1000

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kg/cm2. Estos datos nos interesan porque la curva esfuerzo-deformación, varía con la resistencia del concreto.

En la figura mostrada se aprecia los tipos de concreto que varían de 250 a 1200 kg/m2. Se puede observar claramente que conforme se aumentan las resistencias las graficas se vuelven más cercanas a una línea recta en la parte inicial, y en la parte descendente se hacen mas pronunciadas.

Mientras mayor es la resistencia , el comportamiento es más frágil.

Según el Ing. Juan Ortega García el modulo de elasticidad "Ec" que viene a ser la pendiente de la parte inicial recta de la curva esfuerzo-deformación.

En nuestro reglamento la elasticidad para el concreto es:

Para una f´c = 210 kg/cm2, donde el f´c es la resistencia a la compresion del concreto.

Ec = 15000√ f ´ c kg/cm2 sería 217370.651193 kg/cm2. Ec = 4700√ f ´ c MPA sería 217493.920659 kg/cm2.

El modulo de Poisson = deformación transversaldeformación longitudinal

2. Efecto de la relación agua cemento

2.1 Agua.-

El agua se requiere en la producción del concreto a fin de precipitar la reacción química en el cemento, para humedecer el agregado y lubricar la mezcla para una fácil manejabilidad. El agua que tiene ingredientes nocivos, sedimentos, aceites, azúcar o químicos es dañina para la resistencia y propiedades de fraguado del cemento. Puede afectar en forma adversa la manejabilidad de una mezcla.

Debido que la pasta de cemento es el resultado de la reacción química entre el cemento y agua, la proporción de agua con respecto a la mezcla total no es la más importante, si no únicamente la proporción agua cemento.

El exceso de agua deja en la construcción un esqueleto en forma de panal, mientras que muy poco agua impide una buena reacción química con el cemento.

2.3 Aire.-

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Con la evaporación gradual del agua se produce poros en el concreto endurecido. Esto puede mejorar las características del producto si está distribuido de manera uniforme. Esto se logra mediante aditivos inclusores de aire. Que aumentan la manejabilidad, disminuye la densidad, incrementan la durabilidad, reduce el contenido de arena requerido en la mezcla.

El contenido de aire es de 9 % de la fracción de mortero del concreto.

2.4 Relación agua cemento.-

Se debe mantener en estricto control la relación agua cemento y el porcentaje de aire en la mezcla.

Ya que la relación agua cemento es la medida real de la resistencia del concreto.

Deberá ser el criterio, el que gobierne el diseño de la mayoría de los concretos estructurales. Por lo general en el diseño de mezcla se utiliza el peso del agua con relación al peso del cemento.

3. Efecto de la edad del concreto

Debido al proceso continuo de la hidratación del cemento, el concreto aumenta su capacidad de carga. Este proceso de hidratación debe su efectividad a las condiciones de intercambio de agua en el ambiente. El aumento de la capacidad de carga del concreto depende del proceso de curado, a través del tiempo.

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La figura muestra el efecto de la edad al ensayar la resistencia. Estas curvas de esfuerzo deformación están ensayadas en cilindros de 15 x 30 cm. Fabricados de un mismo concreto y ensayados a distintas edades, todos los cilindros fueron curados en las mismas condiciones hasta el día del ensaye. Se puede observas las ramas descendentes más extendidas bajo incrementos constantes de carga, y la deformación unitaria para la carga máxima es del orden de 0.0015 a 0.0020.

El aumento de la resistencia con la edad depende también del tipo de cemento, sobre todo a edades tempranas. Después de los primeros tres meses, el aumento en resistencia es relativamente pequeño. En la figura se muestra un cemento normal (tipo I), y de alta resistencia (tipo III), que son los tipos más empleados en las estructuras de concreto reforzado.

3.1 Efectos del tiempo en el concreto endurecido.-

Cuando se aplica una carga a un espécimen de concreto este adquiere una deformación inicial. Si la carga permanece aplicada, la deformación aumenta con el tiempo, aun cuando no se incrementa la carga.

Las deformaciones que ocurren con el tiempo en el concreto se deben esencialmente a dos causas: contracción y flujo plástico.

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La figura muestra una curva típica deformación-tiempo de un espécimen de concreto de carga constante. En el eje vertical se muestra la deformación, y en el horizontal el tiempo, ambas en escala aritmética.

Se puede observar que al aplicar la carga en un tiempo relativamente pequeño, el concreto sufre una deformación inicial, que para efectos prácticos se puede considerar como instantánea. Si se mantiene la carga en el tiempo, el concreto sigue deformándose, con una velocidad relativamente grande al principio, que disminuye gradualmente con el tiempo.

La deformación sigue aumentando aun después de muchos años, aproximadamente 90 % de la deformación total ocurre durante el primer año de aplicación de la carga.

Si en cierto momento se descarga el espécimen, se produce una recuperación instantánea, seguida de una recuperación lenta. La recuperación nunca es total; siempre queda una deformación permanente.

La figura de trazo continuo representa las deformaciones de un espécimen sujeto a una carga constante, la cual es retirada después de cierto tiempo en un espécimen sin carga. Las ordenadas en esta curva son las deformaciones debidas a contracción.

Para efectos de diseño estructural, no basta con conocer las deformaciones iniciales o instantáneas; en muchos casos interesa más estimar la magnitud de deformación total tomando en cuenta los efectos del tiempo.

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4. Efecto de la velocidad de aplicación de carga.-

La aplicación de carga en los cilindros de ensayo pueden realizarse a distintas velocidades de carga. En la figura muestra la aplicación de estos ensayes a una distinta velocidad constante, con la medida del tiempo necesario para alcanzar la resistencia máxima.

Se aprecia notablemente que los ensayes puestos a una carga máxima, en una centésima de segundo alcanzan 50% mayor resistencia que los ensayos puestos a más de un minuto. En el caso de la carga expuesta a 69 minutos varió en un 10 % con respecto a la puesta a un minuto.

En ensayos expuestos a una carga máxima a velocidad constante, las ramas descendentes de las curvas esfuerzo-

deformación no son muy extendidas, puesto que los ensayos tienden a fallar cuando alcanzan la máxima resistencia.

Se observa también que las pendientes de las tangentes iniciales a las curvas, crecen conforme aumenta la velocidad. No se puede determinar en todos los casos las ramas decentes, pero igual que en otros ensayos las deformaciones son aproximadamente de 0.002.

4.1 Efecto de la velocidad de deformación.-

La figura muestra ensayos de muestras realizadas a distintas velocidades de deformación, desde una milésima de deformación unitaria

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por minuto, hasta una milésima por 100 días. De esto podemos analizar qué: Si la velocidad de deformación es muy grande la rama descendente es brusca, en tanto que si la deformación se aplica lentamente, la rama descendente es bastante suave.

La deformación unitaria correspondiente a la carga máxima sigue siendo del orden de 0.002.

Puede observarse que la resistencia disminuye muy poco con respecto a la duración de los ensayos.

5. Contracción de fragua.-

Las deformaciones por contracción se debe esencialmente a cambios en el contenido de agua del concreto a lo largo del tiempo. El agua de la mezcla se va evaporándose e hidrata el cemento. Esto produce cambios volumétricos en la estructura del concreto, que a su vez producen deformaciones.

Los factores que más afectan la contracción son la cantidad original de agua en la mezcla y las condiciones ambientales especialmente a edades tempranas. Como generalmente un concreto de alta resistencia tiene menos agua que otro de baja resistencia, el primero se contraerá menos que el segundo. Asimismo, un concreto en ambiente húmedo se contraerá menos que en ambiente seco.

También una mescla rica en pasta (cemento más agua) se contraerá más que otra pobre.

La contracción tiende a producir esfuerzos debido a las restricciones al libre desplazamiento del elemento que existen en la realidad. Si el concreto pudiera encogerse libremente, la contracción no produciría ni esfuerzos, ni grietas.

Si el curado inicial del concreto se hace muy cuidadosamente, disminuirá el efecto de la contracción. Se puede estimar que las deformaciones unitarias debidas a contracción varían entre 0.0002 y 0.0010. Normalmente, la mayor parte de la deformación por contracción ocurre en los primeros meses.

6. Flujo plástico Creep.-

El flujo plástico es un fenómeno relacionado con la aplicación de una carga. Se trata esencialmente de una fenómeno de deformación bajo carga continua, debido a un reacomodo interno de las partículas que ocurre al mismo tiempo que la hidratación del cemento.

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Las deformaciones por flujo plástico son proporcionales al nivel de carga, hasta niveles del orden de 50 % de la resistencia. Para niveles mayores la relación ya no es proporcional.

Como el flujo plástico se debe en gran parte a deformaciones de la pasta de cemento, la cantidad de esta por unidad de volumen es una variable importante.

En la figura se observa que la deformación debida al flujo plástico aumenta con la duración de la carga. También se ha observado que para un mismo nivel de carga, las deformaciones disminuyen al aumentar la edad a que esta se aplica.

Otros factores que afectan a las deformaciones por flujo plástico son las propiedades de los materiales constituyentes del concreto, las proporciones de la mezcla y la humedad ambiente.

Es interesante mencionar que, como el flujo plástico aumenta con el nivel de carga, este fenómeno tiende a aliviar las zonas de máximo esfuerzo y por lo tanto, a uniformar los esfuerzos en un elemento.



7. Calidad al acero de refuerzo características de las barras.-

El acero que utilizamos comúnmente, es la barra o varilla que se fabrica tanto de acero laminado en caliente como de acero trabajado en frío.

Curva esfuerzo-deformación de aceros laminados en caliente para barras de refuerzo de fabricación europea.

Curvas esfuerzo-deformación de aceros trabajados en frío para barras de refuerzo de fabricación europea.



Según el RNE el acero de refuerzo debe ser corrugado, excepto en algunos casos. La siguiente tabla proporciona datos sobre las características principales de barras de refuerzo.

Aceros Arequipa

Longitud

Diámetro de la barra

Área Perímetro Peso

pulg cm mm cm2 mm cm2

9 m y

11.9 m

1/4 0.60 6.0 0.283 18.8 0.22 5/16 0.80 8.0 0.503 25.1 0.40 3/8 0.95 9.5 0.713 29.9 0.560.47 1.20 12.0 1.131 37.7 0.89 1/2 1.27 12.7 1.267 39.9 0.99 5/8 1.59 15.9 1.979 49.9 1.55 3/4 1.91 19.1 2.850 59.8 2.24

1 2.54 25.4 5.067 79.8 3.9712 m 1 3/8 3.49 34.9 9.580 112.5 7.91

Generalmente el tipo de acero se caracteriza por el limite o esfuerzo de fluencia. Este límite se aprecia claramente en las curvas esfuerzo-deformación de barras laminadas en caliente como vimos en la anterior figura. El acero trabajado en frio no tiene un límite de fluencia bien definido. En este caso el límite de fluencia suele definirse trazando una paralela a la parte recta de la curva esfuerzo-deformación desde un valor de la deformación unitaria de 0.0002 la intersección de esta paralela con la curva define el límite de fluencia.

En el mercado actual podemos encontrar varias clases de acero, específicamente barras para la construcción, por ejemplo:

Alambrón liso para la construcción de 6 mm, con un límite de fluencia (fy) = 3800 kg/cm2.

Barras de construcción de limite de fluencia de 4220 - 5710 kg/cm2.



Barra corrugada de 4.7 mm con un límite de fluencia de 44kg/mm2.

Todas estas barras laminadas en caliente.

En el caso de las barras laminadas en frio se puede alcanzar esfuerzos de fluencia de 4000 a 6000 kg/cm2. En casos especiales con limites de fluencia de 9000 kg/cm2.

Las propiedades mecánicas y tolerancias dimensionales se dan bajo las normas:

INTINTEC 341.030 - GA63R ASTM A615 Grado 60 - 96a NTP 341.031 2001 JIS G3532 - 1993 ASTM A496-95a

Una propiedad importante que debe tenerse en cuenta en refuerzos con detalles soldados es la soldabilidad. la soldadura en aceros trabajados en frio debe hacerse con cuidado.

Otra propiedad importante es la facilidad de doblado, que es una medida indirecta de ductilidad y un índice de su trabajabilidad.

El acero que se emplea en estructuras presforzadas es de resistencia francamente superior a la de los aceros descritos anteriormente. Su resistencia varía entre 14,000 y 22,000 kg/cm2, y su limite de fluencia definido por una deformación permanente de 0.002, entre 12,000 y

19,000 kg/cm2. En la figura se muestran algunas curvas de esfuerzo-deformación, para distintos tipos de acero y dos curvas esfuerzo-deformación para un concreto con una resistencia de 250 kg/cm2, correspondiente a cargas de corta duración y larga duración.



El modulo de elasticidad de los distintos tipos de acero cambia muy poco.

De la comparación de las curvas del acero y del concreto, se puede inferir que si ambos trabajan en un elemento de concreto reforzado sujeto a compresión axial, el colapso del conjunto estará regido por la deformación del concreto, que bajo cargas de larga duración, puede ser hasta 0.010 o 0.012. Para esta deformación, el acero tendría apenas una deformación del orden correspondiente a su límite de fluencia.

Para el diseño se supone que la curva esfuerzo-deformación del acero en comprensión es idéntica a la curva esfuerzo-deformación en tensión. La curva en compresión es difícil de determinar en el caso de barras, debido a efectos de esbeltez.



8. Conclusiones.

"El esfuerzo es una medida de la acción ejercida. Y deformación una medida de la respuesta".

Mientras mayor es la resistencia , el comportamiento es más frágil.

Si la velocidad de deformación es muy grande la rama descendente es brusca, en tanto que si la deformación se aplica lentamente, la rama descendente es bastante suave.

Es interesante mencionar que, como el flujo plástico aumenta con el nivel de carga, este fenómeno tiende a aliviar las zonas de máximo esfuerzo y por lo tanto, a uniformar los esfuerzos en un elemento.

De la comparación de las curvas del acero y del concreto, se puede inferir que si ambos trabajan en un elemento de concreto reforzado sujeto a compresión axial, el colapso del conjunto estará regido por la deformación del concreto, que bajo cargas de larga duración, puede ser hasta 0.010 o 0.012. Para esta deformación, el acero tendría apenas una deformación del orden correspondiente a su límite de fluencia.

Debido que la pasta de cemento es el resultado de la reacción química entre el cemento y agua, la proporción de agua con respecto a la mezcla total no es la más importante, si no únicamente la proporción agua cemento.

Ya que la relación agua cemento es la medida real de la resistencia del concreto.



9. Bibliografía.

Aspectos fundamentales del concreto reforzado 4th - Óscar M. González Cuevas, Francisco Robles Fernández-Villegas. LIMUSA.

Aceros Arequipa - Alambrón liso para Construcción - Corporación aceros Arequipa S.A.

Aceros Arequipa - Barras de construcción ASTM A615 - Corporación aceros Arequipa S.A.

Aceros Arequipa - Corrugado 4.7 mm - Corporación aceros Arequipa S.A.

Concreto Reforzado un enfoque básico - Edward G. Nawy. Concreto Armado I - Ing. Juan Ortega García - 6th 2001


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