001 concreto. generalidades

Concreto Armado Generalidades

Profesor: Ing. Miguel Sambrano.

Universidad Católica Andrés Bello. Escuela de Ingeniería Civil. Concreto Armado I. 7° Semestre.

Ciudad Guayana, Marzo 2015.

UCAB

Concreto Armado I

Prof. Miguel Sambrano

Contenido.

1. Concreto Armado.

2. Ventajas.

3. Desventajas.

4. Propiedades Físico-mecánicas del concreto.

4.1. Curva Esfuerzo-deformación.

4.2. Resistencia a la Compresión.

4.3. Resistencia a la Tracción.

4.4. Módulo de Elasticidad.

4.5. Fluencia Plástica.

4.6. Módulo de Rotura.

5. El acero en el concreto.

6. Características del acero de Refuerzo.

7. Métodos de Cálculo y Análisis.

8. Factores de Seguridad en Teoría de rotura.

9. Factores de Reducción de Capacidad.

10. Resistencia de Diseño.

11. Bibliografía.

1.CONCRETO ARMADO

Agua •Solvente.

Cemento •Aglomerante.

Agregados Gruesos •Piedra. •Consistencia.

Agregados Finos •Arena. •Elimina espacios vacíos.

Aditivos •Modifica sus características.

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Acero de Refuerzo •Resistencia a la tracción.

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2. Ventajas

•Componentes abundantes en la naturaleza.

•Alta resistencia a la Compresión.

•Las estructuras de Concreto son más rígidas.

•Manejabilidad y adaptación a la forma del recipiente (encofrado).

•Mano de obra menos especializada.

•Requiere poco mantenimiento.

•Larga vida de servicio.

•Resistencia al Fuego.

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3. Desventajas.

•Muy poca resistencia a la tracción.

•La reutilización es costosa.

•Requiere el uso de encofrado para darle forma.

•Baja resistencia por unidad de peso de concreto.

•Baja resistencia por unidad de volumen.

•Es heterogéneo.

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4. Propiedades físico-mecánicas del concreto

4.1. Curva esfuerzo-deformación.

Fig. 1. Curvas típicas esfuerzo-deformación del concreto. Fuente: Fagier (2010)

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La curva de esfuerzo-deformación permite conocer: •Que el concreto no es un material elástico. •El esfuerzo máximo se denomina “resistencia característica del concreto a la compresión a los 28 días.” f´c •El esfuerzo máximo para los diferentes concretos se alcanza para un valor de 0,002. •La rotura se produce normalmente para una carga menor que la máxima, y para la deformación por lo general mayor de 0,003.

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4.2. Resistencia a la compresión (f´c) Es el valor obtenido a los 28 días de las pruebas de falla en cilindros. Valor usado para el cálculo y diseño de elemento de concreto armado. Se emplean concretos entre f´c=150Kg/cm2 a 350Kgc/cm2.

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Fig. 2. Cilindro Estándar para pruebas. Fuente: Fagier (2010)

Fig. 3. Ensayo de Compresión.

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4.3. Resistencia a la tracción (ft) El concreto es un material débil a la tracción. Oscila en un porcentaje entre el 10% y 20% de la resistencia a la compresión. Se puede calcular por medio del ensayo indirecto o brasileño. (ver siguiente figura)

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Fig. 4. Ensayo brasileño. Fuente: Fagier (2010)

El ensayo brasileño consiste en aplicar una carga a compresión en un cilindro pero “acostado”, Con la carga a lo largo de su altura. (Barboza y Delgado, 2013) Aplicando la teoría de elasticidad, se considera de manera indirecta que

ft=2P/(πdl).

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4.4. Módulo de Elasticidad (E) Se mide como la pendiente de la curva de esfuerzo-deformación del concreto. Comúnmente se mide como la pendiente de una recta entre el origen y un punto con esfuerzo de 0,45f´c.

Fig. 5.Curva esfuerzo-deformación para un cilindro de concreto. Fuente: Fagier (2010)

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La norma COVENIN 1753-06 Proyecto y construcción de obras de Concreto Armado, sección 8.5, señala que puede tomarse el Módulo de Elasticidad como sigue:

Para concretos con Wc entre 1440 y 2500Kg/m3.

Para concretos de peso normal.

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4.5. Fluencia Plástica Se define como un aumento gradual de deformación con el tiempo bajo carga, debido al acomodo molecular de la masa del concreto (Barboza y Delgado, 2013). Comienza tan pronto la estructura es cargada y decrece por 4 ó 5 años.

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4.6. Módulo de Rotura (fr). Resistencia a tracción en flexión. Se conoce mediante un ensayo a flexión de una viga de concreto simple, sección cuadrada (15x15), sometidas a cargas concentradas hasta la rotura.

Donde: Magr: Momento de agrietamiento. C: Distancia del eje neutro a la fibra más traccionada. I: Inercia de la sección con respecto al eje neutro.

Valido sólo en el rango elástico.

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L/3 L/3 L/3

P P

Magr

Diagrama de Momento

c

c

ft

fr

h

b

Fig. 6. Obtención del Módulo de rotura.

Por lo general se cumple que:

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5. El acero en el concreto. Refuerzo. Ya se ha dicho que la resistencia a la tracción del concreto es despreciable. Para resistir los esfuerzos de tracción el los elementos de concreto, de colocan barras de acero, denominadas generalmente acero de refuerzo.

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6. Características del acero de refuerzo. Las barras poseen corrugaciones en su superficie para aumentar la adherencia entre ambos materiales. Tienen diferentes diámetros, generalmente entre ¼” a 1 3/8”.

Fig. 6. Barras de acero corrugadas.

Fig. 7. Colocación del acero de refuerzo.

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Tabla 1. Características de las barras de refuerzo.

Fuente: COVENIN 1753-06 (Tabla 3.6.2)

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En el país existen principalmente dos tipos de aceros:

•De alta resistencia debido al alto contenido de carbón, pero con menor ductilidad, con un esfuerzo de fluencia

Fy=4200Kg/cm2

•De baja resistencia con bajo contenido de carbón. Con un esfuerzo de fluencia

Fy=2800Kg/cm2

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Fig. 8. Curva esfuerzo-deformación del acero.

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Fig. 9. Nomenclatura de una barra de refuerzo. Fuente: Barboza y Delgado (2013).

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7. Métodos de Cálculo y Análisis. Existen dos métodos para el cálculo en concreto armado. 1. Método de esfuerzos de trabajo, que estudia principalmente el comportamiento del concreto bajo cargas de servicio. Actualmente es usada para el estudio de problemas en el control de grietas y deflexiones. Los momentos flexionantes y fuerzas que actúan en la estructura se calculan suponiendo un comportamiento Elástico lineal.

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2. Método de Diseño por Resistencia, donde los miembros se diseñan tomando en cuenta las deformaciones inelásticas para alcanzar la resistencia máxima, aplicando una carga de servicio modificada por su factor respectivo de carga. (Park y Paulay, 1983). Ésta teoría es la más usada hoy en día. Utiliza Factores de mayoración de cargas y disminución de la resistencia de los elementos estructurales.

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8. Factor de seguridad en Teoría de Rotura: Definido por la relación entre la capacidad nominal del elemento y la solicitación a la cual se ve sometido en condiciones de servicio.

Dicho factor busca dar seguridad adecuada contra un aumento probable en la cargas de servicio excediendo las especificadas en el diseño.

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Los valores de los factores de mayoración, se proponen en función de la naturaleza de la misma. Se toma en cuenta la imprecisión en la determinación de la carga. Se diseña bajo el efecto más crítico, combinando los efectos (N, V, M) de las cargas según posibilidades de ocurrencia.

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La norma COVENIN 1753 en la secc. 9.3. señala las solicitaciones que deben ser estudiadas según el Estado Límite de Agotamiento Resistente.

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9. Factor de reducción de Capacidad. La intención del factor de reducción de capacidad es tomar en cuenta:

•Las imperfecciones en la calidad de los materiales.

•La inexactitud en los cálculos.

•Problemas con la mano de obra y dimensiones.

•La importancia desde el punto de vista del tipo de falla que se esté considerando.

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Tabla 3. Factores de Minoración de Resistencia Teórica, φ.

Fuente: COVENIN 1753-06 (Tabla 9.4)

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10. Resistencia de Diseño. Se debe calcular la resistencia nominal (Rn) del elemento bajo la solicitación estudiada. Debe cumplirse que las solicitaciones mayoradas (U) deben ser menores a las resistencias de diseño (φRn). Éste último requisito garantiza la seguridad en el diseño.

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11. Bibliografía. Barboza y Delgado (2013). Concreto Armado, Aspectos Fundamentales. Venezuela: Ediciones Astro Data S.A. COVENIN 1753-06 Proyecto y Construcción de Obras de Concreto Armado. Venezuela. Fargier, L. (2010). Concreto Armado, Comportamiento y Diseño. Venezuela. Fratelli, M. (1998). Diseño Estructural en Concreto Armado. Venezuela. McCormac, J. (2002). Diseño de Concreto Reforzado. México: Alfaomega Grupo Editor. Nilson, A. (1999). Diseño de Estructuras de Concreto. Colombia: McGraw-Hill. Park y Paulay, (1983). Estructuras de Concreto Reforzado. México: Limusa.

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