1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE

Trabajo de grado Ingeniería Civil

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE GRADO

Adherencia de la varilla con la mezcla de concreto obedeciendo a la forma y

textura de las gravas de la misma procedencia

AUTOR

Andrea Tatiana Osorio Vanegas

DIRECTOR

José Antonio Magallon Gudiño

Bogotá D.C

JUNIO 2014


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CARTA DE APROBACIÓN

APROBACIÓN

El Trabajo de grado con título “Adherencia de la varilla con la mezcla de

concreto obedeciendo a la forma y textura de las gravas de la misma

procedencia”, desarrollado por la estudiante Andrea Tatiana Osorio Vanegas, en

cumplimiento de uno de los requisitos depuestos por la Pontificia Universidad

Javeriana, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería civil, para optar el

Título de ingeniero Civil, fue aprobado por:

Ing. José Antonio Magallon Gudiño

Director de trabajo de grado


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Adherencia de la varilla con la mezcla de concreto obedeciendo a la forma y

textura de las gravas de la misma procedencia.

Andrea Tatiana Osorio Vanegas

La Pontificia Universidad Javeriana, no es responsable por los conceptos emitidos

por los autores-investigadores del presente trabajo, por lo cual son

responsabilidad absoluta de sus autores y no comprometen la idoneidad de la

institución ni de sus valores.


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TABLA DE CONTENIDO

1. Objetivo general ............................................................................................ 14

1.1. Objetivos especificos ................................................................................ 14

2. Antecedentes y justificacion ........................................................................... 15

3. Marco teorico ................................................................................................ 18

3.1. Generalidades .......................................................................................... 18

3.2. Mecanismos de adherencia entre concreto y acero ................................. 19

3.2.1. Adhesion quimica .............................................................................. 20

3.2.2. Rozamiento ....................................................................................... 21

3.2.3. Interaccion mecanica ......................................................................... 21

3.2.4. Rotura ................................................................................................ 21

3.3. Factores que intervienen en la adherencia hormigon - acero .................. 22

3.3.1. Propiedades del concreto .................................................................. 23

3.3.2. Propiedades del acero ....................................................................... 24

3.3.3. Recubrimiento.................................................................................... 26

3.3.4. Posición de las barras respecto a la dirección

del concreto .................................................................................................... 27

3.3.5. Confinamiento.................................................................................... 29

3.3.6. Historia de carga ................................................................................ 30

3.3.7. Otros factores .................................................................................... 30

3.3.8. Diseño de mezcla ................................................................................. 31

3.3.8.1. Concreto de peso normal .................................................................. 31

3.4. Concreto reforzado................................................................................... 39

3.4.1. Dimensiones de las varillas ............................................................... 39


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4. Metodología ................................................................................................... 41

4.1. Moldes ...................................................................................................... 42

4.2. Especímenes de concreto ........................................................................ 42

4.2.1. Diseño de mezcla .............................................................................. 42

4.2.2. Mezcla ............................................................................................... 51

4.2.3. Encofrar ............................................................................................. 52

4.2.4. Desencofrar ....................................................................................... 52

4.2.5. Curado ............................................................................................... 52

5. Analisis y resultados....................................................................................... 62

5.1. Analisis deformación vs esfuerzo ............................................................. 62

5.3. Analisis deformación por adherencia ....................................................... 66

5.4. Diferencia en porcentaje de la adherencia dependiendo del tipo de grava

utilizado.............................................................................................................. 68

6. Conclusiones .................................................................................................. 70

7. Bibliografia ..................................................................................................... 71

TABLAS

Tabla 1. Valores de cálculo de tensión de adherencia fbd, en mpa, según ec2 para

buenas condiciones de adherencia ___________________________________ 24

Tabla 2. Valores de asentamiento recomendados para diversas clases de

construcción fuente: sánchez, 1994. __________________________________ 34

Tabla 3. Relación entre la resistencia la compresión y algunos valores de la

relación a/c fuente: sánchez, 1994. ___________________________________ 35

Tabla 4. Recomendaciones granulométricas para agregado fino según norma

icontec 174 (astm c33) fuente: sánchez, 1994. __________________________ 36


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Tabla 5. Valores de b/b0 para diferentes módulos de finura de la arena fuente:

sánchez, 1994. ___________________________________________________ 37

Tabla 6. Dimensiones de la varilla corrugada fuente:jhy y chung, 2010 ________ 40

Tabla 7. Granulometría agregado fino fuente: propia ______________________ 43

Tabla 8. Resultado ensayo gravedad específica agregado fino. Fuente: propia. _ 45

Tabla 9. Peso unitario. Fuente: propia. ________________________________ 46

Tabla 10. Granulometría agregado grueso. Fuente: propia. ________________ 46

Tabla 11. Resultados gravedad específica fuente: propia __________________ 48

Tabla 12. Resultados masa unitaria. Fuente: propia. ______________________ 48

Tabla 13. Especificaciones del cemento fuente: propia ___________________ 49

Tabla 14. Asentamiento. Fuente: propia. _______________________________ 50

Tabla 15. Tabla cantidades diseño de mezcla. Fuente: propia. ______________ 50

Tabla 16. Diseño de mezcla agregado canto rodado ______________________ 51

Tabla 17. Diseño de mezcla agregado triturado. Fuente: propia. _____________ 51

Tabla 18.resistencia a los 7 días del concreto agregado canto rodado. Fuente:

propia __________________________________________________________ 53

Tabla 19.resistencia ultima del concreto agregado canto rodado. Fuente: propia. 53

Tabla 20. Resistencia a los 7 días del concreto agregado mixto. Fuente: propia. 53

Tabla 21. Resistencia última del concreto agregado mixto. Fuente: propia. ____ 54

Tabla 22.resistencia a los 7 días del concreto agregado triturado. Fuente: propia.

_______________________________________________________________ 54

Tabla 23. Resistencia última del concreto agregado triturado. Fuente: propia. __ 54

Tabla 24. Resultados del esfuerzo por adherencia y la deformación de los tres

tipos de agregados con las cuatro diferentes varillas. Fuente: propia. _________ 65

Tabla 25. Valores numéricos del esfuerzo de adherencia y la deformación para

varilla #3. Fuente: propia ___________________________________________ 66

Tabla 26 valores numéricos del esfuerzo de adherencia y la deformación para





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Tabla 29 comparación de % entre gravas con varilla #3 ___________________ 68




TABLA DE ILUSTRACIONES

Iilustración 1 fallo por splitting fuente: (tepfers 1973) ______________________ 27

Iilustración 2. Secuencia prueba astm 234-91. Fuente: propia_______________ 41

Iilustración 3.vista superior montaje ensayo maquina universal. Fuente: propia _ 59

Iilustración 4.vista frontal montaje ensayo en la maquina universal. Fuente: propia

_______________________________________________________________ 59

TABLA DE ECUACIONES

Ecuación 1. Tensión media de adherencia _____________________________ 23

Ecuación 2 Tensión de adherencia para barras lisas _____________________ 23

Ecuación 3 Tensión de adherencia para barras corrugadas ________________ 24

Ecuación 4. Indice de corrugas ______________________________________ 25

Ecuación 5. Longitud básica de anclaje posición i ________________________ 28

Ecuación 6. Longitud básica de anclaje posición ii ________________________ 28

Ecuación 7. Relacion agua cemento fuente: sánchez, 1994. ________________ 36

Ecuación 8. Agregado fino fuente: sánchez, 1994. _______________________ 37

Ecuación 9. Agua en exceso o defecto respecto a la condición sss. Fuente:

sánchez, 1994 ___________________________________________________ 38

Ecuación 10. Peso de la muestra húmeda fuente: sánchez, 1994. ___________ 38

Ecuación 11. Absorción de la muestra en tanto por uno. Fuente: sánchez, 1994. 38

Ecuación 12. Material humedo fuente: sánchez, 1994. ____________________ 39


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Ecuación 13. Deformación por adherencia fuente: sánchez, 1994. ___________ 40

Ecuación 14. Esfuerzo de adherencia _________________________________ 60

Ecuación 15. Deformación por adherencia. Fuente: astm234-91 _____________ 61

TABLA DE IMÁGENES

Imagen 1 influencia de la altura de corruga a y, separación entre corrugas c´, en el

tipo de fallo, fuente: (rehm 1969). .......................................................................... 25

Imagen 2. Molde vista frontal fuente: propia.......................................................... 42

Imagen 3. Molde vista superior fuente: propia....................................................... 42

Imagen 4. Tamices granulometría fuente: propia .................................................. 43

Imagen 5. Ensayo gravedad específica fuente: propia .......................................... 45

Imagen 6. Ensayo absorción fuente: propia .......................................................... 47

Imagen 7. Ensayo masa unitaria fuente: propia .................................................... 48

Imagen 8. Relación agua cemento fuente: tecnología del concreto. ..................... 49

Imagen 9.tipo de falla ............................................................................................ 55

Imagen 10.resistencia de cilindros a 7 días con agregado canto rodado. Fuente:

propia. ................................................................................................................... 55

Imagen 11. Resistencia de cilindros a 7 días con agregado mixto. Fuente: propia.

.............................................................................................................................. 56

Imagen 12. Resistencia de cilindros a 7 días con agregado triturado. Fuente:

propia. ................................................................................................................... 56

Imagen 13.resistencia de cilindros a 28 días con agregado canto rodado fuente:

propia .................................................................................................................... 57

Imagen 14.resistencia de cilindros a 28 días con agregado mixto fuente: propia . 57

Imagen 15. Resistencia de cilindros a 28 días con agregado triturado. Fuente:

propia. ................................................................................................................... 58

Imagen 16. Posición lvdt's. Fuente: propia. ........................................................... 60


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TABLA DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Relación tensión de adherencia local – deslizamiento esquemática

fuente: (magnusson 2000) .................................................................................... 20

Gráfica 2. Limites granulometría para agregado fino. Fuente: propia. .................. 44

Gráfica 3. Limites granulometría agregado grueso. Fuente: propia. ..................... 47

Gráfica 4. Esfuerzo vs deformación comparación agregados con varilla #3

fuente: propia. ....................................................................................................... 63

Gráfica 5.esfuerzo vs deformación comparación agregados con varilla #4

fuente: propia. ....................................................................................................... 63

Gráfica 6.esfuerzo vs deformación comparación agregados con varilla #5 fuente:

propia. ................................................................................................................... 64

Gráfica 7.esfuerzo vs deformación comparación agregados con varilla #6 fuente:

propia .................................................................................................................... 64


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1. OBJETIVO GENERAL

Evaluar la influencia del agregado grueso en su forma y textura en la adherencia

del acero de refuerzo corrugado en el concreto.

1.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseñar la mezcla de concreto que se va a utilizar en los especímenes para

los ensayos con su refuerzo a tensión.

Determinar los valores numéricos de la adherencia del acero en el concreto

utilizando 3 tipos de agregado grueso usados en Colombia.

Encontrar la relación que existe en la adherencia del acero en el concreto

utilizando diferentes tipos de agregado grueso variando su geometría y

textura.


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2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION

Uno de los componentes importantes para la fabricación del concreto hidráulico es

el agregado grueso. Este agregado está constituido por partículas que poseen

formas y texturas dependiendo de su origen, en base a ello, podemos clasificar

tres tipos de gravas para la elaboración del concreto utilizado en la construcción

de edificios de concreto reforzado. Un tipo de grava puede tener forma redondea y

textura lisa, cuando se trata de grava de canto rodado, su forma se debe a que

fueron acarreadas por corrientes de agua. Otro agregado grueso, está formado

por partículas que tienen forma angulosa y textura áspera, su origen es producto

de la trituración de piedra extraída de canteras, y un tercer tipo de agregado es la

combinación de los dos anteriores.

La adherencia es el principio básico del funcionamiento del concreto reforzado

como material estructural mediante la cual se transmiten los esfuerzos de tracción

entre sus materiales constitutivos. Una de las hipótesis básicas a considerar en el

cálculo de estructuras de concreto es suponer que se produce la misma

deformación para el concreto y el acero, admitiendo por lo tanto que la adherencia

entre ambos materiales es perfecta. Sin embargo, algunas circunstancias que se

producen durante las diferentes fases del proceso constructivo, del período de

utilización o de mantenimiento, pueden llegar a deteriorar los mecanismos de

transferencia de tensiones entre el acero de refuerzo y el concreto Fy disminuir la

capacidad portante y las condiciones de seguridad de las estructuras en servicio.

Además de los relacionados con las características de la barra hay que tener en

cuenta otros aspectos tales como las propiedades del concreto, el recubrimiento,

la posición de las barras respecto a la dirección de concreto, el confinamiento ya

que es muy importante e, la historia de carga, etc., (CEB−FIP 1996).

Aún no se ha investigado en Colombia, la influencia que puede tener en la

adherencia entre el acero de refuerzo y el concreto, la forma y textura de las

partículas que constituyen el agregado grueso utilizado para elaborar concreto, se

desconoce si pueda influir o no.

Para este trabajo de grado la investigación introduce aspectos novedosos a tener

en cuenta en el comportamiento de adherencia del concreto con el acero de

refuerzo estructural dependiendo de las propiedades del concreto por lo tanto es

de gran importancia investigar y verificar que todos sus componentes estén entre

los rangos y tengan buenas propiedades NTC 174 (2000) y así encontrar que

efecto tienen los componentes del concreto en la adherencia


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Es de gran importancia en nuestros días, tanto por la necesidad de realizar las

inspecciones de edificios, el control del comportamiento y la evaluación de las

estructuras en términos de seguridad y economía, tal como lo menciona el código

de sismoresistencia NSR-10 (2010) en su fórmula de longitud de desarrollo, en el

cual el factor de adherencia hace parte clave, teniendo un valor contante no

afecta mucho. Pero al si hay un valor de este factor de adherencia para cada tipo

de grava va a tener implicaciones tanto económicas como de seguridad.

Un aspecto importante a tener en cuenta en la evaluación de una estructura

existente de concreto reforzado es la caracterización de los mecanismos de

transferencia de tensiones entre el acero y el concreto. La complejidad del

fenómeno de la adherencia entre el concreto y el acero se debe a que son muchos

los factores y parámetros que intervienen, tanto de carácter físico como químico.

Los componentes del concreto pueden afectar la adherencia entre el concreto y el

acero, dependiendo de su procedencia y propiedades un ejemplo es el agregado

fino entre más irregular es, más fricción ejerce en la adherencia Chang et al

(2001), también se debe tener en cuenta que otros componentes pueden afectar

dicha adherencia como por ejemplo la corrosión ya que es de gran importancia y

puede llegar a afectar significativamente la adherencia entre el acero y el concreto

Suprenant at al (1999)

Entre las principales causas que pueden originar, bien la degradación de la

adherencia del concreto – acero o bien la aparición de fisuras paralelas al acero

desencadenantes de una falla de adherencia, el deterioro de los materiales

constitutivos, concreto y acero, la agresividad medioambiental, y un nulo o

insuficiente control y mantenimiento, que podría evitar en muchos de los casos el

deterioro de las estructuras.

Los fallos que se desencadenan por una falta de adherencia dependen

principalmente del tipo de barra y de las propiedades del concreto. Pueden ser por

pull − out, que consiste en el deslizamiento de la armadura respecto al concreto, o

por splitting, en el que se fisura longitudinalmente el recubrimiento según la

dirección de la armadura. Debido a que la dirección de estas fisuras coincide con

la del refuerzo, exponen la armadura en toda su longitud y pueden resultar

peligrosas (Giuriani 1991). Factores como la separación lateral entre barras, la

presión transversal, la cuantía de acero transversal, etc., condicionan el tipo de

falla de adherencia, en estructuras de concreto armado con barras corrugadas la

falla de adherencia más común es el asociada a la fisuración longitudinal del

recubrimiento (fib 2000). El splitting ha sido analizado por numerosos

investigadores en los últimos años, sobre todo en anclajes (Tepfers 1973,


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Gambarova 1997) donde es de especial importancia, ya que un fallo de este tipo

podría desencadenar una rotura imprevista.

Por último, la norma ASTM 234-91 habla de la importancia de la forma y la textura

del agregado grueso en la adherencia con el acero de refuerzo, pero es con un fin

investigativo y solo evalúa un diámetro de varilla. Esta norma será la guía en que

nos basemos para realizar las pruebas de esta tesis, con algunas modificaciones,

como por ejemplo la cantidad diferente de diámetros de varilla a evaluar.

Teniendo en cuenta que no hay mucha información al respecto, de la influencia de

la forma y la textura del agregado grueso en las mezclas de concreto con la

adherencia del acero estructural. Es de gran importancia los resultados obtenidos

en esta tesis de grado en el sentido de la influencia que tendría en la longitud de

desarrollo dando este factor una mayor economía y seguridad en las obras.


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3. MARCO TEORICO

3.1. GENERALIDADES

El concreto ha sido uno de los materiales más utilizados en la construcción de

edificios y obras de ingeniería en genera desde la segunda mitad del siglo XX, en

las últimas décadas se han descubierto y mejorado muchos aspectos en términos

de composición de los materiales, concretos y aceros, sin embargo, las teorías

fundamentales no han cambiado significativamente

El concreto reforzado en conjunto con la acción y propiedades que brinda el acero,

realizan un complemento que desarrollan capacidades a esfuerzos logradas

gracias al fenómeno de adherencia, si no existiese, la armadura desarrollaría

capacidades independientes y se presentarían movimientos relativos de un

material respecto al otro, es por ello que posee una importancia significativa

La adherencia afecta múltiples aspectos del comportamiento de la estructura, no

solo para estados límites de esfuerzos sino también para situaciones de servicio,

en aspectos que pueden conllevar a deformaciones y fisuraciónes en los

elementos, un ejemplo de los valores de adherencia se muestra en la siguiente

grafica donde se investiga la influencia de la corrosión en la adherencia para un

concreto de 24 Mpa Duck, (2004).

GRÁFICA 1. GRAFICA DE ESFUERZO DE ADHERENCIA VS DEFORMACIÓN FUENTE:

DUCK, (2004)

Uno de los síntomas notables de deficiencias de adherencia entre el concreto y el

acero se puede notar con la aparición de fisuras, caso que se conoce como


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splitting, el cual es un tipo de rotura frágil muy peligrosa que elimina el

recubrimiento de la armadura del elemento y genera perdida drástica de la rigidez

Además el control de la fisuración es importante para garantizar los espesores de

recubrimiento que garantizan la protección del refuerzo contra los agentes

externos dañinos como la humedad o ambientes salinos que afectan notablemente

el efecto de deterioro de la estructura

3.2. MECANISMOS DE ADHERENCIA ENTRE CONCRETO Y

ACERO

Existen diversos mecanismos resistentes en los que se basa la adherencia, a)

adhesión química, b) rozamiento y c) interacción mecánica, en barras lisas la

adherencia depende de la adhesión química y el rozamiento en la que interactúan

los elementos, mientras en las barras corrugadas la adherencia se centra

mayormente a partir de la interacción mecánica entre el concreto y las corrugas

A continuación se hace una descripción de los diferentes mecanismos de

adherencia y los tipos de fallo según los diagramas de adherencia y deslizamiento,

obtenidos a partir de la sección de referencia y el concreto que lo rodea


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GRÁFICA 2. RELACIÓN TENSIÓN DE ADHERENCIA LOCAL – DESLIZAMIENTO

ESQUEMÁTICA FUENTE: (MAGNUSSON 2000)

Curva a) situación bien confinada, curva b) sin confinamiento y fallo por splitting y,

curva c) situación confinada, splitting al que sigue un fallo por pull −out. En la

figura de la derecha la sección de referencia que se toma para medir el

deslizamiento n

3.2.1. ADHESION QUIMICA

En la primera fase la tensión de adherencia se genera gracias a la interconexión

fisicoquímica entre las superficies del refuerzo y el concreto, la gráfica es lineal y

se presentan pequeños deslizamientos debidos a la deformación del concreto

correspondientes a tensiones de adherencia bajas.


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3.2.2. ROZAMIENTO

Al continuar con el proceso de carga aplicada, la tensión adhesión química se

anula dándole responsabilidad a la tensión de adherencia como mecanismo

resistente, que depende de las características irregulares de la barra de refuerzo

En el caso de las barras corrugadas las corrugas inducen las tensiones en el

concreto que bordea el elemento en la parte aledaña, apareciendo fisuras

transversales internas en el mismo, según (Goto 1971) estas fisuras transversales

generan cambios en la pendiente del diagrama en la fase B y los cambios en los

deslizamientos que se producen según Bond (2000) en una tensión de adherencia

comprendida entre 0.8 fct y 1 fct

Esta tensión de adherencia, en la que aparecen las fisuras transversales

dependen entre otros factores al F’c del concreto, la posición y dirección de la

solicitación, el espesor de recubrimiento entre otros, a esta fase le corresponden

pequeños factores de tensión. Lo que implica que ya para estados iniciales de

carga se produce fisuración interna en el concreto reforzado

3.2.3. INTERACCION MECANICA

Al incrementar la carga cambia el comportamiento del elemento de concreto y

aumenta notablemente el deslizamiento de la barra debido a las fisuras internas

que se generan, por lo que en esta fase el confinamiento de la sección cobra un

papel muy importante junto con el recubrimiento de la sección y el tipo de

armadura transversal

3.2.4. ROTURA

En esta fase culmina el fallo de adherencia, si el concreto posee confinamiento la

carga puede aumentar hasta alcanzar la tensión máxima de adherencia, el valor

del esfuerzo cortante máximo también depende de entre otros factores la

resistencia del concreto, el índice de las corrugas y la posición de la barra, a partir

de superada la tensión máxima las condiciones de fallo y condiciones de

confinamiento pueden ser:


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3.2.4.1. SPLITTING

Consiste en la aparición de fisuraciones longitudinales en el recubrimiento según

la dirección del armado, se producen cuando los esfuerzos de tracción superan la

capacidad del concreto y no existe confinamiento adicional al proporcionado por el

recubrimiento, debido a que la dirección de estas fisuras exponen el recubrimiento,

pueden generar efectos de corrosión y resultan peligrosas desde el punto de vista

de la durabilidad de la estructura (Giuriani 1998)

El splitting ha sido investigando por autores como (Tepfers 1973, Gambarova

1997, Vogel 2002) y principalmente para diámetros de barras grandes.

3.2.4.2. PULL-OUT

Consiste en el deslizamiento de la armadura dentro del elemento de concreto. Se

pueden distinguir dos tipos:

Deslizamiento de la barra, generalmente se produce en barras lisas

Desprendimiento según una superficie envolvente de las corrugas, si las

condiciones de confinamiento son elevadas, o queda garantizada la

adherencia entre el concreto y el acero. En estructuras reales este tipo de

fallo se produce en raras ocasiones.

Mientras que la rama ascendente del diagrama de adherencia ha sido

ampliamente analizada, no ocurre lo mismo para la rama descendente debido

principalmente a la gran cantidad de factores que influyen en ella.

3.3. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA

HORMIGON - ACERO

La complejidad del fenómeno de adherencia entre concreto y acero involucra

muchos factores y parámetros que intervienen en esto procesos, además de las

características de los elementos hay que tener en cuenta factores como el

recubrimiento, la dirección del refuerzo en el elemento, el confinamiento, la historia


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de carga ya que todos influyen y hacen parte del funcionamiento del elemento en

determinada situación. (CEB 1982).

3.3.1. PROPIEDADES DEL CONCRETO

Las características mecánicas del concreto y la resistencia a la tracción, influyen

decisivamente en el comportamiento de la adherencia, aunque es difícil determinar

la influencia del parámetro de tensión de adherencia se puede considerar a partir

de la monografía Ache (200) sobre ‘Armaduras pasivas en la instrucción EHE’ la

siguiente información

( )

ECUACIÓN 1 TENSIÓN MEDIA DE ADHERENCIA

Siento τb la tensión media de adherencia para un concreto de resistencia fck τbm la

tensión media de adherencia producto del ensayo beam test, fck la resistencia

característica a compresión del concreto y αun coeficiente experimental para

concretos de resistencias menores a 30 Mpa y cuyo valor es: 1 para fck <17,5

MPa, 2/3 para 17,5 <fck<25 MPa y 0,5 para fck>25 MPa. Estos datos se han

obtenido de ensayos sobre barras de acero realizados en el IETcc (Ache, 2000)

De la misma forma el Eurocódigo 2 (UNE-ENV-1992, 1-1:93) proporciona la

tensión de adherencia de cálculo, que se define como fbd, en función de la

resistencia predominante del concreto a compresión según el tipo de barra de alta

adherencia, barras corrugadas y de baja adherencia, barras lisas según la

siguiente formula

a) Para barras lisas:

fbd = (0,36⋅√ fck) / γc´

ECUACIÓN 2 TENSIÓN DE ADHERENCIA PARA BARRAS LISAS

b) Para barras corrugadas:

fbd = (2,25⋅ fck 0.05) / γc ´


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ECUACIÓN 3 TENSIÓN DE ADHERENCIA PARA BARRAS CORRUGADAS

El EC2 propone unos valores de la tensión de adherencia de cálculo fbd tabulados

según la resistencia a compresión del concreto con “buenas” condiciones de

adherencia, obtenida a partir de las ecuaciones 2 y 3, con un coeficiente de

minoración γc´ = 1,5 para barras lisas y barras de alta adherencia.

TABLA 1 VALORES DE CÁLCULO DE TENSIÓN DE ADHERENCIA FBD, EN MPA,

SEGÚN EC2 PARA BUENAS CONDICIONES DE ADHERENCIA

Entre las propiedades que alteran la tensión de adherencia, hay que considerar

factores como la dosificación, ya que la tensión de adherencia aumenta cuando

disminuye la relación agua-cemento, (Tilantera y Rechardt, 1977), (fib 2000). La

dosificación determina la retracción plástica y el asentamiento plástico, factores

muy relacionados con la fisuración de recubrimiento

Otro factor que determina drásticamente el desempeño ds la adherencia es la

ejecución y mano de obra, que juega un papel decisivo en la homogeneidad y

uniformidad del concreto, además la adherencia varia con el sistema de

compactación y consistencia del concreto, factores como el curado generan un

mejoramiento en las características de adherencia ya que reducen la retracción

plástica del elemento de concreto,

3.3.2. PROPIEDADES DEL ACERO

La tensión de adherencia se ve reducida al aumentar el diámetro de las varillas, la

geometría, la distribución, la separación, la altura y el tipo de corrugas influyen en

la trasferencia de tensiones entre concreto y refuerzo, ya que evitan el

desplazamiento relativo de la barra embebida en el concreto (fib 2000)


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Por otro lado la separación y altura de las corrugas, generan un efecto importante

en el tipo de fallo que es producido, en la Imagen 1 en la que se muestra la

influencia de la altura a y la separación c’, en el primer caso, para una relación c’/a

menor , al aplicar una fuerza de tracción sobre la barra, se produce el fallo por

rotura del concreto situado en la región aledaña a cada corruga y en el segundo

caso, para una relación mayor de c’/a, el fallo se produce por la rotura del concreto

situado alrededor de la corruga formando una forma de cuña. A partir del aumento

de la altura de las corrugas y el espesor aumenta de la misma forma la adherencia

(Balazs 1986, Eligehausen 1979). Rehm (1969) propuso que la proporción entre la

distancia a y la altura c’, debe estar comprendida entre 0.07 y 0.1 suponiendo que

el espesor de las corrugas es despreciable frente a la separación entre ellas.

IMAGEN 1 INFLUENCIA DE LA ALTURA DE CORRUGA A Y, SEPARACIÓN ENTRE

CORRUGAS C´, EN EL TIPO DE FALLO, FUENTE: (REHM 1969).

Las propiedades geométricas por su lado también se pueden relacionar mediante

un factor fr ‘índice de corrugas’, el índice de corrugas relaciona el área de la

proyección de una corruga Ar sobre la sección transversal, el diámetro de la barra

db y la separación entre las corrugas sr, mediante la siguiente ecuación:

ECUACIÓN 4 ÍNDICE DE CORRUGAS


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El factor fr determina las propiedades de adherencia en las barras corrugadas, es

decir que barras con distinta geometría pero con el mismo índice fr, tendrían

teóricamente las mismas propiedades de adherencia

En cuanto al ángulo que se genera entre las corrugas y el eje de la barra, son

perpendiculares 90 grados, y presentan mejores propiedades adherentes que las

inclinadas (Malvar 1992), aunque esta inclinación genera mayores tensiones en el

concreto y fisuras radiales, también este ángulo influye en el tipo de fallo, para

ángulos con corrugas entre los 40 y 105 grados, la rotura del concreto se produce

en el espacio comprendido entre dos corrugas, , mientras para ángulos entre los

30 y 45 grados la rotura genera una forma de cuña situada en la región aledaña al

lado de la corruga

Se ha estudiado ampliamente por numerosos investigadores, acerca de cuál

corrugado proporciona la mejor capacidad adherente y la tendencia actual se ha

inclinado por disminuir la altura y separación con el fin de evitar tensiones

elevadas en el concreto (Cairns 1995b, Darwin 1993, Zuo 2000)

3.3.3. RECUBRIMIENTO

El recubrimiento no solo hace parte de aspectos como la durabilidad y la

protección del armado contra agentes agresivos, sino también posee un papel

decisivo en la adherencia del concreto – refuerzo, al determinar el tipo de fallo

(Rehm 1979), de esto se deriva la necesidad de los distanciadores, los cuales

garantizan el espesor de recubrimiento en los elementos, el espesor de

recubrimiento también se puede considerar confinamiento pasivo, al aumentar

este la capacidad adherente de la barra y la cantidad de concreto es mayor lo cual

ralentiza la aparición de fisuras en la superficie (Bâzant 1995, Gambarova 1997).

En el caso en que se produzcan fisuras por spliting por deficiente transferencia de

tensione ente el concreto y el acero, se iniciaran en una zona determinada del

elemento en función de la separación entre barras, el diámetro y el recubrimiento.


27

ILUSTRACIÓN 1 FALLO POR SPLITTING FUENTE: (TEPFERS 1973)

A) fisuras iniciales debido al escaso recubrimiento cy, B) cono de rotura y, C)

fisuración de una capa completa tras el splitting lateral debido al escaso

recubrimiento lateral cx y separación entre barras

En elementos donde el recubrimiento es mínimo, la figuración se inicia siguiendo

la dirección del refuerzo, para terminar formando un cono de rotura, por otro lado

si la separación de barras es pequeña la fisura se produce horizontalmente en el

plano del refuerzo.

3.3.4. POSICIÓN DE LAS BARRAS RESPECTO A LA DIRECCIÓN DEL

CONCRETO

La posición de la armadura juega un papel influyente en la adherencia, los factores

se ven alterados dependiendo de la dirección horizontal o vertical y posición

superior o inferior en la sección de concreto.

Por un lado si el refuerzo se encuentra en la misma dirección del elemento suelen

mostrar mejores propiedades respecto a la adherencia, y dentro de ellas el acero

ubicado en la zona inferior, suele poseer mayor tensión de adherencia que el de la

parte superior, es por esto que este factor está contemplado como clasificación de

la posición I y II en la Instrucción Española EHE (1998)2 para la determinación de

las longitudes básicas de anclaje mencionados a continuación

a) Posición I: Buena adherencia, para armaduras que durante el hormigonado

forman con la horizontal un ángulo comprendido entre 45º y 90º o en el caso de

formar un ángulo inferior a 45º están situadas en la mitad inferior de la sección o a

una distancia igual o mayor a 30 cm de la cara superior de una capa de concreto.

En este caso la longitud básica de anclaje en prolongación recta es la necesaria

para anclar una fuerza Asfyd de una barra suponiendo una tensión de adherencia

constante y es igual a la siguiente expresión:


28

ECUACIÓN 5 LONGITUD BÁSICA DE ANCLAJE POSICIÓN I

siendo: m el coeficiente función del tipo de acero y de la resistencia característica

del concreto, obtenido a partir de los resultados experimentales del ensayo de

adherencia de barras, φ diámetro de la barra en centímetros, y fyk límite elástico

garantizado del acero en N/mm2.

b) Posición II: Adherencia deficiente, para las armaduras que no se encuentren en

los casos anteriore

s. La longitud básica de anclaje es igual a:

ECUACIÓN 6 LA LONGITUD BÁSICA DE ANCLAJE POSICIÓN II

La longitud básica de anclaje lb depende además de la posición que ocupen las

barras en el elemento de concreto armado, de las propiedades adherentes de

éstas obtenidas experimentalmente, de la calidad del concreto, y del tipo de acción

(ya que para cargas dinámicas aumenta la longitud en 10φ).

En la Gráfica 2b) se presenta una gráfica del aumento de la tensión de adherencia

con la armadura situada en la dirección de hormigonado frente a la otra figura, con

la posición perpendicular Gráfica 2 a), (Rehm 1969). Según esta gráfica para una

relación entre la longitud de la barra y el diámetro ld / db igual a 10, la tensión de

adherencia τb correspondiente a deslizamientos de 0,1 mm y 0,01 mm disminuye

con las barras perpendiculares al hormigonado, Gráfica 2 a).


29

GRÁFICA 1 INFLUENCIA DE LA POSICIÓN DE LA BARRA EN LA TENSIÓN DE

ADHERENCIA PARA ENSAYOS PULL OUT Y DESLIZAMIENTOS CORRESPONDIENTES A

0.01 MM: 0.1MM Y LOS CORRESPONDIENTES A ΤMÁX., FUENTE: (REHM 1969)

3.3.5. CONFINAMIENTO

El confinamiento es un factor que influye en la tensión de adherencia, entre los

principales métodos están: el recubrimiento, el refuerzo transversal y la presión

transversal de compresión

En términos del recubrimiento como agente de confinamiento pasivo, el refuerzo

transversal que confina el concreto, retrasa la aparición de fisuras y en caso de

que se produzcan, mejora el comportamiento adherente (Plizzari 1998), su

eficiencia depende del tipo de refuerzo empleado, ya sea barras rectas, estribos o

espirales, junto con la posición y espaciamiento

En cuanto a los efectos que genera la presión transversal, hay que destacar el

efecto positivo que produce, principalmente en la zona de apoyo y en los anclajes

de barras sin adherencia adecuada.


30

3.3.6. H ISTORIA DE CARGA

La adherencia también es afectada por la historia de carga, la duración, velocidad

y tipo de solicitaciones sobre el elemento, así como el estado tensional del

concreto en el que esta embebido la barra, de la misma forma los ciclos de carga y

descarga generan cambios en la capacidad adherente del elemento, típico en

solicitaciones sísmicas (fib 2000).

3.3.7. OTROS FACTORES

Otros factores que afectan directamente en la transferencia de tensiones concreto

− acero son principalmente: la temperatura, la degradación del concreto, los

ambientes agresivos o con alto grado de humedad, etc.

A sido demostrado que la tensión de adherencia se ve mejorada por las

temperaturas bajas (Shih, Lee y Chang 1988), siendo para temperaturas de

−50°C la tensión de adherencia, tanto en concreto de resistencia normal como de

alta resistencia, es de un 45% a un 120% mayor que para +20ºC de temperatura

GRÁFICA 2 RELACIÓN TENSIÓN DE ADHERENCIA - DESLIZAMIENTO PARA

DIFERENTES TEMPERATURAS FUENTE (DIEDERICHS 1981)


31

Por otro lado es fundamental el análisis de la adherencia en temperaturas

elevadas, ya que su aplicación se realiza en estructuras deterioradas por la acción

de fuego, las barras lisas suelen ser más sensibles a altas temperaturas que las

barras corrugadas, Las investigaciones de Diederichs y Schneider (1981) y Morley

y Royles (1983) señalan que un elemento de concreto armado sometido a

temperaturas elevadas sufre pérdidas considerables de resistencia. Los ensayos

realizados demuestran que la perdida de adherencia en barras corrugadas es del

mismo orden de magnitud que la perdida de resistencia a compresión del concreto

(Diederichs y Schneider 1981), Para una temperatura de 200 °C la tensión de

adherencia sufre una reducción ente el 80% y 90% respecto a la temperatura

inicial de 20°C, además se vuelven visibles cambios en las gráficas de adherencia

vs deslizamiento , en la gráfica 3 se muestran diferentes curvas tensión de

adherencia − deslizamiento para temperaturas de: 20, 300, 370, 500, 600 y 800°C

según Diederichs (1981) obtenidas de ensayos pull – out en barras de diámetro 16

mm y longitud adherida 5φ, donde es notable la importante reducción de la tensión

de adherencia respecto a los aumentos de temperatura.

Finalmente destacamos el importante papel que desempeña el recubrimiento en la

resistencia última de estructuras afectadas por temperaturas elevadas, la tensión

máxima de adherencia y deslizamiento máximo disminuyen con el aumento del

recubrimiento, principalmente por causa del tipo de fallo que se genera

Concluyendo, los diversos aspectos y fenómenos mencionados anteriormente,

demuestran que los fenómenos de adherencia y su comportamiento es intervenido

por un gran número de variables que hacen de este un problema realmente

complejo.

3.3.8. DISEÑO DE MEZCLA

3.3.8.1. CONCRETO DE PESO NORMAL

El fin de un diseño de mezcla es proporcionar la combinación más práctica y

económica de los materiales disponibles para la realización de concreto que

satisfaga las necesidades del usuario.

Se diseña para concreto en sus diferentes estados; fresco y endurecido, para el

concreto fresco así buscando la dosificación adecuada para cumplir con las

principales exigencias para cada uno de ellos; para concreto fresco son

manejabilidad y economía y para concreto endurecido son la resistencia, la

durabilidad, el acabado y en algunos casos es peso volumétrico.


32

Las propiedades del concreto fresco se rigen por el tipo de estructuras a fundir y

por las técnicas de colocación y transporte; así mismo, las propiedades del

concreto endurecido quedan especificadas por el ingeniero calculista.

El costo de la mezcla depende del costo de sus materiales y de la mano de obra,

sobretodo del costo del cemento que es el que más influye, por tal razón, se busca

disminuir la cantidad de cemento y ahí es donde empieza la importancia de los

agregados por que se busca economizar sin sacrificar la resistencia, por otro lado

el costo del agua no influye pero si el de los aditivos por su efecto potencial en la

dosificación del cemento y los agregados. El costo de la mano de obra depende

de la manejabilidad de la mezcla de concreto y de la forma de colocación, si el

concreto está muy seca la mano de obra tiende a tener un mayor costo.

Para Guzmán, 1994 los datos que se necesitan previos a una mezcla además de

saber el tipo de construcción, las condiciones de transporte y colocación, se debe

tener en cuenta las propiedades de los materiales con los que se hará la mezcla;

en el caso de los datos de la obra son, máxima relación agua/cemento, tamaño

máximo nominal del agregado, asentamiento (consistencia). Mínimo contenido de

cemento, dimensión mínima del elemento a construir, espaciamiento del acero de

refuerzo, condiciones a que estará expuesta la estructura, resistencia a la

compresión mínima necesaria para consideraciones estructurales, densidad

mínima para presas de gravedad y estructuras similares; todos estos datos

generalmente se toman de las especificaciones y planos de la obra. Para los

materiales las propiedades que se deben conocer son; granulometría, módulo de

finura de la arena, tamaño máximo de la grava, densidad aparente de la grava y

de la arena, masa unitaria compacta de la grava, humedad de los agregados

inmediatamente antes de hacer las mezclas, densidad del cemento.


33

3.3.8.2. SECUNENCIAS DE PASOS PARA LA

DOSIFICACION DE MEZCLAS

Para hacer un adecuado diseño de mezcla se deben seguir los siguientes pasos

tal como dice la referencia (Sánchez, 1994).

FIGURA 1. SECUENCIAS DE PASOS PARA DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS FUENTE:

SÁNCHEZ, 1994.


34

3.3.8.2.1. ELEGIR EL ASENTAMIENTO

Los valores de asentamiento recomendados según Diego Sánchez de Guzmán en

lo libro tecnología del concreto se muestran en la Tabla 2.Valores De

Asentamiento Recomendados Para Diversas Clases De

ASENTAMIENTO

(cm)

CONSITENCIA

(Tipo de concreto).

GRADO DE

TRABAJABILIDAD

TIPO DE ESTRUCTURA Y

CONDICIONES DE COLOCACION

0-2,0

Muy Seca

Muy Pequeño

Vigas o pilotes de alta resistencia con

vibradores de formaleta.

2,0-3,5

Seca

Pequeño

Pavimentos vibrados con maquina

mecánica.

3,5-5,0

Semi-seca

Pequeño

Construcciones en masas

voluminosas. Losas medianamente

reforzadas con vibración. Fundaciones

en concreto simple. Pavimentos con

vibradores normales.

5,0-10,0

Media

Medio

Losas medianamente reforzadas y

pavimentos, compactados a mano.

Columnas, vigas, fundaciones y

muros, con vibración.

10,0-15,0

Húmeda

Alto

Secciones con mucho refuerzo.

Trabajos donde la colocación sea

difícil. Revestimiento de túneles. No

recomendable para compactarla con

demasiada vibración.

TABLA 2.VALORES DE ASENTAMIENTO RECOMENDADOS PARA DIVERSAS CLASES

DE CONSTRUCCIÓN FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

3.3.8.2.2. TAMAÑO NOMINAL

El tamaño máximo nominal depende del tipo de construcción para el cual se

necesita el diseño de mezcla de concreto aunque existen parámetros para la

selección del tamaño, no debe exceder de un quinto la menor dimensión entre los


35

lados de la formaleta, de un tercio el espesor de las losas, ni de las tres cuartas

partes del espaciamiento libre entre varillas individuales de refuerzo, haces de

varillas o cables pretensados.

3.3.8.2.3. ESTIMACION DE LA CANTIDAD DE AGUA

El contenido de agua para cumplir con un asentamiento requerido depende del

tamaño máximo del agregado, la forma y textura de dichas partículas, entre otros.

3.3.8.2.4. ELECCION DE LA RELACION

AGUA/CEMENTO

La relación agua cemento es uno de los pasos más importantes en el diseño de

mezcla por esta razón se debe prestar gran importancia a la escogencia y esta se

lleva acabo dependiendo de la resistencia, durabilidad, impermeabilidad y

acabado para el que se necesite la mezcla como lo muestra la Tabla 3. Relación

entre la resistencia la compresión y algunos valores de la relación a/c:

Resistencia a la

compresión a los 28 días

en kg/cm2 (psi).

Concreto sin inclusor de

aire relación absoluta por

peso.

Concreto con inclusor de

aire relación absoluta por

peso

175(2500)

210(3000)

245(3500)

280(4000)

315(4500)

350(5000)

0.65

0.58

0.52

0.47

0.43

0.40

0.56

0.50

0.46

0.42

0.38

0.35

TABLA 3. RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA LA COMPRESIÓN Y ALGUNOS

VALORES DE LA RELACIÓN A/C FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

3.3.8.2.5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO

El cálculo del contenido de cemento se rige solo por una formula en la cual se

tienen en cuenta la cantidad de agua sobre la relación agua/cemento obtenida

anteriormente por lo cual se podrá hallar la cantidad de cemento requerida.


36

ECUACIÓN 7. RELACION AGUA CEMENTO FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

3.3.8.2.6. VERIFICACION DE LAS ESPECIFICACIONES

GRANULOMETRICAS

Al momento de hacer un diseño de mezcla, como ya se había mencionado, el

agregado es muy importante, por esta razón se debe hacer un chequeo de la

granulometría del agregado grueso como de agregado fino y verificar que esté en

el rango admisible, según la norma ICONTEC 174.

Para el caso del agregado fino, los limites según la norma ICONTEC174 Se

muestra en la Tabla 4. recomendaciones granulométricas para agregado fino

según norma Icontec 174 (ASTM c33):

TABLA 4. RECOMENDACIONES GRANULOMÉTRICAS PARA AGREGADO FINO SEGÚN

NORMA ICONTEC 174 (ASTM C33) FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

9.51 3/8 100 100

4.76 No.4 95 100

2.38 No.8 80 100

1.19 No.16 50 85

0.595 No.30 25 60

0.297 No.50 10 30

0.149 No.100 2 10

tamiz %pasa

9.51mm pulgada

limite

inferior

limite

superior


37

3.3.8.2.7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL

AGREGADO GRUESO

Para la estimación del agregado grueso, está el método ACI, el cual se basa en el

volumen del agregado grueso, seco y apisonado por volumen unitario de concreto

(m3), expresado por la relación b/b0, en donde b es el volumen de las partículas

de agregado grueso por metro cubico de concreto y b0 es el volumen de las

partículas del agregado grueso por metro cubico del agregado grueso.

En la Tabla 5. valores de b/b0 para diferentes módulos de finura de la arena se

muestra los valores de b/b0 para diferentes módulos de finura de la arena a partir

del tamaño máximo y del módulo de finura de la arena:

TABLA 5. VALORES DE B/B0 PARA DIFERENTES MÓDULOS DE FINURA DE LA ARENA

FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

3.3.8.2.8. ESTIMAR EL CONTENIDO DE AGREGADO

FINO

Teniendo la cantidad del resto de materiales por metro cubico (el agua, el

cemento, el agregado grueso), se resta la unidad de metro cubico a la cantidad de

los otros materiales de esta forma se obtiene la cantidad de agregado fino o arena.

1-(c-a-ag)=af

ECUACIÓN 8. AGREGADO FINO FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1

9.5 0.5 0.49 0.48 0.47 0.46 0.45 0.44 0.43 0.42 0.41 0.4 0.39

12.5 0.59 0.58 0.57 0.56 0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 0.5 0.49 0.48

19 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.6 0.59 0.58

25 0.74 0.73 0.72 0.71 0.7 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63

35 0.8 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.7 0.69

50 0.83 0.82 0.81 0.8 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72

75 0.88 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.8 0.79 0.78 0.77

150 0.94 0.93 0.92 0.91 0.9 0.89 0.88 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83

Tamaño maximo

nominal del

agregado(mm)

volumen del agregado grueso seco y apisonado por unidad de volumen

de B/B0 para diferentes módulos de finura de la arena


38

3.3.8.2.9. AJUSTE DE LA CANTIDAD DE AGUA DE

MEZCLADO DEBIDO A LA HUMEDAD DE LOS

AGREGADOS

Los agregados según su nivel de porosidad tiene alguna clase de humedad, para

que no sea así deberá haberse secado en el laboratorio en horno.

Según la referencia Sánchez (1994) para determinar el faltante o el sobrante de

agua se puede utilizar la siguiente expresión

A=M (H±Abs)

ECUACIÓN 9. AGUA EN EXCESO O DEFECTO RESPECTO A LA CONDICIÓN SSS.

FUENTE: SÁNCHEZ, 1994

Donde

A=agua en exceso o defecto respecto a la condición sss.

M=peso de la muestra seca en Kg.

H=humedad del agregado en tanto por uno.

Abs= absorción del agregado en tanto por uno.

La humedad se determina de la siguiente manera:

H=

ECUACIÓN 10. PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

Dónde:

Hh=peso de la muestra húmeda, en gramos

H=peso de la muestra seca, en gramos

El cálculo de la absorción se logra a partir de la siguiente formula

Abs=

ECUACIÓN 11. ABSORCIÓN DE LA MUESTRA EN TANTO POR UNO. FUENTE:

SÁNCHEZ, 1994.


39

Dónde:

Abs= Absorción de la muestra en tanto por uno.

M=peso seco de la muestra, en gramos.

Msss= peso de la muestra sss, en gramos.

Cuando el material húmedo pesa más que el seco, la correlación de peso seco a

húmedo se realiza de la siguiente manera.

Mh =M(1+h)

ECUACIÓN 12. MATERIAL HUMEDO FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

3.4. CONCRETO REFORZADO

El concreto es fuerte en compresión pero débil en tensión. Por lo que, se necesita

de un refuerzo para resistir los esfuerzos de tensión que resulten de las cargas

aplicadas. Algunas veces se utiliza refuerzo adicional para reforzar la zona de

compresión de las secciones de la viga de concreto. Tal acero es necesario para

cargas pesadas a fin de reducir las deformaciones a largo tiempo.

Las estructuras de concreto tienen que comportarse de manera adecuada bajo

condiciones de carga de servicio además de tener la reserva necesaria de

resistencia para soportar la carga última.

3.4.1. DIMENSIONES DE LAS VARILLAS

En la Figura 2 se muestran las nomenclaturas utilizadas para indicar las

dimensiones de las varillas #3(3/8’), #4(1/2’), #5(5/8’) y #6(3/4’).

FIGURA 2. DIMENSION DE VARILLA CORRUGADA FUENTE:JHY Y CHUNG, 2010


40

#3 #4 #5 #6

AREA(mm2) 71 119 198 285

D(mm) 9.5 12.30 15.9 19.1

Sr(mm) 6.7 8.23 11.1 13.3

TABLA 6. DIMENSIONES DE LA VARILLA CORRUGADA FUENTE:JHY Y CHUNG, 2010

Al aplicarle una fuerza a una varilla de refuerzo se puede hallar la adherencia a

partir del desplazamiento total restándole la elongación de la varilla como se

muestra en la Ecuación 13:

ECUACIÓN 13. DEFORMACIÓN POR ADHERENCIA FUENTE: SÁNCHEZ, 1994.

Dónde:

U cal= deformación calculada.

U medida= deformación medida.

P= fuerza aplicada.

L= longitud de la barra.

E=módulo de elasticidad de la varilla.

A=área transversal de la varilla.


41

4. METODOLOGÍA

Para esta tesis de grado en la cual se encontró el esfuerzo y deformación por

adherencia se tomó como método a seguir la norma ASTM 234-91 “método de

prueba estándar para comparar concreto para la adherencia desarrollada con el

acero de refuerzo”. De tal forma que se realizó como se ve en el siguiente

esquema.

ILUSTRACIÓN 2. SECUENCIA PRUEBA ASTM 234-91. FUENTE: PROPIA

MOLDES

MEZCLA DE CONCRETO

FUNDIDA

DESENCOFRADO

CURADO

PRUEBA ENSAYO DE ADHERENCIA

MONTAJE

ADQUISICIÓN DE DATOS


42

4.1. MOLDES

Se fabricaron moldes de 150mm*150mm* 150mm de acero con un espesor de

6mm son dos ángulos de 150mm con aletas de 75mm unidas con tres pernos a la

base y tres pernos entre las láminas tal como se muestra en Imagen 2 e imagen 3.

IMAGEN 2. MOLDE VISTA FRONTAL FUENTE: PROPIA

IMAGEN 3. MOLDE VISTA SUPERIOR FUENTE: PROPIA

4.2. ESPECÍMENES DE CONCRETO

4.2.1. D ISEÑO DE MEZCLA

Para los especímenes se hizo un diseño de mezcla para concreto hidráulico para

el cual se realizaron los ensayos necesarios para la realización del mismo según

las recomendaciones de la referencia Sánchez, 1994

Inicialmente se deben hacer una serie de ensayos para los cuales se tuvo a

disposición el laboratorio de ensayos de la Pontifica Universidad Javeriana con el


43

fin de encontrar las propiedades de los agregados tal como lo pide en el diseño

de mezcla que se menciona anteriormente. El primero es la granulometría el cual

se pasa por una serie de tamices así como se muestra en la Imagen 4 así

obteniendo los valores de los tamaños del agregado grueso y fino según las

normas INVIAS.

IMAGEN 4. TAMICES GRANULOMETRÍA FUENTE: PROPIA

4.2.1.1. AGREGADO FINO

Para este agregado el primer ensayo que se hizo fue el E213 llamado “análisis

granulométrico de agregados gruesos y finos” según las normas de INVIAS, en el

cual se arrojaron los siguientes resultados:

TABLA 7. GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO FUENTE: PROPIA

TAMANO TAMIZ No PESO RETENIDO (g) %RETENIDO %RETENIDO ACUMULADO % PASA %MIN %MAX

4.75 4 10 3.0 3.0 97.0 95 100

2.36 8 37.3 11.0 14.0 86.0 80 100

1.18 16 70.5 20.8 34.8 65.2 50 85

0.6 30 112.2 33.2 68.0 32.0 25 60

0.3 50 81.4 24.1 92.1 7.9 5 30

0.15 100 23.9 7.1 99.1 0.9 0 10

0.075 200 2.3 0.7 99.8 0.2 0 0

FONDO 0.6 0.2 100.0 0.0

TOTAL 338.2 100.0

GRANULOMETRIA AGREGADO FINO


44

El cual está entre los límites aceptables para el agregado fino para realizar

concreto hidráulico.

GRÁFICA 3. LIMITES GRANULOMETRÍA PARA AGREGADO FINO. FUENTE: PROPIA.

Con estos resultados se encontró que el agregado es apto para la realización de

concreto y poder seguir con el resto de ensayos.

Se prosiguió por hacer el ensayo de la norma gravedad específica y absorción de

agregados finos I.N.V. E – 222 – 07 para la cual el procedimiento fue inicialmente

se saturaron las muestras posteriormente se decantó cuidadosamente el agua así

evitando la perdida de finos, se esparció sobre una superficie plana y se puso

sobre ella una corriente de aire caliente hasta obtener la textura deseada tal como

se muestra en la Imagen 5. Posteriormente se realizó la prueba del cono para

revisar la condición de saturación del material siguiendo por llenar el picnómetro

con agua destilada y añadiendo 500 g de agregado fino en las condiciones

descritas anteriormente como se ve en la Imagen 5 se metió en un baño de agua

para lograr obtener la temperatura deseada y se pesan la masa total (picnómetro,

agua y material) después se mete al horno con una temperatura de

aproximadamente 110°C todo el material sin el picnómetro y finalmente se pesa el

material. Este procedimiento arrojo los resultados de la fino Tabla:

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

0.01 0.1 1 10

Tam

an

o d

el

ag

reg

ad

o(m

m)

% que pasa

A.FINO

MIN

MAX


45

IMAGEN 5. ENSAYO GRAVEDAD ESPECÍFICA FUENTE: PROPIA

TABLA 8. RESULTADO ENSAYO GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO FINO.

FUENTE: PROPIA.

Siguiendo con la norma “densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de

los agregados compactados o sueltos” de la norma I.N.V. E – 217 – 07 en la cual

según el tamaño máximo se escogió un molde se llena en tres capas de agregado

fino en cada capa se aplana con la mano y posteriormente se golpea 25 veces con

una varilla y al final se enrasa y se obtiene la masa obteniendo los resultados de la

Tabla 9:

GRABEDAD ESPECIFICA BULK Gsb 0.90

GRAVEDAD ESPECIFICA BULK SATURADA Y SUPERFICIALMENTE SECA Gsbsss 0.92

GRAVEDADA ESPECIFICA APARENTE Gsa 0.91

ABSORCION(%) 2.23


46

TABLA 9. PESO UNITARIO. FUENTE: PROPIA.

Por último se determinó la humedad con la norma “relaciones de humedad” según

I.N.V. E – 142 – 07 dando el siguiente resultado:

HUMEDAD (%) 3.057

4.2.1.2. AGREGADO GRUESO

Para el agregado grueso se hicieron los ensayos pertinentes para lograr realizar el

diseño de concreto

Inicialmente se realizó la granulometría para la cual se usó la misma norma de

agregado fino con los tamaños oportunos para el agregado grueso, análisis

granulométrico de agregados gruesos y finos I.N.V. E – 213 – 07. Encontrando los

siguientes resultados:

TABLA 10. GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO. FUENTE: PROPIA.

DENSIDAD BULK COMPACTA Kg/m3 MUC 1610.51

DENSIDAD BULK SUELTA Kg/m3 MUS 1505.08

DENSIDAD APARENTE Kg/m3 dg 2479.66

TAMANO TAMIZ No PESO RETENIDO (g) %RETENIDO %RETENIDO ACUMULADO % PASA %MIN %MAX

12.7 1/2 104 5.3 5.29 94.71 90 100

9.5 3/8 1031 52.4 57.73 42.27 40 70

4.75 4 824 41.9 99.64 0.36 0 15

2.36 8 3 0.2 99.80 0.20 0 5

1.18 16 2 0.1 99.90 0.10 0 0

0.6 30 0.4 0.020 99.92 0.08 0 0

0.3 50 0.5 0.025 99.94 0.06 0 0

0.15 100 0.3 0.015 99.96 0.04 0 0

0.075 200 0.4 0.020 99.98 0.02 0 0

FONDO FONDO 0.4 0.020 100.0 0.00 0 0

TOTAL 1966 100.0000

GRANULOMETRIA AGREGADO GRUESO


47

Esta entre los límites permisibles para el agregado grueso en cuanto a tamaño

para la elaboración del concreto hidráulico según la siguiente gráfica.

GRÁFICA 4. LIMITES GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO. FUENTE: PROPIA.

Continuando por hacer el ensayo de la norma gravedad específica y absorción de

agregados finos I.N.V. E – 222 – 07 en la cual se sumerge la muestra por 19

horas posteriormente se seca superficialmente se pesa se sumerge en agua toda

la muestra y se halla el peso tal como se muestra en la Imagen 6, se mete al

horno por 24 horas y se halla la masa totalmente seca y los resultados fueron los

que se ven en la Tabla 12

IMAGEN 6. ENSAYO ABSORCIÓN FUENTE: PROPIA

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0.01 0.1 1 10 100

Tam

an

o d

el ag

reg

ad

o(m

m)

% que pasa

A. GRUESO

MIN

MAX


48

TABLA 11. RESULTADOS GRAVEDAD ESPECÍFICA FUENTE: PROPIA

Se realizó en ensayo de masa unitaria con la norma “densidad bulk (peso unitario)

y porcentaje de vacíos de los agregados compactados o sueltos” de la norma

I.N.V. E – 217 – 07 para el cual el procedimiento fue cuartear la muestra hasta

llegar a una parte significativa de esta, se escogió el molde por el tamaño máximo

del agregado posteriormente se llenó en tres capas tal como se muestra en la

Imagen 7, cada una se alisa con la mano y se le pegan 25 golpes, finalmente se

enrasa y se encuentra la masa encontrando los resultados de la Tabla 12.

IMAGEN 7. ENSAYO MASA UNITARIA FUENTE: PROPIA

TABLA 12. RESULTADOS MASA UNITARIA. FUENTE: PROPIA.

GRABEDAD ESPECIFICA BULK Gsb 2.49

GRAVEDAD ESPECIFICA BULK SATURADA Y SUPERFICIALMENTE SECA Gsbsss 2.54

GRAVEDAD ESPECIFICA APARENTE Gsa 2.62

ABSORCION(%) 1.89

DENSIDAD BULK COMPACTAKg/m3 MUC 1579.35

DENSIDAD BULK SUELTA Kg/m3 MUS 1506.77

DENSIDAD APARENTE Kg/m3 dg 2224.52


49

Por último se determinó la humedad por medio de “relaciones de humedad” según

la norma I.N.V. E – 142 – 07 dando el siguiente resultado:

HUMEDAD (%) 2.56

4.2.1.3. CEMENTO

El cemento que se trabajo fue Tipo I, Cemex, al cual se le hicieron ensayos que se

ven de la siguiente forma.

TABLA 13. ESPECIFICACIONES DEL CEMENTO FUENTE: PROPIA

4.2.1.4. AGUA

La relación agua cemento que se determinó según la resistencia que se buscó de

21Mpa basado en la tabla de referencia relación agua cemento (sanchez,1994) y

es de 0.52

IMAGEN 8. RELACIÓN AGUA CEMENTO FUENTE: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO.

Tipo de cemento Tipo 1

Marca de cemento cemex

Lectura inicial, L0 (cm3) 0.5

Lectura final, Lf (cm3) 23

Peso del cemento hidraulico P(g) 64

volumen desplazado (cm3) 22.5

Peso especifico del cemento (g/cm3) 2.84


50

Se determinó que el asentamiento es de 100mm así obteniendo la cantidad de

agua por medio de la siguiente tabla:

TABLA 14. ASENTAMIENTO. FUENTE: PROPIA.

Con los anteriores resultados se realizó el diseño de mezcla dando las siguientes

cantidades:

TABLA 15. TABLA CANTIDADES DISEÑO DE MEZCLA. FUENTE: PROPIA.

AGUA DE MEZCLA (Kg/m3)

ASENTAMIENTO 12.7 (1/2")

0 185

25 192

50 197

75 202

100 205

125 208

150 212

175 216

200 222

ASENTAMIENTO(mm) 100

CANTO RODADO(m3/m3) 0.205

TRITURADA(m3/m3) 0.221

f'c(Kg/cm2) 210

RESISTENCIA DE DISENO (Kg/cm2) 295

RELACION AGUA/CEMENTO 0.52

CANTO RODADO(m3/m3) 0.13319

TRITURADA(m3/m3) 0.143581

MODULO DE FINURA 3.1

b0 0.709977

CONTENIDO DE GRAVA CONTENIDO DE GRAVA B (m3/m3) 0.376288

CONTENIDO DE ARENA CONTENIDO DE ARENA 0.29

AGUA MEZCLA

CALCULO DEL CONTENIDO

DE CEMENTO

VOL DE GRAVILLA X UNIDAD DE VOL DE

CONCRETO b/b0 0.53


51

Con la tabla anterior y adicionándole los ajustes por humedad las cantidades de

material por metro cúbico para la grava de canto rodado son los siguientes:

TABLA 16. DISEÑO DE MEZCLA AGREGADO CANTO RODADO

Y para la grava de tipo triturada el diseño es el siguiente:

TABLA 17. DISEÑO DE MEZCLA AGREGADO TRITURADO. FUENTE: PROPIA.

Se realizaron 36 muestras y 18 cilindros para determinar la resistencia la

compresión a 7 y 28 días de edad; 12 cubos y 6 cilindros con concreto de grava

canto rodado, 12 cubos y 6 cilindros con concreto de grava mixta, 12 cubos y 6

cilindros con concreto de grava triturada. De los 18 cilindros, 3 de cada clase de

grava se fallaron a 7 días para saber si se alcanzara la resistencia, a los 7 días

deberá haber alcanzado aproximadamente el 85% de la resistencia máxima y el

resto se falló a los 28 para saber cuál fue su resistencia ultima.

4.2.2. MEZCLA

Con los resultados que se encontraron de la cantidad de materiales por metro

cubico, se halló la cantidad que se necesitaba para realizar la mezcla para 12

CEMENTO 2960 0.13 394.23 394.23

AGUA 1000 0.21 205.00 193.49

GRAVA 2224.52 0.38 837.06 858.52

ARENA 2479.66 0.29 708.01 729.65

TOTAL 1 2144.30

DENSIDAD (Kg/m3) VOLUMEN(m3/m3) PESO(Kg/m3) AJUSTES POR HUMEDAD(Kg/m3)

CEMENTO 2960 0.14 425.00 425.00

AGUA 1000 0.22 221.00 210.03

GRAVA 2224.52 0.38 837.06 858.52

ARENA 2479.66 0.26 642.56 662.20

TOTAL 1 2125.62

DENSIDAD (Kg/m3) VOLUMEN(m3/m3) PESO(Kg/m3) AJUSTES POR HUMEDAD(Kg/m3)


52

cubos de concreto con grava canto rodado, 12 cubos de grava mixta y 12 cubos

de mezcla con grava triturada. Para el diseño de la mezcla con la grava mixta se

utilizó las mismas consideraciones que se usaron para el diseño de mezcla de

grava canto rodado.

Se mezclaron en una maquina mezcladora de concreto en el cual se pusieron

inicialmente el agregado fino y el agregado grueso por 30 segundos,

posteriormente se agregó el cemento y se mezcló por 30 segundo más y

finalmente se puso el agua por 5 minutos así teniendo una mezcla de concreto

homogénea.

4.2.3. ENCOFRAR

Para encofrar la mezcla se aceitó muy bien los moldes, se puso la varilla y se

amarro al molde por medio de alambre dulce para que quedara firme en el molde.

Se colocó en el molde de concreto tres capas de igual altura las cuales se

compactaron por medio del método de apisonamiento en el cual cada capa se

compacta con 25 golpes con una varilla con diámetro de (5/8)’’ y por último se

enrasa con una pala.

4.2.4. DESENCOFRAR

Después de tener la muestra en los moldes se puso en una superficie plana y se

dejó en los moldes por 24 horas, después de este tiempo se sacaron las muestras

de los moldes, es decir, se desencofraron.

4.2.5. CURADO

Después de tener las muestras secas, se movieron al cuarto de curado en el cual

estuvieron los siguientes 28 días, tiempo en el que se estima se alcanza la

resistencia máxima a la compresión del concreto, aunque los cilindros de concreto

se fallaron a los 7 días y a los 28 dando los siguientes resultados de resistencia:


53

4.2.5.1. CANTO RODADO

4.2.5.1.1. A 7 DÍAS:

7 días

CILINDRO RESISTENCIA(MPa)

1 19.808

2 18.584

3 18.304

TABLA 18.RESISTENCIA A LOS 7 DÍAS DEL CONCRETO AGREGADO CANTO RODADO.

FUENTE: PROPIA

4.2.5.1.2. A 28 DÍAS :

28 días


1 24.76

2 23.23

3 22.88

TABLA 19.RESISTENCIA ULTIMA DEL CONCRETO AGREGADO CANTO RODADO.

FUENTE: PROPIA.

4.2.5.2. MIXTA

4.2.5.2.1. A 7 DÍAS

7 días


1 18.22

2 18.75

3 19.38

TABLA 20. RESISTENCIA A LOS 7 DÍAS DEL CONCRETO AGREGADO MIXTO. FUENTE:

PROPIA.


54

4.2.5.2.2. A 28 DÍAS

28 días


1 22.78

2 23.44

3 24.23

TABLA 21. RESISTENCIA ÚLTIMA DEL CONCRETO AGREGADO MIXTO. FUENTE:

PROPIA.

4.2.5.3. TRITURADA

4.2.5.3.1. A 7 DÍAS

7 días


1 21.89

2 21.15

3 20.23

TABLA 22. RESISTENCIA A LOS 7 DÍAS DEL CONCRETO AGREGADO TRITURADO.

FUENTE: PROPIA.

4.2.5.3.2. A 28 DÍAS

28 días


1 25.76

2 24.89

3 23.8

TABLA 23. RESISTENCIA ÚLTIMA DEL CONCRETO AGREGADO TRITURADO. FUENTE:

PROPIA.


55

4.2.5.4. TIPO DE FALLA DE LOS CILINDROS

La siguiente imagen tiene los tipos de fallas que pueden ser sometidos los

cilindros cuando se le hace la prueba de compresión de cilindros.

IMAGEN 9.TIPO DE FALLA

a) Cónica b) cónica y dividida c) cónica y transversal d)transversa e) Columnar

En la imagen 10 se muestra el Ensayo de compresión de concreto realizado a los

7 días de edad para agregado canto rodado

IMAGEN 10.RESISTENCIA DE CILINDROS A 7 DÍAS CON AGREGADO CANTO RODADO.

FUENTE: PROPIA.


56

En la imagen 12 se muestra el Ensayo de compresión de concreto realizado a los

7 días de edad con agregado mixto

IMAGEN 11. RESISTENCIA DE CILINDROS A 7 DÍAS CON AGREGADO MIXTO. FUENTE:

PROPIA.

En la imagen 13 se muestra el ensayo de compresión de concreto realizado a los

7 días de edad con agregado triturado.

IMAGEN 12. RESISTENCIA DE CILINDROS A 7 DÍAS CON AGREGADO TRITURADO.

FUENTE: PROPIA.

Posteriormente a los 28 días se fallaron otros tres cilindros de cada tipo de mezcla

para encontrar la resistencia última de las mezclas de concreto, tal como se

muestra en las siguientes imágenes


57

En la imagen 13 se muéstralos cilindros fallados con la mezcla de concreto con

graba canto rodado a 28 días

IMAGEN 13.RESISTENCIA DE CILINDROS A 28 DÍAS CON AGREGADO CANTO

RODADO FUENTE: PROPIA

En la imagen 14 se muéstralos cilindros fallados con la mezcla con agregado

grueso mixto (50% canto rodado y 50 % triturado) a 28 días de edad

IMAGEN 14.RESISTENCIA DE CILINDROS A 28 DÍAS CON AGREGADO MIXTO FUENTE:

PROPIA

En la imagen 15 se muéstralos cilindros fallados con la Mezcla de concreto con

agregado grueso tipo triturado a 28 días de edad


58

IMAGEN 15. RESISTENCIA DE CILINDROS A 28 DÍAS CON AGREGADO TRITURADO.

FUENTE: PROPIA.

Al ver las imágenes se puede concluir que todos los cilindros tienen fallas de tipo

transversal.

MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR PARA COMPARAR CONCRETO PARA

LA ADHERENCIA DESARROLLADA CON EL ACERO DE REFUERZO.

Después de confirmar la resistencia del concreto se realizó el ensayo según la

NORMA ASTM C234-91.

En la cual inicialmente se montó la muestra en la maquina universal de tal forma

que la varilla estaba agarrada por las mordazas en la parte superior y en la parte

inferior esta debajo de la silla de la maquina universal como se muestra en la

Ilustración 4 se pusieron dos Lvdt’s para tener deformaciones más exactas y tener

mayor precisión en los ensayos de prueba. Tal como se observa en las siguientes

imágenes en las cuales se muestra el montaje en una vista superior y una frontal.


59

ILUSTRACIÓN 3.VISTA SUPERIOR MONTAJE ENSAYO MAQUINA UNIVERSAL. FUENTE:

PROPIA

ILUSTRACIÓN 4.VISTA FRONTAL MONTAJE ENSAYO EN LA MAQUINA UNIVERSAL.

FUENTE: PROPIA

Posteriormente se midió con un flexómetro desde donde empieza la varilla o

donde sale del cubo, hasta donde las mordazas sujetan la varilla, luego se le

aplicó la carga a la varilla de refuerzo a una tasa no mayor a 22KN/min y la

velocidad inferior a 1.27 mm/min.


60

IMAGEN 16. POSICIÓN LVDT'S. FUENTE: PROPIA.

Para la adquisición de datos se realizaron 100 lecturas por minuto en los

deformímetros (LVDT’s), para considerar como terminado el ensayo en cada una

de las pruebas, se tenía en cuenta una de las tres condiciones siguientes que

ocurriera primero:

1. El punto de fluencia de la varilla de refuerzo haya sido alcanzado.

2. El concreto se fracture.

3. El deslizamiento de al menos 0,10 pulgadas (2,5 mm) se produzca en el

extremo cargado.

Al tener la carga en la que fallo la prueba (cualquiera de los tres casos anteriores),

se empezaron a realizar los cálculos, debido a que se tenían los valores de Carga

vs Desplazamiento.

Inicialmente se calcula el esfuerzo definido como la fuerza en la que se deforma

2.5 mm sobre el área de la varilla que se encuentra en contacto con el concreto.

ECUACIÓN 14. ESFUERZO DE ADHERENCIA

Posteriormente se calcula la deformación de adherencia con la deformación

medida por los Lvdt’s menos la deformación por la elongación de la varilla, que se

halla con la fuerza aplicada por la longitud de la varilla dividido por el módulo de

elasticidad del acero por el área transversal de la varilla:


61

ECUACIÓN 15. DEFORMACIÓN POR ADHERENCIA. FUENTE: ASTM234-91

Donde;

U calculada: Deformación por adherencia

U medida: Deformación medida en Lvdt’s

P: Fuerza aplicada(N)

L: Longitud varilla (m)

E: Modulo de elasticidad (Pa)

A: Área transversal varilla (m)

En otras palabras, a la deformación longitudinal total registrada, se le resta la

deformación longitudinal de la varilla debida a la fuerza axial de tensión a que es

sometida.


62

5. ANALISIS Y RESULTADOS

Según la norma ASTM 234-91 se calculó el esfuerzo de adherencia promedio

nominal como la carga en la varilla registrada en cualquier etapa de la prueba

dividido por el área de la superficie nominal de toda la longitud integrada de la

varilla y también se calculó el deslizamiento de la varilla como el promedio de las

lecturas de los dos medidores, corregido por la elongación de la barra de refuerzo

en la distancia entre la superficie de apoyo del cubo de concreto y el punto en el

refuerzo varilla donde se conecta el dispositivo de medición. se requiere una

corrección similar para la compresión del concreto entre la superficie de apoyo y la

ubicación en la que está unido a la abrazadera, sin embargo, suele ser muy

pequeño y puede ser ignorado.

Para la realización de los ensayos se contó con el apoyo del laboratorio, tanto de

los instrumentos necesarios, como el personal capacitado para obtener los

resultados, de tal manera, se decidió que para tener datos más exactos y con

mayor precisión de deformación se realizó el ensayo con deformímetros tipo

LVDT.

5.1. ANALISIS DEFORMACIÓN VS ESFUERZO

Los datos que se tomaron fueron fuerza y deformación para lo cual, en el

momento que fallaba la muestra en cuanto a falla de concreto o fluencia de varilla

se paraba el ensayo. Con dicha carga sobre el área de la varilla que está en

contacto con el concreto se encontró el esfuerzo de tal manera que se obtuvieron

los datos de esfuerzo y deformación debido a la adherencia tal como se muestra

en las siguientes gráficas donde se compara los diferentes tipos de grava de la

mezcla de concreto.


63

GRÁFICA 5. ESFUERZO VS DEFORMACIÓN COMPARACIÓN AGREGADOS CON

VARILLA #3 FUENTE: PROPIA.

En la Gráfica 5 se identifican dos partes, en la primera parte de la gráfica el

comportamiento predominante es el de adherencia entre la varilla refuerzo y el

concreto, una vez se alcanza el esfuerzo máximo de adherencia, el

comportamiento de la segunda parte es predominantemente el de la deformación

del acero , se puede ver que el comportamiento de la mezcla de concreto con

agregado triturado en cuanto al esfuerzo es mayor, aunque no se puede hacer una

comparación con el agregado canto rodado, porque no se tiene los valores

suficientes

GRÁFICA 6.ESFUERZO VS DEFORMACIÓN COMPARACIÓN AGREGADOS CON VARILLA

#4 FUENTE: PROPIA.

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

10000000

0 5 10 15 20

σ(P

a)

Deformación(mm)

Canto Rodado #3

mixto #3

Triturado #3

0.00

2000000.00

4000000.00

6000000.00

8000000.00

10000000.00

12000000.00

0 2 4 6 8

σ(P

a)

Deformación(mm)

Canto Rodado #4

mixto #4

Triturado #4


64

En la Gráfica 6 se observa que se empiezan a determinar los valores de esfuerzo

de adherencia, hasta que llegan a un punto donde se reacomodan las muestras y

siguen aumentando los valores finalizando el ensayo en el punto de fractura del

concreto, al igual que en la Gráfica 5 no se tienen los valores completos con la

grava canto rodado, por lo cual no se puede hacer una comparación con este

agregado.


#5 FUENTE: PROPIA.

En la Gráfica 7 se observa el comportamiento de adherencia de los tres tipos de

agregado, siendo la mezcla de concreto con agregado triturado, la que mayores

esfuerzos de adherencia alcanza, seguido por el agregado grueso mixto y por

último la grava canto rodado que alcanza los menores valores de adherencia


#6 FUENTE: PROPIA

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

0 2 4 6 8

σ(P

a)

Deformación(mm)

Triturado #5

mixto #5

Canto Rodado #5

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

0 1 2 3 4 5 6

σ(P

a)

Deformación(mm)

Triturado#6

Mixto #6

Canto Rodado#6


65

En la Gráfica 8 se observa un comportamiento con la misma tendencia, pero

adquiriendo distintos valores de esfuerzos siendo el agregado triturado el que

mayores esfuerzos y deformaciones alcanza respecto al agregado mixto y al

agregado canto rodado.

5.2. PROCEDIMIENTO NORMA ASTM234-91

Después de estos resultados y comparaciones, se pueden extraer los datos

relacionados con la Ecuación 15 para encontrar cuanto se deformó debido a la

adherencia entre el concreto y la varilla de refuerzo, tal como se muestra en la

siguiente tabla:

TABLA 24. RESULTADOS DEL ESFUERZO POR ADHERENCIA Y LA DEFORMACIÓN DE

LOS TRES TIPOS DE AGREGADOS CON LAS CUATRO DIFERENTES VARILLAS.

FUENTE: PROPIA.

Al hacer las pruebas siguiendo la norma ASTM 234-91 se menciona: “Continuar la

carga y lecturas en su caso intervalos adecuados hasta (1) el punto de fluencia de

la varilla de refuerzo haya sido alcanzado, (2) el concreto se fracture, o (3) un el

deslizamiento de al menos 0,10 pulgadas (2,5 mm) se produzca en el extremo

cargado.” En este ensayo se llevaron todas las muestras hasta el punto de falla,

en el cual para la varilla #3 (3/8’), en los tres diferentes diseños de mezclas (canto

rodado, mixto y triturado) llega la varilla de refuerzo a fluencia y para el resto de

diámetros de varilla (#4(1/2’), #5(5/8’) y #6(3/4’)) se fracturaba el concreto.

Deformacion(mm) σ(Pa) Deformacion(mm) σ(Pa) Deformacion(mm) σ(Pa) Deformacion(mm) σ(Pa)

Canto Rodado 2.18 2283587.98 2.30 1971683.28 2.74 3996835.95 3.97 3932227.12

Mixta 3.47 6349488.54 4.85 7870023.96 3.28 5854896.80 4.31 5792515.86

Triturada 4.04 8777889.42 4.75 9858416.42 5.84 7886733.14 4.90 7920151.50

#3 #4 #5 #6


66

5.3. ANALISIS DEFORMACIÓN POR ADHERENCIA

5.3.1.1. VARILLA #3

TABLA 25. VALORES NUMÉRICOS DEL ESFUERZO DE ADHERENCIA Y LA

DEFORMACIÓN PARA VARILLA #3. FUENTE: PROPIA

En la Tabla 25 , se muestran los valores obtenidos según la norma ASTM 234-91,

con la cual se hallaron las deformaciones por adherencia correspondientes al

máximo esfuerzo por adherencia a partir de la Ecuación 15 , donde se evidencia

que el mejor comportamiento de adherencia de las tres gravas es el agregado

triturado aunque faltan datos de la grava canto rodado que evitan hacer una

comparación completa.

5.3.1.2. VARILLA #4

TABLA 26 VALORES NUMÉRICOS DEL ESFUERZO DE ADHERENCIA Y LA


En la Tabla 26 se repiten las tendencias previamente comentadas en la varilla #3 ,

sin embargo se observan cambios en las partes de las gráficas teniendo un

comportamiento de fluencia menor en el acero respecto al refuerzo de diámetro

#3

U medido(mm) U medido(m) P(N) L(m) E(Pa) A(m2) U calculado(mm) area superficial(m2) σ(N/m2)

2.50 2.50E-03 10250 0.44 2.00E+11 7.10E-05 2.18 4.49E-03 2283587.98


4.35 4.35E-03 28500 0.44 2.00E+11 7.10E-05 3.47 4.49E-03 6349488.54


5.25 5.25E-03 39400 0.44 2.00E+11 7.10E-05 4.04 4.49E-03 8777889.42

canto

rodado

mixto

triturado


2.50 2.50E-03 11800 0.44 2.00E+11 1.27E-04 2.30 5.98E-03 1971683.28


5.66 5.66E-03 47100 0.44 2.00E+11 1.27E-04 4.85 5.98E-03 7870023.96


5.77 5.77E-03 59000 0.44 2.00E+11 1.27E-04 4.75 5.98E-03 9858416.42triturado

canto

rodado

mixto


67

5.3.1.3. VARILLA #5



En la Tabla 27 se cuentan con todos los valores de las distintas mezclas de

agregado con lo cual se puede realizar una comparación completa, encontrando el

mayor esfuerzo por adherencia en la mezcla de agregado triturado, seguido por el

agregado mixto y finalmente por el agregado canto rodado, observando que el

agregado triturado dobla en esfuerzo de adherencia al agregado canto rodado

5.3.1.4. VARILLA #6



En la Tabla 28 , para la varilla #6 (3/4’’) los valores de deformación de adherencia

se muestran con menor dispersión entre las diferentes mezclas, sin embargo los

esfuerzos si muestran un comportamiento notablemente marcado, favoreciendo

nuevamente a la mezcla de agregado triturado en comparación con los otros

agregados.


3.39 3.39E-03 29900 0.44 2.00E+11 1.98E-04 2.74 7.48E-03 3996835.95


3.76 3.76E-03 43800 0.44 2.00E+11 1.98E-04 3.28 7.48E-03 5854896.80


6.17 6.17E-03 59000 0.44 2.00E+11 1.98E-04 5.84 7.48E-03 7886733.14

canto

rodado

mixto

triturado


4.12 4.12E-03 35300 0.44 2.00E+11 2.85E-04 3.97 8.98E-03 3932227.12


4.71 4.71E-03 52000 0.44 2.00E+11 2.85E-04 4.31 8.98E-03 5792515.86


5.17 5.17E-03 71100 0.44 2.00E+11 2.85E-04 4.90 8.98E-03 7920151.5triturado

canto

rodado

mixto


68

5.4. DIFERENCIA EN PORCENTAJE DE LA ADHERENCIA

DEPENDIENDO DEL TIPO DE GRAVA UTILIZADO

En las siguientes tablas se muestra en porcentaje el incremento de la adherencia

utilizando grava triturada con respecto a la adherencia utilizando grava canto

rodado y mixta.

#3

MIXTA 38%

TABLA 29 COMPARACIÓN DE % ENTRE GRAVAS CON VARILLA #3

En la tabla 29 se observa el cambio en el comportamiento entre agregado triturado

y agregado mixto, siendo el agregado triturado 38% mejor en cuanto adherencia

que el agregado mixto y como ya se había mencionado los valores de canto

rodado no están completos por lo cual no se realizó una comparación con este tipo

de agregado.


En la tabla 30 igual que con la varilla #3 los resultados estaban incompletos por lo

cual no se hiso comparación con agregado canto rodado por otro lado para este

diámetro (#4) el agregado triturado supera en adherencia el agregado mixto en un

25 %.


En la tabla 31 se evidencia que el agregado triturado tiene un mejor

comportamiento de adherencia que la grava canto rodado y mixta por un amplio

porcentaje.

MIXTA 25%

CANTO RODADO 400%

#4

MIXTA 35%

CANTO RODADO 97%

#5


69


En la tabla 32 se observa que el diámetro de varilla #6 tiene aproximadamente los

mismos porcentajes que la tabla 31 superando el agregado triturado al agregado

mixto 31% y al agregado canto rodado 101%.

Se observa en las tablas anteriores que la adherencia influye considerablemente

por la forma y la textura de la grava en la mezcla de concreto.

MIXTA 37%

CANTO RODADO 101%

#6


70

6. CONCLUSIONES

Se concluye que la mezcla con grava triturada presenta mayor adherencia

con la varilla de refuerzo en los cuatro diferentes diámetros, en

comparación con la grava canto rodado, en un porcentaje de

aproximadamente el 100 % mostrando la influencia de la forma y la textura

del agregado en la adherencia del concreto con la varilla de refuerzo.

La mezcla de concreto con grava triturada tiene mejor comportamiento en

cuanto a la adherencia del concreto y la varilla de refuerzo, que la mezcla

de agregado grueso mixto, con un porcentaje de aproximadamente el 35%

mayor. Este tipo de agregado tiene menos influencia que el agregado canto

rodado, debido a que es una grava intermedia entre los otros dos tipos

(canto rodado y triturada), con respecto a la forma y textura que presentan.

La forma y la textura del agregado grueso influyen en la adherencia entre el

acero de refuerzo y el concreto, por lo que el factor γ utilizado en la norma

NRS-10 y en el reglamento del ACI318, no puede considerarse como 1,

deberá de aumentarse.

Si se desea mejorar el desempeño de la adherencia entre una varilla de

acero de refuerzo y el concreto, se deben de utilizar gravas con formas

angulosas y texturas no lisas.

Los cilindros que se ensayaron a la compresión, con una edad de 7 días,

donde la mezcla era con grava de canto rodado, se presentaron

desprendimientos de la superficie por rotación, donde se hace evidente la

participación de la forma de la grava para que se presente el tipo de falla.

Al hacer una comparación con pruebas anteriores en el cual se buscaba el

efecto que tiene la corrosión en la adherencia Duck, (2004), se encontró

que este ensayo donde se busca la influencia de la forma y la textura del

agregado grueso en la adherencia tiene valores un poco menores en

cuanto a esfuerzos, esto es debido a la forma en que se hiso el montaje de

la prueba.


71

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Documents

1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE