UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA CIVILCENTRO DE INVESTIGACIONES DE INGENIERIALABORATORIO DE CONCRETO ARMADO 1CODIGO 314

REPORTE FINAL

OSCAR RAUL VILLEGAS RAMIREZ200715299

No. GRUPO: 1

INTRODUCCION

CONCRETOEl hormigón 'es un material compuesto empleado en construcción formado esencialmente por un aglomerante al que se añade: partículas o fragmentos de un agregado, agua y aditivos específicos. El aglomerante es en la mayoría de las ocasiones cemento (generalmente cemento Portland) mezclado con una proporción adecuada de agua para que se produzca una reacción de hidratación. Las partículas de agregados, dependiendo fundamentalmente de su diámetro medio, son los áridos (que se clasifican engrava, gravilla y arena).1 La sóla mezcla de cemento con arena y agua (sin la participación de un agregado) se denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que utiliza betún para realizar la mezcla.

AGREGADOS DEL CONCRETO

Los agregados del concreto o agregados de la construcción son componentes derivados de la trituración natural o artificial de diversas piedras, y pueden tener tamaños que van desde partículas casi invisibles hasta pedazos de piedra. Junto con el agua y el cemento, conforman el trío de ingredientes necesarios para la fabricación de concreto.

Los agregados pueden se de piedra triturada, grava, arena, etc. Mayormente compuesta de partículas individuales.  Los agregados sirven como refuerzo para agregar fuerza al material compuesto total. Los agregados también se utilizan como materia prima bajo fundaciones, caminos, y ferrocarriles.

Generalmente se dividen en dos grupos:

Los agregados finos: consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm.

los agregados gruesos: son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.

A los agregados gruesos a veces se les llama gravas; a los finos, arenas. Sin embargo, en términos generales hay más variedad de agregados: los hay pesados (como la barita), que ofrecen alta densidad; ligeros (como la

piedra pómez o la escoria volcánica) para concretos ligeros; y hay también otras categorías de gravas y arenas trituradas.

Los agregados conforman el esqueleto granular del concreto y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de concreto, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones.

Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm.

Usos principales del agregado en la construcción:

– Material subyacente para cimientos y pavimentos.– Como ingrediente del concreto de cemento portland y concreto asfáltico

Extracción

Los yacimientos de agregados comúnmente son localizados en ríos, lagos, lechos marinos, cerros o lomas a partir de una exploración visual de las formaciones geológicas, y una vez localizados se realiza una exploración mecánica con equipos de barrenación para realizar un muestreo.

A continuación se prosigue con el procesamiento. En el caso de la arena sólo se criba, pero si se trata de grava, se tritura en diversas fases, según se requiera, hasta que, mediante bandas de transportación arriba a una quebradora, en donde se obtiene el material en las medidas requeridas; éste se clasifica y almacena cuidadosamente para evitar contaminación y segregación.

CEMENTO

El cemento es un material pulverulento que por si mismo no es aglomerante, y que mezclado con agua, al hidratarse se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horasfragua y

se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea. El cemento consiste esencialmente en silicato cálcico hidratado (S-C-H), este compuesto es el principal responsable de sus características adhesivas. Se denomina cemento hidráulico cuando el cemento, resultante de su hidratación, es estable en condiciones de entorno acuosas.

VIGAS

Las vigas son elementos estructurales de concreto armado, diseñado para sostener cargas lineales, concentradas o uniformes, en una sola dirección. Una viga puede actuar como elemento primario en marcos rígidos de vigas y columnas, aunque también pueden utilizarse para sostener losas macizas o nervadas. La viga soporta cargas de compresión, que son absorbidas por el concreto, y las fuerzas de flexión son contrarrestadas por las varillas de acero corrugado, las vigas también soportan esfuerzos cortantes hacia los extremos por tanto es conveniente, reforzar los tercios de extremos de la viga. Para lograr que este elemento se dimensione cabe tener en cuenta la resistencia por flexión, una viga con mayor peralte (altura) es adecuada para soportar estas cargas, pero de acuerdo a la disposición del proyecto y su alto costo hacen que estas no sen convenientes. Para lograr peraltes adecuados y no incrementar sus dimensiones, es conveniente incrementar el área del acero de refuerzo para compensar la resistencia a la flexión. Para el diseño de una viga se deberá considerar también para su dimensionamiento, los esfuerzos de corte, torsión, de control, de agrietamiento y deflexión.

Comportamiento de elementos lineales a flexión

Vigas:

El comportamiento de las estructuras de concreto reforzado se basa en el comportamiento básico de los materiales que lo constituyen. Es por eso que ante la poca capacidad del concreto a resistir esfuerzos de tensión, se cuenta con el refuerzo de las barras de acero. Así, ante los efectos de flexión, los esfuerzos axiales de compresión serán soportados por el concreto y los esfuerzos axiales de tensión serán soportados por el acero de refuerzo.

Generalmente, cuando se realiza el análisis de esfuerzos de un elemento a flexión, como concepto básico se deben satisfacer ciertas condiciones como

son: “compatibilidad de deformaciones”, equilibrio de fuerzas en la sección de análisis y “las características esfuerzo-deformación de los materiales involucrados”.

HIPOTESIS BASICAS DE COMPORTAMIENTO PARA UN ANALISIS DE FLEXION:

a) Las secciones planas permanecen planas posteriores a la flexión (condición de compatibilidad de deformaciones). También denominado principio de bernuolli, el cual plantea que las deformaciones longitudinales sigue una distribución triangular, que las deformaciones en cualquier punto de la sección transversal son proporcionales a su distancia respecto al eje neutro y que existe una adherencia perfecta entre acero y concreto.

b) Se conoce la curva esfuerzo-deformación del acero y del concreto (características esfuerzo-deformación de los materiales). Aunque los material se encuentran bajo un estado de esfuerzos multiaxial, para definir las características esfuerzo-deformación se consideran resultados de pruebas donde se sujeto al material a un estado de esfuerzo uniaxiales.

c) Los esfuerzos internos están en equilibrio con la fuerza externa (equilibrio de fuerzas en la sección de análisis). Las fuerzas resultantes del estado de esfuerzos en la sección transversal deberá estar en equilibrio con los elementos mecánicos de la misma sección, producto de las cargas a alas que se sujete el elemento (momento flexionarte y carga axial).

El principio de Bernoulli es una hipótesis razonable en la zona a compresión del concreto, pero no es estrictamente aplicable en la vecindad del agrietamiento. Sin embargo, es aplicable a la deformación por tensión media de la zona agrietada. El principio de Bernoulli no se cumple totalmente en regiones sujetas a altos esfuerzos de corte.

CALCULO DE LA RESITENCIA POR FLEXION:

La resistencia última de un elemento bajo un estado de esfuerzos producto de flexión se define cuando la deformación unitaria máxima en el concreto de la fibra extrema a compresión de la sección transversal analizada alcanza un valor especificado, para el cual los reglamentos de diseño

generalmente recomiendan valores que varían entre 0.003 y 0.004. La mayoría de los reglamentos de construcción hipotetizan la distribución de esfuerzos a compresión en la sección transversal como rectangular definida por dos o tres parámetros, de tal modo que la resultante de esta distribución rectangular y la resultante y la posición de la misma, producto de considerar la curva esfuerzo-deformación “real” uniaxial del concreto, sea la misma. Así, se presentan distribuciones esfuerzo-deformación simplificadas en secciones sujetas a flexión como las presentadas en la siguiente figura, donde se muestran aquellas distribuciones adoptadas en los reglamentos RDF, ACI y AIJ. Resultando en formulas para el cálculo de resistencia última como las siguientes:

Donde Asc: área del acero de refuerzo en compresión; b: ancho de la sección transversal del elemento; d: peralte efectivo de la sección transversal; Pt: cantidad de acero de refuerzo longitudinal a tensión; pe: cantidad de acero de refuerzo longitudinal a compresión, (beta1): factor que depende de la resistencia a compresión del concreto; d`: dimensión del recubrimiento de concreto; g1; distancia entre los centroides de las barras a tensión y compresión/D; D: peralte de la sección; Ast: área de acero del refuerzo a tensión; fy: esfuerzo de fluencia del acero a tensión.

VIGAS RECTANGULARES SIMPLEMENTE ARMADAS

Una viga de concreto es rectangular, cuando su sección transversal en compresión tiene esa forma. Es simplemente armada, cuando sólo tiene refuerzo para tomar la componente de tensión del par interno.

En general, en una viga la falla puede ocurrir en dos formas: Una de ellas se presenta cuando el acero de refuerzo alcanza su límite elástico aparente o límite de fluencia Fy; sin que el concreto llegue aún a su fatiga de ruptura 0.85 F`c. La viga se agrietará fuertemente del lado de tensión rechazando al eje neutro hacia las fibras más comprimidas, lo que disminuye el área de compresión, aumentando las fatigas del concreto hasta presentarse finalmente la falla de la pieza. Estas vigas se llaman “Subreforzadas” y su falla ocurre más ó menos lentamente y va precedida de fuertes deflexiones y grietas que la anuncian con anticipación.

El segundo tipo de falla se presenta cuando el concreto alcanza su límite 0.85 F`c mientras que el acero permanece por debajo de su fatiga Fy. Este tipo de falla es súbita y prácticamente sin anuncio previo, la cual la hace muy peligrosa. Las vigas que fallan por compresión se llaman “Sobrereforzadas”. Puede presentarse un tipo de vida cuya falla ocurra simultáneamente para ambos materiales, es decir, que el concreto alcance su fatiga límite de compresión 0.85 F’c, a la vez que el acero llega también a su límite Fy. A estas vigas se les da el nombre de “Vigas Balanceadas” y también son peligrosas por la probabilidad de la falla de compresión.

Para evitar las vigas sobre reforzadas y las balanceadas, el reglamento del ACI 318-04 limita el porcentaje de refuerzo al 75% del valor correspondiente a las secciones balanceadas.

PRUEBAS AL CONCRETO FRESCO

ENSAYO DE CONSISTENCIA DEL CONCRETO (SLUMP TEST) ASTM C143-78

El ensayo de consistencia del concreto, o “slump test”, sirve para evaluar su capacidad para adaptarse con facilidad al encofrado que lo va a contener. El procedimiento se explica ampliamente en la norma ASTM C143-78 “Slump of Portland Cement Concrete”.

Equipo necesario:

Cono de Abrams de medidas estandar

Varilla para apisonado de fierro liso de diámetro 5/8″ y punta redondeada L=60 cm

Wincha metálica

Plancha metálica (badilejo) 

Procedimiento

Obtener una muestra al azar, sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. Según la norma se debe obtener una muestra por cada 120 m3 de concreto producido ó 500 m2 de superficie llenada y en todo caso no menos de una al día. Particularmente he llegado a sacar muestras con más regularidad si la importancia del elemento estructural lo amerita. La muestra no debe ser menor de 30 lt y el concreto muestreado no debe tener más de 1 hora de preparado. Entre la obtención de la muestra y el término de la prueba no deben pasar más de 10 minutos.

Colocar el molde limpio y humedecido con agua sobre una superficie plana y humedecida, pisando las aletas.

Verter una capa de concreto hasta un tercio del volumen (67 mm de altura) y apisonar con la varilla lisa uniformememente, contando 25 golpes.

Verter una segunda capa de concreto (155 mm de altura) y nuevamente apisonar con la varilla lisa uniformemente, contando 25 golpes. Los golpes en esta capa deben llegar hasta la capa anterior.

Verter una tercera capa (en exceso) y repetir el procedimiento, siempre teniendo cuidado en que los golpes lleguen a la capa anterior. Como es usual, les faltará un poco de concreto al final, asi es que tendrán que rellenar el faltante y enrasar el molde con la varilla lisa. Desde el inicio del procedimiento, hasta este punto no deben de haber pasado más de 2 minutos. Es permitido dar un pequeño golpe al molde con la varilla para que se produzca la separación del pastón.

Ahora pasamos a retirar el molde con mucho cuidado (no debería hacerse en menos de 5 segundos), lo colocamos invertido al lado del pastón, y colocamos la varilla sobre éste para poder determinar la diferencia entre la altura del molde y la altura media de la cara libre del cono deformado.

ENSAYO DE TEMPERATURA AL CONCRETO FRESCO ( ASTM C 1064)

Este método de prueba permite medir la temperatura de mezclas de hormigón recién mezclado, dosificado con cemento pórtland. Puede usarse para verificar que el hormigón satisfaga requerimientos específicos de temperatura.

En hormigones con tamaño máximo de agregado mayor a 3 pulgadas (75 mm) podrá requerir hasta 20 minutos para transferir el calor del agregado al mortero.

PESO UNITARIO (ASTM C138)

Este ensayo determina la densidad del concreto en su estado fresco y brinda fórmulas para calcular rendimiento, contenido de cemento, y contenido de aire del concreto. El rendimiento se calcula como el volumen de concreto producido de un diseño de mezcla.

ASTM C138/C138M-01a Standard Test Method for Density (Unit Weight), Yield, and Air Content (Gravimetric) of Concrete.

PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (ASTM C39)

Este método de ensayo es usado para determinar la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos preparados y curados de manera estándar. La interpretación de resultados es delicada debido a que la resistencia no es una propiedad característica o intrínseca del concreto realizado con materiales proporcionados, sino depende de muchos factores como tamaño y forma del espécimen, la mezcla, el procedimiento de batido, los métodos de muestreo, el moldeado y fabricación. Además de la edad, temperatura, y condiciones de curado de los especímenes. Los resultados de este método son usados como base para un control de calidad de la proporción, mezclado, y colocación del concreto; determinación de la conformidad de las especificaciones y control para evaluar la efectividad de las adiciones.

- NTP 339.034:1999 HORMIGON. Método de ensayo para el esfuerzo a la compresión de muestras cilíndricas de concreto. 2a. ed.

- NTP 339.037:2003 HORMIGON (CONCRETO). Práctica normalizada para el refrentado de testigos cilíndricos de hormigón (concreto)

- ASTM C39/C39M-01 Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens

- ASTM C617-98 Standard Practice for Capping Cylindrical Concrete Specimens.

MARCO PRACTICO

TABLAS RESUMEN

Tabla 1. Dimensiones y dosificación de la viga reforzada.

tipo de elemento viga reforzada con varillas de acerobase altura largo volumen0.15 0.2 1.5 0.045

dosificacion 1: 2.1: 3.2: 0.56cama superior cama inferior

1/4" 3/8"

dimensiones (mts)

refuerzo(varillas de acero)

Tabla 2. Volumen de viga y testigos.

total de volumen de concreto m3volumen de viga 0.045

diametro alto cantidad0.11 0.22 3 0.0726

total 0.1176

volumen de testigos

Tabla 3. Peso del concreto para un saco de cemento.

cantidad de material utilizadocemento ag. Fino ag. Grueso agua

dosificacion 1 2.1 3.2 0.56peso de un saco (kg) 42.5 42.5 42.5 42.5total de peso (kg) 42.5 89.25 136 23.8 291.55

Tabla 4. Peso especifico del concreto (asumido) y volumen mas 5% de desecho.

2400

volumen demandado (m3) 0.1176porcentaje de error 5%total de volumen (m3) 0.12348

peso especifico del concreto asumido (kg/m3)

Al realizar el siguiente análisis: el peso total se saco en base a un saco de cemento, esto quiere decir que por cada saco de cemento se tiene un peso total del concreto del 291.55 kg y sabiendo que el peso que ocupa el concreto por metro cubico es de 2400 kg/m3, se puede saber cuanto volumen ocupa los 291.55 kg de concreto que nos rinde un saco de cemento, esto quiere decir que 291.55/2400=0.1215 m3.

Se puede llegar a decir que:

- Se puede utilizar la proporción para un saco de cemento ya que es similar el volumen a utilizar.

- Comprar un saco de cemento, 89.25kg de arena, 136kg de piedrín y 23.8 litros de agua.

TABLA 5. Testigos de concreto.

testigos 9 días 23 días 28 díaspeso (gr) 4661 4540 4560diámetro (cm) 11 11.05 11largo (cm) 21.8 22 22

carga (lbs) 11500 29900 32500

esfuerzo compresión (psi) 780.708677 2011.5145 2206.35061

% de esfuerzo 35.3846154 91.1693045 100

GRAFICA 1. Días de fraguado vs. Esfuerzo a compresión.

9 dias 23 dias 28 dias0

20

40

60

80

100

120

DIAS DE CURADO

ESFUERZO

ANALISIS DE DATOS

TABLA 6. Datos de viga en el ensayo a flexión.

viga reforzada expuesta a esfuerzo a flexionconcreto cede a: 2500 lbsacero cede a: 3500 lbs

Los datos en la tabla 6 son el resultado del diseño de mezcla y tamaño de varillas que conforman la viga, viga que fue ensayada a flexión, estando simplemente apoyada.

PRUEBA DE SLUMP:

10 cm de ascentamiento=aceptable

CONCLUSIONES

La resistencia de la viga fue afectada por el exceso de agua en el agregado fino, problema del cual se dio cuenta cuando ya estaba hecha la mezcla de concreto.

La resistencia de la viga se vio afectada por la falta de experiencia a la hora de mezclar los agregados y el cemento con el agua.

Los datos de los testigos a la hora de saber su esfuerzo a compresión puede que hayan sido erróneos por utilizar solo agua y no agua con cal a la hora de su curado.

La viga, cuando fue ensayada a flexion, soporto menos ya que su curado no fue el adecuado, este problema se ocasionó por el asueto de semana santa.

RECOMENDACIONES

El curado del elemento estructural debe de ser sin duda alguna algo en lo que no se puede pasar por alto, ya que de esto depende mucho la cantidad de esfuerzo que soportará.

La forma en que se varilla la viga cuando el concreto esta fresco debe de hacerse bien ya que si no aparecerán ratoneras y eso afectara el desempeño de la viga.

Los estribos son de mucha importancia ya que estos soportan el esfuerzo de corte, por lo tanto es de gran importancia colocarlos adecuadamente y a la distancia exacta que el diseñador proponga.

BIBLIOGRAFIA

http://desastres.usac.edu.gt/documentos/pdf/spa/doc9208/doc9208.htm

http://desastres.usac.edu.gt/documentos/pdf/spa/doc9208/doc9208- 1a.pdf

elementos de concreto reforzardo, conforme al aci 318-04 http://cybertesis.upc.edu.pe/upc/2008/sanchez_sc/pdf/sanchez_sc-TH.5.pdf http://cybertesis.upc.edu.pe/upc/2008/sanchez_sc/pdf/sanchez_sc-TH.6.pdf

APENDICE