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El concreto se us por primera vez en Roma

alrededor de la tercera centuria antes de cristo.

Este material estaba constituido por

agregados y unidos mediante un aglomerante conformado por una mezcla de cal y ceniza volcnica.

La obra mas importante construida por el

imperio romano fue el Panten de Agripa cuya bveda tiene un dimetro de 43.20m.

La cada del Imperio Romano sepult el uso

de este material.

HISTORIA DEL

CONCRETO

CONCRETO ARMADO I

(PRIMERA PARTE)

INTRODUCCION

Ing. John Barreto Palma

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Vista area del Pantheon

Cpula de 43.20 m de dimetro, su espesor varia de 6m en los apoyos a 1.2 m en el lucernario

Pantheon (Roma) construido por Agrippa alrededor del ao 30 AC

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En el ao 1850 llegaron al Per los primeros

barriles de cemento, para la construccin de cimentaciones, mejorar acabados de las estructuras. Posteriormente se utiliz en combinacin con acero para la construccin de estructuras como edificios, puentes, etc.

En el ao de 1915, llegaron los primeros hornos para la fabricacin de cemento.

En el ao 1950 se estableci en lima la primera empresa de concreto premezclado

En al ao de 1845 I. C. Johnson descubre

que pulverizando esta sustancia intil denominada clinker, se obtena un mejor cemento. Este es el material que se conoce hoy en da.

Alrededor del ao 1850 el francs Joseph Monier, de profesin jardinero, fabric macetas de concreto con refuerzo de mallas de alambre concreto armado, registrando este sistema en el ao 1867. Aos mas tarde patent el uso de sta tcnica para la construccin de tanques, puentes, tuberas, vigas columnas y escaleras.

En el ao 1760, en Inglaterra, John Smeaton

descubri que mezclando caliza calcinada y arcilla se obtena un conglomerante hidrulico resistente al agua.

En el ao 1824 Joseph Aspdin patent el proceso de calcinacin de arcilla y caliza de diferentes canteras de cuya combinacin se obtena un aglomerante muy semejante a las piedras de la isla de Portland, Sur de Inglaterra, lo que motiv a llamarlo Portland. En ocasiones esta mezcla se endureca al ser calentada en exceso, siendo desechada por considerarlo intil.

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1. Es un material con aceptacin Universal

2. Facilidad de conseguir los materiales componentes para su fabricacin: Grava, arena, cemento. agua, barras de refuerzo

3. No se necesita mucha habilidad para su fabricacin y utilizacin

4. Econmico en comparacin con otros materiales.

VENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO

EL CONCRETO ARMADO

El concreto armado es el material de construccin mas empleado en todos los pases a nivel mundial.

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1. Baja resistencia a los esfuerzos de traccin

2. Es permeable (fisuras y vacos)

3. Necesidad de encofrados en estado plstico

4. Proceso constructivo lento: Encofrar, vaciar,

desencofrar, etc.

5. Problemas de cambio de volumen en el tiempo: Contraccin por secado, por flujo plstico.

DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO

5. Variedad de uso en tipo y forma estructural:

Puentes, edificios, represas, etc

6. Resistencia al fuego entre 1 a 3 horas

7. Material apropiado para cumplir funciones estructurales y arquitectnicas.

8. Posee Monolitismo e hiperestaticidad (redundancia)

9. Posee masa y rigidez

10. Durabilidad y bajo costo de mantenimiento

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NORMAS DE CONCRETO ARMADO

CDIGO DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE (ACI)

Inici sus actividades en 1904, con el nombre de National Association of Cement Users y public el primer cdigo en el ao 1910.

El primer cdigo con el ttulo ACI-318, se public en el ao 1941.

El ACI-318, sirve de base para otros cdigos, tales como el de: Canad, Nueva Zelanda, Australia y varios pases de Latino Amrica.

CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA

En laboratorio se han ensayado probetas con

resistencia de 2100 kg/cm2

Se han construido edificios con concretos de hasta 1300 kg/cm2

En el Per se han utilizado concretos de hasta 450 kg/cm2

Lo ms comn en el Per son concretos de 175, 210 y 280 kg/cm2

6. Problemas de flujo plstico a largo tiempo

con cambios en los esfuerzos y deflexiones

7. Baja resistencia por unidad de volumen, es poco eficiente

8. Baja resistencia por unidad de volumen

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METODOS DE DISEO

Actualmente existen dos mtodos de diseo:

1. Diseo elstico o por cargas de servicio

2. Diseo a la rotura o por resistencia ltima.

El diseo elstico basa su hiptesis en la posibilidad de predecir la distribucin de esfuerzos en el acero y el concreto, al ser sometidas a cargas de servicio, asumiendo un comportamiento elstico de ambos materiales. El diseo consiste en conseguir que los esfuerzos no excedan los esfuerzos admisibles que son una fraccin de la

Estos cdigos son solo una ayuda para el

ingeniero. Las disposiciones contenidas en ellas no deben seguirse ciegamente. Es necesario entender el porqu de ellas para poder aplicarlas correctamente.

As mismo estos cdigos fijan los requisitos mnimos que deben cumplir las estructuras, el ingeniero deber aplicar su criterio y conocimiento adecuadamente los casos o situaciones en las que las disposiciones de los cdigos pueden ser insuficientes o exageradas

El ACI 318-08 fue adoptado como norma del

American Concrete Institute en Noviembre del ao 2007

CODIGO PERUANO (E-060)

En el Per la norma que rige el diseo de estructuras de concreto armado es la E-060 actualmente parte integrante del Reglamento Nacional de Edificaciones publicada el 8 de junio del ao 2006.

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4. El mtodo de diseo a la rotura permite

evaluar la ductilidad de la estructura.

5. Este procedimiento permite usar coeficientes de seguridad distintos para los diferentes tipos de carga.

6. La desventaja de este mtodo es que slo se basa en criterios de resistencia. Sin embargo, es necesario garantizar que las condiciones de servicio sean ptimas, es decir, que no se presenten deflexiones excesivas, ni agrietamientos crticos

VENTAJAS DEL DISEO POR ROTURA

1. Permite controlar el modo de falla de una estructura compleja considerando la resistencia ltima de las diversas partes del sistema.

2. Permite obtener un diseo mas eficiente, considerando la distribucin de esfuerzos que se presenta dentro del rango inelstico.

3. Este mtodo no utiliza el mdulo de elasticidad del concreto, el cual es variable con la carga. Esto evita introducir imprecisiones en torno a este parmetro.

Resistencia del concreto y del esfuerzo de la fluencia del acero.

El diseo por rotura est basada en la prediccin de la carga que ocasiona la falla del elemento en estudio y analiza el modo de colapso del mismo. Este mtodo toma en consideracin el comportamiento inelstico del acero y el concreto y por lo tanto, se estima mejor la capacidad de carga de la pieza.

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Resistencia Nominal: Resistencia de un elemento o seccin transversal calculada usando las hiptesis y ecuaciones de resistencia del Mtodo de Diseo por Resistencia, antes de aplicar cualquier factor de reduccin de la resistencia. Resistencia Requerida (U): Factores de carga Solicitaciones por cargas de servicio. La resistencia requerida se calcula de acuerdo con las combinaciones de cargas

f = Factor de reduccin de la Resistencia que toma en cuenta:

1. La probabilidad de que la resistencia de un elemento sea menor que la supuesta debido a las variaciones en las resistencias de los materiales y sus dimensiones,

2. Las imprecisiones de las ecuaciones de diseo

3. El grado de ductilidad y la confiabilidad requerida del elemento cargado, y

4. la importancia del elemento dentro de la estructura.

Por tanto el Mtodo de Diseo por

Resistencia requiere que en cualquier seccin la resistencia de diseo de un elemento sea mayor o igual que la resistencia requerida calculada mediante las combinaciones de cargas mayoradas especificadas en el cdigo.

Resistencia de Diseo Resistencia Requerida (U)

Donde: Resistencia de Diseo: = f Resistencia Nominal

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Elementos de concreto armado

Carga viva: Carga viva especificada en el reglamento de Edificaciones (sin factores de carga).

ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO

Edificios con losas y vigas Losas Nervadas Losas con vigas anchas Losas nervadas en dos direcciones Edificios con losas sin vigas Losas armadas en dos direcciones

Factor de Carga: Factor que incrementa la carga para considerar la probable variacin de las cargas de servicio. Carga de servicio: La carga, especificada por el reglamento de construccin (sin factor de carga). Carga mayorada: La carga, multiplicada por los factores de carga apropiados, que se utiliza para disear los elementos utilizando el mtodo de diseo por resistencia. Carga muerta: Cargas muertas soportadas por un elemento, segn se definen en el reglamento de Edificaciones (sin factores de carga).

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SISTEMA APORTICADO

CONCRETO ARMADO CON TABIQUERIA

SISTEMAS ESTRUCTURALES TIPICOS DE EDIFICACIONES

ALBAILERA CONFINADA

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Para ciertos propsitos se puede incorporar

hasta un 8% de aire, en forma de pequeas burbujas en el mortero, agregando sustancias especiales. El aire incorporado es importante para concretos que van a estar sometidos a procesos de hielo y deshielo

El concreto tiene alta resistencia en compresin, pero su resistencia en traccin es baja.

PROPIEDADES MECANICAS DEL CONCRETO

El concreto es un material compuesto

constituido por un material cementante, agua y agregado.

El cemento, una vez hidratado genera la adhesin qumica entre los componente

Generalmente el agregado representa entre el 60 a 75% del volumen total del concreto estructural

El cemento entre el 7 al 15% El aire atrapado entre 1 a 3%.

SISTEMA DUAL

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Cargas de Impacto: Se debern incluir en la

carga viva (CV )

Efecto (CT) de asentamientos diferenciales, fluencia, cambios de temperatura:

U = 1.25 (CM+ CT+CV) U = 1.5 (CM +CT)

Empuje lateral del terreno(CE):

U = 1.5CM+1.8CV U = 1.5 CM +1.8 CV + 1.8 CE Si la CM y/o CV reducen el efecto del empuje lateral se usar: U = 0.9CM + 1.8 CE

Empuje de Lquidos (CL) con densidades definidas y alturas controladas

U = 1.5 CM+1.8CV U = 1.5 CM + 1.8 CV + 1.5 CL

COMBINACIONES DE CARGA Factores de Carga, de la Norma Peruana (Resistencia Mnima Requerida)

Cargas muertas(CM), cargas vivas (CV) y cargas de sismo(CS):

U= 1.5CM+1.8CV U= 1.25 (CM+CV+ CS) U= 0.9CM + 1.25CS

Cargas de viento (Vi): U = 1.5 CM + 1.8 CV U = 1.25 (CM+CV+Vi) U = 0.9 CM+1.25 Vi

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ENSAYO ESTANDAR DE COMPRESIN AXIAL

Especmen cilndrico h = 30 cm d = 15 cm Edad 28 das Curado: Agua a 22 C Inicio: 24 horas despus de vaciado en el cilindro Trmino: 1 hora antes del ensayo

La resistencia a la compresin se determina

a partir de ensayos de laboratorio en probetas estndar cargadas axialmente. Este ensayo se utiliza para monitorear la resistencia del concreto tanto para el control de la calidad como para la aceptacin del concreto fabricado. La confeccin de las probetas est regulada por la norma ASTM. Los ensayos pueden estar controlados por carga o por deformacin.

Si es por carga la velocidad es de 2.1 @ 2.8 kg/cm2 por segundo, aproximadamente.

Si es por deformacin la velocidad es de 0.001 por minuto, aproximadamente

RESISTENCIA A LA COMPRESION

El valor de fc (resistencia a la compresin) se utiliza generalmente como indicador de la cantidad de concreto. Es claro que pueden existir otros indicadores ms importantes dependiendo de las solicitaciones y de la funcin del elemento estructural o estructura.

Las normas o cdigos relacionan muchas de las caractersticas mecnicas del concreto (mdulo de elasticidad, resistencia a la traccin, resistencia al corte, adherencia, etc.) con el valor de fc.

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FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA

Para el ensayo estndar se colocan planchas de acero en la parte superior e inferior del espcimen para repartir uniformemente las cargas

PLANCHA DE ACERO

PLANCHA DE ACERO

P

P

ESPECIMENDEL CONCRETO

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EFECTO DE LA EDAD Y DEL CURADO EN AL RESISTENCIA AL MOMENTO DEL ENSAYO

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES DE CURADO EN LA RESISTENCIA AL MOMENTO DEL ENSAYO

EFECTO DE LA GRADACION DEL AGREGADO

Los agregados gruesos tienden a tener una resistencia menor que los agregados medianos

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EFECTO DEL AIRE INCORPORADO

EFECTO DE LA RELACION AGUA/CEMENTO

La resistencia del concreto depende de la relacin agua / cemento, a mayor relacin agua cemento menor es la resistencia.

VARIACION DE LA RESISTENCIA CON LA EDAD

Debido al proceso continuo de hidratacin del cemento, el concreto aumenta su capacidad de carga con la edad, por tanto el aumento de capacidad de carga del concreto depende de las condiciones de curado a travs del tiempo

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EFECTO DE LA VELOCIDAD DE CARGA

EFECTO DEL TIPO DE CEMENTO

A la edad de 1 da el cemento Tipo III tiene 2

veces la resistencia del Tipo I

A la edad de 7 das el cemento Tipo III tiene 1.25 veces la resistencia del Tipo I

A la edad de 2 a 3 meses todos los tipos de cemento tienen la misma resistencia

EFECTO DEL CONTENIDO DE AIRE EN EL

CONCRETO

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EFECTO DE LA RELACION DE ESBELTEZ

Se ha tomado arbitrariamente como 100% la

resistencia de una probeta con relacin de esbeltez igual a dos. Para esbelteces de 6 la resistencia baja hasta llegar a un 85%. En especmenes geomtricamente semejantes pero de distinto tamao la resistencia disminuye para un espcimen mayor.

EFECTO DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACION

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RESISTENCIA A LA TRACCIN

La resistencia a la traccin directa (ft), del

concreto vara entre el 8% y el 15% de la resistencia a la compresin (fc). Un valor prctico es considerar un 10% de fc

ft = 0.1f'c

EFECTO DEL TAMAO

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2. Ensayo de compresin diametral fsp (split test): Llamado tambin ensayo brasileo o Ensayo de compresin diametral. Se ensaya hasta la rotura de una probeta cilndrica estandar 6x12 cargada diametralmente. Los esfuerzos a lo largo del dimetro varan de compresiones transversales muy altas cerca de las zonas de aplicacin de cargas a esfuerzos de traccin prcticamente uniformes en aproximadamente las dos terceras partes del dimetro. El esfuerzo de rotura se calcula con la frmula deducida de la teora de la elasticidad para materiales homogneos.

El ajuste de un gran nmero de resultados

experimentales, arroja un promedio (con mucha dispersin) de:

fr =2.2 f'c

El ACI y la Norma Peruana, define el mdulo de rotura del concreto mediante la siguiente ecuacin:

2@fr f'c Kg/cm2

ENSAYOS UTILIZADOS PARA DETERMINAR, DE

MANERA INDIRECTA, LA RESISTENCIA A LA TRACCIN DEL CONCRETO

1. Mdulo de rotura (fr) : Ensayo de traccin por flexin es una medida indirecta de ft. Se obtiene ensayando hasta la rotura una probeta prismtica de concreto simple de 6x6x12 simplemente apoyada, con cargas a los tercios. Para calcular el esfuerzo de rotura fr se asume un distribucin lineal de de esfuerzos internos y se aplica la frmula de resistencia de materiales:

6Mfr =2bh

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p2P

fsp=ld

El ajuste de un gran nmero de resultados

experimentales, arroja un promedio (con mucha dispersin) de:

fsp 1.7 f'c Kg/cm2 Luego tendremos que:

fr > fsp> ft

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g1.5Ec = 0.14 f`c

Ec =15000 f'c

g: Peso especfico del concreto en Kg/m3

fc : Resistencia en compresin del concreto en Kg/m2

La siguiente figura muestra las distintas definiciones que puede adoptar el mdulo de elasticidad del concreto.

MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO

Para estimar las deformaciones en

elementos o estructuras de concreto armado, debidas a las cargas de corta duracin, donde es posible asumir para el concreto una relacin lineal entre esfuerzos y deformaciones sin errores importantes, es necesario definir un valor del mdulo de elasticidad.

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MODULO DE POISON DEL CONCRETO Por debajo del esfuerzo crtico (75% a 80%

de fc) el mdulo de poissn -m- vara entre 0.11 y 0.21. Normalmente est en el rango de 0.15 a 0.20 y permanece aproximadamente constante bajo cargas sostenidas. En la prctica se suele adoptar m igual a 0.15, con lo cual el mdulo de rigidez al esfuerzo cortante es:

m

m

= 0 .1 5

E cG c =

2 (1+ )

E cG c =

2 .3

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Concreto simple es un material frgil

Al aumentar el fc disminuye la deformacin

Para concretos de 350 kg/cm2 la

deformacin es de 0.002

Al alcanzar fc empieza rama descendente

La curva es lineal hasta 0.4 @ 0.5 fc

La rama ascendente se puede aproximar a una parbola

COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO EN

COMPRESION

La figura muestra las formas tpicas que tiene las curvas de esfuerzo deformacin del concreto cargado axialmente. Las curvas han sido obtenidas de ensayos de compresin lentos de control de deformacin, de tal modo que pudo obtenerse la rama descendente de las curvas.

Es posible establecer algunas conclusiones generales de inters a partir de estas curvas:

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Modelo del Diagrama Esfuerzo Deformacin de Kent y Park

con acero de confinamiento

Modelos del Diagrama Esfuerzo Deformacin del

concreto en compresin

Modelo de Hognestad