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ALTA RESISTENCIA Y COLUMNAS DE HORMIGÓN EN POLVO REACTIVOS SOMETIDOS AL IMPACTO: ANÁLISIS EXPERIMENTAL
Presentado por:INGRY JOHANA BLANCO
YENIFFER JIMENEZ SANABRIAARTURO SOTO TORRES
JONATHAN ALEXANDER PEREZCRISTIAN ALEJANDRO GARZON
DANIEL CAMILO PEDRAZA
Presentado a: MATEO AGUDELO VARELA
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIAVILLAVICENCIO META
FACULTAD DE INGENIRIAS INGENIERÍA CIVIL
HORMIGÓN 12015
RESUMEN
HORMIGON DE POLVO REACTIVO.DEFINICION
Son concretos de ultra alto desempeño que se caracterizan por su alta
resistencia y baja porosidad, las cuales se logran con la mejoría del
empaquetamiento de las partículas y el bajo contenido de agua. Su
resistencia a la compresión excede los 150 Mpa y la resistencia a la
flexión excede los 30 Mpa.
Estas propiedades del hormigón con polvo reactivo se alcanzan a
través de:
• Eliminación de los agregados gruesos; se emplean partículas
muy finas, tales como arena, cuarzo triturado y humo de sílice,
todos con tamaño de partícula entre 0.02 y 300 micro m.
• Mejoría de la distribución de los tamaños de los granos a fin de
densificar la mezcla.
• Adición de fibras de acero de alta resistencia alrededor del 6%
del paso del hormigón.
Hormigón en Polvo Reactivo (HPR), es uno de los mayores avances
en la tecnología del hormigón, ya que permite la fabricación de
estructuras más delgadas sin armadura. Esto reduce la carga en
edificios y aumenta la durabilidad, especialmente en ambientes
agresivos. El uso de microfibras es lo que proporciona el aumento de
la tensión de tracción Las propiedades mecánicas estudiadas fueron la
resistencia axial de compresión, resistencia a la flexión, resistencia a la
tracción Los resultados mostraron que las fibras para la resistencia a la
tracción, sea por la flexión, la incorporación de microfibras permitió una
mejora significativa, la obtención de las ganancias para la resistencia a
la flexión
Producto de la incesante investigación, el concreto de polvos reactivos
es un material ultra compacto, casi hermético, resistente a fuerzas de
hasta 800 Mpa.
CONCRETO SIN REFUERZO
La fórmula, a base de polvos (arena de cristalería, cemento, cuarzo y
humo de silicio) extremadamente finos -el tamaño de los elementos
más gruesos es de 500 micras (10-6 m) de diámetro- contiene otro
compuesto clave: micro fibras metálicas de 13 mm de largo y 200
micrómetros de diámetro.
Desde ahora, estos nuevos concretos ya están clasificados como
dúctiles, es decir, capaces de estirarse de la misma manera que los
hacen ciertos metales.
El concreto de polvos reactivos es capaz de recuperar directamente
las fuerzas de compresión, mediante una resistencia estándar de 200
Mpa por compresión -e incluso hasta 800 Mpa a través de la
aplicación de una presión durante la toma, seguida de un tratamiento
de curado térmico a 250 °C.
La durabilidad del hormigón aumenta con su resistencia. Hormigones
con resistencias cúbicas de hasta 120 Mpa están ahora en uso, pero
este valor no el más alto obtenible. Los así llamados hormigones de
polvo reactivo (HPR) representan una nueva generación de
hormigones con resistencias cúbicas a la compresión entre 200 Mpa y
800 Mpa, resistencias a la tracción entre 25 Mpa y 150 Mpa, energías
de fractura de alrededor de 30000 J/m2 y densidades de 2500 kg/m3 -
3000 kg/m3 Las medidas más importantes que se requieren para
alcanzar estos valores son:
• mejorar la homogeneidad del hormigón reduciendo el tamaño
máximo de las partículas.
• crear una densidad de relleno óptima mediante el uso de materiales
finos y muy finos.
• reducir la cantidad de agua en el hormigón • agregar fibras de acero
cortas para la ductilidad.
• aplicar el endurecimiento bajo presión y altas temperaturas, de
manera de lograr resistencias muy altas.
BARRERAS DE HORMIGON RPC:
RPC (Reactive concreto polvo) posee excelentes actuaciones como
ultra-alta resistencia a la compresión, de ultra alta resistencia a la
rotura, alta ductilidad y alta durabilidad. Si se hicieron barreras
utilizadas en ingeniería vial de RPC para reemplazar las barreras de
hormigón armado normales, la vida útil y durabilidad se
incrementarían. En este trabajo, sobre reforzó las barreras de
hormigón utilizados en franjas divisoria de carreteras, barreras RPC
fueron diseñados. Los resultados diseñados muestran que:
• el tamaño de la sección de barreras RPC se reduce en gran
medida, y la gravedad es aproximadamente un tercio veces tan
grande como la de las barreras de hormigón armado de manera
que son fáciles el transporte y el montaje. En consecuencia, el
costo constructivo se reduciría en gran medida.
• el coste de las barreras RPC por metro es un poco mayor que el
de las barreras de hormigón armado por metro, Sin embargo, la
excelente durabilidad de RPC reduciría el coste de
mantenimiento de las barreras RPC, y la excelente resistencia al
desgaste de RPC aumentaría la capacidad de resistencia a la
raspadura de las barreras RPC. Por lo tanto, estas barreras
poseen una buena durabilidad y eficiencia económica, y vale la
pena la popularización en ingeniería de carreteras.
TEMPERATURA
Condiciones de temperatura elevadas pueden afectar las estructuras
de concreto tales como bases de concreto para el lanzamiento de
cohetes portadores naves espaciales, estructuras de hormigón en las
centrales nucleares y las personas expuestas accidentalmente al
fuego, como el caso de muchos túneles registrados en muchos países.
El efecto del fuego se puede definir en términos de temperaturas
elevadas que considera efecto de fuego como indirecta.
Cuando hormigón de baja resistencia (NSC) y el concreto de alta
resistencia (HSC) son sometidos a altas temperaturas, como en el
fuego, sus propiedades se pueden deteriorar. Los principales efectos
del fuego pueden ser considerados como la pérdida en resistencia a la
compresión, el agrietamiento y desprendimiento del hormigón, la
destrucción de la unión entre la pasta de cemento y los áridos así
como el deterioro gradual del hormigón endurecido.
Polvo Reactivo Concreto (RPC), , se encuentra en la parte delantera
en términos de innovación, la estética y la eficiencia estructural Al
principio, la forma más fácil de llegar a alta resistencia a la compresión
es reducir la relación agua-cemento. RPC se compone de cemento y
polvos muy finos como el cuarzo triturado y humo de sílice. RPC
también tiene una micro estructura ultra-denso como de ultra alta
resistencia del hormigón. Se observa que presenta resistencia a la
compresión de más de 200 Mpa con gran ductilidad.
Hormigones polvo reactivo se caracterizan por un contenido de humos
de sílice de alta y muy baja de agua a cemento. Arena de
granulometría muy fina y el tratamiento térmico se optimizan para
obtener excelentes propiedades mecánicas y de durabilidad. Su
composición es ordinaria cemento Portland, humo de sílice, agrega
arena muy fina con un diámetro medio de grano de 250 micras, cuarzo
triturado (diámetro medio de grano de 10μm). A fin de aumentar la
ductilidad y resistencia a la flexión de hormigón, se pueden añadir
fibras metálicas.
El fuego de RPC es de importancia y necesario para ser investigado
antes de la aplicación a la construcción de edificios. Se llevan a cabo
una serie de pruebas de resistencia al fuego. Se encontró que la
resistencia a la compresión residual de RPC disminuye al aumentar la
duración de fuego.
Teniendo en cuenta los muchos beneficios de RPC y el aumento de su
uso en aplicaciones estructurales, es esencial que el comportamiento
fundamental de ellos a temperaturas elevadas entenderse para
asegurar que el diseño estructural contra incendios implica RPC estará
a salvo. Este trabajo presenta los datos disponibles de ensayos sobre
los efectos de temperatura elevada en RPC, incluyendo la compresión
y resistencia a la tracción.
IMPORTANCIA DE INVESTIGACIÓN
El objetivo principal de esta investigación es analizar el
comportamiento de un tipo económico de reactivo RPC polvo de
hormigón bajo el efecto de cargas de impacto.
ESTUDIO DE DOSIFICACION DE HORMIGON DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA, BASADO EN EL EMPAQUETAMIENTO DE LOS ARIDOS.
Estos hormigones se consideran los hormigones del futuro, de los
próximos 30 o 50 años, pues permiten a los diseñadores secciones
más esbeltas, edificios más altos, puentes más largos, estructuras más
durables, debido a su composición, a diferencia de los hormigones
convencionales o de alta resistencia. El comportamiento de estos
hormigones no solo exige una alta resistencia a la tracción, sino que
cuenta con una alta capacidad de deformación a tracción a un
esfuerzo sostenido que le permite contar con un comportamiento dúctil
sin necesidad de contar con algún tipo de confinamiento por medio de
estribos. Esta propiedad de alta ductilidad intrínseca del material,
sumada a la posibilidad de contar con estructuras más livianas,
permiten el considerar a los hormigones de ultra-alta resistencia
(HUAR) como un material apto, ventajosos y prometedor para
aplicaciones en zonas sísmicas.
CUARZO VS VIDRIO
Inspecciona la piedra visualmente. Si es de vidrio, suelen verse
burbujas de aire perfectamente redondas, con o sin la ayuda de una
lupa 10X para joyeros. 10X significa que el objeto está aumentado 10
veces más que lo normal. Para usar una lupa para joyeros de manera
apropiada, sostén la lupa cómodamente contra tu cara, justo frente a
tu ojo. Sin entrecerrar los ojos, acerca el espécimen a la lupa hasta
que puedas verlo con claridad. Inspecciona el espécimen en busca de
burbujas de aire. Si las hay, es de vidrio. El cristal de cuarzo puede
contener imperfecciones, pero no son perfectamente redondas como
las burbujas de aire.
Los cristales de cuarzo son más duros que el vidrio. Para estos
materiales se usa una escala de dureza inventada en 1812 por el
geólogo alemán Friedrich Mohs. El vidrio tiene un valor de alrededor
de 5,5 en la escala de Mohs. Los cristales de cuarzo, en cambio,
tienen un valor de alrededor de 7.
LOS CONCRETOS ULTRA RESISTENTES
Componentes
Este material se compone de una mezcla de cemento, materiales
pétreos cuidadosamente granulados, sílice, agua, fibras de acetato de
polivinilo y un aditivo súper fluidamente que da al concreto sus
cualidades dúctiles.
Propiedades
Alta comprensibilidad y fuerza a flexión (10 veces la resistencia
de un concreto convencional).
La ductibilidad intrínseca y la resistencia a la flexión permiten el
diseño de estructuras diseñadas sin ningún refuerzo pasivo y
con elementos de espesores reducidos.
Aumentos sustanciales en su resistencia a la tensión.
Existen muchos estudios del comportamiento de vigas en concreto
reforzado, pero son muy pocos los trabajos con columnas de concreto
reforzado, se busca analizar la alta resistencia y la muy alta resistencia
en columnas CR.
Nosotros ya estamos familiarizados con fallas causadas por tensión y
compresión, pero este articulo trata de un estudio que se le hace a
estructuras de hormigón armado con experimentos bajo escenarios de
cargas de impacto.
CUANDO HABLAMOS DE CARGAS DE IMPACTO?
Los impactos sobre las estructuras son FUERZAS dinámicas de corta
duración e intensidad elevada que pueden producir daños importantes
sobre las mismas, o alteraciones en su estabilidad o movimiento, estos
impactos se consideran instantáneos.
Este artículo nos habla de análisis experimentales y estudios
realizados a columna de hormigón armado sometidos a cargas de
impacto
Estos estudios van enfocados a estructuras como columnas de
parqueaderos, garajes edificios y puentes son las más vulnerables a
cargas de impacto.
Dentro de los procedimientos clásicos de sistemas rígidos el impacto
se estudia mediante teorías, análisis numéricos y modelos
matemáticos.
Pero recientemente los investigadores están utilizando un modelo de
estudio llamado elementos finitos.
Un software en 3D, este programa es un simulador de
desplazamientos de elementos para calcular deformaciones y
tensiones de los componentes con cargas internas y externas. La
geometría que se analiza se individualiza con elementos tetraédricos
(3D), triangulares (2D) y de vigas, utiliza métodos de análisis para
calcular los desplazamientos y las tensiones a cargas como las
siguientes:
Resuelve problemas estructurales o de rendimiento. es utilizado por
ingenieros y científicos parar matemáticamente modelar y resolver
numéricamente problemas de complejas estructuras
• Fuerzas
• Presiones
• Aceleraciones
• Temperaturas
• Áreas de la sección
• Momentos de inercia
• torsión constante
• resistencia a la flexión
• corte transversal
Escalas de dureza
Lo que vemos en la escala de Mohs La dureza es la oposición que
ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión,
el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras.
En el transcurso de la historia, durante el estudio y clasificación de los
minerales, hubo un momento en que se hacía pertinente establecer
un método que permitiera discernir los diferentes grados de dureza de
las rocas y minerales.
ESCALA DE MOHS
El Cuarzo es uno de los minerales más abundantes de la naturaleza
Estos estudios pretenden mejorar las propiedades físicas y químicas
del concreto, con el uso de un producto llamado polvo reactivo.
Este un concreto de alta resistencia posee un aditivo que es el polvo
del cuarzo triturado o piedras de cuarzo que se muelen,
¿Cuáles son sus respectivas resistencias?
HORMIGON ORDINARIO
Las principales características físicas del hormigón, en valores aproximados, son:
• densidad: en torno a 2350 kg/Cm³
• Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm³ (15 a 50 Mpa.) para el hormigón ordinario.
• resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un decimo de la resistencia a compresión y generalmente, poco significa en el cálculo global.
• Tiempo mide fraguado: dos horas aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior.
• tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros.
• de 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima: en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total del cálculo.
• dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo.
HORMIGON HSC:
Hormigones de alta resistencia se elaboran de acuerdo ha: Tipo de
cemento a utilizar.
• La proporción de agua a emplear, la cual no debe exceder de
32% del peso del cemento utilizado.
• La compactación del concreto.
• La granulometría (tamaño de los granos) de la arena.
• La relación arena-cemento.
• la cantidad de grava (piedra partida) por kilo de cemento.
TIPO DE CEMENTO:
Para hormigones de alta resistencia puede utilizarse el cemento
blanco estructural (CPN) de muy alta resistencia a la
compresión (650 kg/cm²).
Fórmula para la preparación de un hormigón de alta resistencia
(En volúmenes)
▬ 1 parte de cemento blanco (65 Mega pascales resistencia a
la compresión)
▬ 2 partes de arena limpia de grano medio, con alguna proporción de grano grueso (2/3 arena media, 1/3 arena gruesa), 2 partes de piedra partida.
• Cantidad de agua igual o menor a 32% del peso del cemento.
• Compactación en obra con vibradores.
• El hormigón debe prepararse con temperatura ambiente optima entre los 15cº y los 30 cº,si la temperatura es menor, se recomienda usar agua tibia
▬ Curado del hormigón:
El hormigón una vez fraguado debe preservarse de la acción de
desecamiento, ya sea por acción del Viento, del sol o ambos por el
plazo de 5 días, el hormigón no deberá someterse a esfuerzos por el
plazo de un mes.
El cemento blanco es mucho más caro que el gris, de manera que
para economizar puede utilizarse cemento estructural común de buena
cal.
Hormigones RPC
Existen hormigones especiales de lata resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm (200 Mpa).
Este programa experimental consistió en el análisis de 16 especímenes, 13 de los cuales eran concreto armado con las características habituales usadas actualmente, y 3 especímenes RPC (concreto polvo reactivo).
DESCRIPCION DE LAS 3 COLUMNAS.
GLOSARIO
Español Ingles
Alta resistencia high strength
Columna column
Construcción construction
Deformación deformation
Dosificación dosage
Estructura structure
Fabricacion manufacturing
Flexion flection
Fuerza axial axial force
Hormigón concrete
Impacto impact
Laboratorio laboratory
Polvo reactivo reactive powder
Polvo reactivo concreto reactive powder concrete
FUENTES
https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6661/1/D-39078.pdf http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/1166/1/2284.pdf?
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