Figura 9.12. Capacidad de Fatiga a la Flexión del Concreto Simple.
Tips para la Construcción de Edificaciones,Casas Materiales y Equipos de Construcción.
sábado, 15 de enero de 2011
Concreto: Resistencia a la Fatiga.
Concreto: Resistencia a la Flexión.
Figura 9.10. Ensaye a la Flexión de una Viga de Concreto.
El módulo de ruptura del concreto se calcula por medio de la fórmula:
En el caso particular del ensayo de vigas de concreto, tal vez en aras de evitar desperdicios y de hacer un uso más eficiente de los materiales, la ASTM ha normalizado el ensaye a compresión de segmentos de vigas rotas a la flexión, la norma ASTM C-116 describe los detalles de la prueba, la Figura 9.11 ilustra la prueba de compresión.
Figura 9.11. Ensaye de una Porción de Viga a la Compresión.
Concreto: Resistencia a la Tensión.
Figura 9.9. Prueba Brasileña o de Tensión Indirecta.
La resistencia a la tensión indirecta se puede calcular con la fórmula:
Concreto: Resistencia a la Compresión
Otro ejemplo real se presenta cuando es necesario extraer un corazón o núcleo de concreto de un elemento estructural para averiguar la resistencia que tiene el concreto del elemento (esto se tiene que hacer frecuentemente cuando no se cumple con la f’c de proyecto), en este caso por lo general se extraen núcleos con diámetros menores al del cilindro estándar, ver Figura 9.7.
En cada caso, cuando se prueba un cilindro de concreto se debe especificar el tamaño del cilindro y la relación que guardan la altura y el diámetro del espécimen, ya que esto afecta la resistencia reportada. En los cilindros de concreto se debe cumplir una relación de altura-diámetro igual a 2, de no ser así el resultado de la prueba se debe corregir por esbeltez (sí la relación es menor a 2 el resultado de la prueba se debe multiplicar por un factor menor a la unidad). Aún en el caso de que la relación altura-diámetro sea 2, el tamaño del diámetro afecta el resultado con respecto al cilindro estándar, véase la Figura 9.8.
La velocidad de ensaye de los cilindros también afecta los resultados de resistencia, la norma ASTM C-39 y la NMX-C-83 especifican velocidades de prueba similares, la norma mexicana señala que la velocidad debe estar dentro del intervalo de 84 a 210 kg/cm2/min, llegándose a permitir una velocidad mayor siempre y cuando no se rebase la mitad de la carga máxima esperada, para el resto de la carga se cumplirá con lo especificado. Entre más rápido se aplique la carga al cilindro mayor será la resistencia reportada, por el contrario, entre más lenta sea la aplicación de la carga menor será la resistencia reportada.
Los resultados de una prueba de compresión mal ejecutada pueden oscilar desde una disminución de un 20% en la f’c real hasta un aumento del 60%.
Figura 9.7. Extracción y Muestra de Núcleos de Concreto.
Figura 9.8. Efecto del Diámetro en la Resistencia a Compresión.
miércoles, 12 de enero de 2011
Dosificación del Concreto.
El método canadiense requiere conocer: la relación agua-cemento (a/c en decimal), el tamaño máximo del agregado grueso (mm), el módulo de finura de la arena, especificar si el concreto tendrá aire introducido o no, y el revenimiento deseado (mm). El proceso de diseño se hace con base en intentos, los pasos que se acostumbra seguir son como sigue:
1. Elegir una cantidad de cemento de cemento requerido para elaborar digamos tres cilindros de concreto, con dimensiones estándar de 15 x 30 cm. En este caso 10 Kg son suficientes.
2. Determinar la cantidad de agua, multiplicando la cantidad de cemento por la relación agua- cemento, por ejemplo sí la relación a/c=0.40.
agua = 10 x 0.40 = 4 Kg
3. Estimar la masa del agregado requerido (ver Figura 9.6), supóngase que el tamaño máximo del agregado es 20 mm, y que el concreto no tendrá aire introducido.
masa total del agregado = 8.1 x 4 = 32.4 Kg
4. Obtener las masas tanto de la arena como de la grava (ver Tabla 9.5), supóngase que el módulo de finura de la arena es 2.5, por lo tanto de la tabla el 35% será arena, y su complemento grava.
arena = 0.35 x 32.4 = 11.34 Kg grava = 0.65 x 32.4 = 21.06 Kg
Se aconseja pesar un 20% más de arena y de grava para posibles ajustes, con el fin de lograr la consistencia y trabajabilidad deseadas.
______________________
concreto sin aire introducido
-----------------------------
concreto con aire introducido
Nota: Para concretos con revenimientos bajos (25-50 mm), aumentar los agregados en 8%. Para concretos de revenimientos altos, disminuir los agregados en 6%.
Figura 9.6. Cantidad Aproximada de Agregado por Cantidad de Agua en un Concreto de Consistencia Media (Revenimiento de 75-100 mm).
Tabla 9.5. Cantidad de Arena como Porcentaje del Total de Agregado.
5. Mézclese el cemento y el agua, adicionando la arena y la grava hasta que la mezcla sea trabajable con la cuchara de albañil. Mida el revenimiento de la mezcla y determine si la mezcla es arenosa, gravosa o tiene una buena trabajabilidad, si la mezcla hubiera sido con aire introducido, a estas alturas se haría la prueba correspondiente para determinar el contenido de aire.
6. Obténgase la densidad de la mezcla entendiéndose esto como la relación entre la masa y el volumen que ocupa en un recipiente de volumen conocido, en ingeniería se conoce esto como el peso volumétrico, aceptando que intercambiamos sin ningún problema los términos masa y peso (no desconocer sus diferencias en aplicaciones reales).
7. Colar o moldear los cilindros para las pruebas de resistencia a la compresión.
8. Calcular las proporciones de la mezcla por m3. Considérese hipotéticamente que la mezcla con las cantidades 11.34 Kg de arena y 21.06 Kg de grava salió bien, y que el peso que se acomodó en un recipiente de 0.01 m3 correspondió a 22 Kg, entonces:
peso volumétrico = 2,200 Kg/ m3
Las cantidades empleadas se resumen a continuación:
cemento = 10.00 Kg
agua = 4.00 arena = 11.34
grava = 21.06
total = 46.40 Kg
Para calcular las cantidades por m3 se realizan las siguientes operaciones:
cemento = 474 Kg/ m3
agua = 190 Kg/ m3
arena = 538 Kg/ m3
grava = 999 Kg/ m3
La mezcla consumirá 9.5 sacos de cemento (1 saco = 50 Kg) por metro cúbico de concreto aproximadamente. Con la resistencia promedio obtenida de los cilindros y las apreciaciones de la mezcla de ensayo, se repite todo el proceso hasta obtener la mezcla más adecuada, la elección debe considerar varios ensayos como se indica a continuación:
Ensayo No Revenimiento Peso Volumétrico Consumo de Cemento Resistencia Trabajabilidad
Naturalmente que se debe contar con alguna ayuda en el momento de elegir la relación agua-cemento, ya que ésta influye en la resistencia que se obtendrá en la mezcla de ensaye, para este fin existen tablas como la recomendada por el comité ACI 211.1 que se presenta a continuación en la Tabla 9.6.
Tabla 9.6. Resistencias Promedio Estimadas para Concreto.
Las cantidades en peso por m3 obtenidas del método empírico de proporcionamiento de la
mezcla se pueden relacionar con los volúmenes respectivos (fracciones de m3) de acuerdo a la siguiente ecuación:
mezcla se pueden relacionar con los volúmenes respectivos (fracciones de m3) de acuerdo a la siguiente ecuación:
donde:
volumen total = 1 m3
agua = peso del agua en Kg
cemento = peso del cemento en Kg grava = peso de la grava en Kg arena = peso de la arena en Kg
aire = volumen del aire atrapado o introducido, según el caso
γc = peso específico del cemento
γg , γa son los pesos específicos de la grava y de la arena respectivamente, en condición saturada
y superficialmente seca para ambos casos
martes, 11 de enero de 2011
Control de Calidad del Concreto
La Figura 9.5 muestra algunos elementos de la distribución normal aplicables.
En la figura X representa la resistencia promedio cuya posición coincide con la del origen para la variable estandarizada Z, otros puntos de la variable resistencia están expresados en función de la desviación estándar (s ), ésta desviación estándar se calcula de un número de resultados lo suficientemente grande para estimar adecuadamente el parámetro poblacional. Las áreas bajo la curva normal indican probabilidades de ocurrencia. Cuando se diseñan las mezclas de concreto se debe ejercer un buen control de calidad sobre los factores que inciden en el comportamiento de la variable resistencia. Otro parámetro muy empleado en el control de calidad del concreto es el coeficiente de variación, generalmente representado por V (por facilidad se representará el parámetro como V), éste parámetro se calcula dividiendo la desviación estándar entre la resistencia promedio y se multiplica por cien, es decir, se expresa en porcentaje.
Existen normas que permiten evaluar la calidad del concreto, por ejemplo el Comité ACI 214-77 sugiere los siguientes valores mostrados en la Tabla 9.2.
Tabla 9.2. Normas para el Control de Calidad del Concreto.
Para ilustrar la aplicabilidad de estos conceptos se citarán algunas especificaciones contenidas en la NMX-C-155, “Concreto Hidráulico-Especificaciones”, norma que siguen los premezcladores (compañías que venden el concreto premezclado). Normalmente los premezcladores manejan dos tipos de concretos, el Clase A y el Clase B, los cuales deben cumplir con las siguientes características:
Clase A
a) Se acepta que no más del 20% del número de pruebas de resistencia a compresión tengan valor inferior a la resistencia especificada f’c. Se requiere un mínimo de 30 pruebas.
b) No más del 1% de los promedios de 7 pruebas de resistencia a compresión consecutiva será inferior a la resistencia especificada. Además se debe cumplir con todos los promedios consecutivos de las muestras anotadas en la Tabla 9.3.
Clase B
a) Se acepta que no más del 10% del número de pruebas de resistencia a la compresión tengan valores inferiores a la resistencia especificada. Se requiere un mínimo de 30 pruebas.
b) No más del 1% de los promedios de 3 pruebas de resistencia a compresión consecutiva será inferior a la resistencia especificada. Además se debe cumplir con todos los promedios consecutivos de las muestras anotadas en la Tabla 9.3.
Tabla 9.3. Valores Mínimos en Pruebas de Resistencia a Compresión.
Se recomienda emplear concreto clase A cuando se diseñe por el método de esfuerzos de
trabajo, en pavimentos y en usos generales. El concreto clase B se recomienda cuando se diseñe por el método de resistencia última, para concreto preesforzado y para estructuras especiales. Cuando el número de pruebas es menor de 30 se considera que la información es insuficiente, y según la calidad del concreto todos los promedios de pruebas consecutivas posibles de resultados obtenidos deben ser igual o mayor que las cantidades indicadas en la Tabla 9.3.
Las plantas premezcladoras que cumplan con los requisitos de resistencia deben tener un buen control de calidad que se refleja en una desviación estándar lo suficientemente baja como para eliminar la ocurrencia de resultados excesivamente bajos. La mayoría de las plantas premezcladoras que cumplan con la norma NMX-C-155, deben tener valores para la desviación estándar de alrededor de 25 a 40 kg/cm2 (entre menor el valor, mejor el control de calidad).
La resistencia real del concreto debe ser tal que exceda a la resistencia de proyecto f’c, ¿qué tanto debe sobrepasar f’c?, El exceso de resistencia a considerar en las mezclas de concreto está en función de la variabilidad esperada. El comité ACI-214 recomienda las siguientes expresiones, dependiendo si se usa la desviación estándar o el coeficiente de variación.
Donde:
fcr = resistencia requerida en promedio
f ' c = resistencia de diseño especificada
t= constante que depende de la proporción de pruebas que pueden caer abajo de
(Tabla 9.4)
V = coeficiente de variación de pronóstico, expresada en decimal
σ = desviación estándar de pronóstico
Tabla 9.4. Valores de t .
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