ic 406 hormigón armado i univesridad central 2005

Universidad Central Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas Escuela de Ingeniera Civil en Obras Civiles IC-406 Hormign Armado I

Profesor: Jos Luis Seguel R.

Ctedra Ao 2005

Doc: 2005 Hormigon 01 - IC406

AAPPUUNNTTEESS DDEE CCLLAASSEESS

HHOORRMMIIGGNN AARRMMAADDOO

Profesor:

Ing. Jos Luis Seguel Ramrez

Ao 2005



Ctedra Ao 2005


2005 Jos Luis Seguel - [email protected]

Universidad Central

Todo material impreso en estos documentos no puede ser reproducido por ningn medio, sin la autorizacin

expresa del autor.



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Estos apuntes de clases,

construidos con las revisiones y comentarios de cada semestre,

pretenden entregar una visin simplificada del diseo

y ser una gua para el aprendizaje del Hormign Armado.

Desde ya cualquier alcance, errores y/o sugerencias sern muy bienvenidas.

JLS



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Doc: 2005 Hormigon 01 - IC406 1

I. CARACTERSTICAS DEL HORMIGN ARMADO



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CONTENIDO

I. CARACTERSTICAS DEL HORMIGN ARMADO....................................................................5

1.1 INTRODUCCIN..........................................................................................................................5

1.2 HISTORIA DEL HORMIGN .....................................................................................................9

1.3 FUNCIONAMIENTO Y SEGURIDAD ESTRUCTURAL ........................................................14

1.4 CLASIFICACIN DEL HORMIGN ESTRUCTURAL .........................................................16

1.4.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN .............................................................................................. 16

1.4.2 RESISTENCIA A LA FLEXOTRACCIN ....................................................................................... 16

1.4.2 TIPO DE HORMIGN ...................................................................................................................... 16

1.4.4 PRESENCIA DE ARMADURA DE REFUERZO ............................................................................ 18

1.4.5 DENSIDAD APARENTE................................................................................................................... 19

1.4.6 TAMAO DE ARIDO ........................................................................................................................ 19

1.4.7 OTROS HORMIGONES .................................................................................................................... 19

1.5 PRINCIPALES PROPIEDADES DEL HORMIGN...............................................................20

1.5.1 RETRACCIN DE FRAGUADO ...................................................................................................... 20

1.5.2 DILATACIN TRMICA Y CONDUCTIVIDAD............................................................................ 21

1.5.3 DENSIDAD......................................................................................................................................... 22

1.5.4 COMPACIDAD................................................................................................................................... 22

1.5.5 PERMEABILIDAD ............................................................................................................................ 22

1.5.6 DOCILIDAD ....................................................................................................................................... 23 1.5.6.1 CONO DE ABRAMS ..................................................................................................................................... 23

1.5.7 COEFICIENTE DE POISSON.......................................................................................................... 25

1.6 DOSIFICACIN..........................................................................................................................26

1.6.1 MTODO DE FAURY ....................................................................................................................... 27

1.6.2 GRADOS DE CEMENTO NCh 148 of 68 ......................................................................................... 28



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1.7 ADITIVOS PARA HORMIGN.................................................................................................30

1.8 RESISTENCIA DEL HORMIGON............................................................................................33

1.8.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN .............................................................................................. 33

1.8.2 RESISTENCIA A LA TRACCIN .................................................................................................... 34 1.8.2.1 OTRAS APROXIMACIONES PARA LA RESISTENCIA A LA TRACCIN.................................................. 35

1.9 ENSAYOS DEL HORMIGN ....................................................................................................36

1.9.1 MTODOS DIRECTOS ..................................................................................................................... 36 1.9.1.1 ENSAYO DE COMPRESIN........................................................................................................................ 37 1.9.1.2 ENSAYO DE FLEXOTRACCIN ................................................................................................................. 38 1.9.1.3 ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA O HENDIMIENTO......................................................................... 38

1.9.2 MTODOS NO DESTRUCTIVOS O INDIRECTOS. ...................................................................... 39

1.10 MDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGN ................................................................41

1.10.1 MODULO DE ELASTICIDAD........................................................................................................ 42

1.11 ANLISIS ESTADSTICO .......................................................................................................43

1.11.1 DEFINICIONES............................................................................................................................... 44

1.11.2 CRITERIO DE RESISTENCIA CARACTERSTICA.................................................................... 45 1.11.2.1 CONTROL DE CALIDAD DE LAS MUESTRAS DE HORMIGN............................................................ 47 1.11.2.2 PLANTA DE PREFABRICADOS................................................................................................................ 48

1.11.3 CRITERIO MVIL DE RESISTENCIAS SUCESIVAS................................................................ 48

1.11.4 RESISTENCIAS DEFECTUOSAS ................................................................................................. 50

1.12 ARMADURAS PARA HORMIGN ARMADO.......................................................................52

1.12.1 ACERO .............................................................................................................................................. 52

1.12.2 TIPOS DE ARMADURAS EN CHILE............................................................................................ 54

1.12.3 REQUISITOS PARA LA ARMADURA........................................................................................... 55 1.12.3.1 DIMETROS DE BARRAS PARA HORMIGN ARMADO ....................................................................... 55 1.12.3.2 ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS.......................................................................................................... 57 1.12.3.3 ESPACIAMIENTO PARA ESPIRALES....................................................................................................... 58 1.12.3.4 DOBLADO DE BARRAS............................................................................................................................. 59 1.12.3.5 UNIONES EN EL ACERO .......................................................................................................................... 60



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1.12.4 PROTECCIN DE LA ARMADURA.............................................................................................. 62

1.13 DEFINICIONES Y NORMAS ..................................................................................................65

1.13.1 DEFINICIONES............................................................................................................................... 65

1.13.2 NORMAS DE DISEO Y FABRICACION .................................................................................... 70



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I. CARACTERSTICAS DEL HORMIGN ARMADO

1.1 INTRODUCCIN

El Hormign es un material que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente

proporcionada de cemento1 (prtland o hidrulico), arena y grava (y/o gravilla) u otro agregado, y

agua limpia; mezcla que se endurece con la forma y dimensiones de la estructura deseada. El

cemento (aglomerante) y el agua interactan qumicamente para unir las partculas de agregado y

conformar de esa manera una masa slida. El agua, adems de ser necesaria para la reaccin

qumica, permite la manejabilidad o trabajabilidad adecuada tal que llene todos los espacios del

moldaje y rodee el acero de refuerzo embebido en l, antes que se inicie el fraguado. Los ridos

de la mezcla son los materiales ptreos de partculas duras y de forma y tamao estable en el

tiempo (esqueleto de la mezcla).

Existen 3 requisitos bsicos que debe cumplir todo elemento de Hormign; estos

son los siguientes:

i. Trabajabilidad docilidad:

Capacidad que tiene el elemento de hormign para adaptarse a las condiciones de

traslado, colocacin y compactacin en el lugar definitivo dentro de una obra

especifica.

ii. Resistencia:

El hormign al endurecer (mediante el proceso de fraguado) debe cumplir con la

capacidad de soportar las cargas para la cual fue diseado.

iii. Durabilidad:

El hormign debe permanecer inalterable en el tiempo, siendo capaz de soportar

acciones mecnicas como el desgaste o abrasin, las condiciones climticas y otros

ambientes fsicos o qumicos agresivos. Adems, requiere de una mnima o nula

mantencin en el tiempo.

Las propiedades pueden cambiar si se trata de hormigones de alta resistencia

(donde se utiliza como aglomerantes cenizas volcnicas y slice); de hormigones con agregados

especiales (como los diversos agregados ligeros o pesados); con aditivos, y con mtodos

1Cemento: material pulverizado que por adicin de una cantidad conveniente de agua forma una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire. Cementos chilenos = clinker +yeso +adicin (puzolana, escoria, etc.).



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especiales de curado (curado de vapor).

En general, estas propiedades mecnicas y fsicas dependen de muchos factores,

destacando en gran medida los siguientes:

Proporciones de la mezcla de hormign (dosificacin).

Cuidado con el cual se mezclen los materiales constitutivos del hormign,

(cemento, ridos, aguas, aditivos, etc.) durante su colocacin en su posicin

definitiva y durante el curado del mismo.

Condiciones ambientales de humedad y temperatura, desde que se coloca el

hormign hasta que fragua (curado).

Supervisin y control de las actividades de fabricacin del hormign, desde el

peso de los materiales, mezclado, vaciado, y curado del hormign.

Fotografa Faenas de la colocacin de la enfierradura en un dado de fundacin para un muro de

contencin

Las principales ventajas y desventajas del hormign como material de construccin

frente a otros materiales, como por ejemplo el acero o la madera, se pueden enumerar a

continuacin:

Actualmente, el hormign es el material ms resistente y ocupado en la

construccin de edificios y obras civiles.



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Facilidad cuando se encuentra en estado plstico de depositarse y llenar los

moldajes de cualquier forma.

Alta resistencia al fuego, al agua y al clima.

El hormign tiene menor costo que el acero.

El hormign puede fraguar bajo agua.

Por su resistencia a la compresin, es apropiado para elementos sometidos

principalmente a compresin (columnas, arcos).

Requiere de poco mantenimiento, durante su vida til

Larga vida de servicio de las estructuras de hormign.

Requiere mano de obra de baja calificacin para su montaje en comparacin con

otros materiales (por ejemplo, para el acero).

Pequea resistencia a la traccin (material relativamente frgil) en comparacin

a su resistencia a la compresin (straccin 0.10scompresin), lo que impide su

utilizacin econmica en elementos estructurales sometidos a traccin, bien

sea en toda su seccin (barras de amarre) o sobre una parte de sus secciones

transversales (vigas u otros elementos sometidos a flexin).

Requiere moldajes para mantener el hormign en posicin hasta que endurece

suficientemente.

Fotografa Detalle de moldajes para una obra de hormign armado



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Para evitar el problema de la baja resistencia a la traccin del hormign, a partir del

siglo XIX, se empez a utilizar el acero por su alta resistencia a la traccin para reforzar los

elementos de hormign, en especial, en aquellos sitios donde la baja resistencia a la traccin limita

la capacidad de carga del elemento.

La combinacin del acero con el hormign se conoce como Hormign Armado,

material que combina el costo relativamente bajo, la buena resistencia al fuego y al clima, la buena

resistencia a la compresin y adaptabilidad a todas las formas del hormign, y la alta resistencia

del acero a la traccin y la mayor ductilidad y dureza del acero. Estos dos materiales se adhieren

muy bien entre si, y no hay deslizamientos entre ambos, por lo tanto, funcionan en forma conjunta,

debido a la adherencia qumica entre ambos, a la rugosidad de las barras y a al estrecha

separacin de las estras de las barras.

Cabe destacar que en los ltimos tiempos, se ha mejorado notoriamente la calidad

del acero de refuerzo usada en el hormign armado (aproximadamente 4 veces el acero comn);

y la resistencia a la compresin del hormign, a costos relativamente bajos, lo que permite tener

hormigones cada vez mejores: ms resistentes, ms esbeltos y capaces de lograr luces mayores,

llegando inclusive a hormigones de resistencia a la compresin de 1200 [kg/cm2].

Para mas detalles de estos nuevos materiales, ver hormigones HPC, High

Perfomance Concrete, y aceros HPS, High Performance Steel.



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1.2 HISTORIA DEL HORMIGN2

El Hormign, en su concepto ms general de masa constituida por materiales

ptreos ligados con productos aglomerantes, fue utilizado por el hombre desde los albores de la

civilizacin en la construccin de diversas obras, muchas de las cuales causan admiracin, an en

nuestros das, por su magnitud, belleza, resistencia y extraordinaria durabilidad.

El desarrollo histrico de su tecnologa no es an suficientemente conocido, debido

a que los avances tecnolgicos logrados en las diversas pocas por las distintas civilizaciones se

han perdido al desaparecer o decaer stas.

Sin embargo, con los actuales antecedentes disponibles podemos distinguir tres

etapas en el desarrollo tecnolgico del hormign:

1. Una primera etapa abarca principalmente el perodo comprendido entre 7.000

A.C. hasta las cercanas del siglo I A.C. y se caracteriza por la utilizacin de aglomerantes en la

unin de bloques constituidos tanto por materiales naturales (roca) como elaborados (ladrillos

cermicas).

El primer aglomerante conocido fue aparentemente la arcilla, ligante utilizado

especialmente en las construcciones babilnicas y asiras. Posteriormente, se utiliz tambin el

yeso, principalmente en las construcciones egipcias. Finalmente, los griegos emplearon

extensamente aglomerantes sobre la base de cales grasas simples, material que aparentemente

fue ya conocido por civilizaciones ms antiguas.

2. La segunda etapa, ms conocida actualmente, corresponde al importante

desarrollo tecnolgico logrado por los romanos desde el siglo I A.C., que les permiti obtener

propiamente un hormign semejante al que conocemos hoy, que, adems de constituir un

producto que ligaba bloques, poda utilizarse, mezclando puzolana con cal, materiales ptreos y

cascotes de ladrillo, para moldear en sitio partes de estructuras y estructuras completas.

Con este producto se gener una revolucin tecnolgica en la construccin, que

permiti mejorar la calidad de las fundaciones, simplificar los procedimientos constructivos y

construir elementos de grandes dimensiones y de gran belleza, resistencia y durabilidad.

2Citado de Compendio de Tecnologa del Hormign, Instituto Chileno del Cemento y del Hormign, 1988



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Un ejemplo de obra de hormign moldeado en sitio lo constituye el domo del

Panten romano, construido en el siglo I D.C., de 43.4 metros de dimetro (levemente superior al

de la Baslica de San Pedro), que se mantiene en excelente estado de conservacin despus de

casi veinte siglos de existencia.

Algunos aspectos de este importante desarrollo del hormign ha llegado a nuestros

das, entre otros antecedentes, por el libro "DeArchitectura", escrito por el ingeniero y arquitecto

romano Vitruvio en el siglo 1 A.C., en el cual describi la tecnologa utilizada en esa poca. Las

actuales denominaciones "cemento" y "puzolana" derivan del trmino "opus coementitium" con que

los romanos designaban al hormign, y del nombre de un puerto cercano a Roma, Puzzuoli, en

cuya vecindad se extraa el mencionado material volcnico, que mezclado con cal constitua un

cemento natural.

Es significativo lo que deca Vitruvio en relacin con la puzolana: "Tambin hay una

clase de polvo que, por causas naturales, produce resultados asombrosos. Se le encuentra en la

vecindad de Bata y Putuoii (Puzzuoli) y en los pueblos alrededor del Monte Vesubio. Esta

sustancia, cuando es mezclada con cal y cascotes o piedras, no solamente provee resistencia a

construcciones de todo tipo, sino que cuando se construyen pilares en el mar, endurece bajo el

agua de tal manera que ni las olas ni la fuerza del agua pueden disolver". Esos pilares, an

existentes, tienen ms de 2.000 aos de antigedad.

La tecnologa lograda por los romanos se perdi al decaer la vitalidad del Imperio y

ser invadido por otros pueblos.

3. Fue slo en el siglo XIX cuando se inicia la tercera y actual etapa, con el

redescubrimiento del hormign a travs de la obtencin, en Francia e Inglaterra, del cemento como

ligante hidrulico, complementado a comienzos del presente siglo con la utilizacin, en Italia, de

los cementos puzolnicos. La tecnologa del hormign en esta etapa adquiri de inmediato un

extraordinario ritmo de perfeccionamiento debido al esfuerzo sistemtico de investigacin aplicada

desde el siglo pasado.

Posteriormente al descubrimiento de Smeaton, en 1756, sobre el uso de buenos

morteros para reconstruir el faro de Eddyston, el cemento fue desarrollado a partir de las

investigaciones del francs Vicat en 1818 y del escocs Aspdin, quien lo patent en 1824 con el

nombre de cemento Portiand, por la denominacin romana del hormign y por la similitud del

producto obtenido con las rocas de la isla de ese nombre.



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Entre las investigaciones posteriores de mayor importancia pueden citarse, entre

otras, las desarrolladas por:

- Johnson, en 1884, en relacin con el proceso de clinquerizacin, que permiti la produccin

industrial del cemento.

- De Preaudeau, en relacin con la determinacin de la compacidad de las arenas.

- Alexandre, sobre los procedimientos para la determinacin del agua de mojado de las arenas y

la influencia de la temperatura sobre el fraguado de la pasta de cemento.

- Frt, tambin sobre la determinacin de la compacidad y el agua de mojado de las arenas y una

de las propiedades bsicas del hormign, la influencia de la razn agua/cemento sobre la

resistencia de los morteros.

- Abrams, quien investig sobre la medicin de la trabajabilidad de los hormigones, desarrollando

el cono que lleva su nombre para este objeto, ide la nocin de mdulo de finura de los ridos,

destinado a sintetizar su granulometra en una sola cifra, y que tambin lleg, paralelamente con

Frt, a la relacin entre resistencia y razn agua/cemento.

- Diversos investigadores italianos, en relacin con la influencia de la puzolana en las

caractersticas del cemento.

Ellas han sido enriquecidas por un sinnmero de investigaciones, entre las que es

importante destacar las relacionadas con el uso de otros materiales (fierros, fibras, etc.), y con

diversos aditivos que han permitido adaptar sus caractersticas a las necesidades de los distintos

tipos de obras.

Estas aplicaciones han permitido perfeccionar la tecnologa de, entre otros, los

siguientes tipos de hormigones:

* Hormign armado. La primera aplicacin del hormign armado se registra en

1850, ao en que Lambot construy una pequea barca de hormign reforzado con barras de

acero. Posteriormente, en 1867, Coignet y Monier presentaron en la Exposicin de Pars diversos

elementos, como vigas, bvedas, tubos, depsitos para lquidos, etc.

Wayss public en 1887 el primer texto sobre hormign armado, en el cual se

esbozan por primera vez los conceptos para el diseo con este material, a partir del cual se inicia

su uso intensivo en diferentes tipos de estructuras. Diversos investigadores contribuyeron a

aumentar el conocimiento, pudiendo citarse a Hyatt, Ransome, Melan, Bauschinger, Koenen y

muchos otros.

Actualmente se profundizan los estudios relativos a la fisuracin y rotura del

hormign, los que permiten precisar el diseo de los elementos de hormign armado.



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* Hormigones en grandes masas. La construccin de las grandes presas

americanas en la dcada del treinta, hace necesario profundizar los conocimientos relativos a los

problemas trmicos en el hormign colocado en grandes masas.

Por este motivo, principalmente en EE.UU., en el Bureau of Reclamation, se

efectan profundos estudios para determinar la influencia de los distintos factores que condicionan

estos procesos y los procedimientos para controlar sus efectos, especialmente en la fisuracin del

hormign.

En la actualidad se han refinado en gran forma los sistemas de anlisis, mediante la

utilizacin en computador del mtodo de elementos finitos.

* Hormigones pre y post-tensados. Su empleo fue impulsado principalmente para

la construccin de puentes de grandes luces. La primera idea al respecto se atribuye a Freyssinet,

quien, adems construy grandes obras de ingeniera aplicndolo.

El empleo del hormign pre y post-tensado ha hecho a su vez necesario el

conocimiento del comportamiento elasto-plstico del hormign, aspecto que an se est

profundizando, en particular en lo que concierne a su prediccin.

* Hormigones para obras hidrulicas. El tamao cada vez mayor de las obras de

conduccin y de evacuacin de grandes caudales hace necesario 'profundizar el conocimiento de

los efectos sobre el hormign de los flujos con escurrimientos de alta velocidad, y

consecuentemente de los procesos de erosin y cavilacin.

Ellos derivan en el desarrollo de los hormigones con alta resistencia superficial, de

las especificaciones de terminacin de superficies y actualmente han derivado hacia la proteccin

de los efectos de la cavilacin mediante la incorporacin de aire en el agua en escurrimiento.

* Pavimentos. La pavimentacin de grandes obras de vialidad, en especial de las

autopistas de alta velocidad de circulacin ha impulsado el conocimiento del empleo de los

hormigones de muy baja fluidez y alta calidad de terminacin superficial, y de los equipos de

construccin asociados a su uso.

Por otra parte, la importancia de los efectos ambientales sobre elementos de

pequeo espesor como son los pavimentos, especialmente de los ciclos de hielo - deshielo,

condujeron al conocimiento de los aditivos incorporadores de aire.

* Hormigones especiales. Adicionalmente se han investigado numerosos tipos de

hormigones especiales, con propiedades distintas de las de los hormigones convencionales, como

ser los hormigones livianos, proyectados, pesados, expansivos, preempacados, etc., destinado

cada uno a usos especficos o a resolver o facilitar la construccin de obras de ingeniera para

vivienda, obras subterrneas, centrales nucleares, etc.



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De esta manera, en la actualidad se posee un buen nivel de conocimiento de

muchas de las caractersticas y propiedades del hormign, que est posibilitando la construccin

de todo tipo de obras necesarias al desarrollo eficiente de la construccin en el mundo. Por otra

parte, el creciente impulso de la investigacin en esta materia permite prever un continuo

perfeccionamiento de su tecnologa para adaptarse a las necesidades del futuro.

En lo que concierne a la evolucin del empleo del hormign en nuestro pas, no hay

antecedentes histricos muy completos y los existentes se relacionan preferentemente con su uso

en elementos de Hormign Armado.

Estos se inician en 1906 con la construccin, no terminada, de una estructura de

albailera armada denominada "Casa Pra", y continan con otras tales como el puente de Quillota

sobre el estero Via, la Maestranza de San Bernardo, el Club Hpico de Santiago y los puentes del

Ferrocarril de Pa a Traigun, la mayora ejecutados por la Compaa Holandesa de Cemento

Armado, instalada en 1906 en nuestro pas.

Otro hito importante lo constituye la apertura en 1906 de la Fbrica de Cemento

Meln, la primera abierta en Chile.

Posteriormente, el empleo del hormign se extiende a numerosas obras,

principalmente de vialidad, puentes, centrales hidroelctricas, instalaciones industriales, etc.,

pudiendo decirse que a la fecha constituye el principal material de construccin en nuestro pas.



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1.3 FUNCIONAMIENTO Y SEGURIDAD ESTRUCTURAL

Una estructura, en general e independientemente del material con el cual se

construye, debe estar diseada para ser segura contra el colapso (resistencia) y funcional en su

uso (servicio) para que cumpla con los propsitos con que fue concebida

En trminos simples, esto quiere decir que una estructura debe tener:

- Funcionamiento, que implica tener una estructura con deformaciones

pequeas, grietas bajo limites tolerables y admisibles, vibraciones minimizadas,

de acuerdo al tipologa estructural considerado para la estructura y al uso al que

este destinado durante su vida til (capacidad a servicio).

- Seguridad, que implica tener una resistencia de la estructura adecuada para

todas las cargas esperadas, la que se puede garantizar proporcionando una

capacidad de carga ligeramente superior que la requerida por las cargas

conocidas (capacidad para resistencia).

Fotografa Edificio construido con hormign, el cual debe satisfacer los requisitos resistencia y

serviciabilidad durante toda su vida til



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Sin embargo, existen diversas incertidumbres provenientes del anlisis, diseo y

construccin de las estructuras de hormign armado, las cuales requieren contar con un adecuado

margen de seguridad definido, y que pueden relacionarse de la siguiente manera:

Las cargas reales pueden diferir de las cargas supuestas (por ejemplo: cambios

de usos de la estructura, posterior a su ejecucin).

Las cargas reales sobre la estructura pueden estar distribuidas de manera

diferente a la supuesta.

Las hiptesis usadas en el diseo de la estructura pueden resultar diferentes que

lo supuesto.

El comportamiento real puede ser distinto del supuesto, debido a conocimiento

limitado de esta.

Las dimensiones reales pueden ser distintas de las especificadas (problemas de

construccin, tolerancias, etc.).

La colocacin de armadura en los elementos de hormign puede estar en un

lugar incorrecto en el elemento, debido a una mala ejecucin.

La resistencia de los materiales puede ser distintos a lo esperado (baja

resistencia, mala dosificacin del hormign, etc.).

Se debe tener en cuenta las consecuencias de una falla de una estructura, que

puede pasar desde una pequea incomodidad a perdidas de vidas y grandes daos econmicos;

razn por lo cual, siempre se preferir una falla gradual ( dctil), con advertencia suficiente y que

permita tomar medidas preventivas adecuadas, frente a una falla que colapse sbita e

inesperadamente.



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1.4 CLASIFICACIN DEL HORMIGN ESTRUCTURAL

Se entiende por hormign estructural todo hormign usado para fines estructurales,

incluyendo tanto al hormign simple (sin armadura de refuerzo) como al hormign con armadura

no pretensada, hormign pre post-tensada, o con secciones compuesta con perfiles de acero o

tuberas.

1.4.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN

El hormign se clasifica principalmente por su resistencia a compresin medida en

probetas cbicas normalizadas, de acuerdo con la normalizacin vigente, NCh 1017 y NCh 1037,

ensayadas a los 28 das.

La norma NCh 170 of 85 establece una clasificacin del hormign en grados segn

la resistencia especificada a la ruptura por compresin a los 28 das, medida en probetas cbicas

de 20.0 [cm] de arista.

Ejemplo: cuando se tiene un hormign clasificado como H30, quiere decir que para

este hormign se tendr una resistencia cbica a la compresin medido a los 28 das de 30.0

[MPa], 300.0 [kg/cm2].

1.4.2 RESISTENCIA A LA FLEXOTRACCIN

La norma NCh 170 of 85 tambin clasifica al hormign de acuerdo a su resistencia a

la flexotraccin a los 28 das, medida en probetas prismticas de 15x15 [cm] de seccin y 50 a 60

[cm] de longitud.

Ejemplo: cuando se indica un hormign HF4, quiere decir que se esta especificando

una resistencia a la flexotraccin de 4.0 [MPa], equivalentemente, 40.0 [kg/cm2].

1.4.2 TIPO DE HORMIGN

Los hormigones pueden tener distintos tipos de uso dentro de una obra, los cuales

se describen a continuacin:

- Hormigones tradicionales:

Son aquellos hormigones que se clasifican principalmente por su resistencia a la

compresin, medida en probetas cbicas normalizadas, de acuerdo a las normas NCh 1017 y NCh

1037, ensayadas a 28 das.



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- Hormign bombeable:

Hormign especial que se conduce bajo presin a travs de un tubo rgido o una

manga flexible, permitiendo transportar grandes volmenes directamente al punto de colocacin

requerido. Poseen mayor contenidos de finos, asentamiento de cono mayor de 8.0 cm, y una

cohesin que impide la exudacin o segregacin bajo presin.

- Hormigones de pavimentos:

Son aquellos hormigones que se clasifican principalmente por su resistencia a

flexotraccin, medida en vigas normalizadas y ensayadas a 28 das, de acuerdo a la norma chilena

NCh 1017.

- Hormigones de alta resistencia:

Existen dos tipos de hormigones de alta resistencia:

i. Hormigones de alta resistencia final, cuando se necesita una resistencia a la

compresin, medida en probetas cbicas o cilndricas normalizadas, de acuerdo a

NCh 1017 y NCh 1037, ensayadas a 28 das, superior a 500 kg/cm2.

ii. Hormigones de alta resistencia inicial, cuando se necesita una resistencia

temprana mayor a la normal, en edades inferiores a 28 das.

- Hormigones de trnsito rpido:

Son aquellos hormigones que se clasifican por su resistencia a flexotraccin,

medida en vigas prismticas normalizadas, de acuerdo a NCh 1017, que tienen la particularidad de

presentar altas resistencias iniciales en edades tempranas (horas o das).

- Hormign liviano:

Hormign que no tienen requisito de resistencia pero si de peso y se clasifican

principalmente por su densidad, la que es inferior a la densidad normal de 2.400 kg/m3. Para lograr

dichas densidades, se fabrican por ejemplo, con perlas de poliestireno expandido (es decir,

aislapol, plumavit, etc.).

- Hormigones autocompactantes:

Permiten una fcil colocacin de la mezcla, facilitando las operaciones de una faena

pesada, dejando una mejor terminacin de la superficie, con una mayor rapidez de hormigonado,

menos contaminacin acstica, ahorro en personal y equipos, y una ptima calidad de los

elementos hormigonados, utilizando aditivos qumicos de ltima generacin y un adecuado diseo

de la mezcla.



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- Hormigones de relleno de densidad controlada:

Permiten reemplazar los rellenos tradicionales de excavaciones de tuberas, zanjas

para alcantarillas, rellenos estructurales en obras de arte y puentes, y suelos de subrasantes

inadecuados o de poca capacidad de soporte, logrndose con la adicin de un aditivo incorporador

de aire a un adecuado diseo de mezcla, con lo que se logra mantener una densidad estable en el

tiempo.

1.4.4 PRESENCIA DE ARMADURA DE REFUERZO

Segn la presencia de armadura (o acero) en los elementos de hormign, se puede

hablar de distintos tipos; estos son:

Hormign simple: sin presencia de armadura o enfierradura de refuerzo.

Hormign armado: con presencia de armadura de refuerzo (pasiva).

Hormign pretensado y postensado: presencia de armadura activa, y armadura

pasiva.

Incorporacin de perfiles de acero o tuberas, dentro de la masa de hormign.

Fotografa. Estructura de hormign armado: se destaca la presencia de armadura de refuerzo

antes del hormigonado



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1.4.5 DENSIDAD APARENTE

Segn la densidad que presenta el hormign, que depender de la dosificacin con

se elabora ese elemento, se puede clasificar en los siguientes grupos:

Hormign liviano o ligero: para rellenos, aislante, sobrelosas y otros elementos

no estructurales. Su densidad aparente es 0.3 a 1.8 [ton/m3].

Hormign corriente o normal: La densidad esta comprendida entre 2.0 a 2.8

[ton/m3]. Como valor promedio, y para efectos del calculo, se puede adoptar un

valor constante de 2.4 [ton/m3].

Hormign pesado: Densidad comprendida entre 3.0 a 4.5 [ton/m3].

1.4.6 TAMAO DE ARIDO

Segn las caractersticas de presente una obra en particular, estas pueden ser

dosificados con distintos tamaos de rido, dependiendo de las dimensiones del elemento a

hormigonar, la cuanta de acero, etc., pudindose seleccionar distintos tamaos de ridos, siendo

los ms utilizados los de 40 y 20 [mm]; en casos muy especiales, puede usarse tamaos de 10

[mm]. En cualquier caso, se debe procurar elegir el mayor tamao mximo posible, de acuerdo a la

complejidad de la obra.

Se destaca que el rido grueso recibe el nombre genrico de Grava; cuando

proviene de un ro, cuando es de canto rodado, se le llama ripio, y si proviene de cantera se llama

chancado.

1.4.7 OTROS HORMIGONES

Debido a la gran versatilidad del hormign, se puede utilizar en todo tipo de

edificaciones, civiles o industriales, por que existen hormigones especiales con otros componentes

que se adicionar, tales como fibras (metlicas o no metlicas), con azufre, con polmeros, con

pigmentos para cambiar su color (por ejemplo, para paisajismo), con aire incorporado, para lograr

mayor durabilidad en ciclos de hielo/deshielo, etc.



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1.5 PRINCIPALES PROPIEDADES DEL HORMIGN

1.5.1 RETRACCIN DE FRAGUADO

El hormign al terminar de fraguar y durante el endurecimiento (empieza a secarse),

se contrae al perder agua y evaporarse cuando llega a la superficie, con lo cual pueden aparecer

fisuras o grietas, mediante la aparicin de tensiones de traccin y dejar, por ejemplo, expuesta la

armadura de refuerzo a la atmsfera y a la corrosin.

La retraccin puede explicarse por la perdida paulatina de agua en el hormign.

Debido a este fenmeno, las obras de hormign se realizan por partes separadas por juntas de

dilatacin (por ejemplo, en muros, se tiene como largo mximo solo 15.0 [m]) o conjuntas de

construccin (que se deben tratar adecuadamente para conservar el monolitismo del elemento de

hormign).

Fig. Curva caracterstica de los efectos de la retraccin en el hormign; se observa

que durante los primeros das ocurre la mayor parte de la retraccin

Principales factores que influyen en los efectos de la retraccin en las estructuras de

hormign:

- Tipo, clase y calidad del cemento: ms retraccin a los cementos ms resistentes y

rpidos, a igualdad de las restantes variables.

- Si aumenta el mdulo de finura del cemento, aumenta la retraccin.



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- La presencia de finos en el hormign aumenta considerablemente los efectos de

retraccin.

- La cantidad de agua esta en relacin directa con la retraccin.

- Retraccin aumenta cuando disminuye el espesor del elemento en contacto con el

medio ambiente.

- El hormign armado tiene menos retraccin que el hormign en masa.

Para minimizar los efectos de la retraccin en el hormign es deseable tener las las

siguientes condiciones:

- mantener en un mnimo la cantidad de agua para el mezclado

- proporcionar un buen curado al hormign,

- intercalar juntas de dilatacin y/o construccin para controlar la posicin de las

fisuras, y permitir que parte de la retraccin ocurra antes de hormign la prxima

zona.

- usar armadura para tomar las tensiones de la retraccin.

- usar agregados apropiadamente densos y no porosos.

FORMULA PARA MEDIR EL ACORTAMIENTO DEL HORMIGN:

eo = {0.5 (100-H) + 10} {(0.01C-1)A/C +0.2 }x10-5

donde: eo = Dl / l, deformacin unitaria

H = Humedad ambiental

A/C = Relacin agua cemento

1.5.2 DILATACIN TRMICA Y CONDUCTIVIDAD

Los valores para el hormign de la dilatacin trmica y conductividad son los

siguientes:

Dilatacin Trmica, a:

(no olvidar que e = a Dt)

0.00001

(aacero: 0.00001, muy similar al hormign)

Conductividad: 1.1 a 4.5 [kcal/m2/m/C] (mientras ms compacto es el hormign, mas alto es este valor)

Nota: Al tener el hormign y el acero valores muy similares para la dilatacin

trmica, este material funciona bien frente a la accin del fuego y del hielo (se dilatan y contraen

simultneamente, manteniendo la adherencia entre estos materiales).



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1.5.3 DENSIDAD

La densidad real (relacin entre la masa del rido dividido por su volumen saturado

de humedad), peso especfico del hormign endurecido depende principalmente de los

siguientes factores:

Naturaleza de los ridos a emplear, elegidos durante la dosificacin del

hormign.

Granolumetra de los ridos.

Mtodo de compactacin (s queda mal compactado, se tiene un hormign

poroso, con densidad baja)

El orden de magnitud para la densidad del hormign endurecido de peso normal

para fines estructurales, es de 2.40 [ton/m3], y para el hormign armado, comnmente se adoptara

un valor de 2.50 [ton/m3].

1.5.4 COMPACIDAD

La compacidad es el grado de compactacin que tiene la masa de hormign una vez

consolidada. Se dice que el hormign es compacto cuando se encuentran llenos todos los huecos

de los componentes.

Una buena compacidad proporciona una mayor resistencia mecnica (frente a

esfuerzos, impactos, desgastes, vibraciones, etc.), y una mayor resistencia fsica (ciclo hielo-

deshielo), ya que disminuye el porcentaje de huecos.

1.5.5 PERMEABILIDAD

La permeabilidad del hormign depende principalmente de los siguientes factores:

Relacin A/C, impermeabilidad aumenta con contenido C (aumenta retraccin y

resistencia).

Finura de molido del cemento.

Dosificacin.

Mtodo de consolidacin, impermeabilidad aumenta con la consolidacin.

Edad del hormign.



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1.5.6 DOCILIDAD

La docilidad es una propiedad que permite que la masa de hormign (en estado

fresco) pueda ser vaciada en un molde y ser adaptada a cualquier forma. Esta propiedad se mide

por el ensayo de asentamiento de cono. Esta propiedad puede obtenerse:

Empleando ridos de buena calidad: que no contengan partculas aplanadas o

alargadas (lajas) y que tengan buena granulometra.

Empleando proporciones adecuadas entre grava y arena.

Empleando dosis de agua equilibrada, que permita obtener hormigones plsticos

y cohesivos.

Agregando aditivos plastificantes, fluidificantes o incorporadores de aire,

debidamente controlados.

Fotografas Faenas de hormigonado en un pavimento; se aprecia las faenas de compactado

platachado del hormign, y su descarga y transporte desde el camin mixer

1.5.6.1 CONO DE ABRAMS

El Cono de Abrams permite contar con un mtodo de fcil aplicacin para medir la

docilidad del hormign fresco, donde el ensayo esta establecido en la norma NCh 1019 of 74, y la

toma de muestras esta indicado en la norma NCh 171 of 75.



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La siguiente tabla entrega valores tentativos para distintos asentamientos de cono y

los usos en los cuales se emplea:

Consistencia

del Hormign

Asentamiento

de Cono

Empleo

Seca 2 [cm] Radieres, fundaciones

Plstica 3 a 6 [cm] Fundaciones, sobrecimientos, pavimentos

Blanda 7 a 10 [cm] Pilares, vigas, cadenas y losas

Fluida 10 [cm] Debe evitarse

Fig. Medicin del Cono de Abrams

La cantidad de agua en el hormign influye directamente sobre la docilidad, pero un

exceso de agua favorece la segregacin (separacin de los componentes) y disminuye la

resistencia del hormign.

Cuando se pide un hormign a una planta de premezclado, aparte de pedir la

resistencia a la compresin que se necesita, se puede pedir una consistencia adecuada, traducido

en un asentamiento de cono especificado, como parte de las exigencias solicitadas.



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1.5.7 COEFICIENTE DE POISSON

El coeficiente de Poisson n es la relacin con signos cambiados entre las

deformaciones transversales y las longitudinales correspondientes, en elementos que trabajan a

compresin simple.

En trminos generales, el valor de n varia ente 0.11 para elementos de hormign de

alta resistencia a 0.21 para hormigones de baja resistencia.

Para las deformaciones elsticas del hormign, se puede tomar un valor nico de:

n = 0.20

En la mayora de los diseos de hormign armado no se considera el efecto

Poisson, y talvez, se debera considerar en presas de arco, tneles y en estructuras estticamente

indeterminadas.



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1.6 DOSIFICACIN

La dosificacin del hormign consiste en la mezcla cuidadosa de todos los

elementos constituyentes del hormign (agua, cemento, arena, gravas, aditivos, etc.), en

proporciones dadas, con el fin de tener caractersticas determinadas.

Los distintos componentes de una mezcla de hormign se deben dosificar de

manera tal de que el hormign resultante tenga las siguientes propiedades:

una resistencia adecuada, usando la menor relacin agua/cemento.

una manejabilidad apropiada para ser vaciada (aptitud de colocarlo y

compactarlo),

mxima compacidad (mnimo contenido de huecos),

un bajo costo (mnima cantidad de cemento, material mas caro del hormign).

Fig. Dosificacin tpica de un elemento de hormign, con su distribucin en los distintos materiales

que lo componen

Existen variados mtodos para dosificar hormign, desde muy complejos que

consideran todas las condiciones de la obra (ridos, fabricacin, transporte, colocacin,

compactacin, moldes y enfierradura); y mtodos ms simples, con menos variables a incluir, y

los mtodos por tanteos, los cuales por lo general, se realizan para obtener un metro cbico (m3)

de hormign.

En un mtodo por tanteo es indispensable conocer algunos datos mnimos de los

ridos a usar para lograr la dosificacin por m3., los que corresponden a los siguientes:

Densidad real de la grava o peso especfico.

Densidad aparente de la grava, si se dosifica en volumen.



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Densidad real de la arena o peso especfico.

Densidad aparente de la arena, si se dosifica en volumen.

Adems, es deseable conocer las granulometras de los ridos y sus impurezas

(arcillas, materia orgnica, etc.).

Se considera un peso especfico de 3,0 kg/lt para el cemento, y la densidad

aparente vara de acuerdo al grado de compactacin que tenga, entre 1.0 a 1,4 kg/lt, motivo por el

cual nunca se debe medir en volumen.

La cantidad de agua que se utiliza en la dosificacin del hormign depende del tipo

de rido grueso (ripio o chancado), del tamao mximo de la grava, de la relacin arena/ripio, del

molde, de la enfierradura, etc. En cualquier caso, siempre habr que confeccionar un hormign de

prueba y medir el descenso del cono para ajustar la cantidad de agua.

El agua usada para preparar hormign no deben contener cantidades perjudiciales

de cloruros, pues debido a elevados contenido de ellos, puede producirse corrosin de la

armadura de refuerzo.

Por ultimo, hay que agregar una cantidad de aire que siempre queda atrapado y que

se estima entre 10 y 25 litros por m3 de hormign.

1.6.1 MTODO DE FAURY

El mtodo de Faury para dosificaciones de hormign es de tipo granolumtrica, es

decir, determina las proporciones de los ridos sobre la base del mejor ajuste a una curva

granolumtrica de referencia, que considera la influencia del cemento como un rido ms (ver

tablas).

Ejemplo de dosificacin de un elemento de hormign y de las cantidades de sus

componentes:

Relacin ripio / arena = 2/1 a 1.5/1

33% < Relacin agua cemento A/C < 80%, pero lo normal es 50%

Hormign Componente Resistencia

1.0 [ m3]

800 [l] ripio 500 [l] arena 300[kg] cemento 150 [l] agua

250 [kg/cm2]



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1.6.2 GRADOS DE CEMENTO NCh 148 of 68

La norma chilena NCh 148 of 68 Cemento - Terminologa, clasificacin y

especificaciones generales define 2 calidades para el cemento chileno, estableciendo distintos

requisitos para ellos:

Tiempo fraguado (minutos)

Resistencia mnima a la Compresin

Resistencia mnima la flexin

Grado del Cemento

Final Mximo

Inicial Mnimo

7 das [kg/cm2]

28 das [kg/cm2]

7 das [kg/cm2]

28 das [kg/cm2]

Corriente 12 60 180 250 35 45 Alta

Resistencia 10 45 250 350 45 55

1.6.3 DOSIS MNIMA DE CEMENTO SEGN USO HORMIGN

La siguiente tabla orientativa entrega el contenido mnimo de cemento y la

resistencia esperada, segn el uso que se le va a dar a la estructura:

Estructura Contenido Mnimo Cemento [kg/m3] (sacos)

Resistencia Esperada [kg/cm2]

Fundaciones simples 170 (4.0) 100 Sobrecimientos sin armar 225 (5.3) 150 Fundaciones y sobrecimientos armados 270 (6.4) 200 Cadenas, pilares, dinteles, vigas, losas hasta 3.0 [m] de luz

300 (7.0) 250

Pavimentos con cargas medianas 300 (7.0) 250 Pavimentos con cargas elevadas o estructuras delicadas

340 o ms (8 o ms) 300 a mas

Nota: Limite inferior de cemento: 85 [kg] cemento por [m3]. Uso: hormign muy pobre para relleno,

resistencia: 30 [kg/cm2].



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1.6.4 EFECTO DE LA RELACIN AGUA CEMENTO EN LA RESISTENCIA

La relacin agua cemento A/C que se suministre al hormign influye directamente

en su resistencia y por lo tanto, debe cuidarse la cantidad de agua total que se adiciona a la

mezcla.

Fig. Variacin de la resistencia del hormign, en funcin de la relacin Agua / Cemento. A

medida que disminuye la relacin A/C, la resistencia del hormign aumenta



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1.7 ADITIVOS PARA HORMIGN

Los aditivos son materiales distintos del agua, agregados o cemento hidrulico,

utilizados como componentes del hormign, y que se aade a este antes o durante su mezclado a

fin de modificar sus propiedades, o para conferirles otras caractersticas, por ejemplo, aumentar su

docilidad, reducir agua de amasado, incorporar aire, modificar tiempos de fraguado, etc.

Los principales aditivos utilizados en el hormign corresponden a los siguientes

elementos:

ACELERADORES DE FRAGUADO

Reducen el tiempo de fraguado y aceleran el desarrollo de la resistencia a

temprana edad. Lo mas utilizados son los cloruros de calcio, pero no deben

utilizarse donde pueda ocurrir una corrosin progresiva del acero. Dosis habitual

1:2 a 1:15 (aditivo: Agua).

Se recomienda su uso en hormigonado en tiempos fros, hormigones

proyectados, prefabricados, reparaciones.

RETARDADORES DE FRAGUADO

Retrasan el inicio del fraguado, manteniendo la docilidad ms tiempo; reducen el

riesgo de fisuracin al permitir la disipacin del calor de hidratacin durante mas

tiempo. Se ocupa un 0.3% al 1.5% del peso del cemento.

Este aditivo se ocupa en hormigonados en tiempos calurosos, hormigones

premezclados, hormigones en masa, transporte de hormign a grandes

distancias, evitar juntas fras al hormigonar por capas, hormign bombeado. Una

sobredosis puede originar una demora excesiva.

PLASTIFICANTES

Mejora la trabajabilidad del hormign, produciendo una reduccin en el agua de

amasado del hormign, manteniendo su fluidez. La cantidad mnima de agua es

del orden de 30% a 33%, con el uso de plastificantes se puede llegar a un 20%

de agua.

Su uso esta orientado a hormigones bombeados y premezclado, hormigonado

de elementos estrechos o prefabricados, y hormigones de alta resistencia. Una

sobre dosis puede producir retardo del fraguado.



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Fig. Ejemplo de aditivo plastificante y retardador en hormign, sin presencia de cloruros, con

relacin a una mezcla patrn. Se aumenta la resistencia al disminuir la cantidad de agua de

amasado y disminuye el tiempo de colacin al retardar el fraguado.

ACELERADORES DE ENDURECIMIENTO

Aceleran el endurecimiento superficial del hormign; se usa cuando se quiere

someter a los elementos de hormign a pequeas cargas iniciales.

AIREANTES

Introducen aire, en forma de pequeas burbujas, en su mayora de un tamao de

0.01 a 1.00 [mm], con una distribucin uniforme en la masa de hormign. Su uso

esta orientado a aumentar la resistencia del hormign frente a los procesos de

hielo y deshielo, donde se puede producir el congelamiento del agua contenida

en el hormign (grieta se interrumpe en burbuja).

Otras propiedades que tiene: aumentan permeabilidad al agua y lquidos en

general; aumento de la consistencia del hormign, aumento fluidez del hormign;

disminucin de la exudacin; disminucin de la resistencia mecnica. La dosis

para este aditivo varia entre un 0.03% a 0.05% del peso del cemento.



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IMPERMEABILIZANTES

Aditivo que permite obtener un hormign menos permeable, al disminuir la

absorcin de humedad. Dosis de 0.5% a 4.0% del peso del cemento. La

utilizacin de este aditivo debe complementarse con una buena dosificacin,

compactacin y curado. Su uso esta orientado a hormigones subterrneos, losas

de cubierta, estanques de hormign, estucos exteriores, y pisos impermeables.

EXPANSORES

Produce una ligera expansin de la masa del hormign, contrarrestando las

retracciones de este. Dosis comn 2% del peso del cemento. Se usa

principalmente en relleno de grietas o cavidades, anclajes de pernos y

estructuras, grouting, y rellenos de vainas en hormign postensado.

OTROS

Existen otros aditivos para el hormign tales como los inhibidores de la

corrosin, las emulsiones de adherencia, los aditivos para hormigonado bajo

agua, etc.



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1.8 RESISTENCIA DEL HORMIGON

1.8.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN

Para medir y evaluar la resistencia a la compresin del hormign, se ensayan

muestras de hormign, las cuales pueden ser tomadas en distintos tipos de probetas para obtener

distintas resistencias:

- cubos (de lado a ), que permiten obtener una resistencia cbica, Rcubica.

- cilindro (dimetro base: a y altura 2 a ), que permiten obtener una resistencia

cilndrica, Rcilndrica.

- prismas (base. axa y altura > 3a), que permiten obtener una resistencia

prismtica, Rprismatica.

Para el parmetro a que define el tamao de las probetas, se usa los siguientes

valores: 15.0, 20.0, 25.0 y 30.0 [cm]. En Chile, lo ms frecuente es utilizar probetas en cubos, de

dimensin a = 20.0 [cm]; para los americanos de ACI; lo mas comn es utilizar cilindros, con un

valor de a = 15.0 [cm].

Fig. Tipos de probetas de hormign

Para uniformar los distintos criterios que se utilizan, interesa determinar las

correlaciones existentes entre los resultados de resistencia para distintos tipos de probetas

usados. En general, se tiene las siguientes expresiones para uniformar las distintas resistencias:

Rcilndrica Rprismatica

Rcilndrica 0.8 a 0.9 Rcubica



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Fig. Efectos del tiempo en la resistencia del hormign, con curado hmedo. Se destaca que a los

28 das es cuando se mide la resistencia a la compresin

1.8.2 RESISTENCIA A LA TRACCIN

La resistencia a la Traccin del hormign, importante para los efectos de fisuracin,

esfuerzos de corte, adherencia, deslizamiento de armaduras, pavimentos, presenta valores

relativamente bajos; y una buena aproximacin en funcin de la resistencia a la compresin, es la

siguiente relacin: '' 20.010.0 cctc fff

donde: fct: Resistencia caracterstica del Hormign a la Traccin

fc: Resistencia especificada a la compresin del hormign, en probeta cilndrica

medida a los 28 das.

La resistencia a la Traccin es ms difcil medir que la resistencia a la Compresin,

debido a problemas de agarre con las maquinas de prueba (ensayo brasileo).

Para el diseo de miembros sujetos a flexin, se utiliza el valor del Mdulo de

Ruptura fr en vez de la resistencia a la rotura. Este mdulo presenta un valor mayor que la

resistencia a la rotura, y el ACI especifica para hormigones de peso normal un valor de:

MPaff cr '7.0=

donde: fr y fc en [MPa]

(equivalentemente, en kg y cm, se tiene: 2cr kg/cm ff '2= )



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Cuando se trata de hormigon con agregado liviano se deben aplicar algunas

modificaciones (Ver ACI 318-02 9.5.2.3)

Adems, se define el mdulo de rotura fr como sigue:

g

tcrr I

yMf =

donde: Mcr: Momento que produce la fisuracin

Ig: Momento de inercia de seccin llena (seccin ficticia sin armadura)

yt: Distancia desde centro de gravedad a fibra ms traccionada.

1.8.2.1 OTRAS APROXIMACIONES PARA LA RESISTENCIA A LA TRACCIN

- El CEB y FIP dan la siguiente expresin para la resistencia a la traccin:

3 265.0 ckct ff =

donde: fct: Resistencia caracterstica del Hormign a la Traccin, [kg/cm2].

fck: Resistencia caracterstica del Hormign a la Compresin, [kg/cm2].

Por otro lado, tambin se tiene las relaciones para fct:

fct = 0.09 fck Si 120 fck 200

fct = 7 + 0.06 fck Si 200 fck 500

- La Norma AASHTO define el modulo de ruptura del hormign en funcin de fc

como sigue:

]'2 2cr [kg/cm ff =

y la tensin en la fibra traccionada por flexin como 0.21 fr.



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1.9 ENSAYOS DEL HORMIGN

Para confirmar la resistencia del hormign, ya sea en compresin o traccin, se

extraen muestras del hormign fresco cada un numero determinados de [m3] hormigonados y/o

colocados, o bien, muestras endurecidas (testigos) de la estructura a verificar, los cuales pueden

ser ensayados por diversos mtodos para obtener distintas caractersticas del hormign.

1.9.1 MTODOS DIRECTOS

Consiste en ensayar hasta la rotura probetas de hormign, provenientes de

muestras de hormign fresco, o bien, testigo de hormign endurecido.

Los ensayos que estn normalizados en Chile son los siguientes:

Ensayo de Compresin, NCh 1037 of 77.

Ensayo de Traccin por flexin o flexotraccin NCh 1038 of 77.

Ensayo de Traccin por Hendimiento, NCh 1170 of 77.

Cabe destacar que el ensayo de traccin pura en Chile no se utiliza, por la dificultad

que presenta.

Fotografa Proteccin y curado de probetas cbicas (en moldes de acero) de hormign, tomadas

en una obra cualquiera



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1.9.1.1 ENSAYO DE COMPRESIN

El objetivo es efectuar un ensayo a la rotura por compresin de probetas cbicas y

cilndricas de hormign. Las probetas se colocan centradas entre los platos de la prensa, y son

sometidas a compresin hasta su rotura, donde la resistencia se mide por:

AC

R =

donde: R = Resistencia unitaria de compresin de la probeta.

C = Carga de rotura.

A = Seccin transversal de la probeta de hormign.

Cabe destacar que existen relaciones (factores de conversin) entre la resistencia

para probetas cbicas de un tamao con otro; para probetas cilndricas de distintos dimetros; y

para relaciones entre probetas cbicas y cilndricas.

CONVERSIN DE RESISTENCIA CBICA A CILNDRICA

Ensayo para Resistencia a la Compresin a 28 das, realizado en cubos de

20x20x20 [cm] segn las normas chilenas NCh 1017 y NCh 1037. A travs de la siguiente tabla, se

tiene la clasificacin del hormign en resistencia cbica y su relacin con la resistencia cilndrica

(ocupada para el diseo, segn el Cdigo ACI 318).

Resistencia Cbica Resistencia Cilndrica

Hormign

fc [MPa]

fc [kg/cm2]

Factor de Conversin

fc [kg/cm2]

H5 5 50 1.25 40

H10 10 100 1.25 80

H15 15 150 1.25 120

H20 20 200 1.25 160

H25 25 250 1.25 200

H30 30 300 1.20 250

H35 35 350 1.17 300

H40 40 400 1.14 350

H45 45 450 1.13 400

H50 50 500 1.11 450

H55 55 550 1.10 500

H60 60 600 1.09 550



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1.9.1.2 ENSAYO DE FLEXOTRACCIN

El objetivo de este ensaye es determinar la resistencia a la flexotraccin de la

probeta de hormign; se emplea la probeta en forma de viga, y la luz de ensayo es iguala 3 veces

su altura. La viga se encuentra simplemente apoyada, con una carga P en el centro, o dos cargas

a L/3.

La tensin en el hormign esta dado por la expresin:

4

6

2

PLM

bhM

WM

AN

=

==s

RESISTENCIA A LA FLEXIN

Ensayo para Resistencia a la Flexin a 28 das, realizado en probeta de 20 [cm],

segn NCh 1038. En la siguiente tabla, se muestra como se clasifican y la resistencia del

hormign:

Hormign Resistencia [MPa]

Resistencia [kg/cm2]

HF3 3.0 30

HF3.5 3.5 35

HF4 4.0 40

HF4.5 4.5 45

HF5 5.0 50

HF5.5 5.5 55

HF6 6.0 60

Ejemplo de esta clasificacin de hormign, lo constituyen los hormigones para

pavimentos, los cuales se definen en funcin de su resistencia caracterstica del hormign a la

flexotraccin.

1.9.1.3 ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA O HENDIMIENTO

El ensayo de Hendimiento consiste en una probeta cilndrica de 15.0

[cm] de dimetro y 30.0 [cm] de altura, la cual se coloca acostada entre las placas de la prensa y

se somete a fuerzas de compresin, con lo cual se originan esfuerzos horizontales de traccin en

la probeta. La tensin del hormign esta dada por la expresin:



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LDP

ps

2=

donde: P: Carga de rotura de la probeta.

L: largo cilindro.

D: dimetro cilindro.

1.9.2 MTODOS NO DESTRUCTIVOS O INDIRECTOS.

Los ensayos no destructivos comprenden una serie de tcnicas destinadas a

inspeccionar o probar un material sin ocasionar daos para su futuro uso. A travs de

correlaciones, permiten obtener una estimacin cualitativa de la calidad del hormign.

a. Mtodos escleromtricos: Corresponden a ensayos superficiales de dureza (de

acuerdo a la NCh 1565). Entre estos mtodos, destacan los siguientes:

i. Rechazo martillo Smith, mtodo donde se mide porcentaje de rechazo (o

rebote) de una masa que golpea sobre un pivote de contacto con la

superficie del hormign a ensayar; se producen errores del orden de 20% a

30%, por lo cual, solo sirve para tener una idea o estimacin del parmetro

medido.

ii. Huella impresa por el rechazo del pndulo de bola, mtodo aproximado

de medicin.

Fig. Curva de Relacin ndice esclerometrito Resistencia



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b. Mtodos basados en la velocidad de propagacin de ondas de alta frecuencia

dentro de la masa de hormign. Los pulsos ultrasnicos son generados en un

cabezal emisor y recibidos por otro cabezal colocado a una cierta distancia del

primero. La velocidad de la onda es funcin de: Mdulo de elasticidad del

hormign, Mdulo de Poisson (n=0.20), y de la relacione entrer/g.

c. Mtodo de resonancia.

d. Mtodos de absorcin o difusin de radioistopos.



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1.10 MDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGN

El conocimiento de la curva tensin vs. deformacin es esencial para el desarrollo

de todos los trminos y procedimientos de anlisis y diseo en estructuras de hormign.

La forma de esta curva principalmente es funcin de la resistencia del hormign; y

en una curva tpica de tensin vs. deformacin unitaria (efectuado para un cilindro de hormign

sometido a compresin uniaxial), la primera parte de la curva, hasta un 40% de la resistencia

ultima fc puede ser considerada lineal para todos los casos prcticos; despus, aproximadamente

a un 70% de fc, el hormign pierde una parte importante de su rigidez, aumentando la curvatura

del diagrama, hasta alcanzar su mximo cuando la deformacin especifica de compresin varia

entre 0.0015 y 0.0020. Posteriormente, sigue una curva descendente y bajo carga ultima, en el

hormign se observan grietas paralelas a la direccin de la carga, y la mayora de los cilindros

fallan en forma repentina despus de esto. Finalmente, el hormign alcanza la rotura

aproximadamente a un nivel de tensin de 0.85% de fc, cuando su deformacin varia entre 0.0030

y 0.0080.

Fig. Curva tensin deformacin del hormign en compresin



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Del anlisis de varias curvas tensin vs deformacin para el Hormign, se concluye

lo siguiente:

Si la resistencia del hormign es baja, mayor ser la deformacin de la falla.

La longitud de la parte lineal aumenta con el aumento de la resistencia a la

compresin del hormign.

Existe una reduccin aparente de ductilidad con la resistencia del hormign

incrementada.

1.10.1 MDULO DE ELASTICIDAD

El mdulo de Elasticidad o de Young del Hormign, Ec, segn la norma ACI 318 se

define como la pendiente de la lnea trazada desde un esfuerzo nulo hasta un esfuerzo de

compresin de 0.45 fc.

Para el Mdulo de Elasticidad del hormign armado, Ec, la norma ACI 318

recomienda tomar para hormigones con peso wc comprendidos entre 1500 y 2500 [kg/cm3], la

siguiente expresin:

MPafE cc '4700=

(equivalentemente en kg y cm, se tiene 2cc Kg/cm fE '15113= )

Para hormigones de densidad normal, el modulo del hormign, Ec puede

considerarse como:

cc fwE c '043.05.1=

(equivalentemente en kg y cm, se tiene 2cc kg/cm fwE c '43165.1= , con wc en [ton/m3]; y Ec y fc en

[kg/m2])

donde: Ec: Mdulo de Elasticidad del hormign, [MPa]

wc: Peso del hormign, [kg/m3]

fc: Resistencia especificada a la compresin del hormign, [MPa]

Cabe destacar que las expresiones anteriores generalmente son vlidas, aunque el

valor del Modulo de Elasticidad se ve afectado tambin por diversas variables, entre las que

destacan: humedad en el hormign, relacin A/C, edad del hormign, temperatura y duracin y

aplicacin de la carga.



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1.11 ANLISIS ESTADSTICO

Las obras de hormign son esencialmente variables, debido a la naturaleza de sus

componentes y a los cambios en los procesos de confeccin y de muestreo propiamente tal, por lo

tanto, para mantener sus propiedades dentro de un rango aceptable se requiere cierto grado de

control, el cual conduce a la obtencin de resultados, los que deben evaluarse e interpretarse.

La evaluacin de la resistencia a la compresin del hormign permite entre otras

cosas:

- obtener un criterio claro para la aceptacin del hormign, y para indicar el curso de

accin cuando los resultados de los ensayos de resistencia no son satisfactorios.

- obtener una herramienta de gestin para la optimizacin de los recursos.

- evitar discrepancias entre no contar con un criterio previamente definido para la

evaluacin.

Cabe destacar que el procedimiento de evaluacin debe considerar la naturaleza

probabilstica de la resistencia a compresin del hormign.

La norma NCh 1998 Hormign - Evaluacin estadstica de la resistencia mecnica

es la que recoge dos de los criterios ms ampliamente utilizados en los cdigos de diseo de

hormign. Estos son:

i. Criterio de Resistencia Caracterstica:

El mtodo de la evaluacin del lote considerando el total de muestras, considera la

produccin de hormign como un proceso que se ajusta a una distribucin normal

donde la resistencia caracterstica est definida en funcin del promedio y de la

desviacin estndar.

ii. Criterio mvil de resistencias sucesivas:

El mtodo de evaluacin por grupos de muestras consecutivas considera la

produccin de hormign como un proceso cclico donde la resistencia sufre

variaciones en el tiempo (incluido en el ACI 318).



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1.11.1 DEFINICIONES

Muestreo estadstico:

Una muestra lo constituyen 2 o ms probetas, confeccionadas con la misma

muestra de hormign. Si el plan de muestreo no est especificado, la norma NCh 1998 establece

como criterio mnimo lo siguiente:

- Volumen hormign de la obra 250 m3: 1 muestra cada 50 m3, con un mnimo de

3 muestras.

- Volumen hormign de la obra > 250 m3: 1 muestra cada 100 m3, con un mnimo de

5 muestras.

Distribucin estadstica:

Mediante relaciones funcionales, las distribuciones estadsticas expresan la forma

en que se agrupan los valores obtenidos de una muestra.

La distribucin estadstica de mayor uso es la Distribucin Normal o de Gauss, cuya

expresin general esta dada por:

--

= 2)(2

1

21

)( sxx mexpp

Resistencia Media:

La resistencia media permite obtener una tendencia central de la resistencia y se

define como resistencia media o promedio:

n

ff i

i

m

=

Dispersin de Resistencias:

Corresponde a la desviacin cuadrtica media, que permite saber sobre la

homogeneidad del hormign.

La expresin general para la Dispersin es la siguiente:

)1(

)( 2

-

-=

n

ffs i

mi

Coeficiente de variacin:

El coeficiente de variacin constituye un parmetro que sirve de medida relativa de

la dispersin y que corresponde a la desviacin tpica referida a la resistencia media en porcentaje.



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La expresin general es la siguiente:

100xfs

m

=u

donde: fm: resistencia media.

Sfi: suma de resultados individuales de las muestras.

n: nmero de muestras.

s: desviacin tpica.

fi: resultados individuales.

n: coeficiente de variacin en porcentaje

1.11.2 CRITERIO DE RESISTENCIA CARACTERSTICA

Se asigna a los valores obtenidos una distribucin Normal o de Gauss, y se calcula

la resistencia, designada como Resistencia Caracterstica, que es excedida por todos los valores

de resistencia correspondiente a la distribucin, excepto un cierto porcentaje, denominado

Fraccin Defectuosa.

La Resistencia Caracterstica se define como:

fk = fm - k s; o bien,

fk = fm (1 kn)

Finalmente, la resistencia calculada por la expresin de la Resistencia

Caracterstica, fk, se compara con la resistencia especificada para el hormign, debiendo ser

mayor o igual que esta para que el conjunto de hormign verifique.

donde: fk: Resistencia caracterstica del conjunto de valores

fm: Resistencia media del conjunto de valores

s: Desviacin estndar de los valores de resistencia.

n: Coeficiente de variacin, en fraccin decimal.

k ( t): Coeficiente que depende de la fraccin defectuosa aceptada, de acuerdo a la

siguiente tabla (vlido para 30 o ms muestras):

Grado de Confianza

Fraccin Defectuosa

k

95% 90% 80%

5% 10% 20%

1.64 1.28 0.84



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El cdigo ACI adopta en sus disposiciones una fraccin defectuosa constante de

10% (o equivalentemente, un grado de confianza del 90%). En cambio, el Comit

Europeo del Hormign adopta un 5% (o 95% de grado de confianza), cuya

expresin para la resistencia caracterstica queda en:

s.ff mk 641-=

Por otra parte, como criterio general, en muchas especificaciones se adopta un 20%

de fraccin defectuosa como estndar para hormigones de resistencia inferiores a

200 [kg/cm2].

Fig. Resistencia caracterstica en distintos tipos de hormigones



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Como referencia, la norma chilena NCh 170 of 52 define los parmetros anteriores

segn la siguiente tabla:

Valores Medidos Resistencia caracterstica, segn nivel de confianza

Hormign NCh 170 of 52

Resistencia [kg/cm2]

[kg/cm2]

s [kg/cm2]

80% 90% 95%

A 120 150 30 125 110 100 B 160 190 35 160 145 130 C 180 222 41 190 170 155 D 225 277 48 235 215 200 E 300 346 51 300 280 260

Cabe destacar que para aplicar el criterio de Resistencia Caracterstica debe

contarse con una numero adecuado de muestras de hormign (mnimo 15), con el objeto de

asegurar un buen nivel de confiabilidad para la desviacin estndar; luego, es utilizable solo en

obras de cierta magnitud, presentando el problema que es insensible a los nuevos valores

agregados (no detecta problemas puntuales de baja resistencia)

1.11.2.1 CONTROL DE CALIDAD DE LAS MUESTRAS DE HORMIGN

Mediante una relacin entre el control de la obra y la magnitud de la desviacin

tpica s, el American Concrete Institute, ACI, establece una clasificacin para hormigones con un

fc superior a 200 [kg/cm2], definido en la siguiente tabla:

s [kg/cm2]

Grado de Control

< 28 Excelente 28 a 35 Muy bueno 35 a 42 Bueno 42 a 49 Regular

> 49 Pobre

Ejemplo:

Se tiene muestras de dos hormigones de la misma resistencia media fm, pero de

distinta dispersin s, con lo cual se obtienen resistencia caractersticas diferentes fk, estableciendo

distinto nivel de calidad para estas muestras.



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Lo anterior se muestra claramente en la siguiente tabla:

Hormign 1 Hormign 2

fm [kg/cm2] 360 360

s [kg/cm2] 31 77

Fraccin defectuosa 20% 20%

k 0.84 0.84

fk [kg/cm2] 360 0.84x31 = 334 360 0.84x77 = 295

Control de calidad Muy Bueno Pobre

1.11.2.2 PLANTA DE PREFABRICADOS

Para las instalaciones de produccin de hormign (plantas de prefabricados), el ACI

requiere que se satisfagan los siguientes requerimientos:

i. Valor especificado fc

ii. Resistencia requerida en obra fcr, donde

fcr = Mximo de fc +1.34 s [kg/cm2]

fc +2.33 s 35 [kg/cm2]

- La primera ecuacin proporciona una probabilidad 1 en 100 de que los

promedios de tres ensayos consecutivos sean inferiores a la resistencia

especificada fc.

- La segunda ecuacin proporciona una probabilidad similar de ensayos

individuales inferiores a la resistencia especificada fc en mas de 35.0 [kg/cm2].

1.11.3 CRITERIO MVIL DE RESISTENCIAS SUCESIVAS

Para la evaluacin del cumplimiento de la Resistencia Especificada en el hormign,

la Resistencia Caracterstica del hormign se estimara mediante el Criterio Mvil de Resistencias

Sucesivas.

Segn este criterio de evaluacin de la resistencia, el nmero de muestras para el

criterio del promedio mvil depende de la fraccin defectuosa a considerar, obtenindose de la

siguiente tabla:

Fraccin Defectuosa

N muestras Sucesivas

5% 5 10% 3 20% 2



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Para establecer que cada lote de hormign evaluado cumple con la resistencia

especificada en el proyecto, se deber cumplirse simultneamente con las dos ecuaciones

siguientes:

jfff

kff

coi

c

-=+

_

3

donde: f3: resistencia media de cualquier grupo de 3 muestras consecutivas.

fi: resistencia individual de cada muestra.

fc: resistencia especificada o de proyecto.

fo: limite inferior para la resistencia fi de cada muestra.

k, j: constantes de evaluacin, que dependen de la fraccin defectuosa y del tipo de

hormign usado.

Los parmetros k y j usados en las ecuaciones anteriores, en [kg/cm2], son dados en

la siguiente tabla en funcin de la fraccin defectuosa utilizada, y del tipo de

hormign a emplear:

Tipo de Hormign Fraccin Defectuosa Aceptada H5 H10 H15 H20 superior

5% k j

3 6

5 12

8 19

10 25

10% k j

0 9

0 17

0 26

0 35

20% k j

-4 14

-7 27

-11 41

-15 55

Ejemplo:

Una muestra de hormign tiene los siguientes resultados de su resistencia a la

compresin, medidos en [kg/cm2]: 350 / 340 / 325 / 375 / 290 / 272 / 308 / 390 / 380, para una

resistencia especificada para este hormign de 300 [kg/cm2], y con una fraccin defectuosa de

10%.

Se solicita determinar si dicha muestra debe ser aprobado o rechazado, a travs del

criterio de resistencia mvil.

Anlisis de resultados:

La muestra anterior de hormign cumple que cada valor individualmente es mayor

que fc 35 (primera condicin); pero el promedio de 3 muestras consecutivas no lo

satisface (segunda condicin), razn por lo cual la muestra es rechazada.

Universidad Cent

ic 406 hormigón armado i univesridad central 2005

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