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EL HORMIGÓN Y EL ACERO
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onstruccionesy Estructuras
74.01 HORMIGONI
Lámina 1
EL HORMIGÓN Y EL ACERO
74.01 HORMIGON I
23/03/2009
EL HORMIGÓN Y EL ACERO
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Lámina 2
El objetivo de esta clase es repasar el
comportamiento de los materiales que componen el
hormigón armado (HORMIGÓN + ACERO),
enfocando el tema desde el punto de vista
estructural, es decir, pensando en cómo incide ese
comportamiento en una estructura e introducir
algunas hipótesis que se aceptan.
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Lámina 3
EL HORMIGÓN
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Lámina 4
EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL
s3
s3
DISPERSIÓN DE RESULTADOS
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Lámina 5
EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL
s3
s3ZONA DE
ENDURECIMIENTO(HARDENING)
ZONA DEABLANDAMIENTO
(SOFTENING)
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL
[Sfer et al., 2002]
HORMIGÓN:MATERIAL COMPUESTO
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN
QUÉ SUCEDE SI ENSAYAMOS A 28 DÍAS O A 90 DÍAS?
QUÉ SUCEDE SI UTILIZAMOS OTRAS FORMAS O TAMAÑOS DE PROBETAS?
QUÉ SUCEDE SI CAMBIAMOS EL DISPOSITIVO DE ENSAYO?
O SI CAMBIAMOS LA TEMPERATURA DE ENSAYO…
O SI MANTENEMOS LA CARGA APLICADA….
CAMBIA LA CURVA OBTENIDA !!
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en una estructura:
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A TRACCIÓN
HORMIGÓN: CURVA DE ENSAYO A TRACCIÓN UNIAXIAL
[ANSARI-LI-2000]
s3
s3
tf
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A TRACCIÓN
H-41MPa
f’c= 41.00 MPa (6000psi)f’t= 3.04 MPa ( 441psi)
HORMIGÓN: CURVA DE ENSAYO A TRACCIÓN UNIAXIAL
[NAVALURKAR – Phd thesis-1996]
s3
s3
GfI
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A TRACCIÓN
[Figuras: Østergaard, 2003]
TRACCIÓN POR COMPRESIÓN DIAMETRAL
(SPLITTING TEST)
ENSAYO DE CUÑA(WEDGE TEST)
ENSAYOS ALTERNATIVOS PARA EVALUAR LA TRACCIÓN:
2.
. .ct
Pf
l dπ=
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A FLEXOTRACCIÓN
2
6.
.r t
Mf f
b d= >
ASTM C78
ENSAYOS ALTERNATIVOS PARA EVALUAR LA TRACCIÓN:
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s3
s3
EL HORMIGÓN - RESISTENCIA A COMPRESIÓN versus RESISTENCIA A TRACCIÓN
s3
s3
TRACCIÓN
COMPRESIÓN
7% al 15% de t cf f≅
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA FRENTE A ESTADOS BIAXIALES
TRACCIÓN-TRACCIÓN
COMPRESIÓN-COMPRESIÓN
COMPRESIÓN-TRACCIÓN
COMPRESIÓN-TRACCIÓN
s1
s1
s2s2
s1
s1
s2s2
s1
s1
s2s2
s1
s1
s2s2
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EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA FRENTE A ESTADOS TRIAXIALES
s3
s3
s1,2
HORMIGON: CURVAS DE ENSAYOS A COMPRESIÓN TRIAXIAL
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CUASIFRÁGIL
PRESENTA DISTINTAS FORMAS DE FALLA
COMPRESIÓNUNIAXIAL
TRACCIÓN UNIAXIALCOMPRESIÓN TRIAXIAL
CUASIDÚCTIL FRÁGIL
[LMNI , FIUBA, 2007] [Sfer et al., 2002] [Reinhardt et al., 1998]
EL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN VARÍA CON EL ESTADO DE TENSIONES
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LAS DEFORMACIONES DEL HORMIGÓN
POR EFECTO DEL MEDIO AMBIENTE,
EL HORMIGÓN EXPERIMENTA
VARIACIONES VOLUMÉTRICAS EN EL TIEMPO.
- DEFORMACIONES INDEPENDIENTES DE LAS CARGAS
- RETRACCIÓN POR SECADO
- CAMBIOS VOLUMÉTRICOS DEBIDOS A VARIACIÓN DE
TEMPERATURA
- DEFORMACIONES DEPENDIENTES DE LAS CARGAS
- DEFORMACIONES ELÁSTICAS
- DEFORMACIONES PLÁSTICAS
- FLUENCIA LENTA
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s3
s3
EL HORMIGÓN - RESISTENCIA A COMPRESIÓN CARGAS DE LARGA DURACIÓN
COMPRESIÓN
CARGA SOSTENIDA
PARA CARGAS DE LARGA DURACION LA RESISTENCIA SE REDUCE APROX. 15% RESPECTO AL VALOR OBTENIDO EN UN ENSAYO
NORMAL A COMPRESION.
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LOS ACEROS
PARA HORMIGÓN
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AL-220: def rot ≥ 18%; bz ≥ 340 MPa; bsr ≥ 220 MPa
ADN-420: def rot ≥ 10%; bz ≥ 550 MPa; bsr ≥ 420 MPa
ADM-420: def rot ≥ 10%; bz ≥ 550 MPa; bsr ≥ 420 MPa
AM-500: def rot ≥ 8%; bz ≥ 550 MPa; bsr ≥ 500 MPa
CURVAS REALES (TRACCION Y COMPRESION)
BARRAS ADN-420 (ACINDAR) BARRAS ADM-420 (SIPAR GERDAU)
LOS ACEROS PARA HORMIGÓN ARMADO
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CURVAS REALES
Aceros con tratamiento mecánico: se adopta un límite de fluencia convencional correspondiente al 0.2% de deformación permanente
LOS ACEROS PARA HORMIGÓN ARMADO
PARA HORMIGÓN ARMADOSÓLO NOS INTERESA UNA PEQUEÑA ZONA DE LOS DIAGRAMAS DE LOS ACEROS
LOS ACEROS LOS VAMOS A CARACTERIZAR POR:
- CALIDAD (LÍMITE DE FLUENCIA, RESISTENCIA A LA TRACCI[ON, ALARGAMIENTO DE ROTURA)
- SUPERFICIE: BARRAS LISAS O NERVURADAS
- SISTEMA DE FABRICACIÓN (ADN: dureza natural O ADM: dureza mecánica)
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LAS RELACIONES CONSTITUTIVAS SIMPLIFICADAS
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HEMOS VISTO QUE EL HORMIGÓN ES UN MATERIAL COMPLEJO
MODELOS SIMPLIFICADOS
AÚN HOY ES UN MATERIALQUE SE INVESTIGA
DE MANERA DE PODER PREDECIR CON MÁSEXACTITUD SU COMPORTAMIENTO
MODELOS SOFISTICADOS
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s3
s3
VAMOS A UTILIZAR LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL COMO PARÁMETRO
FUNDAMENTAL
EN ESTE CURSO NOS VAMOS A LIMITAR AHORMIGONES DE RESISTENCIA NORMAL
f ’c ≤ 55 MPa
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RESISTENCIA CARACTERÍSTICA s’bk (o RESISTENCIA ESPECIFICADA f ’c) DE UN H°, ES LA RESISTENCIA CUYO VALOR TIENE LA PROBABILIDAD DE SER
SUPERADO POR UN DETERMINADO % DE RESULTADOS DE ENSAYO. CIRSOC ACTUAL: 95%
CÓMO TRATAMOS EL PROBLEMA DE LA DISPERSIÓN?
DEFINIMOS LA “RESISTENCIA
CARACTERÍSTICA”
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Lámina 26
- PARA EL DISEÑO, SE DEBE SELECCIONAR UNA CALIDAD DE HORMIGÓN.- PARA EL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS EXISTENTES SE DEBE DETERMINAR
LA CALIDAD DEL HORMIGÓN.
s3
s3
TIPOS DE RESISTENCIA
H-13
H-17
H-21
H-30
H-38
H-47
Ej. H-20 ����
f’c=20MPa
Ej. H-21 ����
ssss’bk=21MPa
CIRSOC 1982 EN VIGENCIA
CIRSOC 2002 (ACI)
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PARA CARGAS DE LARGADURACION LA RESISTENCIA
SE REDUCE APROX. 15% RESPECTO AL VALOR
OBTENIDO EN UN ENSAYONORMAL A COMPRESION.
SE DEFINE
br < s’bk
f ’’c < f’c
CÓMO TRATAMOS EL PROBLEMA DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA PARA CARGAS DE LARGA DURACIÓN?
REDUCIMOS LA “RESISTENCIA CARACTERÍSTICA” ENTRE UN 15% A UN 20%
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HORMIGON: CURVAS NORMALIZADAS DE ENSAYO A COMPRESION UNIAXIAL A VELOCIDAD DE DEFORMACION CONSTANTE(HORMIGONES DE RESISTENCIA NORMAL f ’c ≤ 55 MPa)
C Ó M O TR ATAM O S EL P R O BLEM A D E D ESC O N O C ER LA C U R VA EXAC TA?
TRABAJAMOS CON CURVAS SIMPLIFICADAS
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H°- LEYES CONSTITUTIVAS CONVENCIONALES: CIRSOC EN VIGENCIA (DIN)
( )o
o
12% : . . 4 .
4
2% :
c c r c c
c c r
ε σ β ε ε
ε σ β
≤ = −
> =
PARABOLA-RECTÁNGULO
ATENCION!!Flexión eúlt=3.5o/oo
Compresión eúlt=2.0o/oo
0.95.br
a=0.80.x
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Lámina 30
CURVAS REALES
Aceros con tratamiento mecánico: se adopta un límite de fluencia convencional correspondiente al 0.2% de deformación permanente
CURVAS SIMPLIFICADAS: SE ADOPTA UN
PLAFON DE FLUENCIA CONSTANTE
CÓMO TRATAMOS EL PROBLEMA DE DESCONOCER LA CURVA EXACTA?
TRABAJAMOS CON CURVAS SIMPLIFICADAS
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EL HORMIGÓN ARMADO
EL FUNCIONAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO SE BASA EN:
QUE EXISTE ADHERENCIA
ENTRE EL HORMIGÓN Y EL ACERO
(SE IGUALAN SUS DEFORMACIONES)
QUE EL HORMIGÓN Y EL ACERO TIENEN
COEFICIENTES DE DILATACIÓN TÉRMICA
SIMILARES
EL HORMIGÓN BRINDA
PROTECCIÓN A LA ARMADURA
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LA ADHERENCIA:
ES LA UNIÓN RESISTENTE AL RESBALAMIENTO ENTRE EL ACERO Y EL
HORMIGÓN
ASEGURA QUE LAS BARRAS DE ACERO EXPERIMENTEN LAS MISMAS
DEFORMACIONES ESPECÍFICAS e QUE LAS FIBRAS VECINAS DE HORMIGÓN
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Lámina 33
LONGITUD DE TRANFERENCIAZONA CON
εs= εc
LAS TENSIONES DE ADHERENCIA ESTAN
ASOCIADAS A UN CAMBIO EN LA
TENSION DEL ACERO
( )
: Area de aceroPerímetro de la ba a
. . .
rr
s s s a x
sAu
dZ d A u dxσ τ=
=
=
(Tensión de adherencia)
aτ
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EL ENSAYO DE ARRANCAMIENTO:
Figura 4.11: LEONHARDT, Tomo I
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Lámina 35
TIPOS DE ADHERENCIA:
- POR CONTACTO: ACERO/MORTERO (Rugosidad, limpieza de las barras)
- POR ROZAMIENTO: un desplazamiento relativo entre el acero y el hormigón, da origen a una resistencia por rozamiento, siempre que existan presiones normales a la armadura. (H=m.N)
- POR CORTE: Endentado que actúa como ménsulas
H=m.Nm=0.30 a 0.60
N
Figura 4.10: LEONHARDT, Tomo I
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Lámina 36
FACTORES QUE INCIDEN SOBRE LA ADHERENCIA:
- CALIDAD DEL HORMIGÓN
- PERFILADO DE LA SUPERFICIE DE LAS BARRAS
- LA POSICIÓN DE LA BARRA AL HORMIGONAR
- UBICACIÓN DE LA BARRA AL HORMIGONAR