concreto armado
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Ingeniera Civil Concreto Armado I
CONCRETO ARMADO Docente: Ing. LLANOS ALVAREZ, Henry Gaston
Alumnos: MELENDEZ MUOZ, Miguel MIRANDA MUOZ, Yanina
MUOZ SOLORZANO, Brian VICUA ESTRELLA, Alex
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Universidad Nacional Daniel Alcides Carrin
Facultad de Ingeniera Escuela de Formacin Profesional de Ingeniera Civil
VII SEMSTRE CONCRETO AEMADO I
Contenido INTRODUCCIN ......................................................................................................................... 3
1. HISTORIA DEL CONCRETO ARMADO ............................................................................... 4
2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO FRENTE A OTROS
MATERIALES ................................................................................................................................ 6
VENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO FRENTE A OTROS MAT ERIALES ....................... 6
DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMA DO FREN TE A OTROS MA TERIALES ................ 7
3. MTODOS DE DISEO ...................................................................................................... 7
3.1 Mtodos de diseo propuesto s por el cdigo ACI ................................................ 9
3.1.1. Combinaciones de cargas ................................................................................ 11
3.1.2 Reduccin de resis tencia ................................................................................... 14
4. MATERIALES ........................................................................................................................ 16
4.1 El concreto y sus componentes. .............................................................................. 16
4.1.1 Cemento ................................................................................................................. 16
4.1.2 Agregado fino o arena ........................................................................................ 18
4.1.3 Agregado grueso o piedra ................................................................................. 18
4.1.4 Agua ........................................................................................................................ 21
4.1.5 Aditivos .................................................................................................................. 21
4.1.6 Fibras .................................................................................................................. 24
5. MEZCLADO, TRANSPORTE, COLOCACIN Y CURADO DEL CONCRETO .................... 24
5.1 Mezclado del concreto ........................................................................................... 24
5.2 Transporte y Colocaci n del concreto ............................................................... 25
5.3 Curado del concreto ............................................................................................... 27
6. RESISTENCIA DEL CONCRETO. ........................................................................................ 31
6.1 Resistencia del concreto ante sol ici taciones uniaxi laes ................................... 32
Resistencia del concreto a la compresin ................................................................ 32
Resistencia del concreto a la traccin ...................................................................... 36
6.2 Resistencia del concreto al es fuerzo cortante .................................................... 39
6.3 Resistencia del concreto ante sol ici taciones biaxiales y tr iaxiales ............... 39
7. VARIACIN EN EL VOLUMEN DEL CONCRETO ........................................................... 41
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VII SEMSTRE CONCRETO AEMADO I
7.1 VARIACIN DE VOLUMEN POR CONTRACCIN DE FRAGUA ........................... 41
a. Factores Que Afectan La Contraccin Del Concreto ........................................ 42
b. Para Reducir La Contraccin De Fragua En El Concreto Es Conveniente .... 43
7.2 DEFORMACIN PLSTICA O CREEP. ...................................................................... 44
a. Factores que afectan este proceso: .................................................................... 45
7.3 VARIACIN DE VOLUMEN POR TEMPERATURA. ................................................ 46
8. INCIDENCIA DEL CONCRETO ARMADO EN CERRO DE PASCO ................................. 47
8.1 OBRAS DE CONCRETO ARMANDO EN PASCO ....................................................... 47
8.2 PLANTA DOSIFICADORA ............................................................................................. 49
BIBLIOGRAFA ......................................................................................................................... 51
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VII SEMSTRE CONCRETO AEMADO I
INTRODUCCIN
El Concreto Armado a nivel mundia l ha venido l igada a la historia del cemento y a l
desarrollo de la ingeniera c ivi l , y en el Per sucedi algo s imi lar.
En este breve trabajo se abordan en apretada s ntesis los aspectos generales que
l igan nuestras races histricos con los aspectos tcnicos que fueron creando las
bases de la Ingeniera Civi l local y consecuentemente el desarrollo a lo que el
concreto se ref iere.
Creemos que es importante conocer aunque sea soberanamente los hechos y
aportes en su mayora a nnimos de los que nos antecedieron en pocas y
condic iones quiz mucho ms duras y dif c i les que la actual , s i ref le xionamos sobre
las tremendas l imitac iones que debieron afrontar, y que pase a el los
sobreponindose a esos retos, c imentaron la estructura c ientf ica que hoy da
aprovechamos.
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VII SEMSTRE CONCRETO AEMADO I
1. HISTORIA DEL CONCRETO ARMADO
El concreto fue usado por primera vez en Roma alrededor de la tercera centuria
antes de cr isto. Estaba constitu ido por agregados unidos mediante un aglomerante
conformado por una mezcla de cal y ceniza volcnica. Este materia l poda
sumergirse en agua manteniendo sus propiedades a diferencia de los morteros de
cal usados en s ig los antes en la antigua is la de Creta. La obra ms grande erig ida
por los Romanos fue el panten con su b ve da de 43.20 m de d imetro. El uso de
este materia l en la construccin paso al olvido con la cada del Imperio y no fue
s ino hasta mediados de l s ig lo XVII I que su uso se extendi nuevamente.
El pr imer registro del uso de concreto en los t iempos modernos, se remonta a 1760
cuando, en Inglaterra, Jhon Smeaton descubri, mientras proyectaba el faro de
Eddystone, que una mezcla de cal iza calc inada y arc i l la daba lugar a un
conglomerante hidrulico resistente al agua. En 1824 Joseph Aspdin elaboro
cemento mezclando arc i l la y cal iza de d iferentes canteras y calentndolas en
horno. El concreto obtenido con este aglomerante se asemejaba a las piedras
propias de la Is la de Port land, a l sur de Ingla terra, mot ivo por el cual se le l lamo
cemento Portland, materia l que comenz a fabricarse con mayor fuerza desde
entonces. En ocasiones, la mezcla era calentada en exceso y se endureca, s iendo
desechada por considerarse inti l . En 1845, I .C. Johnson descubri que el mejor
cemento provena de la pulverizac in de esta susta ncia inti l denominada
Clinker. Este es el cemento que se conoce hoy en da .
El concreto armado se us desde la tercera d cada del s ig lo X IX. Entre 1832 y 1835,
Sir Marc Isambard Brunel y Francois Martin Le Brun erig ieron, en Inglaterra y
Francia, respec tivamente, estructuras de este materia l ta les como arcos y
edif icac iones. En 1848, Joseph Louis Lambot construy un bote de concreto
reforzado el cual present en la Exposic in de Pars en 1854 y patent en 1855. En
Inglaterra, W.B. Wilkinson, registr, en 1855, un piso de concreto reforzado con
cuerdas de acero desechadas en las minas. Un ao despus, Francois Coignet
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patent un s istema de refuerzo para p isos consistente en barras de acero
embebidas en el concreto. A pesar de los precedentes antes indicado s, Joseph
Monier, francs, es considerado el creador del concreto reforzado. Dedicado a la
jardinera, fabric macetas de concreto con refuerzo de mallas de alambre ,
registrando el s istema en 1867. En los aos s iguientes patent el uso de esta
tcnica para la construccin de tanques, puentes, tuberas, vigas, columnas y
escaleras. En 1879, G.A . Wayss, de la f irma Wayss and Freitag de Alemania, compr
la patente de Monier y en 1887, publ ic un l ibro acerca de sus mtodos
constructivos. Por su parte, Rudolph Schuster, de Austr ia, adquir i tambin los
derechos de patente. De este modo, el nombre de Monier, como creador del
concreto armado, se extendi por todo Europa. En Es tados Unidos, Thaddeus Hyatt ,
abogado e ingeniero, realiz experimentos en vigas de concr eto reforzado
alrededor de 1850. Sus resul tados no se publicaron s ino hasta 1877. Investig
acerca de la resistencia del concreto al fuego y l leg a la conclusin que los
coef ic ientes de dilatac in trmica, tanto del concreto como del acero eran muy
s imilares. Con sus estudios, Hyatt sent los pr inc ipios sobre los cuales se desarrolla
el anlis is y diseo de los ele mentos de concreto reforzado. En Francia, e l
desarrollo del uso del concreto reforzado se debi en gran parte a Francois
Hennebique quien estableci un estudio de ingeniera y proyect c ientos de
estructuras del nuevo materia l. En 1900, e l Ministerio de Obras Pblicas de Francia
convoc a un comit a cargo de Armand Considere para la elaboracin de
especif icac iones tcnicas para concreto armado. E stas fueron publicadas en 1906.
En los aos s iguientes, Perret, Ribera, Garnier, Freyssinet , Mai l lart, Boussiron, Mex
Berg, entre otros, proyectan y construyen obras en concreto armado que van
descubriendo poco a poco las multip les posib i l idades de este nu evo materia l .
En el Per, los pr imeros barr i les de cemento l legaron en 1850. El concreto con l
e laborado se us para la construccin de c imentaciones y para mejorar los
acabados de las estructuras. Posteriormente, se le uti l iz en combinacin con
acero para la construccin de edif ic ios, puentes, acueductos, etc . En 1915, l legaron
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los primeros hornos para la fabricacin de cemento encargados por la e mpresa
estadounidense Foundation Co. Un ao despus, stos fueron comprados por la
Compaa Peruana de Cemen to Portland. En los aos 50, se estableci, en Lima, la
primera empresa de concreto premezclado. De ah a la fecha, han ido apareciendo
numerosas empresas productoras de cemento y de concreto premezclado. En la
actualidad, este materia l es el ms ut i l izado en la construccin en nuestro pas .
2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO
FRENTE A OTROS MATERIALES
Frente a otros materia les como el acero, la madera, etc ., e l concreto presenta las
s iguientes ventajas y desventajas.
VENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO FRENTE A OTROS MATERIALES
Es durable a lo largo del t iempo y no requiere de una gran inversin para su
mantenimiento . T iene una v ida ti l extensa.
Tiene gran resistencia a la compresin en comparacin con otros materia les.
Es resistente al efecto del agua.
En fuegos de intensidad media, e l concreto armado sufre daos superf ic ia les
s i se provee un adecuado recubrimiento al acero. Es ms resistente al fuego
que la madera y el acero estructural.
Se le puede dar la forma que uno desee haciendo uso del encofrado
adecuado.
Le confiere un carcter monol t ico a sus e structuras lo que les permite
resistir ms ef ic iente mente las cargas laterales de viento o s ismo.
No requiere mano de obra muy calif icada.
Su gran r ig idez y masa ev itan prob lemas de vibraciones en las estructuras
erig idas con l.
En la mayora de lugares, es e l materia l ms econmico.
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Por su gran peso propio, la inf luencia de las variac iones de cargas mviles
es menor.
DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO FRENTE A OTROS
MATERIALES
Tiene poca resistencia a la tracc in, aproximadamente la dcima parte de
su resistencia a la compresin . Aunque el acero se coloca de modo que
absorba estos esfuerzos, la formacin de grie tas es inevitable .
Requiere de encofrado lo cual impl ica su habil itac in, vaciado, espera hasta
que el concreto alcance la resistencia requerida y desencofrado. con el
t iempo que estas operaciones implican. El costo del encofrado puede
alcanzar entre un terc io y dos terc ios del cos to total de la obra.
Su relac in resistencia a la compresin versus p eso est muy por debajo que
la correspondiente al acero, e l cual es ms ef ic iente cuando se trata de
cubrir grandes luces. El concreto requiere mayores secciones y por ende el
peso propio es una carga muy importante en el diseo.
Requiere de un permanente control de cal ida d, pues sta se ve afectada por
las operaciones de mezcla, colocacin, curado, etc .
Presenta deformaciones variables con el t iempo. Bajo cargas sostenidas, las
def lexiones en los elementos se incrementan con el t iempo
3. MTODOS DE DISEO
En la actualidad existen, bsicamente, dos m todos de diseo en concreto armado:
diseo elstico o por cargas de servic io y diseo a la rotura o por resistencia
lt ima. El pr imero fue uti l i zado con mucha fuerza hasta mediados del s ig lo y el
segundo ha adquir ido impulso en los lt imos cuarenta aos.
El diseo elstico parte de la hiptesis que es posible predecir la dis tr ibucin de
esfuerzos en el refuerzo y el concreto, a l ser sometidos a cargas de servic io. Asume
un comportamiento elstico de ambos materia les . El diseo consiste en conseguir
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que los esfuerzos no excedan los esfuerzos admisibles que son una fraccin de la
resistencia del concreto y del esfuerzo de f luencia del acero. En la actualidad,
pruebas de laboratorio han permitido comprobar que el comple jo comportamiento
del concreto con el paso del t iempo conlleva a una constante redistr ibucin de
esfuerzos entre ste y el acero. En el diseo elstico slo se considera una de stas
distr ibuciones. Con el t iempo, las condic ione s no consideradas pueden oca sionar
la fa l la .
Por otro lado, en e l d iseo de estructuras, es importante considerar el t ipo de
fa l la , dcti l o frgil , que presenta un e lemento bajo determinadas solic i tac iones y,
en la medida de lo pos ible, or ientar la fa l la segn sea conveniente. El m todo
elstico no considera este punto. E l mtodo elstico tampoco determina la carga
que ocasiona la rotura de la pieza y por el lo, su factor de seguridad no es conocido.
El diseo por rotura se fundamenta en la predicc in de la carga que ocasiona la
fa l la del e lemento en estudio y anali za el modo de colapso del mismo. En pruebas
de laboratorio se ha podido comprobar que es posible predecir estas cargas con
precis in suf ic iente. Este mtodo toma e n consideracin el comportamiento
inelstico del acero y el c oncreto y por lo ta nto, se estima mejor la capacidad de
carga de la pieza. Algunas de las ventajas de este procedimiento son:
1. El diseo por rotura permite controlar el modo de fa l la de una estructura
compleja considerando la resistencia lt ima de las diver sas partes del
s istema. Algunos elementos se disean con menor margen de seguridad que
otros para inducir su fa l la primero.
2. Permite obtener un diseo ms ef ic iente, considerando la distr ibucin de
esfuerzos que se presenta dentro del rango inelstico.
3. Este mtodo no ut i l iza el mdulo de elastic idad del concreto, e l cual es
variable con la carga. Es to evita introducir imprecis iones en torno a ste
parmetro.
4. El mtodo de diseo a la rotura permite evaluar la ducti l idad de la
estructura.
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5. Este procedimiento permite usar coef ic ientes de seguridad distintos para
los diferentes t ipos de carga.
La desventaja de usar este mtodo es que slo se basa en cr iterios de resistencia.
S in embargo, es necesario garantizar que las condic iones de servic io sean ptimas,
es decir , que no se presenten def lex iones exc esivas, ni agrietamientos cr t icos. Con
la mejora en la cal idad del concreto y la obtencin de secciones cada vez menores,
se t iende a perder r ig idez e incrementar las def lexiones y el ancho de f isuras. Por
el lo, es conveniente usar este mtodo en combinacin con otros procedimientos
para verif icar el adecuado comportamiento de las piezas bajo cargas de servic io.
3.1 Mtodos de diseo propuestos por el cdigo ACI
El cdigo del ACI en su lt ima edic in de 1999 presenta los dos mtodos de diseo
presentados en la seccin prev ia. S in emba rgo, da mayor nfasis a l diseo a la
rotura y e l diseo elstico est relegado a un apndice. A lo largo del presente
trabajo se desarrollar tan slo el pr imer mtodo de diseo, a l cual e l cdigo
denomina mtodo de diseo por resistencia.
El diseo por resistencia, como ya se ind ic, presenta la ventaja que e l factor de
seguridad de los elementos analizados puede ser determinado. El cdigo del ACI
introduce el factor de seguridad en el di seo a travs de dos mecanismos:
amplif icac in de las cargas de servic io y reduccin de la resistencia terica de la
pieza.
Las cargas de servic io se estiman haciendo uso de los cdigos, reglamentos o
normas y e l anlis is estructural se efecta bajo la hip tesis de un comportamiento
elstico de la estructura. El cdigo del ACI c lasif ica las cargas en: permanentes,
sobrecarga, s ismo, viento, empuje del suelo, etc . y propone expresiones para
calcular la carga lt ima de d iseo.
La carga lt ima de diseo es la suma de las diversas cargas actuantes en la
estructura afectadas por un factor de amplif icac in. Este factor pretende mostrar
la probabil idad que existe de que la carga estimada sea superada en la realidad. La
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carga permanente, por ejemplo, es evaluada con mayor precis in que la
sobrecarga, por sto su factor de a mplif ic ac in es menor . La carga de s ismo,
proveniente de un anlis is probabil st ico, es mucho ms inc ierta, por el lo su factor
de amplif icac in es mayor que el de las dos a nteriores.
Las expresiones que permiten determina r la carga lt ima se denominan
combinaciones de cargas y se presentan en la seccin 9.2 del cdigo. De acuerdo
a las solic itac iones que actan sobre un elemento, se propone un juego de
combinaciones. Deber evaluarse cada una de el l as y desarrollar el diseo haciendo
uso de las sol ic itac iones ms cr t icas.
S imultneamente a la ampl if icac in de las cargas de servic io, e l cdigo propone la
reduccin de la resistencia terica de los ele mentos de concreto armado como un
medio para incrementar el factor de seguridad del diseo. La resistencia terica o
nominal de una pieza es la determinada hacie ndo uso de los princ ipios presentados
en el cdigo del ACI. La naturaleza misma del concreto armado y
fundamentalmente su procedimiento constructi vo generan que la resistencia
calculada en el papel, no sea igual a la verif icada en la realidad. Los factores de
reduccin de resistencia indican la fracc in de la resistencia nominal que est
disponible en un elemento determinado con una c ierta certeza p robabil st ica.
El cdigo de l AC I aprovecha el uso de los factores de resistencia no slo para tomar
en consideracin las pos ibles imperfecciones constructivas del concreto s ino que
adems los usa para incrementar los factores de seguridad en piezas sometid as a
determinadas solic itac iones, ya sea por su t ipo de fa l la o por la importancia de
estos elementos dentro del conjunto estructural total. Una columna con refuerzo
transversal en espiral, t iene un comportamie nto ms dcti l que una columna con
estr ibos. Por el lo el factor de reduccin de la primera es mayor. Por otro lado,
cuando se paliza una solic itac in de f lexo -compresin, propia de columnas, e l
factor de reduccin es menor que cuando se analiza f lex in pura, propia de vigas.
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Esto se debe a que el cola pso de una viga es mucho menos perjudic ia l que e l
colapso de una columna.
En s ntesis , e l mtodo de diseo del cdigo del ACI consiste en determinar las
cargas de servic io y amplif icarlas de acuerdo a las combinaciones de carga que se
presentan en la seccin 3.1.1.
Los elementos se disean para que la s iguiente relac in s iempre se verif ique:
Dnde: y : Factor de amplif icac in de la carga.
Q: Carga.
: Factor de reduccin de resistencia.
R: Resistencia nominal o terica del e lemento.
Posteriormente al diseo de la estructura, e l cdigo propone una verif icac in de
las condic iones de servic io de los elementos: control de rajaduras y control de
def lexiones. En caso de ser necesario, e l dise o orig inal debe replantearse.
3.1.1. Combinaciones de cargas
Se uti l iza la siguiente nomenclatura:
D = Carga muerta
E = Cargas debidas a los s ismos
F = Cargas debidas a l quidos o presin lateral de los mismos
H = Cargas debidas a terrenos o presin lateral de los mismos
L = Cargas vivas, inc luyendo impacto s i lo hay
Lr = Cargas vivas en azoteas o tejados
R = Cargas debidas a l luvias
S = Cargas debidas a nieve
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T = Efectos de temperatura, contraccin de fragua, deformacin por el t ie mpo,
asentarnientos diferenciales o deformaciones debidas a concretos con
deformacin controlada
u= Resistencia requerida para soportar las cargas amplif icadas o sus momentos
o fuerzas internas
W = Carga debida al viento
La resistencia requerida U deber ser igual o mayor que las cargas ampli ficadas
que se indican a continuacin en las ecuacion es (9-1) a (9-7), investigando
s iempre cuando una o ms cargas no actan s imultneamente.
U 1.4 (D + F) (9-1) ACI
U 1.2 (D + F + T) + 1 .6 (L+H) + 0.5 (L S R) (9-2) ACI
U 1.2 D + 1.6 ( Lr S R) + (1 .0L 0.8 W) (9-3) ACI
U 1.2 D + 1.6 W + 1 .0 L + 0 .5 (L S R) (9-4) ACI
U 1.2 D + 1.OE + 1 .0 L + 0 .2s (9-5) ACI
U 0.9 D + 1.6 W + 1.6H (9-6) ACI
U 0.9 D + 1 .0 E + 1.6 H (9-7) ACI
Se tendrn en cuenta las s iguientes excepciones:
a) El factor de L en las ecuaciones (9 -3) a (9-5) se puede reducir a 0.5
excepto para garajes, reas de asambleas pbl icas y las reas donde L >
500 kg/m2.
b) Se puede usar 1.3 W en lugar de 1.6 W en las ecuaciones (9 -4) y (9-6)
cuando la carga W no ha s ido reducida por un factor de direccin.
C) Cuando la carga E se toma como carga de servicio se colocar 1.4 E en
lugar de 1.0 E en las ecuaciones (9 -5) y (9-7).
d) Se usar H = O en las ecuaciones (9-6) y (9-7) s i la accin de H contrarresta
a las acciones de W E. Cuando la presin lateral del terreno resiste a la
accin estructural de otras fuerzas, no se incluir en H, pero se tendr en
cuenta en el diseo de los elementos.
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e) En zonas de posibles inundaciones se usar las combinaciones de cargas
de A.S.C.E.-7.
f) En las zonas de anclaje de pretensados se usar un factor de 1.2 sobre la
carga mxima de la gata.
La estimacin del asentamiento diferencial , contraccin, creep o var iaciones de
temperatura deber basarse en una evaluacin real ista de los efec tos que
ocurren bajo condiciones de servicio. Es decir , en el diseo no se deben
considerar los efectos ms cr t icos esperados s ino los de ocurrencia ms
probable.
Si en el diseo se toman en cuenta los efectos de impacto, stos sern
considerados como car ga viva, con sus factores de ampli ficacin respectivos.
En la Tabla 1. 1 se incluyen algunos valores t picos de carga viva para el diseo
de edificaciones
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Cargas vivas t picas para el d iseo de edif icac iones
3.1.2 Reduccin de resistencia
A continuacin se presentan los factores $ de reduccin de resistencias para
diversas sol icitaciones de acuerdo a la seccin 9.3.2 del cdigo ACI -318-2002.
Secciones controladas por traccin =
0.90
Secciones controladas por compresin:
a) Elementos con refuerzo en espiral = 0.70
b) Otros elementos =
0.65
Cuando la deformacin en el acero a traccin a la resistencia
nominal est en los l mites entre la seccin controlada por
traccin o por compresin, el factor $ se puede aumentar
l inealmente entre el val or de de la seccin controlada por
compresin hasta 0.9 cuando la deformacin unitar ia por
traccin t iene un l mite de 0.005 (ver anl is is de columnas
cortas sometidas a flexo-compresin, diagramas de
interaccin).
Fuerza cortante o torsin =
0.75
Compresin pura, aplastamiento (bearing) =
0.65
Zonas de anclaje de pretensado =
0.85
En modelos de elementos reticulados ideal izados (t irantes y puntales)
= 0.75
Flexin pura en elementos pretensados cuando el anclaje es menor
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que la longitud l =
0.75
En estructuras que dependen de prticos especiales o de nuevos
estructurales para resistir sismos, los factores se modifican como sigue:
a) Para cualquier elemento estructural que se disea resist ir efectos de
s ismo, s i su resis tencia nominal al corte Vu/ es menor que el corte
necesario para desarrol lar la resistencia nominal a la flexin, Ve,
determinado para las cargas axiales ampli ficadas ms cr t icas,
incluyendo los efectos de s ismo. = 0.60
b) En diafragmas el factor de reduccin del corte no exceder el factor
mnimo de reduccin del corte usado para los componentes verticales
del s istema primario para resist ir cargas laterales.
= 0.85
c) Para corte en nudos o uniones o vigas de conexin. =
0.55
Para concreto s imple, s in armar, para todos los refuerzos: flexin,
compresin, fuerza cortante o aplastamiento.
Para estructuras hidrul icas:
a) A flexin
b) A traccin
c) A fuerza cortante = 0.75
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4. MATERIALES
4.1 El concreto y sus componentes.
El concreto es una mezcla de cemento, agregado grueso o piedra, agregado f ino o
arena y agua. El cemento, el agua y la arena constituyen el mortero cuya funcin
es unir las diversas part culas de agregado grueso l lenando los vacos entre el las.
En teora, e l volumen de mortero slo debera l lenar e l volumen entre partculas.
En la prctica, este volumen es ma yor por el uso de una mayor cantidad de mortero
para asegurar que no se formen vacos.
Para obtener un buen concreto no slo ba sta contar con materia les de buena
calidad mezclados en proporciones correctas. Es necesario tambin tener en
cuenta factores como el proceso de mezclado, transporte, colocacin o vaciado y
curado.
4.1.1 Cemento
El cemento se obtiene de la pulverizac in del c l inke4 el cual es producido por la
calc inacin hasta la fusin inc ipiente de materia les calcreos y arc i l losos. Est
constituido por los s iguientes componentes:
1. Sil icato tr iclc ico, e l cual le confiere su resistencia inic ia l y inf luye
directamente en el calor de hidratacin .
2. Sil icato diclc ico, e l cual def ine la resis tencia a largo plazo y no tiene tanta
inc idencia en el calor de hidratacin.
3. Aluminato tr iclc ico, es un catal izador en la reaccin de los s i l icatos y
ocasiona un fraguado violento. Para retrasar este fenmeno, es preciso
aadir le yeso durante la fabricacin del ceme nto.
4. Alumino-Ferri to Tetraclc ico, inf luye en la velocidad de hidratacin y
secundariamente en el calor de hidratacin.
5. Componentes menores: xidos de magnesio, potasio, sodio , manganeso y
t itanio.
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VII SEMSTRE CONCRETO AEMADO I
Existen d iversos t ipos de cemento, los cuales estn especif icados en la norma
ASTM-C- 150-99a.
El los son:
1. Tipo 1, que es de uso general y s in propiedades especiales.
2. Tipo 11, de moderado calor de hidratacin y alguna resistencia al ataque
de los sulfatos.
3. Tipo 111, de resistencia temprana y elevado calor de hidratacin.
4. Tipo IV, de bajo calor de hidratacin.
5. Tipo V, de alta resistencia al ataque de sulfatos.
Los tres pr imeros t ipos de cemento son susceptible! de adicionarles
incorporadores de aire, en cuyo caso, se le agrega el sufi jo A, por ejemplo,
cemento t ipo I I IA.
En la norma ASTM-C-595-00 se especifica las caracterst icas de los cementos
adicionados, los cuales contienen, adems de los compuestos ya mencionados,
escoria y puzolanas, que modifican el comportamiento del conjunto. Entre ellos
se t iene:
1. Tipo IS, cemento al que se le ha aadido entre 2.7% y 70% en peso de
escoria de alto horno.
2. Tipo ISM, cemento al que se ha aadido menos del 25% en peso de escoria
de alto horno.
3. Tipo IP cemento al que se le ha aadido entre 15% y 40% en peso de
puzolana.
4. Tipo PM, cemento al que se le ha aadido menos del 15% en peso de
puzolana.
Las puzolanas son materiales que al reaccionar con los productos de la
hidratacin del cemento, como los hidrxid os de calcio, y el agua adquieren
propiedades aglomerantes que no presentan individualmente.
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En la actual idad, en el Per se fabrican los cementos Tipo 1, Tipo 11, Tipo V,
Tipo IP y Tipo IPM (Ref. 30). Tambin se usan cementos que reducen la
contraccin de fraguas como el CTS Tipo K que cumple la especificacin ASTM -
C-845-96.
4.1.2 Agregado fino o arena
Tanto el agregado fino como el grueso, constituyen los elementos inertes del
concreto, ya que no intervienen en las reacciones qumicas entre cemento y
agua. El agregado fino debe ser durable, fuerte, l impio, duro y l ibre de materias
impuras como polvo, limo, pizarra, lcalis y materias orgnicas. No debe tener
ms de 5% de arci l la o l imos ni ms de 1.5% de materias orgnicas. Sus partculas
deben tener un tamao menor a 1/4" y su gradacin debe satisfacer los
requis itos propuestos en la norma ASTM -C-33-99a, los cuales se muestran en la
Tabla
Requis itos granulomtricos del agregado f ino
4.1.3 Agregado grueso o piedra
El agregado grueso est consti tuido po r roc as granticas, d iort icas y s ient icas.
Puede usarse piedra partida en chancadora o grava zarandeada de los lechos de
los r os o vacimientos naturales. Al igual que el agregado f ino, no deben contener
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ms de un 5% de arc i l las y f inos ni ms de 1 .5% de materias orgnicas, carbn, etc .
Es conveniente que su tamao mximo sea menor que 115 de la distancia entre las
paredes del encofrado, 314 de la distancia l ibre entre armaduras y 113 del espesor
de las losas (ACI -3.3 .2) . Para concreto c ic lpeo se puede e mplear p iedra de hasta
1 5 y 20 cm. Se puede usar tamaos ma yores s i a cr iterio del ingeniero, no inducirn
la formacin de vacos. Al igual que para la a rena, la norma La norma ASTM -C-33-
99a tambin establece una serie de condic iones para su gradacin. Es tas se
muestran en la Tabla. La piedra se denomina por el ta mao mximo del agregado.
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4.1.4 Agua
El agua empleada en la mezcla debe ser l impia, l ibre de aceites, c idos, lcal is ,
sa les y materias orgnicas. En general, e l agua potable es adecuada para el
concreto. Su funcin princ ipal es hidratar el cemento, pero tambin se le usa para
mejorar la trabajabil idad de la mezcla.
Podr emplearse agua no potable en la elaboracin del concreto, s iempre que se
demuestre su idoneidad. Para el lo se fabricarn cubos de mortero elaborados con
el la y se ensayarn segn la norma ASTM -C-1091109M-99. Si las resistencias
obtenidas a los 7 y 28 d as son por lo menos el 90% de las esperadas en morteros
s imilares elaborados a base de agua potable el l quido es aceptable (ACI -3.4.3) . Es
conveniente verif icar, adic ionalmente, que no contenga agentes que puedan
reaccionar negativamente con el refuerzo.
4.1.5 Aditivos
Los adit ivos son sustancias que, aadidas a l concreto, a lteran sus propiedades
tanto en estado fresco como endurecido. Por su naturaleza, se c lasif ican en
aditivos qumicos y adit ivos minerales. Entre los primer os, se t iene,
princ ipalmente, los plastif icantes y super -p lastif icantes. Los incorporadores de
aire y los controladores de fragua. Las normas ASTM C -260-00 y C-10171 1017M-
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98 presentan especif icac iones para estos adi tivos. Los adi tivos incorporadores de
a ire estn estandarizados por la norma ASTM -C-260-00. La norma ASTM- 10 1711
0 17M-98 inc luye especif icac ioi ies para los aditivos qumicos a ser uti l izados en
concretos bombeables, entre los que se inc luyen los p lastif icantes y retardadores.
Entre los aditivos minerales se t iene, princ ipalmente: los adi tivos naturales,
cenizas volantes o f ly ash, micros l ice o si l i ca fume y escoria de la produccin del
acero. Las normas ASTM -C-618-99 y C-989-99 inc luyen especif icac iones en tomo a
el los. La primera se ref iere af ly ash y a las puzolanas y la segunda a la escoria de
la produccin del acero. La norma ASTM C -124-00 se ref iere al s l i ca fume.
Los adit ivos plastif icantes s irven para lograr c oncretos ms trabajables y plsticos.
Permiten reducir la cantidad de agua en la mezcla. S i se mantiene constante la
cantidad de cemento, la resistencia del concreto aumenta. S i la relac in entre la
cantidad de agua y el cemento no vara, a l re ducir la cantidad de agua disminuir
la cantidad de cemento y se obtendr un concreto con igual resistencia pero con
menos cemento en la mezcla. Es pos ible una reduccin de hasta 15% de cemento
en la mezcla s in prdida de resistencia. E l periodo de efectividad de los aditivos
plastif icantes es l imitado. Entre el los se t iene: c ido c tr ico, c i do g lucnico y los
l ignosulfonatos.
Los aditivos super -plast if icantes permiten reducir hasta tres o cuatro veces el agua
que puede ser reducida a travs del uso de plastif icantes. Es ta reduccin puede
variar entre 20% y 25% del contenido total de agua. Est as sustancias permiten se
uti l izan en la elaboracin de concretos de alta resistencia y de concretos muy
f luidos. Adems, aceleran la hidratacin del cemento, obtenindose mayores
resistencias a l pr imer, tercer y sptimo da. A lgunas sustancias usadas como super-
plastif icantes son: naftal inas condensadas, mezclas de melaninas y sales de c ido
naftal nico sulfrico.
Los aditivos incorporadores de aire se usa n con objeto de aadir a la mezcla
burbujas de aire uniformes. Est de mostrado que esta c ircunstancia favorece la
resistencia del concreto al deterioro producido por el calor y heladas a lternadas.
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Los incorporadores de aire se usan, tambin, para mejorar la trabajabil idad de la
mezcla. Entre el los se t iene: sales de resinas de la madera, detergentes s intt icos,
sales de los c idos de petrleo, c idos resinosos y sus sales, etc .
Los aditivos controladores de fragua pueden ser aceleradores o retardadores. Los
primeros, como su nombre lo indica, incre mentan la velocidad de fraguado. La
resistencia del concreto se incrementa a un mayor r i tmo y esto permite reducir e l
t iempo de ut i l izac in de los encofrados, e l t iempo de curado y, en general, la
duracin del proceso constructivo.
Esto es particularmente t i l en la produccin, en planta, de piezas prefabricadas.
Los aditivos retardadores, por el contrario, incrementan el t iempo de reaccin del
cemento.
Son usados en el vaciado de estructuras grandes en las cuales es preciso mantener
el concreto trabajable por un periodo ms o menos largo. Tambin se uti l i zan para
contrarrestar la fragua rpida que se presenta en c l imas cl idos. A lgunos qumicos
usados con frecuencia como controladores de fragua son: c loruro de calc io, nitrato
de calc io, carbonato de potasio , carbonato de sodio, sulfato de calc io, etc . E l
pr imero ya casi no se usa pues ataca las armaduras. Es importante destacar que en
algunos casos, las mismas sustancias actan como aceleradores o retardadores de
fragua dependiendo de las proporciones en las que se inc luyen en la mezcla.
Los aditivos minerales son ma teria les s i l ceos muy f inos que son adic ionados al
concreto en cantidades relativamente grandes. Su funcin es reaccionar con
algunas sustancias producto de la h idratacin del cemento que no contribuyen a
mejorar la resis tencia del concreto obteniendo otro s compuestos que s
incrementan dicha propiedad. Son usados para:
1. Mejorar la trabajabil idad del concreto.
2. Reducir e l agrietamiento por el calor de hidratacin.
3. Mejorar la durabil idad del concreto a los ata ques qumicos.
4. Reducir su potencial de corrosin.
5. Producir concretos de alta resis tencia.
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4.1.6 Fibras
Las f ibras se han usado como materia les de construccin por mucho t iempo. - En
concreto se usa princ ipalmente en concreto pre -mezclado, concreto prefabricado,
pavimentos y shot-crete. Pueden ser de acero, plstico, vidrio o materia les
naturales como clulosa de madera. Sus long itudes usuales varan de 6 mm a 150
mm, con espesores que varan de 0.005 a 0 .75 mm.
Se agregan al concreto en proporciones menores a l 1% en volumen, en la may or a
de los casos impiden las pequeas rajaduras debidas a la contraccin de fragua y
a la deformacin plst ica. Dan muy buenos resultados en secciones delgadas,
En algunos lugares se ha usado las f ibras en lugar del refuerzo de vari l las de acero,
pero generalmente se usan en conjunto con este.
5. MEZCLADO, TRANSPORTE, COLOCACIN Y
CURADO DEL CONCRETO
El mezclado, transporte, colocacin y curado del concreto son operaciones que
inf luyen directamente en la cal idad del mater ia l e laborado. Un control de cal idad
pobre puede ocasionar que, aun uti l izando las proporciones adecuadas de piedra,
arena, agua y cemento, no se obtenga el concreto desea do. En esta seccin se
pretende dar a lgunos cr iterios, muy generales, en torno a estos procesos.
5.1 Mezclado del concreto
El proceso de mezclado del concreto consiste en recubrir e l agregado con la pasta
de cemento hasta conseguir una masa uniforme. Debe efectuarse a mquina y para
el lo se hace uso de mezcladoras. Entre el las se t iene la de volteo, la inversa y la
de artesa. El tamao de la mezcladora se determina en funcin del volumen de
concreto a batir .
La mezcladora de volteo tiene un tambor en forma cnica y aspas en su interior.
Se denomina as, pues el concreto es retirado inc l inando el tambor despus de su
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mezclado. Es recomendada para el bat ido de concretos poco trabajables ya que el
retirado de la mezcla no presenta mayores d if icultades. La mezc ladora inversa es
s imilar a la anterior pero el concreto es re tirado girando el tambor en sentido
contrario a l mezclado. La velocidad de descarga es lenta y el concreto es
susceptible de segregarse. La mezcladora de artesa no es mvil y t iene la forma de
una batidora domstica grande. Es ef ic iente cuando se trabaja con mezclas
cohesivas, poco f luidas.
Los concretos pre mezclados son aqullos cuya elaboracin se efecta en plantas
especiales y son distr ibuidos a travs de c amiones concreteros. Son de mejor
cal idad que los concretos mezclados a pie de obra pues el control de cal idad del
mezclado es ms r iguroso.
El t ie mpo mn imo de mezclado del concreto es funcin de la cantidad de mezcla a
preparar y del nmero de revo luciones de la mezcladora. Se mide a par tir del
instante en que todos los ingredientes estn en la mquina. Una especif icac in
usual es la de un minuto por 0.7 m3 (=1 ya rda") de concreto ms un cuarto de
minuto por cada 0.7 m3 adic ionales. S in embargo, el cdigo del ACI requiere un
tiempo mnimo de mezcla de un minuto y me dio (ACI -5 .8.3)
5.2 Transporte y Colocacin del concreto
El concreto debe transportarse de modo que se prevenga la segregacin y prdida
de materia les. Se emplean camiones concreteros, fa jas transportadoras, canaletas
metlicas, etc . Las fa jas y canaletas debern tener una pendiente que no favorezca
la segregacin o prdida del concreto para lo cual debern tener una inc l inacin
que vare entre 20" y 25". El concreto transportado por el las deber ser protegido
contra el secado. Los c amiones concreteros permiten trasladar el concreto a
lugares a lejados de la planta dosif icadora, s in embargo, la mezcla no debe
permanecer en l ms de una hora y media, a menos que se tomen provis iones
especiales. La colocacin debe efectuarse en forma continua mientras el concreto
se encuentra en estado p lstico, evitando la formacin de juntas fr as. Los
elementos monolt icos se colocarn en capas horizonta les que no exce dan los 50
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cm. de espesor y que sean capaces de ser unidas por vibracin. E l objetivo princ ipal
de este proceso es e vitar la segregacin para lo que se hace uso de mangueras,
chutes, etc . En la f igura 2 .1 se muestran algunos mtodos correctos e incorrectos
de colocacin y transporte del concreto.
El l lenado slo debe detenerse al l legar a una junta la cual se ubica de modo que
el concreto vaciado en dos etapas no reduzca la resistencia del e lemento. Estas
juntas deben ser indicadas por el proyectista y no i mprovisadas en obra. El cdigo
del ACI (ACI-6.4) indica que para reinic iar el vac iado, debe l impiarse la superf ic ie
del concreto endurecido, humedecerla y ret irar el agua en exceso. No se debe
hacer uso de lechada de cemento. Para garantizar la transmisin de fuerzas
cortantes se suele dejar rugosa la superf ic ie de contacto. En losas y v igas, las juntas
se suelen ub icar en el terc io central de la luz donde el momento de f lexin es
mximo y la fuerza cortante, mn ima. Vigas, losas, paneles y capiteles deben ser
vaciados s imultneamente, a menos que se e specif ique lo contrario y se tomen las
previs iones del caso. Estos e lementos horizontales no deben colarse hasta que el
concreto de las columnas y muros que los soportan haya fraguado.
La compactacin o vibrado del concreto consiste en el iminar el exceso de aire
atrapado en la mezcla, logrando una masa uniforme que se distr ibuya
adecuadamente en el encofrado y a lrededor del refuerzo. Este proceso tambin es
de suma importancia para conseguir un buen concreto. La compactacin puede
efectuarse manualmente mediante el chuceo o haciendo uso de v ibradores. Los
vibradores son de varios t ipos: in terno o de inmersin, externos y de superf ic ie.
Los primeros actan sumergidos en el concreto y son los ms efectivos por esta r
en contacto directo con el concreto fresco, transmitindole toda su energa. Los
vibradores externos se f i jan a la parte exterior del encofrado que est en contacto
con el concreto. No son tan efectivos como los primeros pues parte de su energa
es absorbida por el encofrado. Los vibradores de superf ic ie se usan para compactar
losas, pisos y pavimentos pues dejan de ser efectivos para profundidades mayores
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a 30 cm. Pueden ser planchas o reglas v ibradoras. Las lt imas se apoyan en los
encofrados laterales y cuentan con vibradore s, generalmente cada 60 90 cm.
5.3 Curado del concreto
El curado es el proceso por el cual se busca mantener saturado el concreto hasta
que los espacios de cemento fresco, orig inalmente l lenos de agua sean
reemplazados por los producto s de la hidrata cin del cemento. El curado pretende
controlar el movimiento de temperatura y humedad hacia dentro y hacia fuera del
concreto. Busca, tambin, evitar la contraccin de fragua hasta que el concreto
alcance una resistencia mnima que le permit a soportar los esfuerzos inducidos por
sta.
La fa lta de curado del concreto reduce drsticamente su resistencia como se
muestra en la f igura 2.2. En el la , tambin se puede apreciar que a mayor t iempo
de curado, la resistencia a lcanzada por el concreto es ma yor. Como se puede
apreciar, esta etapa del proceso constructivo es decis iva para la obtencin de un
buen concreto.
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Existen diversos mtodos de curado: curado con agua, con materia les sel lantes y
curado al vapor. El pr imero puede ser de cuatro tipos: por inmersin, haciendo uso
de rociadores, uti l izando coberturas hmeda s como yute y uti l izando tierra, arena
o aserr n sobre el concreto recin vaciado.
Los materia les sel lantes pueden ser pelculas de plstico, papel impermeable o
compuestos de curado. Estos l t imos son sustancias que al ser aplicadas sobre el
concreto forman una membrana que retiene la humedad. Generalmente, estn
provistos de pigmentos de modo que se pue da identif icar las superf ic ies que los
t ienen. Adems, permiten ref lejar los rayos solares. E l color desaparece
aproximadamente en una semana.
El curado al vapor t iene la gran ventaja que pe rmite ganar resistencia rpidamente.
Se uti l iza tanto para estructuras vaciadas e n obra como para las prefabricadas,
s iendo ms uti l i zado en las lt imas. El procedimiento consiste en someter a l
concreto a vapor a presiones normales o superiores, calor, humedad, etc . E l
concreto curado al vapor, deber tener una resistencia s imilar o superior a la de
un concreto curado convencionalmente (ACI -5.11.3.2) Los cambios de temperatura
no deben producirse bruscamente pues s ino, ocasionan que el concreto se
resquebraje.
Es dif c i l determinar el t iempo de curado necesario, pero el ACI especif ica un
mnimo de s iete das para cemento Portland normal (ACI -5.11.1) . S i se usa
cementos de fraguado lento , este periodo de be incrementarse, mientras que s i se
usa cementos de fragua rpida, puede disminuirse pero nunca a menos de tres d as
(ACI-5.11.2) . En caso de concretos de alta resistencia, e l curado debe in ic iarse a
edad temprana para conseguir resultados satisfactorios.
Los concretos curados al vapor pueden reducir e l periodo de curado a la dcima
parte. En general, e l proceso no se suspender hasta que se haya alcanzado el 70%
de la resistencia a la compresin en las probetas curadas bajo las mismas
condic iones que el concreto vaciado en obra
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6. RESISTENCIA DEL CONCRETO.
La resistencia del concreto es def inida como el mximo esfuerzo que puede ser
soportado por dicho materia l s in romperse, Dado que el concreto est destinado
principalmente a tomar esfuerzos de compresin, es la medida de su resistencia a
dichos esfuerzos la que se uti l i za como ndic e de su cal idad.
La resistencia es considerada como una de las ms importantes propiedades del
concreto endurecido, s ie ndo la que generalmente se emplea para la aceptacin o
rechazo del mismo. Pero el ingeniero diseador de la mezcla debe recordar que
otras propiedades, ta les como durabil ida d, permeabil idad, o resistencia a l
desgaste pueden ser tanto o ms importante s que la resistencia, dependiendo de
las caractersticas y ubicacin de la obra.
De acuerdo a la teora de Abrams, para un conjunto dado de materia les y
condic iones, la resistencia del concreto esta princ ipalmente determinada por la
cantidad neta de agua emplead a por unidad de cemento. Esta agua neta excluye
aquella absorbida por los agregados. Asi, de acuerdo a la escuela de Abrams, el
factor que inf luye determinante mente sobre la resistencia conforme dicha re lac in
se hace menor.
Posteriormente e l norteamericano G ilke y, apoyndose en sus propias
observaciones y en los trabajos de Walker, B loem y Gaynor , ah demostrado que
la resistencia del concreto es funcin de cuatro factores:
Relacin agua cemento.
Relacin cemento - agregado.
Granulometra, perf i l , te xtura superf ic ia l , resistencia y dureza del agregado.
Tamao mximo del agregado.
Esta teor a que a la fecha tiene vigencia y que mantiene el concepto de la relac in
agua cemento enunciada por abrams en 1918, h a s ido complementado por
Powers a l enunciar su teora de la relac in gel espacio y su inf luencia en la
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resistencia; asi como las teoras posteriores sobre la resistencia por adherencia
pasta agregado y su importancia en la resis tencia f inal del concreto.
6.1 Resistencia del concreto ante sol icitaciones uniaxilaes
Resistenc ia del concreto a la compresin
Este parmetro es obtenido a travs del ensayo de un ci l indro estndar de 6"
(15 cm) de dimetro y 12" (30 cm) de altura. El espcimen debe permanecer en
el molde 24 horas despus del vaciado y poster iormente debe ser curado bajo
agua hasta el momento del ensayo. El procedimiento estndar requiere que la
probeta tenga 28 das de vida para ser ensayada, sin embargo este periodo
puede alterarse s i se especifi ca. Durante la prueba, el ci l indro es cargado a un
r itmo uniforme de 2.45 kg/cm2/s. La resistencia a la compresin ( f'c) se define
como el promedio de la resistencia de, como mnimo, dos probetas tomadas de
la misma muestra probadas a los 28 das . El proce dimiento se descr ibe en
detal le en las normas ASTM -C-192M-95 y C-39-96.
Para concreto estructural f'c 2 175 Kg/cm2, la resistencia terica a la
compresin es f'c, s in embargo los ci l indros de prueba no deben romperse a f'c
s ino a una resistencia mayor l lam ada f', , que depende de la desviacin estndar
del nmero de pruebas real izadas.
a. Cuando no hay informacin:
Slo para concretos de f'c 5 350 Kg/cm2 f ' , , = f'c + 85 Kg/cm2
Para f'c > 350 Kg/cm2 es obl igatorio hacer pruebas
b. Cuando hay menos de 15 pruebas:
Para concretos de f'c 2 210 Kg/cm2 f ' , , = f 'c + 70 Kg/cm2
Para concretos 210 < f'c < 350 Kg/cm2 f ' , , = f 'c + 85 Kg/cm2
Para concretos de f'c > 350 Kg/cm2 f ' , = l . l f 'c + 50
Kg/cm2
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c. Cuando hay ms de 15 pruebas pero menos de 30 el factor de la
desviacin estndar se modificar como sigue:
15 pruebas: se mult iplica por 1 . l6
20 pruebas: se mult iplica por 1.08
25 pruebas: se mult iplica por 1.03
30 pruebas o ms: se mult iplica por 1.00
La desviacin estndar se calcula por:
Donde xi = Resistencia individual de una prueba de 2 ci l indros
X = Promedio de n pruebas
n = nmero de pruebas consecutivas
d. Cuando hay ms de 30 pruebas:
Para f ' 5 3 5 0 Kg/m2 f ' , 2 f'c + 1.34s (5-1 ACI)
f' , 2 fGC+ 2.33s-35 (5-2 ACI)
Para f'c > 350 Kg/m2 f ' , , 2 fGC+ 1.34s (5- 1 ACI)
f' , , 2 0.9f'c + 2.35s (5-3 ACI)
Ninguna prueba debe estar menor de 35 kg/m2 de f'c para concreto de f'c 5 350
kg/m2 ni menos de 0.1 f'c para concretos de ms de 350 kg/m2.
En ocasiones un perodo de 28 das para determinar la resistencia del concreto
puede resultar muy largo, por lo que se suele efectuar ensayos a los 7 das. La
relacin entre la resistencia obtenida a los 7 das y la resistencia a los 28 das,
es aproximadamente:
f' , = 0.67fYc,,
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Empr icamente se puede tomar:
f' , , = f ' , + 8 \l f ' ,
En la s iguiente tabla se muestra la relacin entre la resistencia del concreto a
una determinada edad y su resistencia a los 28 das.
Relac in entre la res is tencia la compres in de l concreto en d i ferentes etapas y la res is tencia a
los 28 d as
Actualmente la norma ASTM -C-39-96 permite uti l izar los resultados de ensayos
a compresin de probetas no estndar siempre que se les apliquen factores de
correccin. La resistencia obtenida constituye una fraccin de la resistencia de
un ci l indro estndar. Los factores de correccin se muestran en la Tabla 2.4.
Factores de correcc in de res is tencia para d i ferentes re lac iones h/d (Tomado de la norma
ASTM- C- 39- 96)
Dnde: h: Altura de la probeta ensayada
d: Dimetro de la probeta ensayada
a: Factor de correccin de resistencia de la probeta ensayada
b: Razn entre las resistencias de la probeta ensayada y del c i l indro estndar
Los factores de correccin antes mencionados se aplican a concretos l igeros de
1600 a 1920 kgl m' y a concretos norm ales c on resistencia a la compresin entre
140 kglcm2 y 420 kg/cm2.
Del mismo modo, existen factores de correccin para las probetas que aun
teniendo la misma relac in hld que la probeta estndar, no tienen las dimensiones
de sta. Es tos se presentan en la Tabla 2.5.
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E fecto de l tamao de l espcimen en la res is tencia del concreto .
En Inglaterra, Alemania y muchos otros pase s de Europa se usan probetas cbicas
para la determinacin de la resistencia del concreto. El mtodo de ensayo es
descrito en las BS. 188 1 : 1970 parte 3 y 4 (Re f. 28 y 21). El espcimen puede tener
15 20 cm de lado y debe permanecer en e l molde durante 24 horas. Luego de
este perodo es curado hasta ser ensayado. Las probetas se prueban,
generalmente, a los 3,7 .28 y hasta 90 das. La carga se aplica a esfuerzo constante
e igual a 155 kglcm21min . La re lac in entre las resistencias obtenidas a travs del
ensayo de c i l indros y cubos se presenta en la Tabla 2 .6 .
Relac in de la res is tencia de l c i l indro a la de l cubo.
Algunos de los factores que afectan la resis tencia a la compresin del concreto
son:
1. Relacin w/c: Es el factor que ms inf luye e n la resistencia del concreto y
constituye la razn entre el peso de l agua y el peso del cemento uti l izados
en la mezcla. S i w/c disrninuye, l a porosidad decrece consiguindose un
concreto denso, de buena calidad y a lta resistencia. Esta relac in no debe
ser menor que 0.25 pues sta es la cantidad mnima de agua necesaria para
la completa hidratacin del cemento. Mientras mayor es la relac in w/ c,
menor es la resistencia del concreto.
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2. Tipo de cemento: De acuerdo a l t ipo de cemento, el desarrollo de la
resistencia a la compresin vara con el t iempo como se aprecia en la f igura
2.3 . S in embargo, puede observarse que despus de un c ierto t iempo, lo s
concretos elaborados con cementos diferentes a lcanzan aproximadamente
las mismas caractersticas.
Desarro l lo de la res is tencia a la compres in de l concreto en funcin de l t ipo de cemento .
3. Tipo de agregado: La probeta ensayada puede romperse a travs de la piedra
o en la interfase agregado -pasta. S i e l agregado es resistente, e l pr imer caso
no se presenta. En cambio, la fa l la en la inte rfase piedra -mortero depende
del grado de unin de ambos elementos. Este es funcin de la textura de su
superf ic ie, gradacin, tamao mximo, etc. En concretos de alta resistencia,
la resistencia del agregado juega un papel muy importante en la resistencia
del concreto.
4. Duracin del curado: Como se indic en la seccin 2.2 .3, la duracin del
curado inf luye en la resistencia del concreto.
Resistenc ia del concreto a la traccin
La resistencia del concreto a la tracc in es mucho menor que su resistencia a la
compresin constituyendo aproximadamente entre un 8% a 15 % de sta. Para la
determinacin de este parmetro no se suele usar ensayos directos debido a las
dif icultades que se presentan sobre todo por los efectos secundarios que generan
los disposit ivos de carga. Para estimarlo se ha diseado dos mtodos indirect os.
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El primero, l lamado prueba brasi lera o sp lit- test consiste en cargar lateralmente el
c i l indro estndar, a lo largo de uno de sus dimetros hasta que se rompa. E l
procedimiento est espe cificado en la norma ASTM -C-496-96. En la figura 2.4 se
muestra los esfuerzos que se generan a 10 largo del dimetro cargado. La
resistencia a la tensin es igual a:
Dnde: fct: Resistencia a la traccin del concreto
P: Carga de rotura
h: Longitud del ci l indro
d: Dimetro del ci l indro
D is tr ibuc in de l es fuerzo hor izonta l en un c i l indro cargado sobre un ancho igua l a 111 2 de l
d imetro .
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El valor de f c L osci la entre para concretos normales.
Generalmente se toma:
El segundo mtodo consiste en evaluar la resistencia a la traccin a travs de
pruebas de flexin. Pa ra este ensayo se usa una viga con seccin transversal
cuadrada de 6" (15 cm) de lado y una longitud igual a 70 cm, con apoyos en los
60 cm. centrales, la cual se carga en los tercios de la luz entre apoyos . La fa l la se
produce entre los puntos de aplicac i n de las cargas. FI parmetro obten ido recibe
el nombre de mdulo de ruptura y es igual a:
Dnde: fr : Mdulo de ruptura.
M: Momento f lector en la seccin de fa l la .
c : Distancia del eje neutro al extremo de la seccion.
S: Mdulo de seccin de la viga.
b: Ancho de la seccin rectangular.
h: Peralte de la seccin rectangular.
El cdigo del ACI sugiere para este parmetro los s iguientes valores (ACI -9.5 .2 .3):
Los resultados de ambas pruebas se han relac ionado y se ha determinado que el
mdulo de ruptura, fr , es igual a 1.25 a 1 S0 veces la resistencia a la tracc in del
concreto, f c l En general, para el diseo, la resistencia a la tracc in del concreto es
despreciada, excepto en el diseo de algunas estructuras de concreto s imple, como
c imientos o zapatas s in armar.
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6.2 Resistencia del concreto al esfuerzo cortante
El esfuerzo cortante es una solic itac in que se presenta individualmente en casos
muy excepcionales y la ma yor de las veces acta en combinacin con esfuerzos
normales. La resistencia a l corte es dif c i l de evaluar pues no se puede ais lar este
esfuerzo de la tensin diagonal.
En el laboratorio , se han obtenido resistencias que varan de 0.2f 'c a 0.85f 'c (Ref.
27). Este rango tan a mplio es exp licable dada la d if icultad que se t iene para ais lar
esta solic itac in de otras, en los ensayos uti l izados para su determinacin . En el
diseo, los esfuerzos cortantes se l imitan a valores bajos a f in de evitar fa l las por
tensin diagonal. Este concepto se explicar con ms detal le en otros trabajos
relac ionados.
6.3 Resistencia del concreto ante sol icitaciones biaxiales y
triaxiales
Kupfer, Hilsdorf y Rsck han efectuado ensayos en especmenes de concreto
sometidos a esfuerzos en dos d irecciones perpendiculares. Los resultados de estos
experimentos se muestran en la f igura 2 .5. C omo se puede apreciar la resistencia
a la compresin biaxia l puede ser hasta 27% mayor que la resistencia uniaxia l .
Adems, s i ambas cargas son de igual magnitud la resis tencia se puede incrementar
en aproximadamente 16%. La resistencia a la tracc in biaxia l prcticamente no
dif iere de la resistencia a la tracc in uniaxia l, s in embarg o, cargas de traccin y
compresin combinadas t ienden a d isminu ir tanto la resistencia a la compresin
como a la tracc in.
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Aunque no ex iste en la actualidad una teora que exp lique el comporta miento del
concreto sometido a compresin tr iaxia l , se han efe ctuado ensayos de probetas
sumergidas en f luidos, los cuales ejercen presiones laterales sobre el las. Richart,
Brandtzaeg y Brown encontraron la s iguiente relac in empr ica para la compresin
axia l del espcimen confinado:
Dnde: f ' cc: Resistencia a la compresin axia l del espcimen
confinado
fc : Resistencia a la compresin uniaxia l del espcimen no confinado
f l : Presin de confinamiento lateral
El coefic iente correspondiente a la presin de confinamiento lateral en la
expresin (2-5) ha s ido discutido por investigadores como Balmer el cual ha
encontrado un valor promedio de 5.6 en lugar de 4.1.
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7. VARIACIN EN EL VOLUMEN DEL CONCRETO
El volumen del concreto var a pr incipalmente por tres causas: por
contraccin de fragua, deformacin plstica o creep y cambio de
temperatura .
7.1 VARIACIN DE VOLUMEN POR CONTRACCIN DE FRAGUA
El agua que s ele agrega al concreto es casi el doble d e la necesaria para
hidratar el cemento, pero se agrega para mejorara la trabajabil idad del
concreto. Despus del curado el agua en exceso comienza a evaporar .
La contraccin de fragua se debe a la perdida de humedad durante el
endurecimiento y secado del concreto, si este puede deformarse
l ibremente, disminuye su volumen. Pero si contiene armadura o esta f i jo
en alguno de sus extremos se fisura, los concreto vaciados bajo agua
estn constantemente en un medio hmedo por lo cual no presentan
este fenmeno.
A la contraccin original por perdida de agua se suma la debera al
enfriamiento del concreto del concreto despus de la fragua, pues como
se sabe, este proceso es exotrmico, estos cambios de temperatur a
afectan tambin el volumen del concreto. Adems de la contraccin por
secado, existe otro tipo de contraccin, se trata de la contraccin por
carbonatacin. Bajo condiciones especiales, este puede l legar a igualar
la magnitud de las deformaciones por sec ado.
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a. Factores Que Afectan La Contraccin Del Concreto
Relacin agua/cemento: a mayor relacin mayor agua disponible
para ser evaporado y por lo tanto mayor posibil idad de
contraccin.
Relacin volumen/superficie: el agua evapora a travs de la
superficie y por lo tanto mientras esta sea mayor, las
deformaciones por contraccin se incrementaran.
Humedad del ambiente: el agua evapora por la diferencia de
humedad entre dos medios. Si el medio ambiente es hmedo,
entonces la evaporacin ser menor.
Porcentaje de refuerzo: el refuerzo restringe la contraccin del
concreto. a mas refuerzo origina pequea contraccin con la
aparicin de gran numero de grietas.
Tipo de cemento: los cementos de fragua rpida y los de bajo
calor de hidratacin generan concretos con m ayor tendencia a
la contraccin.
Agregados: los agregados restringen la contraccin, los ms
speros y con elevado modulo de elasticidad son los que mas la
l imitan, si el agregado es pequeo la contraccin aumente.
Aditivos: el cloruro de calc io y las puzo lanas aumentan la
contraccin, existen aditivos que expanden el concreto.
Cantidad de cemento: la mescla mas rica contrae ms que las
pobres.
Tamao de la pieza del concreto: la contraccin disminuye con
el aumento del volumen del elemento del concreto.
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Las deformaciones unitarias f inales debidas a la contraccin de fragua
varan entre 200106 y 700106. Generalmente se toma un promedio
de 400106. En las dos primeras semanas se desarrolla del 15% a 30%
de la deformacin total; en el primer mes del 40% al 80% y en un ao,
del 70% al 85%. En la f igura se muestra la deformacin por f ragua en el
tiempo.
b. Para Reducir La Contraccin De Fragua En El Concreto Es Conveniente
Reducir el contenido de agua de la mezcla .
Usar agregados no porosos.
Curar bien el concreto.
Usar juntas de contraccin y construccin en la estructura.
Proveer refuerzo adicional, l lamado de contraccin, para l imitar
el ancho de las grietas
La contraccin es un proceso que puede revertirse sumergiendo el
concreto en agua, pero no es totalmente reversible .
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7.2 DEFORMACIN PLSTICA O CREEP.
En la f igura se muestra una grafica deformacin VS t iempo de una
muestra sometida temporalmente a la accin de una carga.
Inmediatamente despus que esta es aplicada se produce una
deformacin elstica que se mantiene mientras la carga acta y una
deformacin plstica o creep que se incrementa con el tiempo. Al reti rar
la carga, la muestra presenta instantneamente, una recuperacin
elstica de la deformacin. Esta sin embargo no iguala l a deformacin
elstica inicial. As mismo se produce una recuperacin plstica, la cual
despus de u cierto per iodo de tiempo se estabil iza, mantenindose una
deformacin permanente en la muestra.
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La deformacin plstica se debe a la disminucin del espesor de la capa
de agua que rodea las pelcu las de los compuestos de la hidratacin del
concreto. Estas se acercan y con el tiempo algunas se unen. Si la carga
se reti ra parte de la deformacin se recupera per9o la unin de algunas
de las pel culas ocasiona que se presenten deformacin permanentes.
La deformacin plstica es de una a tres veces la deformacin
instantnea elstica. El fenmeno de creep incrementa las deflexiones
en el tiempo y ocasiones d istribucin de esfuerzos en la estructura
a. Factores que afectan este proceso:
Nivel de esfuerzo a que esta sometido el concreto, ya que la
deformacin es proporcional al esfuerzo.
Duracin de la carga, mientras la carga se mantiene ms tiempo,
el efecto del creep es mayor, las cargas permanentes producen
mayor de formacin que las cargas vivas.
Resistencia y edad a la cual se aplica la carga, si el concreto es
cargado a edad avanzada la deformacin es menor.
Condiciones ambientales, a mayor humedad del medio ambiente,
menor deformacin plstica. Con una humedad de 50% la
deformacin es e l doble que con una humedad de 100%.
Velocidad de carga, mientras mas rpido se aplique, mas se
deforma el concreto.
Cantidad y distr ibucin del refuerzo. Pues esta restringe las
deformaciones.
Tipo fisura y contenido de cemento, ya que el cemente presenta
deformaciones plsticas que son, aprox imadamente quince veces
mayor que las del concreto.
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Relacin W/C, a mayor cantidad de agua mayor efecto de creep.
Tipo y gradacin de agregado, mientras ms denso sea el concreto
el creep ser menos cr tico.
Temperatura, se ha demostrado que durante incendios el
concreto acenta su deformacin plstica.
La magnitud de la deformacin por creep puede variar de 2.86104a
28.57104 por Kg/cm2 por unidad de longitud en promedio se puede
tomar valores entre 1104 a 1.5104. En pruebas efectuadas a lo largo de
20 aos, se ha comprobado que en dos semanas se alcanzo de l 18% a
35% de la deformacin total restringida . En 3 meses del 30% al 70% y en
un ao, del 64% al 83% la deformacin con el tiempo puede l legar a 2.5
a 3 veces la deformacin inic ial.
7.3 VARIACIN DE VOLUMEN POR TEMPERATURA.
El concreto se expande con incremento de temperatura y se contrae con
su disminucin. El coeficiente de dilatacin trmico vara con la calidad
del concreto y con su edad. Su valor os ci la entre 9.2106/ 12106/
para temperaturas entre -15C y +50C promedio se recomienda
11106/.
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8. INCIDENCIA DEL CONCRETO ARMADO EN CERRO DE
PASCO
En la ciudad de Cerro de Pasco es muy difundido el uso de concreto
armando en la construccin y en muchos delos casos se uti l izan aditivos
principalmente incorporado res de aire. A continuacin describ iremos
algunas obras en Pasco y tambin su elaboracin a p ie de obra como en
planta dosif icadora.
8.1 OBRAS DE CONCRETO ARMANDO EN PASCO
Obra: Construccin Del Nuevo Palacio Del Gobierno Regional De Pasco
Vigas y losa de concreto armado elaborado en la planta concretera
Covizamix
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El suelo bajo la construccin contena abundante sulfato y como
sabemos ataca directamente al concreto es por ello que se ut i l izo
cemento tipo 5 parar las cimientos.
Obra: Centro De Discapacitados Yanacancha
Solado hecho de concreto simple, ref uerzos de acero para la columna
posteriormente se colocara el concreto para la zapata.
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Viga y columna Concreto Armado con revestimiento.
8.2 PLANTA DOSIFICADORA
La planta Covizamix es una planta dedicada la comercializacin de
concreto premezclado, este t ipo de concreto es elaborado por
dosif icacin por peso con los materiales conocidos como agregado
cemento agua y aditivos.
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Agregados y balanza, el agregado es cargado con una retroexcavadora
y luego lo vierte sobre la balanza.
El cemento es colocado en la balanza y el agua es bombeada hacia la
faja.
El agregado, agua y cemento se ingresa al Mixer mediante la faja
transportadora una vez dentro este se encarga de mesclar.
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BIBLIOGRAFA
DISE O DE E STRUCTURAS DE CONCRE TO ARMADO. TEO DO RO E . H ARSEM
APUNTE S DE L CURSO CONCRE TO ARMADO I . GIANFRA NCO O TAZ Z I PAS INO .
DISE O DE MEZ CLAS. E NRIQUE RIVVA LO PE Z
TOPICOS DE TE CNOLOGA DE CONCRE TO. E NRIQUE PASQUE L CARBAJAL .
NTP