Estructura III.Tema I: Concreto Armado para estructura Simple

1. Concreto: Del latn concrtus, concreto es un adjetivo que permite hacer mencin a algo slido, material o compacto. El trmino se suele oponer a lo general o abstracto, ya que est referido a algo determinado y preciso. En la construccin: el concreto es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante (generalmente cemento, arena, grava o piedra picada y agua) que al fraguar y endurecer adquiere una resistencia similar a la de las mejores piedras naturales.

El cemento junto a una fraccin del agua del concreto componen la parte pura cuyas propiedades dependen de la naturaleza del cemento y de la cantidad de agua utilizada. Esta pasta pura desempea un papel activo: envolviendo los granos inertes y rellenando los huecos de loa ridos, confieren al concreto sus caractersticas: De resistencias mecnicas, de contraccin, de fisurabilidad.

2. Concreto Armado: La tcnica constructiva del concreto armado consiste en la utilizacin de acero reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras.

Tambin se puede armar con fibras, tales como fibras plsticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estar sometido. El hormign armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, tneles y obras industriales. La utilizacin de fibras es muy comn en la aplicacin de hormign proyectado o (shotcrete)Shotcrete es una tecnologa en la cual se proyecta el mortero o concreto neumticamente a travs de una manguera a alta velocidad sobre una superficie, especialmente en tneles y obras civiles en general.

3. Componentes del Concreto: Cementos, Agregados y Agua.El concreto se fabrica mezclando homogneamente: cemento, agua, arena y grava. A continuacin nos referimos a cada uno de los componentes, enumerando en cada uno sus funciones dentro del concreto, sus caractersticas y sus cualidades para obtener un concreto de buena calidad.

Cemento: El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinada y posteriormente molida, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte en cemento cuando se le agrega yeso, este le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse.

Mezclado con agregados ptreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plstica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia ptrea, denominada hormign (en Espaa, parte de Suramrica y el Caribe hispano) o concreto (en Mxico y parte de Suramrica). Su uso est muy generalizado en construccin e ingeniera civil.

Agregados: Generalmente se entiende por "agregado" a la mezcla de arena y piedra de granulometra variable. El concreto es un material compuesto bsicamente por agregados y pasta cementicia, elementos de comportamientos bien diferenciados. Se define como agregado al conjunto de partculas inorgnicas de origen natural o artificial.

Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que estn embebidos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cbica de concreto.

Los agregados son materiales inorgnicos naturales o artificiales que estn embebidos en los aglomerados (cemento, cal y con el agua forman los concretos y morteros).

Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos.

Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaos de partcula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partculas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar

hasta 152 mm. El tamao mximo de agregado que se emplea comnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.

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 caractersticas del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones.

La pasta cementicia (mezcla de cemento y agua) es el material activo dentro de la masa de concreto y como tal es en gran medida responsable de la resistencia, variaciones volumtricas y durabilidad del concreto. Es la matriz que une los elementos del esqueleto granular entre s. Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de concreto y su proporcin en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, esto es: trabajabilidad, resistencia, durabilidad y economa.

Agua: El agua (del latn aqua) es una sustancia cuya molcula est formada por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno (H2O).

En la construccin el agua de la mezcla debe ser limpia y libre de impurezas y en general debe ser potable. El proceso de hidratacin genera calor, que produce aumento de temperatura en la mezcla y expansin volumtrica y que debe controlarse sobre todo en vaciados masivos. Con el fin de controlar el exceso de agua en la mezcla, necesario para facilitar la trabajabilidad del concreto fresco, la tecnologa moderna del concreto, facilita los aditivos plastificantes, los cuales adems de facilitar el proceso constructivo, permiten obtener concretos de resistencia ms uniforme.

Nota: Concepto de trabajabilidad de una mezcla de hormign se puede definir como la facilidad con la que esta puede mezclarse, manejarse, transportarse y vaciarse en su posicin final con una prdida mnima de homogeneidad.

4. Aditivos para el concreto.

Los aditivos para el (concreto) son componentes de naturaleza orgnica (resinas) o inorgnica, cuya inclusin tiene como objeto modificar las propiedades fsicas de los materiales conglomerados en estado fresco. Se suelen presentar en forma de polvo o de lquido, como emulsiones.Se pueden distinguir dos grupos principales:

Modificadores de la reologa, que cambian el comportamiento en estado fresco, tal como la consistencia, docilidad, etc.

Modificadores del fraguado, que adelantan o retrasan el fraguado o sus condiciones.

Clasificacin:

De acuerdo con su funcin principal se clasifica a los aditivos para el Concreto de la siguiente manera:

Aditivo reductor de agua/plastificante: Aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir el contenido de agua de un determinado hormign, o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento (cono de abrams)/escurrimiento, o que produce ambos efectos a la vez. Aditivo reductor de agua de alta actividad/aditivo superplastificante: Aditivo que, sin modificar la consistencia del hormign, o que sin modificar el contenido de agua, aumenta considerablemente el asiento (cono de abrams)/ escurrimiento, o que produce ambos efectos a la vez. Aditivo reductor de agua: Aditivo que reduce la prdida de agua, disminuyendo la exudacin. Aditivo inclusor de aire: Aditivo que permite incorporar durante el amasado una cantidad determinada de burbujas de aire, uniformemente repartidas, que permanecen despus del endurecimiento.

Aditivo acelerador de fraguado: Aditivo que reduce el tiempo de transicin de la mezcla para pasar del estado plstico al rgido. Aditivo acelerador del endurecimiento: Aditivo que aumenta la velocidad de desarrollo de resistencia iniciales del Concreto, con o sin modificacin del tiempo de fraguado. Aditivo retardador de fraguado: Aditivo que aumenta el tiempo del principio de transicin de la mezcla para pasar del estado plstico al estado rgido. Aditivo hidrfugo de masa: Aditivo que reduce la absorcin capilar del Concreto endurecido. Aditivo multifuncional: Aditivo que afecta a diversas propiedades del concreto fresco y/o endurecido actuando sobre ms de una de las funciones principales definidas en los aditivos mencionados anteriormente.

Existen otra variedad de productos que, sin ser propiamente aditivos y por tanto sin clasificarse como ellos, pueden considerarse como tales ya que modifican propiedades del hormign, como ocurre con los colorantes o pigmentos que actan sobre el color hormign, los generadores de gas que lo hacen sobre la densidad, etc.

5. Patologas del concreto ms comunes:

Patologas del Concreto: Patologas durante la etapa de diseo Patologas durante la etapa de construccin Patologas durante el perodo de operacin

Clasificacin de las patologas segn el origen del agente causanteAgentes ExternosQumicosAtaque de cidosCorrosin del acero de refuerzoAtaque de sulfatosCarbonatacinMecnicosSobrecargasImpactos y vibracinAbrasinFsicosFisuras por cambios de humedadFisuras por cambios de temperaturaBiolgicos

Agentes Internoslcali Slicelcali Carbonatolcali SilicatoFormacin de etringita diferida (FED)Contraccin por secado

El concreto es un material que interacta con el medio ambiente. Dependiendo de sus caractersticas de permeabilidad y porosidad, y de la agresividad del medio que rodea a la estructura, pueden ocurrir ciertos deterioros de carcter qumico, mecnico, fsico y biolgico.

El medio ambiente inmediato que rodea a la estructura se caracteriza por las condiciones de humedad, de temperatura, de presin y de presencia de agentes agresivos.

Los agentes agresivos, en los casos de los ataques qumicos y biolgicos estn constituidos por sustancias, generalmente en estado lquido y gaseoso. En los casos por deterioros del tipo fsico y mecnico, las causas pueden ser a sobrecargas, impactos y cambios de temperaturas y de humedad.

La penetracin, la velocidad del deterioro o los efectos de un agente agresivo, depende tanto del concreto y el micro clima, como de los mecanismos de transporte e interaccin que se dan en el sitio. Entre los mecanismos de sustancias agresivas, se tiene: el transporte por el aire cargado de humedad, por lluvia, salpicaduras por inmersin.

6. Propiedades del Concreto

Las propiedades del concreto son sus caractersticas o cualidades bsicas. Las cuatro propiedades principales del concreto son: TRABAJABILIDAD, COHESIVIDAD, RESISTENCIA Y DURABILIDAD.

Las caractersticas del concreto pueden variar en un grado considerable, mediante el control de sus ingredientes. Por tanto, para una estructura especfica, resulta econmico utilizar un concreto que tenga las caractersticas exactas necesarias, aunque est dbil en otras.

Trabajabilidad. Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. En esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y colocarse con poca prdida de la homogeneidad. Durabilidad. El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, accin de productos qumicos y desgastes, a los cuales estar sometido en el servicio. Impermeabilidad. Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. Resistencia. Es una propiedad del concreto que, casi siempre, es motivo de preocupacin. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresin. Como el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresin a los 28 das es la medida ms comn de esta propiedad.

7. Mdulo de Elasticidad

La elasticidad, es la propiedad mecnica que hace que los materiales sufran deformaciones reversibles por la accin de las fuerzas exteriores que actan sobre ellos. La deformacin, es la variacin de forma y dimensin de un cuerpo. Un material es elstico cuando la deformacin que sufre ante la accin de una fuerza, cesa al desaparecer la misma.

Los materiales totalmente elsticos pueden llegar hasta cierta deformacin mxima, es lo que se conoce como lmite elstico. Si se sobrepasa este lmite, la deformacin del material es permanente y sus propiedades cambian. Si el esfuerzo que incide sobre el material supera las fuerzas internas de cohesin, el material se fisura y termina por fallar.

Observa en la siguiente figura los estados de deformacin de un material.

8. Mdulo de elasticidad

El mdulo de elasticidad de un material es la relacin entre el esfuerzo al que est sometido el material y su deformacin unitaria. Representa la rigidez del material ante una carga impuesta sobre el mismo.

Cuando la relacin entre el esfuerzo y la deformacin unitaria a que est sometido el material es lineal, constante y los esfuerzos aplicados no alcanzan el lmite de proporcionalidad, el material tiene un comportamiento elstico que cumple con la Ley de Hooke.

Mdulo de elasticidad esttica del concreto

l mdulo de elasticidad del hormign representa la rigidez de este material ante una carga impuesta sobre el mismo. El ensayo para la determinacin del mdulo de elasticidad esttico del concreto se hace por medio de la Norma tcnica Colombiana 4025 que tiene como antecedente la ASTM C 469 y tiene

como principio la aplicacin de carga esttica y de la correspondiente deformacin unitaria producida.

La primera fase es la zona elstica, donde el esfuerzo y la deformacin unitaria pueden extenderse aproximadamente entre 0% al 40% y 45% de la resistencia a la compresin del concreto.

Una segunda fase, representa una lnea curva como consecuencia de unamicrofisuracin que se produce en el concreto al recibir una carga, estas fisuras se ubican en la interfase agregado- pasta y est comprendida entre el 45% y 98% de la resistencia del concreto.

En la figura que comparto a continuacin, se observan ciertas propiedades de la relacin esfuerzo-deformacin. En primer lugar, se puede ver que el trmino mdulo de elasticidad, puede aplicarse estrictamente en la parte recta. En segundo lugar, el incremento en la deformacin unitaria, mientras acta la carga durante el ensayo, se debe en parte a algo de elasticidad y en parte a la fluencia del concreto, en consecuencia se determina que el concreto no es un material completamente elstico.

Por qu es importante conocer el mdulo de elasticidad del hormign?

1. Uno de los valores ms importantes en el diseo de concreto reforzado es el mdulo de elasticidad, puesto que este influye en las deflexiones, derivas y rigidez de una estructura.2. El mdulo de elasticidad del concreto est determinado por una estrecha relacin que existe entre el esfuerzo que experimenta un material y la correspondiente deformacin unitaria. Es un valor muy importante para el anlisis estructural.3. Tener un buen conocimiento del mdulo de elasticidad del concreto bajo condiciones de carga lenta podra emplearse en futuras investigaciones acerca del mdulo de elasticidad dinmico de concreto (es decir bajo cargas rpidas) lo anterior sera importante para conocer el comportamiento real del concreto bajo la accin de un sismo.4. Con el dato del mdulo de elasticidad podemos conocer el acortamiento por carga axial de un elemento estructural.5. El uso masivo de concreto como principal material de construccin hacen indispensable conocer todas sus propiedades mecnicas para tener unos diseos acertados de los proyectos de construccin.

6. Un aspecto importante del anlisis y diseo de estructuras se relaciona con las deformaciones que causan las cargas aplicadas a la estructura. Obviamente es importante evitar las deformaciones grandes que puedan impedir que la estructura cumpla con el propsito para el cual se concibi, pero el anlisis de deformaciones puede ayudarnos tambin para l clculo de los esfuerzos.