Conceptos basicos hormigon

7/25/2019 Conceptos basicos hormigon

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CONCEPTOS BASICOS DEL HORMIGON ARMADO EMEL MULETT RODRIGUEZ 1

HORMIGON ARMADO 1

1. FUNDAMENTOS BASICOS- MATERIALES 10 HORAS

1.1.Concreto, concreto reforzado y concreto preesforzado.

1.2

Formas estructurales.1.3 Cargas.1.4 Diseo por Resistencia y Servicio.

Mtodos de diseo por Resistencia y Servicio (NSR-98, ACI-95) Recomendaciones sobre resistencia.

Factores de cargaFactores de reduccin de capacidad.

Recomendaciones sobre servicio. Recomendaciones sobre ductilidad. Consideraciones sobre la resistencia de los miembros.

1.5. Relaciones Esfuerzo-Deformacin para el Concreto y el Acero.

1.5.1.

Concreto. Comportamiento bajo esfuerzo uniaxialCompresinTensin.Relacin de Poisson.

Comportamiento bajo esfuerzos combinados. Confinamiento del concreto por el refuerzo. Flujo plstico del concreto. Contraccin del concreto.

1.5.2. Refuerzo de Acero. Perfiles y tamaos de varillas. Comportamiento monotnico de esfuerzos.

Comportamiento bajo esfuerzos repetidos. Comportamiento bajo esfuerzos alternados.

1. FUNDAMENTOS BASICOS- MATERIALES

1.1. CONCRETO, CONCRETO REFORZADO Y CONCRETO PREESFORZADO.

El Concreto es un material slido como la piedra que se obtiene de la mezcla de cemento, arena, grava yagua y en algunas aplicaciones especiales de un aditivo.

Se pueden obtener concretos en un amplio rango de propiedades ajustando convenientemente lasproporciones de la mezcla o usando cementos especiales con o sin adiciones. No obstante, la eficienciadepende tambin del proceso de control de las condiciones de humedad y temperatura que se d a lamezcla una vez colocado en las formaletas o en el sitio convenido, proceso conocido como Curado

La principal caracterstica mecnica del concreto es su alta resistencia a la COMPRESION, lo que lohace muy apropiado en miembros como columnas y arcos. Sin embargo, el concreto tiene una resistenciarelativamente baja a la TENSION, lo que lo hace poco econmico en miembros sometidos a esfuerzos atensin como los elementos de amarre y en vigas.


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La anterior limitacin se puede contrarrestar reforzando las zonas de tensin del concreto con unmaterial que sea resistente a este tipo de esfuerzo como es el ACERO, obtenindose el CONCRETOREFORZADO.

El concreto reforzado combina muchas de las ventajas de los dos materiales: Para el Concreto su costo

relativamente bajo, su alta resistencia a la compresin, resistencia al clima y al fuego y la gran capacidadde moldeo a casi cualquier forma que se desee. Para el Acero, su alta resistencia a tensin, ductilidad ytenacidad.

Los avances tecnolgicos han permitido producir concretos y aceros de resistencias mayores hasta cincoveces mayores a los usuales, lo cual permite usar secciones transversales de los miembros mas pequeas,reduciendo la magnitud de las cargas muertas y como consecuencia de ello bajando los costos deconstruccin. Sin embargo, cuando los materiales alcanzan estos elevados esfuerzos las deformacionesunitarias que son proporcionales a ellos tambin se incrementan produciendo fisuras y agrietamientos,con deflexiones poco estticas y exponiendo el acero a los ataques qumicos del medio ambiente,disminuyendo a largo plazo la DURABILIDAD de la edificacin. El ingeniero ha superado esteinconveniente usando el CONCRETO PREESFORZADO. Este consiste en esforzar el acero antes de

poner la estructura en servicio; cuando se carga, el concreto queda precomprimido en sus zonas detensin, lo que permitir resistir cargas mucho mayores antes que el concreto se agriete en las zonas detensin. De esta manera, s ser posible usar materiales de alta resistencia, con una disminucin sensibledel tamao de los miembros. De acuerdo al procedimiento que se utilice para preesforzar el acero setendr el CONCRETO PRETENSADO o el CONCRETO POSTENSIONADO. El concreto

preesforzado tiene su aplicacin principal en grandes estructuras como puentes y ltimamente se estempleando mucho en las vigas de las placas de entrepiso de los edificios, logrando espesores de placassignificativamente menores

1.2. FORMAS ESTRUCTURALES DEL CONCRETOREFORZADO.

FIGURA 1: EDIFICIOAPORTICADO

Para los entrepisos deedificios se pueden mencionar el entrepiso de placa y viga monoltica, sistemas de viguetas armadas endos direcciones y el sistema de placa plana sin vigas. Cuando se requieren luces libres grandes paracubiertas se pueden utilizar sistemas de membranas o cascarones, como placas plegadas, cascaronescilndricos, domos. Tambin pueden usarse cascarones con doble curvatura a partir de las curvasmatemticas como arcos circulares, parbolas, elipses o hiprbolas.


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El diseo de puentes ha dado la oportunidad para algunas de las aplicaciones mas audaces, retadoras ycreativas de la ingeniera estructural como es el caso de los puentes con vigas cajn sobre pilas en Y,

puentes de arcos, atirantados, colgantes, puentes construidos por el sistema de voladizos sucesivos.

Tanques cilndricos de concreto tambin son usados para almacenamiento de lquidos o materiales a

granel.La seleccin de cualquiera de estos sistemas obedece a criterios de funcionalidad, cargas, luces yespesores permisibles de elementos, al igual que a factores de tipo econmico y esttico.

1.3 CARGAS

Las cargas que actuan sobre una estructura se pueden clasificar en tres categoras: muertas, vivas yambientales.

Las cargas muertasson aquellas que se mantienen constantes en magnitud y fijas en posicin durantela vida til de la estructura. Estas pueden cuantificarse con buena aproximacin a partir de laconfiguracin de los diseos, de las dimensiones dadas en los planos y la densidad del material.

Las cargas vivasconsisten principalmente en cargas de ocupacin en edificios y cargas de trfico depuentes. Estas pueden estar total o parcialmente en su sitio o no estar presentes y pueden cambiar deubicacin. Su magnitud y distribucin son inciertas en un momento dado y sus mximas intensidades alo largo de la vida til no se conocen con precisin.

Las cargas vivas mnimas de diseo vienen especificadas en las normas de construccin. Estas cargasson los mximos esperados y exceden considerablemente los valores promedios. En algunos casos nodeben utilizarse las cargas mnimas estipuladas sino que debe considerarse especficamente el tipo deocupacin calculando tan preciso como sea posible las cargas ms probables. Aun ms, se recomiendaque adems de las cargas distribuidas especificadas para entrepisos de las edificaciones, se tomen encuenta cargas concentradas cuando stas producen mximos esfuerzos (ASCE 7-95: Sociedad americanade ingenieros civiles). Por ejemplo, los pisos de oficinas deben disearse para resistir una carga puntualde 0.90 ton para considerar el peso de una caja de seguridad o de otro equipo pesado; los escalones de

las escaleras deben resistir de forma segura una carga de 136 Kg aplicada en el centro de un escaln. Asmismo, se permite reduccin de la carga viva para elementos con grandes reas aferentes, bajo la

premisa que es poco probable que toda el rea vaya a estar cargada completamente al mismo tiempo.Ver Ttulo B de la NSR-98)

Las cargas vivas de servicio para puentes vehiculares y ferroviarios estn dadas por la AASHTO y laAREA. En Colombia se dispone del Cdigo de diseo ssmico para puentes 95 expedido por elMinisterio de Transporte y elaborado por la AIS.

Las cargas ambientales consisten principalmente en cargas de nieve, presin y succin de vientos,cargas ssmicas, empujes de suelos, cargas de posibles empozamientos de aguas lluvias sobre superficies

planas y fuerzas causadas por cambios de temperatura. Estas acciones tambin son difciles de evaluarcon precisin.

1.4 DISEO POR RESISTENCIA Y SERVICIO.

Para que una estructura cumpla sus propsitos debe ser segura contra el colapso y funcional paracondiciones de servicio. La funcionalidad requiere que las deflexiones sean pequeas, que las fisuras, siexisten se mantengan dentro de ciertos lmites tolerables, que las vibraciones se minimicen. La seguridadrequiere que la resistencia de la estructura sea adecuada para todas las cargas que puedan presentarsedurante la vida til.


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Si la resistencia de la estructura ya construida pudiera predecirse con exactitud, y si las cargas y susefectos internos (momentos, cortantes fuerzas axiales) pudieran medirse con buen grado deaproximacin, la seguridad podra garantizarse proporcionando una capacidad portante ligeramentesuperior a la que se requiere para las cargas conocidas. Pero existen diversas fuentes de incertidumbreen el anlisis, diseo y construccin de las estructuras de concreto reforzado., entre las cuales se pueden

mencionar las siguientes:

Las cargas reales pueden diferir de las supuestas. Las cargas reales pueden estar distribuidas de forma diferente a las supuestas. Los modelos de anlisis emplean aproximaciones y simplificaciones que conducen a resultados

diferentes a los reales. El comportamiento estructural real puede diferir del supuesto, debido a las limitaciones del

conocimiento. Las dimensiones reales de los miembros generalmente difieren de las especificadas en los planos. El refuerzo puede que no est ubicado en la posicin correcta que especifican los diseos. La resistencia real de los materiales pueden diferir de las especificaciones o de las obtenidas en los

ensayos de laboratorio.

Otro aspecto que se debe tener en cuenta al evaluar el margen de la seguridad es el tipo de falla quepueda presentarse. Si es frgil, repentina, sin previo aviso, o si por el contrario, se presenta una fluenciagradual Tambin tiene que ver la importancia relativa del miembro en la estructura: en su orden, es mascatstrfica una falla de un cimiento que la de una columna, que la de una viga, que la de una vigueta,etc.

MTODOS DE DISEO POR RESISTENCIA Y SERVICIO (NSR-98, ACI-95)

El diseo de los elementos de una estructura debe hacerse para que satisfaga las condiciones deResistencia y Servicio. Para el primer caso se utiliza el mtodo de DISEO A LA RESISTENCIA ULTIMA oMETODO DE LA ROTURA; para el segundo caso mtodo DISEO POR ESFUERZOS ADMISIBLES.

DISEO A LA RESISTENCIA ULTIMA.

La Caracterstica particular mas importante de cualquier elemento estructural es su resistencia real, lacual debe ser lo suficientemente grande para resistir, con algn margen de seguridad, todas las cargasprevisibles que puedan actuar sobre l sin que el elemento falle. Por tanto es lgico disear losmiembros de manera que su resistencia sea adecuada para soportar las fuerzas resultantes de ciertosestados supuestos de sobrecargas utilizando cargas mucho mayores que las que se espera se produzcandurante la vida til .

Quiere decir esto que en este mtodo las cargas usuales de diseo se amplifican por ciertos factoresllamados de seguridad y para las fuerzas resultantes del anlisis estructural (momentos, cortantes, etc.)se calculan las dimensiones de la seccin transversal y el refuerzo tal que los materiales constitutivos(concreto , acero o ambos) alcancen sus resistencias mximas. En el caso del acero sera la resistencia enel punto de fluencia a tensin y para el concreto la resistencia cilndrica de diseo a la compresin; paratal estado de esfuerzos se habr alcanzado el rango no lineal o de deformaciones plsticas. (Ver figura 2)

FIGURA 2: ESF-DEF


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Los factores de carga usados son frecuentemente 1.4 para carga muerta y 1.7 para carga viva. Ladiferencia en la magnitud de los factores refleja el grado mayor de incertidumbre en la evaluacin de lacarga viva respecto a la muerta.

DISEO POR ESFUERZOS ADMISIBLES

En este mtodo, las secciones de los elementos se disean de tal manera que las cargas normales deservicio generen esfuerzos internos en el acero y el concreto muy por debajo de los esfuerzos de fluenciaen el acero y de la resistencia mxima a compresin en el concreto ; tales esfuerzos estarn en el rangoelstico de la curva esfuerzo- deformacin para cada material. Para el acero se toma normalmente unesfuerzo admisible del 50% de la fluencia: fs= 0.5 fy, y para el concreto un 45% de fc , para el cual seconsidera que la relacin esfuerzo-deformacin en la curva es lineal, fc= 0.45 fc (Ver figura 1)

COMPARACION ENTRE LOS DOS METODOS

Las secciones de concreto se comportan inelsticamente para cargas elevadas; por tanto el mtodode diseo por esfuerzos de trabajo no puede evaluar la resistencia mxima de los miembros.

El diseo por resistencia ltima permite una seleccin mas racional de los factores de carga bajocargas conocidas con mayor precisin.

La curva esfuerzo-deformacin en el concreto es no lineal y depende del tiempo. En consecuencia larelacin modular usada en el diseo no es muy confiable. El diseo por resistencia ltima utiliza de manera mas eficiente los refuerzos de alta resistencia. El diseo por resistencia ltima permite evaluar la ductilidad en el rango inelstico. Esto es

importante cuando se considera la redistribucin posible de los momentos de flexin.

La tendencia moderna es utilizar el mtodo de diseo por resistencia para el diseo de los miembros yusar el de esfuerzos de trabajos para revisar las condiciones de servicio. Estos dos mtodos quedancobijados bajo el Mtodo de Diseo para Estados Lmites.

Recomendaciones sobre resistencia.Factores de cargaFactores de reduccin de capacidad.

Los factores de carga tienen como objetivo dar seguridad adecuada contra el aumento de las cargas mas all delas previstas en el diseo para disminuir las probabilidades de falla. Tambin ayudan a reducir lasdeformaciones.

Los factores de reduccin de capacidad se dan para tener en cuenta las inexactitudes en los clculos,fluctuaciones en la resistencia de los materiales, en la mano de obra y en las dimensiones. El valor de varatambin segn la gravedad que una falla pueda darse en un miembro; p.e, para columnas es menor que para vigas.

Recomendaciones sobre servicio

Evaluar la estructura bajo condiciones de servicio es muy importante porque el uso de materiales de altaresistencia da lugar a secciones pequeas que pueden deformarse mas all de los permitidos.

Recomendaciones sobre Ductilidad.

Adems del diseo por Resistencia y por Servicio, se debe asegurar que la estructura tenga la suficienteductilidad para que pueda deformarse en el rango inelstico sin colapsar, lo cual es de suma importancia enel diseo ssmico. La filosofa del diseo sismorresistente es que la estructura se comporte elsticamente slo

para sismo de baja intensidad, pero entrar al rango inelstico ante sismos moderados a fuertes y aqu elcomportamiento dctil es sumamente fundamental. El Diseo dctil se asegura con un buen detallado como


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la cuanta del refuerzo longitudinal, anclaje del refuerzo y confinamiento del concreto confinado, evitandofallas frgiles.

Consideraciones sobre Resistencia de los miembros.

Cuando se quiere revisar un diseo por errores en los clculos o mtodos de anlisis, por cambio de uso oporque se quiere hacer un estudio de vulnerabilidad de una edificacin ya construida, interesa evaluar deforma real los lmites superior e inferior de resistencia de los miembros estructurales. Se pueden definir lossiguientes niveles de resistencia:

* Resistencia Ideal Si: La resistencia ideal de un miembro se calcula tericamente prediciendo elcomportamiento con las dimensiones nominales y las resistencias especificadas.. Digamos que es laresistencia de diseo.

* Resistencia Confiable. Sd: El factor permite relacionar la resistencia confiable con la de diseomediante la frmula: Sd = Si. d1 Sobrerresistencia So La sobrerresistencia tiene en cuenta todos los factores que pueden contribuir al

incremento de la resistencia de un miembro, como son: Resistencia del acero a la fluencia mayor que ladada mas la que se puede obtener en el rango de endurecimiento, tamaos de secciones mayores que lossupuestos, existencia de compresin axial en los miembros a flexin, refuerzo adicional por finesconstructivos

So= Si >1

1.5.RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACION PARA EL CONCRETO Y EL ACERO

1.5.1 Concreto. Comportamiento bajo esfuerzo uniaxial

COMPRESION

La resistencia a compresin es la caracterstica principal del concreto. Se indica por fc y se ha normalizadoensayando a compresin uniaxial un cilindro con relacin altura/dimetro=2/1 hasta la rotura. El mximo valor defc se obtiene en la curva esfuerzo-deformacin para una deformacin unitaria promedio de 0.002. Ladeformacin ltima en el momento de la falla alcanza valores entre 0.003 y 0.008. Sin embargo, se adopta comovalor til una deformacin unitaria mxima de cu= 0.003. (Ver figura 2)

Figura 3

(a)

(b)


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La figura 3 muestra curvas esfuerzo deformacin para concretos de diferentes resistencias ensayados a una tasalenta de deformacin mxima en dos o tres minutos. Las curvas son casi lineales hasta un 50% de fc. El pico dela curva para concretos de mayor resistencia es ms pronunciado que para concretos de baja resistencia; el modode falla generalmente es con grietas paralelas al eje del cilindro debido a las deformaciones transversales deexpansin inducidas (Relacin de Poisson).

El Mdulo de Elasticidad de un material es una medida de la rigidez o resistencia del material a ser deformado yes por definicin la relacin entre el esfuerzo y la deformacin unitaria, o sea, la pendiente de la curva, medidadentro del rango elstico. Para el concreto su magnitud depende de varios factores entre los cuales se puedenmencionar:

Resistencia del concreto. Edad del concreto. Propiedades de los agregados y del cemento. Velocidad de la carga. Forma y tamao de las probetas.

La norma colombiana de diseo NSR-98 ha establecido que el mdulo de elasticidad se calculeexperimentalmente elaborando curvas esfuerzo-deformacin; entonces Ec se toma como la pendiente de la

secante de la recta trazada del origen a la ordenada en la curva correspondiente a 0.45fc.

Si no se dispone de ensayos, permite que se calcule en funcin del peso especfico del material como

Ec=0.15 1.5 cf Kg/cm2, siendo el peso especfico medido en Kg/m3. Para valores de , o


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Ec=0.047 1.5 cf Mpa.

Para valores promedio del peso especfico, de acuerdo a la informacin experimental en Colombia, se puedecalcular el mdulo de Elasticidad como

Ec= 3900 cf Mpa

Ec=12500 cf Kg/cm2 C.8.5.4 NSR-98

Para tener una idea de los valores medios del mdulo de elasticidad, si la resistencia a la compresin del concreto

a los 28 das es de 210 Kg/cm2 (21 Mpa), remplazando en la ltima frmula se obtiene un mdulo de elasticidadde 181. Kg/cm2 ( 18.1 Mpa).

Las normas ACI aproximan el valor del mdulo de elasticidad a Ec=15000 cf , el cual es apreciablementemayor que la de la NSR-98 (Ser que nosotros los colombianos hacemos menos control de calidad de losmateriales y fabricacin del concreto en Colombia?).

Una aproximacin usada para la curva es una parbola del origen de coordenada hasta el punto de rotura y desdeall una lnea recta (Park & Paulay-1994). Ver figura 3-b


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La resistencia del concreto y el mdulo de elasticidad se incrementan cuando se realiza el ensayo usando una tasarpida de deformacin (carga rpida)

Por otro lado, el flujo plstico o las cargas sostenidas de larga duracin pueden disminuir la resistencia y elmdulo de elasticidad hasta en un 80%, pero esta prdida puede verse compensada con el incremento de laresistencia con el tiempo.

Las cargas repetidas a compresinde elevada intensidad (en un

proceso de ciclos de carga ydescarga) producen un efecto

pronunciado de histresis en lacurva; ensayos muestran que lacurva envolvente era casi idnticaa la curva obtenida en una solaaplicacin continua de carga. Lafigura 4 muestra cmo laresistencia a compresin delconcreto disminuye a medida quese incrementan los ciclos de carga.

Figura 4. Ciclos de carga y descarga en Concretoy descarga de alta intensidad.

TENSIONAunque es posible hacer ensayos de tensin directa en el concreto, los resultados no son muy confiables dada ladificultad en los dispositivos de agarre de la probeta. Por esta razn se usan mtodos indirectos para medir laTensin como es la prueba brasilea que somete un cilindro colocado horizontalmente a falla apoyndolo en dos

aristas opuestas o usando el resultado de la falla para Flexin por tensin, usando una probeta prismtica de15x15x45 carga mediante dos cargas aplicadas en los tercios centrales. En este caso se obtiene lo que se conocecon el nombre de Mdulo de rotura. Figura 5

Figura 5. Ensayo a Flexin en el Concreto Simple (b) Ensayo indirecto de Tensin: Ensayo Brasilero


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La resistencia a tensin en el concreto oscila entre el 10 y el 20% de la resistencia cilndrica a compresin.A falta de ensayos la NSR-98 permite que se calcule el mdulo de rotura como

Fr= 0.7 cf Mpa. (Fr=2.21 cf Kg/cm2)

En los clculos por Resistencia, se desprecia la resistencia a tensin del concreto, pero para el clculo deflexioness se tiene en cuenta, al igual que en la resistencia a cortante y en otras aplicaciones..

La curva esfuerzo deformacin para tensin se puede idealizar como una lnea recta hasta la tensin de falla ydentro de este rango se puede suponerque el mdulo de elasticidad a la tensines igual que el de compresin.Ver figura6

RELACION DE POISSON

Se recuerda de la resistencia de materialesque cuando un material se somete a cargaaxial de tensin o compresin, el materialse alarga o se contrae una magnitud x,

pero al mismo tiempo se presenta unadeformacin transversal de encogimientoo expansin y.

Figura 6


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La Relacin de Poisson se define como la relacin entre la deformacin unitaria transversal y la deformacinunitaria longitudinal.

y=y /Ly Deformacin unitaria transversalx =x/Lx Deformacin unitaria longitudinal

= - y / x Relacin de Poisson

El signo menos ( - ) indica que si la deformacin axial es de compresin entonces la deformacin transversalcrece y viceversa. La relacin de Poisson en el concreto vara entre 0.15 y 0.20 aunque se han determinadooscilaciones entre 0.10 y 0.30. Respecto a la variacin de la relacin de poisson con las propiedades del concretono se tiene una informacin cierta aunque se considera que es menor para concretos de alta resistencia. Pero s escierto que para esfuerzos elevados de compresin la relacin aumenta debido al agrietamiento interno paralelo ala carga dentro de la muestra. As mismo, el volumen disminuye durante la aplicacin de la carga pero cuando sealcanza esfuerzos en el lmite de la falla el volumen aumenta.

COMPORTAMIENTO BAJO ESFUERZOS COMBINADOS

No se tiene registro de una investigacin completa que prediga el comportamiento del concreto bajo esfuerzos

tridimensionales. Para recordar estos conceptos se remite al lector a los conceptos de esfuerzos combinadosestudiados en los textos de resistencia de materiales.

Fig 7-a. Esf biaxiales de Compresin Fig 7-b. Esfuerzos de Compresin y tensin

Para el caso particular de una muestra sometida a esfuerzos biaxiales de compresincontenidos en un plano, seha observado un incremento en la resistencia hasta del 27% respecto a la compresin uniaxial (Figura 7-a); perosi uno de los esfuerzos es de tensin y el otro de compresin, entonces la resistencia resultante a tensin ocompresin se ver reducida (7-b).

De acuerdo con la teora de Mohr, para planos distintos de los principales, los esfuerzos normales vanacompaados de esfuerzos cortantes; en estos casos el Crculo de Mohr es de gran utilidad para predecir elcomportamiento. Una familia de crculos de Mohr que representan condiciones de fallas para compresin simple,tensin simple y otras combinaciones, se localizan dentro de una envolvente. Por tanto, cualquier combinacin deesfuerzos que tenga un crculo de Mohr tangente a esta envolvente, o que lo intersecte, se puede considerar comouna condicin de falla. La presencia de esfuerzos cortantes puede disminuir la resistencia a compresin delconcreto.

Cuando el concreto se somete a compresin triaxial, la resistencia neta a compresin y la ductilidad seincrementan notablemente. Richart, Brandtzaeg y Brown encontraron la siguiente relacin para la resistencia acompresin de cilindros cargados axialmente a la falla mientras se les someta a una presin de fluidos (Fig 8):


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fc= f c+ 4.1Pf (a)

Siendo,f c Resistencia a la

compresin axial del especimen.f c Resistencia a lacompresin uniaxial del cilindrono cofinado.Pf Presin lateral deconfinamiento.

De la ecuacin se deduce que amayor fuerza lateral deconfinamiento, se obtiene mayorresistencia.

CONFINAMIENTO DEL CONCRETO POR EL REFUERZO

En las estructuras reales el confinamiento del concreto se puede lograr usando refuerzo transversal en forma dehlice o aros de acero espaciados a poca distancia. Para bajos niveles de esfuerzos de compresin en concreto elrefuerzo transversal trabaja muy poco, pero a medida que los esfuerzos de compresin alcanzan valores cercanosa 0.85fc la deformacin transversal aumenta en proporcin a la relacin de Poisson y el refuerzo transversal

puede alcanzar esfuerzos importantes como la fluencia y es entonces cuando la reaccin de confinamiento delconcreto actua.

El refuerzo transversal incrementa la resistencia a compresin del concreto y proporciona buena ductilidad.;ensayos han demostrado ampliamente que el refuerzo helicoidal es mas eficiente que los estribos. Adems, unincremento en la cuanta de los estribos mejora ductilidad, pero no en la misma proporcin la resistencia. Ladiferencia en presin de confinamiento entre hlice y estribo radica en que la hlice debido a su forma est entensin radial proporcionando una presin continua de confinamiento, mientras que los estribos slo pueden darconfinamiento en las esquinas debido a que la presin del concreto sobre los lados de los estribos tiende aflexionarlos hacia fuera.

El confinamiento del concreto depende de varios factores como son: La relacin del volumen de acero respecto al volumen del ncleo del concreto ya que un elevado

volumen de acero conlleva a una mayor capacidad de presin. La resistencia a la fluencia del refuerzo.

El espaciamiento del refuerzo transversal; a menos separacin mayor confinamiento. La relacin del dimetro de la varilla transversal a la longitud no soportada. Cuantas y dimetros mayores del acero longitudinal producen mejor confinamiento. La resistencia del concreto, ya que los concretos de baja resistencia son mas dctiles que los de alta

resistencia.

Para concreto confinado por hlice, la presin de confinamiento se puede calcular observando que la tensin enlos ramales de media hlice es igual a la presin de fluido en un cilindro de dimetro Dsy altura s, la separacin o

paso de la hlice; siendo As el rea de la varilla en espiral, se tiene:

Figura 8


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Existen mtodos empricos para medir las deformaciones por flujo plstico.

CONTRACCION DEL CONCRETO.

El concreto se contrae cuando pierde humedad por evaporacin. Las deformaciones por contraccin sonindependientes del estado de esfuerzos en el concreto. Si se restringen, las deformaciones por contraccin puedencausar agrietamientos y por lo general provocan aumento de las deflexiones del concreto con el tiempo.

La contraccin es un fenmeno reversible; si se satura el concreto con agua despus de haberse contrado, sedilatar casi a su volumen inicial. En consecuencia, las condiciones secas y hmedas alternadas provocancambios volumtricos. Este fenmeno es parcialmente responsable de las deflexiones fluctuantes en estructuras,

por ejemplo , en los puentes.

Por lo general, las deformaciones por contraccin dependen tambin de la composicin del concreto y del medioambiente.

1.5.3. REFUERZO DE ACERO

PERFILES Y TAMAO DE VARILLAS

Las varillas de refuerzo tienen generalmente seccin trasversal circular. Para restringir el movimiento relativolongitudinal de las varillas respecto al concreto, se le hacen unos resaltos de magnitud y espaciamiento que sonrelativos al dimetro de la varilla.

Las especificaciones ASTM requieren que las corrugaciones tengan un espaciamiento promedio no mayor de 0.7veces el dimetro de la varilla y una altura mnima de 0.04 a 0.05 del dimetro; adems deben estar distribuidas

por lo menos en un 75% del permetro. Los resaltes deben formar ngulos no superiores a 45

Las varillas se fabrican en dimetros que van des los nmeros 2 al 18 en que el nmero significa octavos depulgadas. Tambin se producen alambrones formados por mallas ortogonales, muy utilizados en placas,

cascarones y pavimentos.

COMPORTAMIENTO MONOTONICO DEL REFUERZO

Las curvas tpicas esfuerzo-deformacin para el acero cargado monotnicamente (carga gradual desde cero hastala falla) presentan un comportamiento lineal en su fase inicial; luego una fase de fluencia y finalmente unincremento de esfuerzos por endurecimiento. Recordar figura 2

El mdulo de elasticidad est dado por la pendiente de la porcin elstica y se toma generalmente como 210.000Mpa (2.100.000 Kg/cms2) No obstante la NSR-98 lo limita a 200.000Mpa (2.000.000. Kg/cm2)

La curva al terminar el rango elstico experimenta un incremento corto en el esfuerzo y seguidamenteexperimenta una disminucin brusca. El incremento se debe a la velocidad de aplicacin de la carga. Por estarazn, se toma como punto de fluencia caracterstico del material el punto mas bajo.. Para los aceros que notienen una zona de fluencia bien marcada, como suele ocurrir con los acero de alto contenido de carbono, el

punto de fluencia se define como el punto correspondiente a una deformacin unitaria de 0.002


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Por lo general, la resistencia de fluencia especificada es menor que la real. Esto puede ser indeseable cuando setrata de evaluar la resistencia ssmica de un miembro, dado que una mayor resistencia a la flexin equivale amayores fuerzas cortantes bajo carga ltima lo que puede traducirse en una falla frgil por cortante.

Por lo general, se supone que la curva esfuerzo-deformacin para el acero a tensin y a compresin son idnticas.

COMPORTAMIENTO BAJO ESFUERZOS REPETIDOS

Si se quita la carga antes de la falla, la muestra se recupera a lo largo deun camino paralelo a la porcin elstica original de la curva. Si se cargade nuevo, la muestra sigue el mismo camino hasta la curva original,quizs con una pequea deformacin. Se sigue entonces de cerca lacurva virgen, tal como si no hubiera ocurrido la descarga.. Enconsecuencia, la curva monotnica de esfuerzo-deformacin da una

buena idealizacin para la curva envolvente para cargas repetidas delmismo signo.

COMPORTAMIENTO BAJO ESFUERZOS ALTERNADOS

Si se aplica carga axial alternada (tensin-compresin) a una muestra deacero en el rango de la fluencia, se obtiene una curva como la mostrada enla figura. La figura muestra el efecto Bauschinger, en que la curva bajoesfuerzos alternados deja de ser lineal a un esfuerzo mucho mas bajo que laresistencia inicial de fluencia. Esto se debe al deslizamiento que ocurre enla varilla dentro del refuerzo al pasar de tensin a compresin.

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