propiedades concreto endurecido-resistencia y tipos- 2011
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TECNOLOGÍA DEL CONCRETO
PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO
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CONCRETO ENDURECIDO
Después de un proporciona miento adecuado, así como, dosificación,
mezclado, colocación, consolidación, acabado, y curado, el concretoendurecido se transforma en un material de construcción resistente, nocombustible, durable, resistente al desgaste y prácticamente impermeable querequiere poco o nulo mantenimiento. El concreto también es un excelentematerial de construcción porque puede moldearse en una gran variedad deformas, colores y texturizados para ser usado en un numero ilimitado deaplicaciones.
Debido al proceso continuo de hidratación del cemento, el concreto tiende aaumentar su resistencia y en general a mejorar sus características, con la
edad.Este proceso de hidratación puede ser mas o menos efectivo, según sean lascondiciones de intercambio de agua con el medio ambiente después delcolado, por lo tanto, las propiedades del concreto endurecido, dependengeneralmente de las condiciones de curado a través del tiempo, no obstantecomo veremos más adelante existen otros factores que afectan a estas
características.
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PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DEL CONCRETO
ENDURECIDO
• Resistencia a la Compresión simple
• Resistencia a la Tensión • Resistencia a la Flexión • Resistencia al Esfuerzo Cortante • Resistencia a la Compresión Triaxial • Resistencia a la Torsión • Resistencia al Impacto • Resistencia a la Fatiga
• Resistencia al Intemperismo • Resistencia a la Abrasión • Resistencia al Fuego
• Adherencia • Permeabilidad • Durabilidad • Conductividad Térmica y Acústica
• Flujo Plástico • Expansión Térmica • Módulo de Elasticidad a la Compresión • Módulo de Elasticidad al Esfuerzo Cortante • Coeficiente de Poisson
De estas las Resistencias del concreto se consideran como las prioridades másimportantes, sin embargo dependiendo del caso todas pueden resultar valiosas
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RESISTENCIA
La resistencia del concreto es definida como elmáximo esfuerzo que puede ser soportado por dicho material sin romperse. Dado que el concretoestá destinado principalmente a tomar esfuerzosde compresión, es la medida de resistencia adichos esfuerzos la que se utiliza como índice desu calidad.
En general, prácticamente todas las propiedadesdel concreto endurecido están asociados a la
resistencia y en muchos casos, es en función delvalor de ella que se les cuantifica o califica. Sinembargo, debe siempre recordarse al diseñador una mezcla de concreto que muchos factoresajenos a la resistencia pueden afectar otras
propiedades.
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COMPRESION TRACCION
FLEXION CORTE
RESISTENCIA
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La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un
espécimen de concreto a carga axial.
Generalmente se expresa en kilogramos por
centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28
días se le designe con el símbolo f’ c. Para determinar la resistencia a la compresión, se
realizan pruebas especímenes de concreto.
Según el código ACI318-05 es el valor promedio
de ensayar en compresión dos probetas
cilíndricas de 6’’ de diámetro por 12’’ de altura
que han sido muestreadas, moldeadas, curadas
y ensayadas bajo condiciones standars
controladas
El valor de f’c (resistencia a la compresión) se
utiliza generalmente como indicador de la calidad
del concreto.
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P
30
15
A
f
´c =
f ́ c =´+´
TODA RESISTENCIA ES A LOS 28 DIAS
f´c(t)
7días
14días
28días
90días
6meses
1año
2años
5años
f´c2
8dia
s
0.67 0.8
6
1 1.17 1.23 1.2
7
1.31 1.35
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El hormigón es un material ineficiente resistiendo cargas de
tracción; comparativamente esta resistencia representa
hasta un 10% de su capacidad a la compresión. Es por ello
que en el hormigón armado los esfuerzos de tracción son
absorbidos por el acero de refuerzo.
ft= (8% − 12%)′ ft= 0.10′ ft = (1, 33 – 1, 99)√f´c
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F’f = 0.20
Mr = 10% - 20% f´c (modulo de
ruptura)
F´f = (1,99 a 2,65) √f´c
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f´c=(0.35-0.8)f´c
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La relación dea/c se refiere ala cantidad deagua y cementoque intervieneen la mezcla .
Una relación a/c baja,reduce la porosidadde La matriz o pastade cemento y mejorala resistencia. Por elcontrario una relaciónalta aumenta laporosidad de la
matriz aumentando latrabajabilidadreduciendo laresistencia.
La relación a/crequerida por
una mezcla deconcreto
determina laresistencia, ladurabilidad yrequisitos deacabado del
mismo.
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RELACION GEL ESPACIO
Se ha determinado la relación entre el desarrollo de la resistencia yla relación gel-espacio como que existe entre el volumen de la
pasta de cemento hidratada y la suma de los volúmenes de
cemento hidratado y de los poros capilares.
GRADO DE HIDRATACION
La adquisición de la resistencia mecánica es una consecuencia
inmediata del proceso de hidratación de los granos de cemento.
En presencia del agua y bajo condiciones favorables.
El grado de hidratación del cemento depende básicamente de
las características físicas y químicas del cemento, el grado de
humedad, la temperatura de curado y el tiempo transcurrido
desde la elaboración de la pasta.
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=0.647
0.319 / = 2400
S = Resistencia a los 28 días dado en /
a/c diseño
GRADO DEHIDRATACION
(α)
RELACIONGEL/ESPACIO
(X)
RELACION AGUA
CEMENTO(a/c)
RESISTENCIADEL
CONCRETO
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La resistencia ultima del concreto depende sensiblemente
de la adherencia entre la pasta y el agregado. Sin embargo
esta es una situación cambiante con la edad, pues aunque
tanto la resistencia de la pasta como la adherencia
progresas con la hidratación del cemento, su evolución no
necesariamente es igual, y así, hay evidencia de que en elconcreto en edad temprana la resistencia por adherencia
suele ser menor que la resistencia de la pasta en tanto que
a edades avanzadas tiende a ocurrir lo contrario.
Para mejorar la adherencia pasta y agregado se puede
modificar la forma, textura superficial, tamaño de los
agregados.En concretos de resistencia menores a 200 kg/cm2 la
resistencia de la pasta será el factor predominante, mientras
que en concretos de resistencia mayores de 500 kg/cm2
puede ser por la resistencia de la pasta, resistencia de la
adherencia pasta- agregado o una combinación de ambas.
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PRINCIPALES FUENTES DE VARIACIÓN DE LARESISTENCIA DEL CONCRETO
Un concepto muy importante que hay que tener encuenta actualmente es que los métodos de diseñoestructural en concreto son probabilísticos.
Al ser el concreto un material heterogéneo, está sujeto
a la variabilidad de sus componentes así como a lasdispersiones adicionales por las técnicas deelaboración, transporte, colocación y curado en obra.
La resistencia del concreto bajo condicionescontroladas sigue con gran aproximación ladistribución probabilística Normal.En la tabla 1 se muestran las principales fuentes devariación de la resistencia en compresión del concreto
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TABLA 1: PRINCIPALES FUENTES DE VARIACÍÓN DE LARESISTENCIA DEL CONCRETO
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Tener una baja relación agua cemento (el
principal).
Tipo de agregado debe ser un poco anguloso y
redondeada .
Hacer una buena compactación ya que ello
disminuye el aire atrapado por lo tanto mejora la
fuerza de compresión.
Tipo de ensayo debemos hacer de acuerdo al
ambiente que se va construir a la misma
temperatura.El curado debe ser de acuerdo al ambiente.
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ELASTICIDAD
El concreto no es un material completamente elástico y la relación esfuerzo –
deformaciónpara una carga en constante incremento adopta generalmente la forma de una curva.
Generalmente se conoce como modulo de elasticidad a la relación del esfuerzo de
deformación, medida en el punto donde la línea se aparta de la recta y comienza a ser
curva.
Para el diseño estructural se supone un modulo de elasticidad constante en función de la
resistencia a la compresión del concreto. En la práctica el modulo de elasticidad delconcreto es una magnitud variable cuyo valor promedio es mayor que aquel obtenido a
partir de una formula.
En el diseño de mezcla debe tenerse presente que el modulo de elasticidad del concreto
depende, entre otros los siguientes factores:
La resistencia a la compresión del concreto y por lo tanto de aquellos factores que la
afectan.La igualdad de resistencia de la naturaleza petrográfica de los agregados.
De la tensión de trabajo.
De la forma y tiempo de curado del concreto.
El modulo de elasticidad del concreto aumenta al incrementarse la resistencia en
compresión y para un mismo concreto, disminuye al aumentar la tensión de
trabajo.
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EXTENSIBILIDAD
Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse. Se
define en función a la deformación unitaria máxima que pueda
asumir el concreto sin que ocurran fisuras.
Depende de la elasticidad y del denominado flujo, constituido por
la deformación que tiene el concreto bajo carga constante en eltiempo.
El flujo plástico tiene la particularidad de ser parcialmente
recuperable, estando relacionado también con la contracción,
pese a ser dos fenómenos nominalmente independientes. La microfisuración aparece normalmente alrededor del 60% del
esfuerzo ultimo y a una deformación unitaria de 0.0012 y en
condiciones normales la fisuración visible aparece para 0.003 de
deformación unitaria.
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1 C id d l i i t lt d 1 3 d t di ñ d
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1.- Considerando los siguientes resultados para 1m3 de concreto diseñado para
obtener f´c 28dias= 280 kg/cm2 y al efectuar la rotura de probetas a los 90 días
se obtuvo una resistencia de 367,38 kg/cm2.
Componentes p.e. Para 1m3 (diseño) Para 1m3 (obra)
Cemento 3,13 374, 83 kg. 374, 830 kg.
Agua 1, 00 164, 92 lit. 149, 930 lit. Ag. Fino 2, 65 678, 44 kg. 682, 208 kg.
Ag. Grueso 2, 62 1045, 81 kg. 1068, 257 kg.
Determinar: a.- (1,0 pto.) El p.e. del concreto.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………….b .- Considerando que peso unitario delconcreto hallado en el laboratorio es 2244 kg/m3.
b-1(1,0 pto) Contenido total de aire en la mezcla de concreto:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b-2.( 2,0 ptos.) Rendimiento de concreto
fresco por bolsa de cemento, en pie3
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………. c.- (2,0 ptos.) El grado de hidrataciónalcanzado:
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. d.- (2,0 ptos.) La a/c cuando se obtiene la resistencia de diseño deseada, manteniendo el tiempo y condiciones de
curado.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… e.- (2.5 ptos.) El % que intervienen los
agregado, cuando se obtiene la resistencia deseada, sin variar el agua de diseño y el contenido de aire, manteniendo el
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CRITERIOS GENERALES (f´cr)
Donde :
f’cr = Resistencia promedio requerida en obraf’c = Resistencia especificada
Ds = Desviación Estándar
V = Coeficiente de Variación
t = Factor que depende:
- Del % de resultados < f ́c que se admitan ó
- De la probabilidad de ocurrenciaEn el caso que se especifique el promedio de un cierto número de probetas las
fórmulas anteriores se reemplazarán por:
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CRITERIOS ACI PARA DETERMINAR: f´cr1.- Una probabilidad de 1 en 100 de que un promedio de tres ensayos
consecutivos de resistencia sea inferior a f´c (Existe la probabilidad de que1 ensayo en 100 no cumpla con lo requerido aun cuando el concreto seasatisfactorio)
ECUACION 1 (t = 2, 33 y n = 3)
2.- Una probabilidad de 1 en 100 de que una prueba o ensayo de resistenciaindividual quede por debajo de f´c – 35 kg/cm².
ECUACION 2 ( t = 2, 33 y n= 1)
La Ds es como resultado de por lo menos30 ensayos consecutivos, o dos grupos deEnsayos consecutivos que totalicen por loMenos 30 ensayos de concreto.
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DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
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DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
- f’cr - f’c
- f’cr = f ́c + 1.34 S
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TABLASCuando no se dispone de al menos 30 ensayos, el ACI recomienda que el
valor de Ds que se calcule, deberá incrementarse de acuerdo a la siguientetabla:
´
Cuando se tenga menos de 15 ensayos o no se cuente con registros
estadísticos, el ACI recomienda que para calcular el f´cr se utilice la siguiente
tabla:
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EJEMPLO
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1.- (2,5 ptos.) Determinar f ́cr para un concreto de f ́c = 280 kg/cm2 y Ds de 23 ensayos es 33,315 kg/cm2, con el criterio de aceptación: 85% de
los ensayos ≥ 95% f ́c.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.- (2,5 ptos.) Determinar la probabilidad de falla para criterios de aceptación del ACI, cuando f ́c = 245 kg/cm2, f ́cr de 27 ensayos = 295 kg/cm2
y Ds = 37,132 kg/cm2.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
CORRECCIÓN DE LOS VALORES DE DISEÑO POR
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CORRECCIÓN DE LOS VALORES DE DISEÑO PORHUMEDAD DEL AGREGADO
El contenido de agua añadida para f ormar la pasta será afectada por el contenido de
humedad de los agregados. Si ellos están secos al aire absorberán agua y disminuirán larelación a/c y la trabajabilidad. Por otro lado si ellos tienen humedad libre en su
superficie (agregados mojados) aportarán algo de esta agua a la pasta aumentando la
relación a/c, la trabajabilidad y disminuyendo la resistencia a compresión. Por lo tanto
estos efectos deben ser tomados estimados y la mezcla debe ser ajustada tomándolos
en cuenta.
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DETERMINACIÓN DE LA PROPORCIÓN EN
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