Propiedades Fisicas y Mecanicas Del Concreto Armado [PDF]

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION I.U.P SANTIAGO MARIÑO MATURIN – EDO. MONAGAS

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DEL CONCRETO ARMADO, TEORÍA CLASICA O ELASTICA

INDICE

  1. 2. 3. 4.  

Introducción Contenido Definición de concreto armado Propiedades físicas del concreto armado Propiedades mecánicas del concreto armado Diseño de vigas mediante teoría clásica o elástica Conclusión Bibliografía

INTRODUCCION

La invención del hormigón armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicitó en 1854 la patente de un sistema que incluía armaduras de hierro para «la mejora de la construcción de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego». En el 1855 Joseph-Louis Lambot publicó el libro «Les bétons agglomerés appliqués á l'art de construire» (Aplicaciones del hormigón al arte de la construcción), en donde patentó su sistema de construcción, expuesto en la exposición mundial en París, el año 1854, el cual consistía en una lancha de remos fabricada de hormigón armado con alambres. François Coignet en 1861 ideó la aplicación en estructuras como techos, paredes, bóvedas y tubos. A su vez el francés Joseph Monier patentó varios métodos en la década de 1860. Muchas de estas patentes fueron obtenidas por G.A. Wayss en 1866 de las empresas Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de hormigón armado, en donde se realizaban pruebas para ver el comportamiento resistente del hormigón, asistiendo el arquitecto prusiano Matthias Koenen en estas pruebas, efectuando cálculos que fueron publicados en un folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos en cemento». Que fue complementado en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, método publicado en Francia agregando el comportamiento de elasticidad del hormigón como factor en los ensayos, estos cálculos fueron confirmados por otros ensayos realizados por Eberhard G. Neumann en 1890. Bauschinger y Bach comprobaron las propiedades del elemento frente al fuego y su resistencia logrando ocasionar un gran auge, por la seguridad del producto en Alemania. Fue François Hennebique quien ideó un sistema convincente de hormigón armado, patentado en 1892, que utilizó en la construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895. En España, el hormigón armado penetra en Cataluña de la mano del ingeniero Francesc Macià con la patente del francés Joseph Monier. Pero la expansión de la nueva técnica se producirá por el empuje comercial de François Hennebique por medio de su concesionario en San Sebastián Miguel Salaverría y del

ingeniero José Eugenio Ribera, entonces destinado en Asturias, que en 1898 construirá los forjados de la cárcel de Oviedo, el tablero del puente de Ciaño y el depósito de aguas de Llanes. El primer edificio de entidad construido con hormigón armado es la fábrica de harinas La Ceres en Bilbao, de 1899-1900 (aún hoy en pie y rehabilitada como viviendas) y el primer puente importante, con arcos de 35 metros de luz, el levantado sobre el Nervión-Ibaizabal en La Peña, para el paso del tranvía de Arratia entre Bilbao y Arrigorriaga (desaparecido en las riadas del año 1983). Ninguna de las dos obras fue dirigida por Ribera, quien pronto se independizó de la tutela del empresario francés, sino por los jóvenes ingenieros Ramón Grotta y Gabriel Rebollo de la oficina madrileña de François Hennebique. Diseño de estructuras de hormigón armado Hennebique y sus contemporáneos, basaban el diseño de sus patentes en resultados experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes teóricos los realizan prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899 la teoría del «Reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales se gestarán en el siglo XX. Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado: El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendo despreciables las tensiones internas por cambios de temperatura. Cuando el hormigón fragua se contrae y presiona fuertemente las barras de acero, creando además fuerte adherencia química. Las barras, o fibras, suelen tener resaltes en su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el hormigón. Por último, el pH alcalino del cemento produce la pasivación del acero, fenómeno que ayuda a protegerlo de la corrosión. El hormigón que rodea a las barras de acero genera un fenómeno de confinamiento que impide su pandeo, optimizando su empleo estructural.

CONTENIDO

1. Definición del concreto armado Una estructura de concreto armado está formada: de concreto (cemento portland, arena y pedregullo o canto rodado) y de una armadura metálica, que consta de hierros redondos, la que se coloca donde la estructura, debido a la carga que soporta, está expuesta a esfuerzos de tracción. En cambio, se deja el concreto solo, sin armadura metálica, donde este sufre esfuerzos de compresión. Tal disposición de los dos materiales (hormigón y hierro) está basado en el hecho de que el concreto resiste de por sí muy bien a la compresión (hasta 50 Kg. por cm², siendo que el hierro presenta una gran resistencia a la tracción, de 1000 a 1200 Kg (por cm2 y más).

2. Propiedades físicas del concreto armado Las principales características físicas del hormigón, en valores aproximados, son: • Densidad: en torno a 2350 kg/m3 • Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm2 (200 MPa). • Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global. • Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior. • Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros.

o De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo. • Dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo.

3. Propiedades mecánicas del concreto armado La principal característica estructural del hormigón es resistir muy bien los esfuerzos de compresión. Sin embargo, tanto su resistencia a tracción como al esfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones por tracción o cortante sean muy bajas. Para superar este inconveniente, se "arma" el hormigón introduciendo barras de acero, conocido como hormigón armado, o concreto reforzado, permitiendo soportar los esfuerzos cortantes y de tracción con las barras de acero. Es usual, además,

disponer

barras

de

acero

reforzando

zonas

o

elementos

fundamentalmente comprimidos, como es el caso de los pilares. Los intentos de compensar las deficiencias del hormigón a tracción y cortante originaron el desarrollo de una nueva técnica constructiva a principios del siglo XX, la del hormigón armado. Posteriormente se investigó la conveniencia de introducir tensiones en el acero de manera deliberada y previa al fraguado del hormigón de la pieza estructural, desarrollándose las técnicas del hormigón pretensado y el hormigón postensado. Así, introduciendo antes del fraguado alambres de alta resistencia tensados en el hormigón, este queda comprimido al fraguar, con lo cual las tracciones que surgirían para resistir las acciones externas, se convierten en descompresiones de las partes previamente comprimidas, resultando muy ventajoso en muchos casos. Para el pretensado se utilizan aceros de muy alto

límite elástico, dado que el fenómeno denominado fluencia lenta anularía las ventajas del pretensado. Los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia; la inclusión de monómeros y adiciones para hormigón aportan múltiples mejoras en las propiedades del hormigón. Cuando se proyecta un elemento de hormigón armado se establecen las dimensiones, el tipo de hormigón, la cantidad, calidad, aditivos, adiciones y disposición del acero que hay que aportar en función los esfuerzos que deberá resistir cada elemento. Un diseño racional, la adecuada dosificación, mezcla, colocación, consolidación, acabado y curado, hacen del hormigón un material idóneo para ser utilizado en construcción, por ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso mantenimiento. Como puede ser moldeado fácilmente en amplia variedad de formas y adquirir variadas texturas y colores, se utiliza en multitud de aplicaciones.

4. Teoría clásica o elástica Existen dos teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado: “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos de trabajo” y “La teoría plástica” ó “Diseño a la ruptura”. La teoría elástica es ideal para calcular los esfuerzos y deformaciones que se presentan en una estructura de concreto bajo las cargas de servicio. Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia última de la estructura con el fin de determinar la intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder asignar coeficientes de seguridad, ya que la hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es completamente errónea en la vecindad de la falla de la estructura. La teoría plástica es un método para calcular y diseñar secciones de concreto reforzado fundado en las experiencias y teorías correspondientes al estado de ruptura de las teorías consideradas. Los primeros estudios el concreto armado, se fundamentaron en las teorías de Resistencia Máxima. Y es, en 1900 cuando se acepta la teoría de la línea Recta

(Teoría Elástica), debido a que era el método de diseño para otros materiales, y a que la variación lineal de esfuerzos conducía a una formulación más sencilla. El diseño basado en la resistencia máxima se acepto como una alternativa de cálculo en los códigos de construcción para el concreto armado del ACI de 1956 y del Reino Unido en 1957. El análisis comparativo de los métodos de cálculo, por Teoría elástica y por Teoría de rotura, se realiza tomando en cuenta: en secciones de concreto armado, las características de los materiales, las dimensiones de la sección y las condiciones de carga, la cual se aplica según el caso, a secciones sometidas a flexión, corte y flexocompresion; y en secciones de acero, tomando en cuenta las características de los materiales y las condiciones de carga, la cual se aplica según el caso, a secciones sometidas a tracción axial, compresión axial y flexión. Del análisis comparativo entre la teoría elástica y la teoría de rotura, se tiene que: En las secciones de concreto armado diseñadas por teoría elástica tienen mayor rigidez pero menor ductibilidad, que las diseñadas por teoría de rotura. Con el diseño por teoría de rotura, se produce una optimización económica ya que se tienen secciones con menores dimensiones que cumplen con la ductibilidad establecidas en las normas. En secciones de acero, se obtienen secciones con menor rigidez y menor peso, al diseñar por teoría de rotura, por tanto las secciones son mas económicas que cuando el diseño se realiza por teoría elástica. Del análisis comparativo aplicado a puentes, se tiene que, el diseño de losas de calzada, se puede realizar con ambas teorías, ya que el área de acero es igual en ambos casos, siempre y cuando el diseño no sea regido por el área de acero mínimo. En vigas, estribos y pilas macizas es más conveniente el diseño por teoría de rotura ya que las secciones tienen dimensiones menores y cumplen con la ductibilidad establecidas en las normas.

CONCLUSION

A la hora diseñar un mismo elemento con ambas teorías, con el diseño a la rotura obtendremos dimensiones y cuantía de acero menores que al hacerlo con un diseño elástico, esto debido a que se necesitará mayor dimensión y cuantía de acero para mantener el material en el rango elástico ante un mismo esfuerzo. A la hora de hacer diseños de alta seguridad, para instalaciones del tipo nuclear, militar o de investigaciones de alto riesgo no se puede permitir agrietamientos, debido a que escaparían partículas de alto peligro para los humanos y animales. Es por esto que para este tipo de instalaciones se utiliza el diseño según teoría elástica. Al día de hoy se utiliza la teoría plástica para la gran mayoría de los diseños, mientras que el diseño a la elástica se utiliza parcialmente para caso especiales como fundaciones o edificaciones especiales, realmente resulta sencillo elegir nuestra teoría de diseño debido a que todo está bien estandarizado.

BIBLIOGRAFIA

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http://html.rincondelvago.com/diseno-de-elementos-de-concreto-reforzado.html



http://www.buenastareas.com/ensayos/Caracteristicas-Fisicas-DelHormigon/1940195.html