Cátedra:

HORMIGÓN ARMADO

INFORME

TRABAJO DE LABORATORIO

HORMIGÓN ARMADO

Tema: Ensayo de viga T a flexión.

Fecha de realización: -

Fecha de presentación: -

Presentación en término: SI NO

Grupo Nro: 9.

Integrantes:

1. Azucar, Carlos Martín.

2. Metrailler, Maia Agustina.

AÑO 2017

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HORMIGÓN ARMADO

1) INTRODUCCIÓN

El estudio del comportamiento de un material compuesto, hormigón armado, implica en algunas circunstancias generar modelos matemáticos de predicción y corroborar que los mismos se ajusten al comportamiento real de los elementos estructurales. Esta ratificación se realiza contrastando los resultados proporcionados por el modelo y los obtenidos en los ensayos experimentales realizados en laboratorio.

2) OBJETIVOS

El objetivo de esta experiencia de laboratorio es estudiar el comportamiento de un elemento estructural, prediciendo cuál será su máxima resistencia, y su grafico de momento – curvatura.

3) NORMAS DE REFERENCIA

- Elaboración de probetas de hormigón – Ensayo a compresión – Pastón de prueba – Cono de

Abrams – Moldeo de probeta – Estudio estadístico (IRAM 1524, 1536, 1546, 1553) - Hormigón de cemento pórtland. Ensayo de tracción por flexión. (IRAM 1547).

4) PROCEDIMIENTOS

Para lograr los objetivos planteados, se ensayará la pieza hasta el punto de la rotura, se procesarán los datos y se compararán con los resultados obtenidos de manera analítica y en un modelo realizado por software de elementos finitos. Esto se llevará a cabo, en las etapas que figuran a continuación.

4.1) ETAPA 1 – DEFINICIÓN

En primer lugar, se definirá un elemento estructural a ensayar, pudiendo ser, por ejemplo: una viga sobre armada, una viga sub armada, una viga T, una viga con escasa o nula armadura de corte, una viga ideal, losas con similares características, o elementos sometidos a compresión.

Se optará por una viga T, materializada bajo el concepto de “balanceada”, lo que significará colocar una suficiente cantidad de armadura compuesta por barras nervuradas de acero.

Se esperará un comportamiento de rotura del tipo dúctil en el cual las armaduras no se hallen en fluencia y se esté en presencia de ciertas deflexiones previas a la falla por aplastamiento en la fibra más comprimida del hormigón.

De esta manera se buscará, visualizando el tipo de rotura, contrastar los resultados con las hipótesis teóricas del comportamiento a flexión desarrolladas en la materia y, analizando las causales de esa conducta a lo largo de la carga del elemento estructural, contemplar la importancia de una cuantía balanceada de armaduras a fin de prevenir considerables deformaciones y/o colapsos estructurales.

En función de las normas que rigen el ensayo a realizar (IRAM 1547), que consiste básicamente en la aplicación de carga a un elemento hasta su rotura, se dispondrá de la siguiente manera:

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Se propondrá una división en tres tramos iguales, con dos cargas concentradas ubicadas a los

tercios de la luz y con valor igual a 2,25tn, aplicadas en el eje mecánico de la viga.

Se procurará la determinación de los siguientes parámetros:

• Carga de rotura [kg] • Tiempo [s] • Deformaciones Alcanzadas [mm]

Para dicho fin, se emplearán una serie de elementos como ser:

• Celda de carga

La celda de carga es una estructura diseñada para soportar cargas de compresión, tensión y flexión, en cuyo interior se encuentra uno o varios sensores de deformación llamados Strain Gages que detectan los valores de deformación.

La celda de carga digital produce esta deformación mediante circuitos Wheatstone, que actúan en las bases de la máquina o sistemas de pesaje para encontrar reacciones, una vez obtenida la resistencia, se produce la transducción y se puede obtener el valor que la máquina resiste.

Esta debe de ser calibrada en cuanto a su sensibilidad, velocidad de carga, etc.

• Extensómetros Mecánicos

Los extensómetros mecánicos miden el alargamiento producido en una pieza como consecuencia de la acción de una carga, y con ello, y conocido el módulo de elasticidad, es posible obtener la tensión a la que se ha sometido la pieza; su uso es cada vez menor a causa de que sólo son capaces de medir deformaciones estáticas, al volumen que ocupan y a su menor precisión.

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• Galgas Extensiométricas

Son mucho más precisas y su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia de un hilo en función de la variación de su sección; la resistencia se mide mediante el puente de Wheatstone. Se basa, entonces, en el efecto piezorresistivo, que es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se les somete a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos.

• Dispositivo de Transferencia de Datos por cable de red

4.2) ETAPA 2 – MATERIALES A UTILIZAR Y CUBICACIÓN DE MOLDES

4.2.1) Hormigón: Se utilizará un hormigón de calidad H-25 el cual fue dosificado en la cátedra CIENCIA DE LOS MATERIALES (cursado 2016).

4.2.2) Acero: Se utilizarán cuatro barras de acero nervurado ADN 420, de diámetro 10 mm, NO SE DISPONDRÁ ARMADURA DE CORTE.

4.2.3) Cubicación de moldes: En función de la disponibilidad de encofrados, se plantearán como ancho y alto de la sección rectangular 12 y 9 cm respectivamente, se determinarán como ancho total del ala y altura de la misma 24 cm y 6cm, y se adoptará como longitud de la viga 1,20m.

Se realizará conjuntamente al hormigonado del elemento, el ensayo de Cono de Abrams y una probeta de 15cm x 30cm a ser ensayada a 28 días para la correlación de datos de resistencia.

a/c = 0,40

Peso para 1

m3 de

hormigón

DensidadVolumen

Sólido

Peso (SSS)

por m3 de

hormigón

Peso

húmedo para

1m3

Peso húmedo

para 41 dm3

1 2 3 4 5

[Kg] [Kg/dm3] [dm3] [Kg] [Kg] [Kg]

AGUA ---- ---- ---- 194 1 194 194 ---- 176 ---- 8,82

CEMENTO ---- ---- ---- 484 3,09 157 484 ---- 484 ---- 24,21

ARIDO 6-19 65 1,86 22,5 1148 2,89 397 1169 1,5 1165 -4,0 58,27

ARENA N GRUESA 0 0,44 0,0 0 2,66 0 0 4,0 0 0,0 0,00

ARENA N MEDIANA 35 0,49 13,7 618 2,55 242 621 3,95 643 21,4 32,13

Aire ---- ---- ---- ---- ---- 10 ---- ---- ---- ----

SUMAS 36,2 1000 2468 ---- 2468 17,4

Valores obtenidos siguiendo el método adoptado ICPA

3) Corresponde a los agregados en condición de seco en estufa.

La suma de volúmenes sólidos debe ser 1000.

Dato de humedad de los agregados el día de la elaboración del hormigón 10/05/17

Componente

Fracciones

de agregado

%

Absorción %% fraccion /

densidad

* Contenido

de Humedad

%

Ph- Psss

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4.3) ETAPA 3 – ANALISIS ANALITICO Y CON ELEMENTOS FINITOS 4.3.1) Análisis analítico Determinación de armaduras.

Obtención de Mu:

𝑀𝑈 = 2,25𝑡𝑛×0,4𝑚 = 0,9𝑡𝑚 = 8,82×10−3𝑀𝑁𝑚

Definición de Mn: se considerará en primera instancia a la sección como controlada por tracción, utilizando un valor del parámetro ϕ=0,9.

𝑀𝑈 = 𝑀𝑁×ϕ

𝑀𝑁 = 9,8×10−3𝑀𝑁𝑚 Mediante el uso de las tablas FLEXIÓN. Se determinará la sección necesaria de armadura.

𝑘𝑑 =𝑑

√𝑀𝑁𝑏

2

Siendo:

• 𝑑 la altura estática, que se obtendrá:

𝑑 = ℎ − 𝑐𝑐 −𝑑𝑏

2

Siendo:

o ℎ la altura del elemento; o 𝑐𝑐 el recubrimiento, adoptado como 2 cm; o 𝑑𝑏 el diámetro de una barra supuesta.

• 𝑀𝑁 el momento nominal, anteriormente determinado;

• 𝑏 el ancho, en este caso el del nervio, igual a 12 cm.

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*Dada la disposición final requerida por la sección necesaria, se adopta d al baricentro de las dos capas de armadura, reduciéndose su valor a 0,115≈0,12m.

𝑘𝑑 =0,12𝑚

√9,8×10−3𝑀𝑁𝑚0,12𝑚

2= 0,419

𝑘𝑒 = 28,324𝑐𝑚2

𝑀𝑁; 𝐴𝑠 = 𝑘𝑒×

𝑀𝑁

𝑑

𝐴𝑠 = 28,324𝑐𝑚2

𝑀𝑁×

9,8×10−3𝑀𝑁𝑚

0,12𝑚= 2,31𝑐𝑚2

𝑘𝑐 = 0,375; 𝑐 = 0,375×0,12𝑚 = 0,045𝑚 Se elegirá un valor sobredimensionado de armadura, igual a 3,16𝑐𝑚2, dado por 4 barras de 10mm de diámetro.

Análisis Analítico mediante Resistencia a Flexión: dadas las dimensiones de la pieza y la sección de armadura presente, se procederá a evaluar el comportamiento.

b h As d bw hf ygi h-hf AvigaT

[cm] [cm] [cm2] [cm] [cm] [cm] [cm] [cm] [cm2]

24 15 3,16 10,25 12 6 6,21 9 252

Carácterísticas de la sección

fs Es f'c Ec

[Mpa] [Mpa] [Mpa] [Mpa]

420 200000 25 23500

Características de los Materiales

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En base a los cálculos realizados, se conseguirá la gráfica momento-curvatura para la sección.

Análisis Analítico mediante Elementos Finitos: mediante la utilización del software SAP2000 se obtendrá, de acuerdo al modelo planteado, los siguientes resultados:

Ah SvigaT Yg JvigaT Jh Mcr ϕcr Fc Fs

[cm2] [cm3] [cm] [cm4] [cm4] [KNcm] [rad/cm] [Mpa] [Mpa]

8,51 275,73 1843,71 7,57 4632,43 5265,41 221,42 1,79E-05 -1,35E-04 4,80E-05 -3,18 9,60

Estado Elástico o Estado 1

N εc εs

K*D Jhf ΔFc ΔM Δϕ M ϕ

[cm] [cm4] [Mpa] [KNcm] [rad/cm] [KNcm] [rad/cm]

Ak2 + Bk + C=0 1260,75 275,65957 -275,65957 0,3709 3,802 1557,82 9,32 381,80 1,04E-04 603,22 1,22E-04

f'c fs

[Mpa] [Mpa]

-3,96E-04 -5,32E-04 -12,5 6,73E-04 7,21E-04 144,10

Estado de Fisuración o Estado 2

K para eje neutro A B C K

Δεc εc Δεs εs

fy c ϕ fy iter. z C T Mn

[Mpa] [cm] [rad/cm] [Mpa] [cm] [KN] [KN] [KNcm]

3,00E-03 2,10E-03 420 3,04 9,88E-04 7,13E-03 420 8,96 131,180452 132,72 1189,10

Resistencia a Flexión

εc εy εs

ϕ M

0 0

1,79E-05 221,42

1,22E-04 603,22

2,91E-04 1189,10

9,88E-04 1189,10

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012

Gráfica Momento - Curvatura

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Se limitará el gráfico anteriormente mostrado hasta el punto en el cual el hormigón alcance εcu= 3‰.

Se realizará a modo comparativo una superposición de ambas gráficas, pretendiendo incorporar, luego del ensayo, los datos experimentales.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012

Gráfica Momento - Curvatura

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012

Gráfica Momento - Curvatura

Analítico

Mediante E.F.

εc εs Curvatura Momento

0 0 0 0

-5,65E-04 1,22E-03 1,49E-04 544,2514

-1,36E-03 3,12E-03 3,73E-04 1048,9686

-2,12E-03 5,93E-03 6,71E-04 1159,5921

-2,97E-03 9,54E-03 1,04E-03 1164,1407

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4.4) ETAPA 4 – TAREA DE EJECUCIÓN DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL

4.1) Confeccionar las armaduras: Se cortarán y prepararán para montar en el encofrado. 4.2) Preparar el encofrado: Se armará y lubricará el encofrado para su optimo desmolde. 4.3) Montar armadura en el encofrado: Se montará la armadura correctamente en el encofrado cuidando que se respeten los recubrimientos de armadura establecidos.

4.4) Preparar materiales para elaborar el hormigón: Se preparará el hormigón según la dosificación adoptada y se harán los ensayos de recepción de hormigón correspondientes. Los volúmenes de hormigón necesarios:

𝑉𝑜𝑙𝑣𝑖𝑔𝑎 = 1,2𝑚×(0,09𝑚×0,12𝑚 + 0,06𝑚×0,24𝑚) = 31𝑙𝑡𝑠.

𝑉𝑜𝑙𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 = 0,152𝑚2×0,30𝑚×𝜋

4= 5,3𝑙𝑡𝑠.

𝑉𝑜𝑙𝑐𝑜𝑛𝑜 = 0,3𝑚×𝜋

4×0,22𝑚2 − 0,3𝑚×

𝜋

4×0,12𝑚2 = 7,1𝑙𝑡𝑠.

1) Diseño, corte y montado de los moldes y armadura, previo al hormigonado.

2) Hormigonado, preparación de la probeta. Conjunto al hormigonado del elemento

estructural se realiza el ensayo de Cono de Abrams regido según IRAM 1536, cuyo

resultado fue un asentamiento de 11 cm. No se determina el contenido de aire.

(10/05/17)

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4.5) ETAPA 5 – DESENCOFRADO Y COLOCACIÓN DE ANCLAJES E INSTRUMENTO

DE ENSAYO El curado debe asegurar que el hormigón mantenga la humedad y la temperatura necesarias para que se desarrolle la hidratación del cemento y se alcancen las propiedades especificadas para el hormigón de la estructura. El curado se debe mantener hasta que el hormigón de la estructura alcance el 70 % de la resistencia de diseño. Se deberá curar la estructura un mínimo de 7 días hidratando los elementos estructurales con una regadera, mañana, tarde y noche, o simplemente cuando se observe una superficie reseca sobre los elementos a ensayar.

1) Desmolde de la probeta pasada las 24 horas. Se procede al curado tanto del

elemento como de la probeta en iguales condiciones de exposición. (11/05/17)

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Una vez curados y desencofrados los elementos estructurales, se deberán perforar los mismos para la colocación de anclajes para los flexímetros que permitirán la toma de datos de la prensa hidráulica, las perforaciones se harán bajo las especificaciones del docente a cargo del laboratorio.

Se procederá al desencofrado el 23/05/17.