Ensayo de materiales hormigón
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL ENSAYO DE MATERIALES ESTUDIO DEL HORMIGÓN Alejandro Machado Ingeniero Civil, EPN
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTA DE INGENIERÍA CIVIL Y
AMBIENTAL
ENSAYO DE MATERIALES
ESTUDIO DEL HORMIGÓN
Alejandro Machado
Ingeniero Civil, EPN
DEFINICIÓN
Es una mezcla de arena, grava, roca triturada, u
otros agregados unidos en una masa rocosa por
medio de una pasta de cemento y agua.
Se pueden agregar aditivos para cambiar
ciertas características del concreto, tales como:
• Ductilidad
• Durabilidad
• Tiempo de fraguado
• Trabajabilidad
DEFINICIÓN
El hormigón tiene una alta resistencia a la
compresión y una muy baja resistencia a la
tensión
El hormigón armado es
una combinación de
hormigón y acero en la
que el refuerzo de acero
proporciona la resistencia
a la tensión de que
carece el concreto.
VENTAJAS
• Tiene una resistencia considerable a la
compresión por unidad de costo.
• Tiene gran resistencia a las acciones del fuego
y el agua
• Las estructuras de concreto reforzado son muy
rígidas.
• Requiere de poco mantenimiento.
• Tiene una larga vida de servicio.
• Prácticamente es el único material disponible
para zapatas, muros de contención, pilotes y
construcciones similares
VENTAJAS
• Se puede fundir en una gran variedad de
formas que van desde simples losas, vigas y
columnas, hasta grandes arcos y cascarones.
• El hormigón aprovecha para su elaboración la
existencia de materiales locales baratos como
arena, grava y agua
• Para la construcción no se necesita de mano
de obra calificada.
DESVENTAJAS
• El Hormigón tiene una resistencia muy baja a
la tensión, por lo que requiere el uso de un
refuerzo de tensión.
• Se requiere apuntalamiento para mantener el
hormigón en posición hasta que se endurezca
lo suficiente.
• La baja resistencia por unidad de peso
conduce a miembros pesados.
• La baja resistencia por unidad de volumen
conduce a grandes secciones.
DESVENTAJAS
• Las propiedades del hormigón varían
ampliamente debido a las modificaciones en
su proporción y mezclado.
• El fundido y curado no siempre son realizados
adecuadamente.
• Por su naturaleza el hormigón se contrae y
agrieta.
• Es un material frágil, tiene poca ductilidad.
• EL hormigón por si solo no sirve como material
de elementos estructurales.
HISTORIA
William E. Ward construyó el primer edificio de
hormigón armado en Estados Unidos en Port
Chester, Nueva York, en 1875
HISTORIA
Edificio Central
Plaza tiene 78
plantas y 374 m
de altura y fue
terminado en
1992
HORMIGÓN - ACERO
Las ventajas de cada material compensan las
desventajas del otro.
Los dos materiales se adhieren muy bien entre sí
de modo que no hay deslizamiento entre los dos
y por tanto funcionan conjuntamente
El Hormigón y el acero trabajan muy bien juntos
respecto a los cambios de temperatura porque
sus coeficientes de dilatación térmica son muy
parecidos.
CEMENTO PORTLAND
Los Hormigones hechos con cemento portland
normal requieren aproximadamente dos
semanas para adquirir una resistencia suficiente
que permita retirar el apuntalamiento.
Estos hormigones alcanzan la resistencia de
diseño después de aproximadamente 28 días.
En muchas ocasiones es deseable acelerar la
construcción por medio del uso de cementos de
fraguado rápido, los cuales, si bien son más
caros, permiten obtener las resistencias
deseadas en un periodo de 3 a 7 días
TIPOS DE CEMENTO PORTLAND
Tipo I: El cemento común
Tipo II: Un cemento de propiedades modificadas
Tipo III: Un cemento de fraguado rápido que
produce en las primeras 24 horas.
Tipo IV: Un cemento de bajo calor que produce
un concreto que disipa muy lentamente el calor.
Tipo V: un cemento usado para concretos que
van a estar expuestos a altas concentraciones
de sulfatos.
ADITIVOS
Se usan para mejorar el desempeño del
concreto en ciertas situaciones.
• Aditivos inclusivos de aire.
• Aditivos acelerantes
• Aditivos retardantes
• Aditivos plastificantes
• Aditivos impermeabilizantes
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
La resistencia a la compresión del concreto f´c
se determina por medio de pruebas a la falla de
cilindros de hormigón de 15cm de diámetro x
30cm de altura a los 28 días de fraguado.
Durante el periodo de 28 días los cilindros suelen
mantenerse sumergidos en agua.
Se requiere conocer la resistencia a los 7 y 14
días, para controlar la calidad del material.
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
PROBETAS DE ENSAYO
Generalmente las probetas son cilíndricas de las
dimensiones especificadas, para otro tipo de
muestras se debe considerar un factor de
corrección.
Tipo de Probeta Factor K
Cilindro 15x30 [cm] 1,00
Cilindro 10x20 [cm] 0,97
Cilindro 25x50 [cm] 1,05
Cubo 10 [cm] 0,80
Cubo 15 [cm] 0,80
Cubo 20 [cm] 0,83
Prisma 15x15x45 [cm] 1,05
FALLAS TÍPICAS
CURVA ESFUERZO DEFORMACIÓN
Las curvas son aproximadamente rectas,
mientras la carga crece de cero a poco más o
menos de un tercio a un medio de la resistencia
última del concreto.
Todos los hormigones, alcanzan sus resistencias
últimas bajo deformaciones unitarias de
aproximadamente 0.002.
Para fines de cálculos, se supondrá que el
concreto falla a 0.003
ENDURECIMIENTO
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 20 40 60 80 100
RESIS
TEN
CIA
(%
F´C
)
DÍAS
Curva de Endurecimiento
Días % f´c
3 0,4
7 0,65
28 1
90 1,2
360 1,35
MÓDULO DE ELASTICIDAD
Su valor varía con las diferentes resistencias del
hormigón, con la edad de éste, las
características y proporciones del cemento y los
agregados.
El módulo inicial es la pendiente del diagrama
de esfuerzo-deformación en el origen de la
curva.
Hay varias definiciones diferentes del módulo.
El módulo por tangente es la pendiente de una
tangente a la curva en algún punto de ésta.
MÓDULO DE ELASTICIDAD
A la pendiente de una línea trazada del origen a
un punto en la curva entre 25 y 50% de su
resistencia última a compresión, se le llama
módulo por secante.
MÓDULO DE ELASTICIDAD
El ACI establece que Ec para el hormigón puede
tomarse como:
𝐸𝐶 = 𝑊𝐶1,5 ∙ 0,14 ∙ 𝑓´𝑐
Para Wc entre 1440 y 2560 kg/cm3
Para hormigones de densidad normal Ec puede
tomarse como:
𝐸𝑐 = 15100 ∙ 𝑓´𝑐
Es la pendiente de la secante trazada desde un
esfuerzo nulo hasta un esfuerzo de compresión
de 0,45 f´c
MÓDULO DE POISSON
Es la relación entre la expansión lateral y el
acortamiento longitudinal de un cilindro sujeto a
compresión.
No parece haber ninguna relación directa entre
el valor de esta proporción y la relación agua-
cemento, cantidad de curado, tamaño del
agregado, etc.
Su valor varía de aproximadamente 0.11 para
concretos de alta resistencia hasta 0.21 para
concretos de bajo grado, con un valor
promedio de aproximadamente 0.16.
RESISTENCIA A LA TENSIÓN
La resistencia a la tensión del concreto varía de
aproximadamente 8 a 15% de su resistencia a la
compresión.
Esta resistencia es muy difícil de medir bajo
cargas axiales directas de tensión debido al
problema de agarre en los especímenes de
prueba.
Normalmente se desprecia en los cálculos de
diseño.
RESISTENCIA A LA TENSIÓN
Ensayo Brasileño – Tracción Indirecta
RESISTENCIA A CORTE
Es sumamente difícil obtener en pruebas de
laboratorio fallas por cortante puro que no estén
afectadas por otros esfuerzos.
Los valores que varían entre un tercio y cuatro
quintos de las resistencias últimas a la
compresión.
Deber: Concentración de esfuerzos en piezas
sometidas a carga axial.
ENSAYO DE COMPRESIÓN
Estudiar el comportamiento del hormigón
hasta alcanzar la falla, obteniendo la curva
esfuerzo-deformación.
Conocer sus formas de falla típicas y evaluar
las propiedades mecánicas del hormigón
experimentalmente.
Familiarizarse con los medidores de
deformación para una prueba de compresión
en el hormigón.
PROCEDIMIENTO
• Pesar y medir el diámetro y la altura del cilindro.
Marcar los sitios de la aplicación del defórmetro.
• Colocar "capping" para uniformizar las superficies
de aplicación de la carga.
• Colocar el cilindro en la máquina de ensayo y
acoplar los defórmetros.
• Tomar valores de carga y deformación para
intervalos adecuados (puede ser 2500 Kg).
• Realizar dentro del rango elástico, dos ciclos de
carga para verificar los datos tomados.
• Llevar hasta la rotura del cilindro, para evitar el
daño de los defórmetros es preferible retirarlos
antes de que la falla ocurra.
• Observar y dibujar esquemáticamente la forma de
falla.
CÁLCULOS
• Calcular el peso específico del hormigón.
• Calcular y tabular los valores de esfuerzo y
deformación para los datos tomados.
Obtener la resistencia máxima del hormigón
f'c (kg/cm2).
• Dibujar la curva esfuerzo-deformación y
determinar el rango de proporcionalidad y
la tenacidad del material.
• -Determinar tres valores de los módulos de
elasticidad: tangente en el origen, secante
en 0.45 f'c (ACI) y tangente en 0.6 f'c.
• Calcular los valores teóricos del módulo de
elasticidad:
CÁLCULOS
Calcular el esfuerzo de tracción del
hormigón, f't de los resultados del ensayo
brasileño:
Calcular el valor de esfuerzo de tracción
teórico, de acuerdo a las especificaciones ACI.
CONCLUSIONES
Comparar las similitudes y diferencias de los
resultados experimentales y teóricos.
Comparar el comportamiento del hormigón en
el ensayo a compresión y en el ensayo
brasileño.
Comentar los tipos de falla.
Analizar la curva esfuerzo-deformación.
Comparar los módulos de elasticidad obtenidos
experimentalmente con los valores teóricos y
establecer conclusiones.
