martes, 11 de diciembre de 2007

resistencia del hormigon

RESISTENCIA CARACTERISTICA

1- INTRODUCCION

Los cálculos de las estructuras de hormigón armado requieren estar apoyados en un dato fundamental: la resistencia unitaria del hormigón que se prevea poder alcanzar en la realidad de la obra, a la que corresponde el cálculo (ver: "Hormigón Armado - Tecnología del Hormigón I", en esta Enciclopedia).

Dicha resistencia unitaria se denomina "resistencia característica" (*'bk), y debe corresponder a todo el hormigón del mismo tipo que se utilizará en esa obra.

Para determinar la dosificación adecuada a la resistencia mecánica, razones de durabilidad y condiciones de servicio previstas en los cálculos; a las propiedades de los materiales que sean posibles de obtener y a la disposición tamaño y formas de los encofrados; se realizan previamente muestras de mezclas de hormigón en base a dosificaciones teóricas, que se ensayan en probetas separadas con esas mezclas con el fin de verificar si la resistencia obtenida con la dosificación teórica coincide con la establecida en el cálculo.

En los casos de contarse con experiencia anterior con los mismos materiales y el modo de elaboración, como es el caso de las plantas de hormigón elaborado, aquellas experiencias previas pueden obviarse dentro de ciertas limitaciones; quedando por efectuar los ensayos de verificación al recibirse el hormigón en obra, lo que corresponde a las llamadas "condiciones de aceptación".

Dado las características del material y los métodos posibles de elaboración de hormigón, es de prever que se produzca cierta disparidad en los resultados de los ensayos (dispersión), menor cuanto mayor sea el control de la elaboración y la homogeneidad de los materiales.

Para establecer una resistencia común a todas las probetas ensayadas, extraídas del hormigón de una misma obra o de las mezclas para verificación de una dosificación, se puede calcular su promedio; valor que se denomina "resistencia media" (*'bm), que es la información representativa obtenible.


Dado que el valor de la "resistencia media" comprende tanto a las probetas que arrojan resultados por encima de ese valor como a las que están por debajo, esa "resistencia media" no es la posible de utilizar directamente en los cálculos pues obviamente los volúmenes de hormigón correspondientes a las probetas que están por debajo de la media resultarían incompatibles con la seguridad requerida en las estructuras.

Por ello se establece para los cálculos una "resistencia característica" (*'bk) que es menor que la "resistencia media", a fin de abarcar también los volúmenes de hormigón correspondientes a las probetas que arrojen resultados por debajo de la media.

Para limitar esta disminución del valor promedio a niveles razonables no demasiado bajos, se ha convenido que es suficiente que la "resistencia característica" abarque el 95% de los resultados obtenidos, considerándose que los resultados incluidos en el 5% mencionado no pueden estar muy alejados de la resistencia característica.

Dado que el resultado general que obtenemos de los ensayos es la "resistencia media", su diferencia con la "resistencia característica" que es menor, se determina por métodos estadísticos y fórmulas específicas, que contemplan varios factores como ser la cantidad de ensayos, el método de dosificación y la calidad del control de elaboración.


2- CURVA DE GAUSS

Cuando se realizan muchas mediciones de un mismo objeto o fenómeno físico, o cuando se verifica calidad en el producto de un proceso industrial, ocurre invariablemente que la mayor parte de los resultados de las mediciones, o verificaciones, se encuentran en un entorno (en más o menos) muy cercano al resultado real buscado; los más coinciden con él, y menor cantidad de resultados se encuentran proporcionalmente más alejodos del real o buscado.

Esta particularidad de las mediciones fue estudiada por Gauss en el siglo pasado, obteniendo interesantísimas conclusiones (entre ellas el método de los mínimos cuadrados) con respecto al comportamiento de los errores -diferencias entre el resultado verdadero y los obtenidos- y la curva probabilística de su distribución.

No sólo ocurre que en un gran número de observaciones los errores grandes son siempre menores en su número que los pequeños y que los errores en más son igual en cantidad que los errores en menos, sino que la distribución de la frecuencia de los de la misma magnitud se puede representar gráficamente en un sistema de coordenadas por medio de una línea curva que toma la forma de la representada en la Fig. 1.

Esta curva es generalmente adoptada, y así lo hace el CIRSOC 201 para el estudio de los resultados de ensayos de probetas de hormigón y la determinación de la "resistencia característica", con una suficiente aproximación a lo probable.

Si en un sistema de coordenadas (Fig. 1) indicamos en la ordenada (la vertical) la frecuencia (f) de las mediciones iguales (o sea la cantidad de mediciones de un mismo valor, en por ciento sobre el total), y en las abcisas (la horizontal) el valor de dichas mediciones -en nuestro caso la resistencia a la rotura del hormigón (*'b)- los puntos correspondientes a dicha relación de valores pueden ser unidos por una línea curva que siempre responderá a la forma que tiene la curva de la Fig. 1, parecida a una campana.

El punto más alto de la curva o sea el de mayor frecuencia de una misma medición corresponde al promedio de todas las mediciones y es nuestra "resistencia media" ('bm).

espo hormigon

Hormigón armado

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Armaduras antes del hormigonado.

La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El hormigón armado es de amplio uso en la construcción siendo utilizado en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general.

Fundamento

La utilización de acero cumple la misión de transmitir los esfuerzos de tracción y cortante a los que esta sometida la estructura. El hormigón tiene gran resistencia a la compresión pero su resistencia a tracción es pequeña.

Breve historia

El uso de hormigón armado es relativamente reciente. Su descubrimiento se atribuye a Joseph-Louis Lambot en 1848. Sin embargo, la primera patente se debe al jardinero parisino Joseph Monier que lo usó en 1868, primero para usos relacionados con recipientes de jardinería, y más tarde para su uso en vigas y otras estructuras en obras de ferrocarriles.

El primer edificio de hormigón armado que se construyó en Estados Unidos, en 1893, fue la refinería de la Pacific Coast Borax Company en Alameda, California.

Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:

  • Cuando el hormigón fragua se contrae y presiona fuertemente las barras de acero, creando además fuerte adherencia química. Las barras, o fibras, suelen tener resaltes en su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el hormigón.
  • El hormigón que rodea a las barras de acero genera un fenómeno de confinamiento que impide su pandeo, optimizando su empleo estructural.

Cálculo de elementos de hormigón armado

La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas o pilares de hormigón armado. Los elementos resistentes de hormigón armado presentan un mecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes, hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes. Las diferentes propiedades mecánicas de hormigón y acero implican que en un elemento de hormigón armado la "matriz de tensiones" de armaduras y hormigón sean diferentes, ese hecho hace que las ecuaciones de equilibrio que enlazan los esfuerzos internos inducidos por las fuerzas y tensiones en hormigón y acero no sean tan simples como las de secciones homogéneas, usadas en la teoría de Euler-Bernouilli.

Definiciones

Amarra: Nombre genérico dado a una barra o alambre individual o continuo, que abraza y confina la armadura longitudinal, doblada en forma de círculo, rectángulo, u otra forma poligonal, sin esquinas reentrantes. Ver Estribos.

Armadura Principal: Es aquella requerida para absorber los esfuerzos externos inducidos en los elementos de hormigón armado.

Armadura Secundaria: Es toda aquella armadura destinada a confinar en forma adecuada la armadura principal en el hormigón.

Barras de Repartición: En general, son aquellas barras destinadas a mantener el distanciamiento y el adecuado funcionamiento de las barras principales en las losas de hormigón armado.

Barras de Retracción: Son auqellas barras instaladas en las losas donde la armadura por flexión tiene un sólo sentido. Se instalan en ángulo recto con respecto a la armadura principal y se distribuyen uniformemente, con una separación no mayor a 3 veces el espesor de la losa o menor a 50 cm entre sí, con el objeto de reducir y controlar las grietas que se producen debido a la retracción durante el proceso de fraguado del hormigón, y para resistir los esfuerzos generados por los cambios de temperatura.

Cerco: Es una amarra cerrada o doblada continua. Una amarra cerrada puede estar constituida por varios elementos de refuerzo con ganchos sísmicos en cada extremo. Una amarra doblada continua debe tener un gancho sísmico en cada extremo.

Estribo: Armadura abierta o cerrada empleada para resistir esfuerzos de corte y de torsión, en un elemento estructural; por lo general, barras, alambres o malla electrosoldada de alambre (liso o estriado), ya sea sin dobleces o doblados, en forma de L, de U o de formas rectangulares, y situados perpendicularmente o en ángulo, con respecto a la armadura longitudinal. El término estribo se aplica, normalmente, a la armadura transversal de elementos sujetos a flexión y el término amarra a los que están en elementos sujetos a compresión. Ver también Amarra.

Comentario: Cabe señalar que si extisten esfuerzos de torsión, el estribo debe ser cerrado.

Gancho Sísmico: Gancho de un estribo, cerco o traba, con un doblez de 135º y con una extensión de 6 veces el diámetro (pero no menor a 75 mm) que enlaza la armadura longitudinal y se proyecta hacia el interior del estribo o cerco.

Traba: Barra continua con un gancho sísmico en un extremo, y un gancho no menor de 90º, con una extensión mínima de 6 veces el diámetro en el otro extremo. Los ganchos deben enlazar barras longitudinales periféricas. Los ganchos de 90º de dos trabas transversales consecutivas que enlacen las mismas barras longitudinales, deben quedar con los extremos alternados.

Zuncho: Amarra continua enrollada en forma de hélice cilíndrica empleada en elementos sometidos a esfuerzos de compresión que sirven para confinar la armadura longitudinal de una columna y la porción de las barras dobladas de la viga como anclaje en la columna. El espaciamiento libre entre espirales debe ser uniforme y alineado, no mayor a 80 mm ni menor a 25 mm entre sí. Para elementos hormigonados en obra, el diámetro de los zunchos no deben ser menor que 10 mm.