ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL CONCRETO ARMADO I
UNIVERSIDAD SAN PEDROESCUELA DE INGENERIA CIVIL
CURSO: CONCRETO ARMADO I
TEMA:
DOCENTES: ING. INTEGRANTES:
CHIMBOTE, ABRIL 2015
1. PROPIEDADES MECANICAS DEL CONCRETO1.1. RESISTENCIA A LA
COMPRENSION DEL CONCRETOLa resistencia a la compresin de las
mezclas de concreto se puede disear de tal manera que tengan una
amplia variedad de propiedades mecnicas y de durabilidad, que
cumplan con los requerimientos de diseo de la estructura. La
resistencia a la compresin del concreto es la medida ms comn de
desempeo que emplean los ingenieros para disear edificios y otras
estructuras. La resistencia a la compresin se mide tronando
probetas cilndricas de concreto en una mquina de ensayos de
compresin, en tanto la resistencia a la compresin se calcula a
partir de la carga de ruptura dividida entre el rea de la seccin
que resiste a la carga y se reporta en megapascales (MPa) en
unidades Por qu se determina la resistencia a la compresin? Los
resultados de las pruebas de resistencia a la compresin se usan
fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto
suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia
especificada, c, del proyecto. Los resultados de las pruebas de
resistencia a partir de cilindros moldeados se pueden utilizar para
fines de control de calidad, aceptacin del concreto o para estimar
la resistencia del concreto en estructuras, para programar las
operaciones de construccin, tales como remocin de cimbras o para
evaluar la conveniencia de curado y proteccin suministrada a la
estructura. Los cilindros sometidos a ensayo de aceptacin y control
de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos
descritos en probetas curadas de manera estndar segn la norma ASTM
C31 Prctica estndar para elaborar y curar cilindros de ensaye de
concreto en campo. Para estimar la resistencia del concreto in
situ, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de
curado en campo. Las probetas cilndricas se someten a ensayo de
acuerdo a ASTM C39, Mtodo estndar de prueba de resistencia a la
compresin de probetas cilndricas de concreto. Un resultado de
prueba es el promedio de, por lo menos, dos pruebas de resistencia
curadas de manera estndar o convencional elaboradas con la misma
muestra de concreto y sometidas a ensaye a la misma edad. En la
mayora de los casos, los requerimientos de resistencia para el
concreto se realizan a la edad de 28 das.
Al disear una estructura los ingenieros se valen de la
resistencia especificada, c, y especifican el concreto que cumpla
con el requerimiento de resistencia estipulado en los documentos
del contrato del proyecto. La mezcla de concreto se disea para
producir una resistencia promedio superior a la resistencia
especificada de manera tal que se pueda minimizar el riesgo de no
cumplir la especificacin de resistencia. Para cumplir con los
requerimientos de resistencia de una especificacin de proyecto se
aplican los siguientes dos criterios de aceptacin: **El promedio de
tres ensayes consecutivos es igual o supera a la resistencia
especificada, c. ** Ninguno de los ensayes de resistencia deber
arrojar un resultado inferior a c en ms de 3.45 MPa, ni ser
superior en ms de 0.10 c, cuando c sea mayor de 35 MPa.Resulta
importante comprender que una prueba individual que caiga por
debajo de c no necesariamente constituye un fracaso en el
cumplimiento de los requerimientos del trabajo. Cuando el promedio
de las pruebas de resistencia de un trabajo caiga dentro de la
resistencia promedio exigida, c, la probabilidad de que las pruebas
de resistencia individual sean inferiores a la resistencia
especificada es de aproximadamente 10% y ello se tiene en cuenta en
los criterios de aceptacin. Cuando los resultados de las pruebas de
resistencia indican que el concreto suministrado no cumple con los
requerimientos de la especificacin es importante reconocer que la
falla puede radicar en las pruebas, y no en el concreto. Ello es
particularmente cierto si la fabricacin, manejo, curado y pruebas
de los cilindros no se realizan en conformidad con los
procedimientos estndar. Ver Baja resistencia de cilindros de
concreto. Los registros histricos de las pruebas de resistencia se
utilizan para establecer la resistencia promedio deseada de mezcla
de concretos para obras futuras.Cmo realizar la prueba de
resistencia del concreto Las cilindros para pruebas de aceptacin
deben tener un tamao de 6 x 12 pulgadas (150 x 300 mm) o 4 x 8
pulgadas (100 x 200 mm), cuando as se especifique. Las probetas ms
pequeas tienden a ser ms fciles de elaborar y manipular en campo y
en laboratorio. El dimetro del cilindro utilizado debe ser como
mnimo tres veces el tamao mximo nominal del agregado grueso que se
emplee en el concreto. El registro de la masa de la probeta antes
de cabecearla constituye una valiosa informacin en caso de
desacuerdos. Con el fin de conseguir una distribucin uniforme de la
carga, generalmente los cilindros se cabecean con mortero de azufre
(ASTM C 617) o con almohadillas de neopreno (ASTM C 1231). El
cabeceo de azufre se debe aplicar como mnimo dos horas antes y
preferiblemente un da antes de la prueba. Las almohadillas de
neopreno se pueden usar para medir las resistencias del concreto
entre 10 a 50 MPa. Para resistencias mayores de hasta 84 Mpa se
permite el uso de las almohadillas de neopreno siempre y cuando
hayan sido calificadas por pruebas con cilindros compaeros con
cabeceo de azufre. Los requerimientos de dureza en durmetro para
las almohadillas de neopreno varan desde 50 a 70 dependiendo del
nivel de resistencia sometido a ensaye. Las almohadillas se deben
sustituir si presentan desgaste excesivo. No se debe permitir que
los cilindros se sequen antes de la prueba. El dimetro del cilindro
se debe medir en dos sitios en ngulos rectos entre s a media altura
de la probeta y deben promediarse para calcular el rea de la
seccin. Si los dos dimetros medidos difieren en ms de 2%, no se
debe someter a prueba el cilindro. Los extremos de las probetas no
deben presentar desviacin con respecto a la perpendicularidad del
eje del cilindro en ms 0.5% y los extremos deben hallarse planos
dentro de un margen de 0.002 pulgadas (0.05 mm)
Los cilindros se deben centrar en la mquina de ensayo de
compresin y cargados hasta completar la ruptura. El rgimen de carga
con mquina hidrulica se debe mantener en un rango de 0.15 a 0.35
MPa/s durante la ltima mitad de la fase de carga.Se debe anotar el
tipo de ruptura. La fractura cnica es un patrn comn de ruptura. La
resistencia del concreto se calcula dividiendo la mxima carga
soportada por la probeta para producir la fractura entre el rea
promedio de la seccin. ASTM C 39 presenta los factores de correccin
en caso de que la razn longitud dimetro del cilindro se halle entre
1.75 y 1.00, lo cual es poco comn. Se someten a prueba por lo menos
dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio
como el resultado de la prueba, al intervalo ms prximo de 0.1 MPa.
El tcnico que efecte la prueba debe anotar la fecha en que se
recibieron las probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba,
la identificacin de la probeta, el dimetro del cilindro, la edad de
los cilindros de prueba, la mxima carga aplicada, el tipo de
fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo.
Si se mide, la masa de los cilindros tambin deber quedar
registrada. La mayora de las desviaciones con respecto a los
procedimientos estndar para elaborar, curar y realizar el ensaye de
las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida.
El rango entre los cilindros compaeros del mismo conjunto y
probados a la misma edad deber ser en promedio de aproximadamente.
2 a 3% de la resistencia promedio.Si la diferencia entre los dos
cilindros compaeros sobrepasa con demasiada frecuencia 8%, o 9.5%
para tres cilindros compaeros, se debern evaluar y rectificar los
procedimientos de ensaye en el laboratorio. Los resultados de las
pruebas realizadas en diferentes laboratorios para la misma muestra
de concreto no debern diferir en ms de 13% aproximadamente del
promedio de los dos resultados de las pruebas.Si uno o dos de los
conjuntos de cilindros se truenan a una resistencia menor a c,
evale si los cilindros presentan problemas obvios y retenga los
cilindros sometidos a ensaye para examinarlos posteriormente. A
menudo, la causa de una prueba malograda puede verse fcilmente en
el cilindro, bien inmediatamente o mediante examen petrogrfico. Si
se desechan o botan estos cilindros se puede perder una oportunidad
fcil de corregir el problema. En algunos casos se elaboran
cilindros adicionales de reserva y se pueden probar si un cilindro
de un conjunto se truena a una resistencia menor. Una prueba a los
tres o siete das puede ayudar a detectar problemas potenciales
relacionados con la calidad del concreto o con los procedimientos
de las pruebas en el laboratorio, pero no constituye el criterio
para rechazar el concreto. La norma ASTM C 1077 exige que los
tcnicos del laboratorio que participan en el ensaye del concreto
deben estar certificados. Los informes o reportes sobre las pruebas
de resistencia a la compresin son una fuente valiosa de informacin
para el equipo del proyecto para el proyecto actual o para
proyectos futuros. Los reportes se deben remitir lo ms pronto
posible al productor del concreto, al contratista y al
representante del propietario.1.2. RESISTENCIA A LA TENSINLa
resistencia a tensin depende de las resistencias a tensin propias
de la pasta de cemento y los agregados, y de la adherencia que se
genera entre ambos, la influencia relativa de estos factores puede
variar en funcin de los procedimientos que se utilizan para
determinar la resistencia del concreto a tensin, que son bsicamente
tres y se presentan esquemticamente.
a) Prueba de tensin directa: Por medio del ensayo de especmenes
cilndricos o prismticos, sometidos a una fuerza de tensin
axial.
b) Prueba de tensin indirecta: Mediante el ensayo de especmenes
cilndricos, sujetos a una carga de compresin diametral.
c) Prueba de tensin por flexin en especmenes prismticos (vigas):
Los cuales pueden ser ensayados opcionalmente con una carga en el
centro del claro, o con dos cargas concentradas iguales aplicadas
en los dos tercios del claro.
La determinacin de la resistencia a tensin del concreto puede
conducir a resultados diferentes, segn el procedimiento que se
utilice para medirla: en condiciones comparables, la prueba de
tensin directa produce el valor de resistencia ms bajo y la prueba
por flexin el ms alto, quedando en una posicin intermedia la
resistencia a tensin determinada por compresin diametral. No ocurre
as cuando se trata de evaluar la resistencia a compresin, para cuya
determinacin sola se dispone de un procedimiento normalizado, de
aceptacin general. Resultados tpicos de pruebas a tensin para
varias relaciones agua cemento.
Resistencia a la Tensin en Flexin
En el ensayo del concreto a tensin por flexin se produce un
estado combinado de esfuerzos en la que la resistencia no solo se
concentra a la pasta y a la adherencia pasta - agregados, sino que
tambin ahora los agregados mismos pasan a desempear un papel
importante. Por esta razn es recomendable el uso de agregados
triturados de una roca de buena calidad, ya que no solo garantizan
una mejor adherencia con la pasta, sino que adems proporcionan una
resistencia intrnseca uniforme ante este tipo de
solicitaciones.
Para el caso de una carga puntual aplicada en el centro de la
luz sobre una viga prismtica de seccin rectangular, la resistencia
mxima a la tensin por flexin, en kg/cm.
La resistencia a la tensin por flexin suele arrojar mayores
valores que los se obtienen por los mtodos de tensin directa e
indirecta. Las razones principales se deben a que en la prueba
indirecta ocurre una distribucin no uniforme de esfuerzos en la
seccin de falla que restringe la propagacin de las grietas y a que
en dicha prueba se manejan una serie de simplificaciones tericas a
la hora de calcular el esfuerzo mximo.
1.3. MODULO DE ELASTICIDAD Y RELACION DE POISSON
El mtodo de prueba para la determinacin del Mdulo de Elasticidad
(Mdulo de Young) y de la relacin de Poisson en especmenes
cilndricos de concreto, cuando se someten a esfuerzos de compresin
longitudinal.
El Mdulo de Elasticidad es la relacin que existe entre el
esfuerzo y la deformacin unitaria axial al estar sometido el
concreto a esfuerzos de compresin dentro del comportamiento
elstico. Es la pendiente de la secante definida por dos puntos de
la curva del esfuerzo-deformacin, dentro de esta zona elstica.
La Relacin de Poisson es la relacin entre las deformaciones
transversal y longitudinal al estar sometido el concreto a
esfuerzos de compresin dentro del comportamiento elstico.
Cuando un espcimen de concreto endurecido se somete por primera
vez a una carga de compresin axial, que se incrementa
progresivamente a velocidad uniforme hasta un valor inferior al de
ruptura y despus se retira a la misma velocidad, ocurre lo que se
muestra esquemticamente.
Por debajo del esfuerzo crtico (75% a 80% de fc) el Mdulo de
Poisson - - vara entre 0.11 y 0.21. Normalmente est en el rango de
0.15 a 0.20 y permanece aproximadamente constante bajo cargas
sostenidas. En la prctica se suele adoptar = 0.15, con lo cual el
Mdulo de Rigidez al Esfuerzo Cortante es:Gc = Ec / 2 (1+) Gc = Ec /
2.3
En la figura (1) se representa un espcimen cilndrico de dimetro
d y altura h, antes de aplicarle la carga; una vez aplicada la
carga hasta llegar al valor de P (que produce un esfuerzo inferior
al de ruptura) el espcimen manifiesta una deformacin longitudinal
bajo carga lc y una deformacin transversal simultnea tc, segn se
muestra en la figura (2); despus de retirar completamente la carga,
el espcimen no recupera totalmente sus dimensiones originales
quedndole una deformacin permanente, tanto en direccin longitudinal
lp como en direccin transversal tp, como se hace notar en la figura
(3).
Si durante el proceso de carga y descarga se miden las
deformaciones parciales () a diferentes niveles de esfuerzo
aplicados () se pueden obtener parejas de datos (esfuerzo y
deformacin) que al ser representadas en un sistema de ejes
ortogonales, con las deformaciones como abscisas y los esfuerzos
como ordenadas, producen una grfica.El mdulo de elasticidad del
concreto depende de muchas variables, entre las principales estn:a)
El mdulo de elasticidad de la pasta de cemento (matriz). Un
incremento en la relacin w/c aumenta la porosidad de la pasta
reduciendo el mdulo de elasticidad (Ec) en consecuencia hay
dependencia entre Ec y fc.b) El mdulo de elasticidad de los
agregados. Los agregados de peso normal tienen un mdulo que vara
entre 1.5 a 5 veces el mdulo de elasticidad de la pasta. Por lo
tanto el tipo de agregado y la cantidad presente en la mezcla
influyen fuertemente en el valor de Ec. El ACI permite estimar el
valor Ec para concretos de peso especfico entre 1,400 y 2,500 kg/m3
mediante la ecuacin 1-11: Ec = 0.14 () 1.5 fc (kg/cm2) (1-11)
ACI-02 8.5.1Siendo el peso especfico del concreto en kg/m3. Este
valor corresponde al mdulo de elasticidad secante del concreto,
medido al 45% de fc aproximadamente, en ensayos de corta duracin.
Para Concretos de Peso Normal (aproximadamente 2,300 kg/m3) el ACI
y la Norma Peruana permiten estimar Ec mediante: Ec = 15,000 fc
(kg/cm2) (1-12) E-060 9.4.2 Ya que estas ecuaciones ignoran el tipo
de agregado utilizado, su dispersin es amplia, los valores medidos
en ensayos varan entre 0.8 y 1.2 del predicho por las ecuaciones.
Cuando sea necesario una mejor estimacin del mdulo de elasticidad
para cargas de corta duracin, por ejemplo para el caso en que las
deflexiones o vibraciones sean determinantes en el diseo, se
recomienda obtener mediante ensayos el mdulo de elasticidad del
concreto a utilizarse.
11 UNIVERSIDADA PRIVADA DE SAN PEDRO INGENIERIA CIVIL
