ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCREBOLIVIA

TRABAJO DE GRADO

CALCULO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO EMPLEANDO HORMIGN DE ALTA RESISTENCIA CON MICROSLICE EN LA CIUDAD DE LA PAZ

JOSE MANUEL CUEVAS LAURA

Modalidad: Tesis de Grado, presentado como requisito parcial para optar al Ttulo en licenciatura en ingeniera civil

TUTOR: ING. ALEXIS AVENDAO NAVARRO

LA PAZ 2015

NDICE DE CONTENIDO PAG.

1.ANTECEDENTES:12.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:52.1.FORMULACIN DEL PROBLEMA52.2.IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA53.OBJETIVOS63.1.OBJETIVO GENERAL63.2.OBJETIVOS ESPECFICOS64.JUSTIFICACIN64.1.JUSTIFICACIN TCNICA64.2.JUSTIFICACIN ECONMICA64.3.JUSTIFICACIN SOCIAL74.4.JUSTIFICACIN AMBIENTAL75.ALCANCE85.1.ALCANCE TEMTICO85.2.ALCANCE GEOGRFICO85.3.ALCANCE TEMPORAL86.FUNDAMENTACIN TERICA:97.MARCO METODOLGICO:128.TEMARIO TENTATIVO:149.CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES1610.PRESUPUESTO DEL TRABAJO DE GRADO1711.BIBLIOGRAFA18

INDICE DE FIGURAS PAG.FIGURA 1.3FIGURA 2.3FIGURA 3.5FIGURA 48FIGURA 516

INDICE DE TABLAS PAG.TABLA 1. 12TABLA 217

CALCULO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO EMPLEANDO HORMIGN DE ALTA RESISTENCIA CON MICROSLICE EN LA CIUDAD DE LA PAZ Comment by Air: Usa endnote!!!\Nota 6ANTECEDENTES:El concreto hormign de cemento PrtlandPortland es actualmente el material de construccin muy utilizado en el mundo porque para la mayora de las aplicaciones ofrece propiedades de ingeniera y estticas adecuadas a bajo costo. Las mezclas de concreto se pueden disear de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecnicas y de durabilidad que cumplan con los requerimientos del diseo arquitectnico y estructural.El hormignconcreto fraguado soporta de manera adecuada las cargas a compresin, por esta razn esta es tradicionalmente especificada en los proyectos de construccin. Debido a que la resistencia del concreto hormign es una funcin del proceso de hidratacin, que es relativamente lento, las especificaciones y las pruebas para medir la resistencia del concreto se basan en muestras bajo condiciones normalizadas. Se realizan pruebas para diferentes propsitos, pero los dos objetivos principales de una prueba son el control de calidad y el cumplimiento de las especificaciones.La calidad y las especificaciones difieren de acuerdo con el tipo de aplicacin del concretohormign: edificios, puentes, tneles, pavimentos, pisos, etc. Cuando no se requiere una propiedad especial en el material, se emplea concreto normal con propiedades convencionales. Sin embargo, cada vez es ms comn especificar caractersticas especiales en el concreto debido a complejidades en los proyectos, ya sean por su tamao como los grandes edificios o puentes.El Hormign de alta resistencia, es un material no frecuentemente utilizado en el medio, cuando se habla de hormigones de alta resistencia se dice que son aquellos cuya resistencia supera los 42 MPa (420kg/cm2), a diferencia de los hormigones convencionales que llegan a resistencias aproximada a la compresin de unos 15 a 30 MPa (150 - 300 Kg/cm2). , o por condiciones desfavorables de exposicin de la estructura como en obras martimas o plantas de tratamiento de aguas residuales.En principio, la forma de obtencin de una mayor resistencia era disminuir el ndice de vacos del hormign, dicho de otra forma, una mayor compacidad de ste, lo cual se puede lograr disminuyendo la relacin agua/cemento a los niveles mnimos para la hidratacin un cemento, utilizando sper plastificantes y reductores de agua. A partir de esas primeras experiencias fueron aumentando los conocimientos de la relacin entre la calidad de los agregados y la calidad del concreto: tamao mximo de los agregados gruesos, mdulo de finura de los agregados finos, el tipo de cemento utilizado, el tipo de sper plastificante utilizado y otros agregados que se fueron introduciendo en la elaboracin del concreto, que hoy llega a resistencias superiores a los 50 MPa (500 Kg./cm2), con la utilizacin de los sper plastificantes a base de policarboxilatos, la silica activa (humo de slice), filler calizo. En la actualidad, con la adicin de microslice se obtienenhormigones que llegan a superar los 70 MPa (700 Kg./cm2).Existen ejemplos de aplicacin del concreto de alta resistencia de la dcada de los 90s son las torres Petronas de Kuala Lumpur (FIGURA 1.), el edificio ms alto del mundo actualmente, con una altura de 451 metros. FIGURA 1. TORRES PETRONAS

Fuente: compilacin de artculos de investigacin 2009 (concretos de alta resistencia)

De igual manera un edifico ms actual The Plaza 66 Tower. La torre 2 de este conjunto fue terminada en 2007 en Shangai, China, el proyecto hace un balance entre requerimientos de la ingeniera estructural, de la visin arquitectnica y de los aspectos de la construccin. La estructura est formada por un ncleo, columnas y losas de concreto de alta resistencia de 60 MPa (600 kg/cm2), de 224 metros de altura y 46 pisos de oficinas (FIGURA 2). Construidas con el hormign de alta resistencia, que le dieron una mayor rigidez a la estructura, comparada con las construidas con perfiles de acero, que disminuye la oscilacin lateral. FIGURA 2. THE PLAZA 66 TOWER

Fuente: compilacin de artculos de investigacin 2009 (concretos de alta resistencia)

Hay que destacar que adems de la mayor resistencia a la compresin, tambin se ve mejorada su durabilidad en comparacin del hormign convencional, a la carbonatacin, al ataque de cloruros, etc., por ello, se los denomina tambin hormign de alto desempeo.

El presente trabajo pretende dar a conocer todo lo relacionado a este tipo de hormign, es decir, sus caractersticas, ventajas, aplicaciones, materiales a utilizar, ensayos a practicar (equipo, procedimiento y manejo de resultados), y las resistencias logradas con mezclas hechas con materiales del medio local. De igual manera se mostraran las diferencias tcnico econmicas entre un hormign de alta resistencia con uno hormign simple.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:1.1. FORMULACIN DEL PROBLEMAAnte el creciente aumento de edificaciones de gran altura en la cuidad Nuestra Seora de La Paz que fue en aumento en los ltimos aos, se est evitando el uso de estructuras metlicas debido a los altos costos de importacin de las mismas, por lo cual se generan grandes secciones de hormign que en contraparte reducen el espacio habitacional. Tratando de obtener secciones ms esbeltas de hormign para satisfacer la necesidad de la poblacin por espacios habitacionales ms grandes se empleara un hormign de alta resistencia que de igual manera reducir cantidad de acero a utilizarse en las edificaciones mediante la utilizacin de cemento portland estndar tipo I, agregados locales y microslice para la obtencin de este hormign de alta resistencia mediante procesos de dosificacin en el laboratorio de la unidad acadmica de Alto Irpavi, La Paz Bolivia.1.2. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMAComment by Air: primero viene la formulacin luego la identificacinEl presente trabajo consiste en dosificar un hormign de alta resistencia con microslice comparndolo con un hormign normal para destacar las diferencias tcnicos econmicos que existen entre ambos tipos de hormign. (Figura 3.)FIGURA 3. DIAGRAMA CAUSA EFECTOEfectoSecciones de hormign muy grandes

CausasGrandes lucesEdificios altos

Fuente: propia

OBJETIVOS1.3. OBJETIVO GENERALRealizar el clculo estructural de un edificio empleando hormign de alta resistencia con microslice en la ciudad de la paz1.4. OBJETIVOS ESPECFICOS Realizar una Dar a descripcin de los materiales a utilizar. Dosificar los materiales para la obtencin del hormign de alta resistencia. Comparar ensayos a compresin de cilindros a 7, 14 y 28 para ver el avance evolutivo del comportamiento de la resistencia. Calcular el precio de 1 m3 de hormign de alta resistencia. Calcular una edificacin con hormign normal. Calcular un edificio con hormign de alta resistencia. Realizar una comparacin tcnico econmico entre ambos edificios calculados. JUSTIFICACIN1.5. JUSTIFICACIN TCNICAEl presente trabajo de grado se justifica desde el punto de vista tcnico, porque al comprender el comportamiento de un hormign de alta resistencia se puede realizar su aplicacin en proyectos de tal manera que se obtendran edificaciones con una mayor rigidizacin, secciones reducidas, mayor resistencia para cargas de compresin de gran magnitud. Siendo el mismo dosificado con materiales del medio local. De igual manera, se podrn obtener altas resistencias a tempranas edades lo que permitir un desencofrado ms rpido acelerando el proceso de ejecucin de obra al igual que se podra trabajar con luces ms grandes entre columnas.1.6. JUSTIFICACIN ECONMICAEl presente trabajo es de importancia debido a que con un hormign de mayor calidad, se reducen las secciones de igual manera la cantidad de cemento al reducirse el volumen de hormign, se reducira la cantidad de acero a utilizar como armadura, el tiempo de encofrado es menor debido a un rpido fraguado acelerando el tiempo de ejecucin del proyecto como se mencion en la justificacin tcnica. 1.7. JUSTIFICACIN SOCIALPermite una mayor intervencin del ingeniero supervisor generando un mayor control de calidad del mezclado. De igual manera, las familias que vivirn en las edificaciones sentirn mayor seguridad al ser este un hormign ms durable y resistente, tambin ayudara a cubrir la demanda de edificaciones de gran altura debido a la saturacin de espacios dentro de las urbes de la ciudad de La Paz.1.8. JUSTIFICACIN AMBIENTALDurante el anlisis de hormigones de alta resistencia no existirn cambios drsticos en el medio ambiente, ms all de la recoleccin de materiales para la fabricacin de las probetas de hormign; estas mismas sern recicladas para ser usadas como material de relleno.

ALCANCE1.9. ALCANCE TEMTICO Hormign Materiales de Construccin Economa y Administracin de proyectos Metodologa de la Investigacin1.10. ALCANCE GEOGRFICOSe realizaran estos ensayos en el departamento de la paz en los laboratorios de la Escuela Militar de Ingeniera-Campus Alto Irpavi. (Figura 3.)FIGURA 4. CAMPUS ALTO IRPAVI

Fuente: imgenes satelitales google earth

1.11. ALCANCE TEMPORAL Se realizaran los ensayos en un periodo de 4 meses contemplados desde abril hasta julio de gestin 2015.

FUNDAMENTACIN TERICA:Concreto: Tambin llamado hormign, es una mezcla dosificada de agregados inertes, cemento y agua. El Hormign de cemento Prtland est formado por una parte activa (pegamento) pasta agua-cemento y una parte inerte (agregados). Cemento Prtland: Es el aglomerante en una mezcla de concreto, actualmente se usan los denominados cementos Prtland en sus distintos tipos. Este cemento es el resultado de pulverizar piedra caliza y arcilla, la cual se cuece en hornos a una temperatura de 1400 a 1600 grados centgrados, as se obtiene un material gris oscuro llamado clinker, el cual se muele mezclndole cierta cantidad de yeso, que sirve para retardar el fraguado de la mezcla. Existen cinco tipos de cemento Prtland, para diversos usos, los cuales son:Tipo I Cemento Prtland estndar: para concreto de uso normal, sin propiedades especiales. Tipo II Cemento Prtland modificado: para concretos expuestos a ataques moderados de sulfatos, como en suelos y aguas subterrneas, que tienen un bajo contenido de sulfatos. Se usa en estructuras masivas, en donde la temperatura debe ser controlada durante el proceso de hidratacin. Retarda el proceso de hidratacin. Tipo III Cemento Prtland de alta resistencia a edades tempranas: es usado cuando se requiere resistencia a edades tempranas y en lugares fros. Tipo IV Cemento Prtland de bajo calor: cuando el calor durante el proceso de hidratacin debe ser mnimo, por ejemplo, las presas de concreto donde se colocan grandes volmenes de concreto. Tipo V Cemento Prtland de alta resistencia a sulfatos: se usa en m concreto que estar expuesto a altas concentraciones de sulfatos, por ejemplo: tuberas de aguas residuales, plantas de tratamientos de aguas residuales etc. Agregados: Se definen como tales los materiales ptreos inertes resultantes de la desintegracin natural de rocas o que se obtienen de la trituracin de las mismas. stos ocupan tpicamente las tres cuartas partes del volumen en el concreto, deben estar libres de suciedad, ser durables, y no deben tener sustancias que reaccionen qumicamente con el cemento. Se clasifican en: agregado grueso (piedrn o grava) y agregado fino (arena).La clasificacin entre agregado fino y grueso se realiza basndose en tamao, de la siguiente manera: el fino tiene un dimetro menor al tamiz nmero 4 (4.76 mm), pero se recomienda que sea mayor que 74 mm y el agregado grueso que son las partculas de un tamao mayor a 4.76 mm. Segn la clasificacin de estos por su forma, tenemos: el canto rodado, proveniente de cauces de ros, forma redondeada, producen concretos de buena calidad y de ventajas como trabajabilidad o docilidad. El agregado triturado, proveniente de la desintegracin de rocas en cantera, tiene ventajas por su composicin mineralgica ms uniforme y cantos angulosos. Aditivo: Es el material que, aparte del cemento, los agregados y el agua empleados normalmente en la preparacin del concreto, puede incorporarse antes de o durante la ejecucin de la mezcla, con el objeto de modificar alguna o varias de sus propiedades en la forma deseada, aportando un volumen desestimable. Los hay de dos tipos: aditivos minerales y aditivos qumicos.Microslices: Son un polvo muy fino, obtenido por decantacin del humo de chimeneas de altos hornos de aleaciones metlicas de la industria del ferrosilicn, el cual est compuesto del 90% al 95% de dixido de slice amorfo y que tiene propiedades puzolnicas que le permiten reaccionar qumicamente con el hidrxido de calcio para formar un gel con notable incremento en las propiedades positivas del concreto, especialmente su resistencia en compresin y su durabilidad. Empleo de microslices en el concreto: Estas fueron inicialmente consideradas como un material de reemplazo del cemento y en algunas reas ese es todava su nico uso. En general, parte del cemento puede ser remplazada por una cantidad menor de microslice. La adicin de esta generalmente incrementa la demanda de agua. Si se desea mantener la misma relacin agua/cementante, deber usarse un aditivo reductor de agua.Debido a su limitada disponibilidad y su alto precio, referido al cemento Portland u otras puzolanas o escorias, las microslice han sido empleadas en forma creciente como un material para mejorar las propiedades del concreto, es decir, para proporcionar concretos con muy altas resistencias en compresin o con muy alto nivel de durabilidad.

2. MARCO METODOLGICO:El presente proyecto estar basado tanto en estudios descriptivos como en estudios explicativos, estableciendo relaciones de causa-efecto, para la investigacin se utilizara el mtodo inductivo, analizando casos particulares para extraer conclusiones de carcter general. TABLA 1. MARCO METODOLGICOOBJETIVO ESPECIFICOMETODOLOGIAFUNDAMENTACION TEORICA

Realizar una descripcin de los materiales a utilizar.

Materiales de construccin Obtener informacin relevante acerca de los materiales a utilizarse en para la dosificacin.

Dosificar los materiales para la obtencin del hormign de alta resistencia.

Hormigones Elaborar Laboratorios de Hormigones

Comparar ensayos a compresin de cilindros a 7, 14 y 28 para ver el avance evolutivo del comportamiento de la resistencia..

Hormigones Hacer ensayos de compresibilidad con el equipo que se encuentra en los laboratorios de la EMI

Calcular el precio de 1 m3 de hormign de alta resistencia.

Economa y administracin de proyectosAnalizar costos de los materiales utilizados por m3

Calcular una edificacin con hormign normal.

Hormigones armadosCalculo estructural de un edificio tipo mediante la utilizacin del programa cypecad.

Calcular un edificio con hormign de alta resistencia.Hormigones armadosCalculo estructural de un edificio tipo mediante la utilizacin del programa cypecad.

Realizar una comparacin tcnico econmico entre ambos edificios calculados.

Hormigones armados Estudio comparativo entre las secciones con hormign simple y las secciones con la utilizacin de hormign de alta resistencia.

Fuente: elaboracin propia

TEMARIO TENTATIVO:CAPITULO I: GENERALIDADES1.1. ANTECEDENTES1.2. PLATEAMIENTO DEL PROBLEMA1.3. OBJETIVOS1.4. JUSTIFICACIONES1.5. ALCANCE1.6. FUNDAMENTACION TEORICA1.7. MARCO METODOLOGICOCAPITULO II: MARCO TERICO 2.1. CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA2.1.1. DEFINICIONES2.1.2. CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES2.1.3. ESPECIFICACIONES Y NORMAS2.2. MEZCLAS2.2.1. PROPORCIONES DE MEZCLAS2.2.2. PROPORCIONES DE AGRADOS2.2.3. RESISTENCIAS REQUERIDAS2.3. PROPIEDADES DEL HORMIGN DE ALTA RESISTENCIA2.4. AREAS DE APLICACIN2.4.1. EDIFICIOS2.5. VENTAJAS2.6. CARACTERIZTICAS DE LOS MATERIALES UTILIZADO3. CAPITULO III: INGENIERA DE PROYECTO3.1. DESCRIPCIN DE LOS MATERIALES A UTILIZAR.3.2. DOSIFICACION PARA LA OBTENCIN DEL HORMIGN DE ALTA RESISTENCIA.3.3. COMPARACION DE ENSAYOS A COMPRESIN DE CILINDROS A 7, 14 Y 28 PARA VER EL AVANCE EVOLUTIVO DEL COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA.3.4. CALCULO EL PRECIO DE 1 M3 DE HORMIGN DE ALTA RESISTENCIA.3.5. CALCULO UNA EDIFICACIN CON HORMIGN NORMAL.3.6. CALCULO UN EDIFICIO CON HORMIGN DE ALTA RESISTENCIA.3.7. COMPARACIN TCNICA ENTRE AMBOS EDIFICIOS CALCULADOS.4. CAPITULO IV: COSTOS Y PRESUPUESTOS4.1. COMPARACIN ECONMICA ENTRE AMBOS EDIFICIOS CALCULADOSCAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESBIBLIOGRAFIAANEXOS

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADESFIGURA 5. CRONOGRAMA

Fuente: elaboracin propia

PRESUPUESTO DEL TRABAJO DE GRADOTABLA 2. PRESUPUESTONTEMUNIDADP.U.CANTIDADTOTAL

1Papel bond t/cartaHoja0.13000400

2Papel bond t/oficioHoja0.150050

3Hojas de color t/cartaHoja0.110010

4Bolgrafos de coloresPza.339

5Lpiz negroPza.111

6BorradorPza.212

7FlipsPza.2.51025

8GrapasCaja5210

9ClipsCaja5210

10ReglaPza.10220

11EstiletePza6212

12Toner de tinta negraTner90190

13Toner de tinta a colorTner1501150

14AnilladosPza.618108

15RefrigerioGlb.16464

16CementoPza.605300

17AgregadosM3.2250500

18LaboratoriosGlb.2050010000

19ImprevistosGlb.2100200

TOTAL11961

Fuente: elaboracin propiaBIBLIOGRAFA Centro de investigacin y asesora de Cementos Progreso Diseo de mezclas de concreto. (Guatemala):28.1996 El concreto de alta resistencia en la edificacin. www.icc.ucv.cl/hormigon/har.doc. (Octubre/2003). MORATAYA CRDOVA CARLOS EDUARDO. CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA. Tesis Ing. Civil., Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniera, Guatemala, 2005. STEVEN H. KOSMATKA, BEATRIX KERKHOFF, WILLIAM C. PANARESE, Y JUSSARA TANESI, Diseo y control de mezclas de concreto, Portland Cement Association, 2004. VILCA ARANDA PATRICIA, OBTENCION DEL CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA; tesis Ing. Civil., Universidad Nacional de Ingeniera, Facultad de Ingeniera Civil, Per, 2009. Hormign de alto desempeo para estructuras www.efn.uncor.edu/dep/struct/ciath/ HAD2. doc (mayo/2003) ROCHA CHIU LUIS, concretos especiales en la construccin, compilacin de artculos, Madrid, 2009