74.01 HORMIGON I EL HORMIGÓN Y EL ACERO. 23/Mar/ HORMIGON I. FIUBA Depto. Construcciones y Estructuras 23/03/2009 EL HORMIGÓN Y EL ACERO

Transcripción

1 23/03/2009 Lámina 1 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. Lámina 2 1

2 EL HORMIGÓN Lámina 3 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL DISPERSIÓN DE RESULTADOS Lámina 4 2

3 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL ZONA DE ENDURECIMIENTO (HARDENING) ZONA DE ABLANDAMIENTO (SOFTENING) Lámina 5 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL HORMIGÓN: MATERIAL COMPUESTO [Sfer et al., 2002] Lámina 6 3

4 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!! Lámina 7 en una estructura: Lámina 8 4

5 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A TRACCIÓN f t [ANSARI-LI-2000] HORMIGÓN: CURVA DE ENSAYO A TRACCIÓN UNIAXIAL Lámina 9 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A TRACCIÓN H-41MPa f c = MPa (6000psi) f t = 3.04 MPa ( 441psi) Gf I [NAVALURKAR Phd thesis-1996] HORMIGÓN: CURVA DE ENSAYO A TRACCIÓN UNIAXIAL Lámina 10 5

6 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A TRACCIÓN ENSAYOS ALTERNATIVOS PARA EVALUAR LA TRACCIÓN: TRACCIÓN POR COMPRESIÓN DIAMETRAL (SPLITTING TEST) ENSAYO DE CUÑA (WEDGE TEST) f ct 2. P = πld.. [Figuras: Østergaard, 2003] Lámina 11 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA A FLEXOTRACCIÓN ENSAYOS ALTERNATIVOS PARA EVALUAR LA TRACCIÓN: f r 6. M = > 2 bd. f t ASTM C78 Lámina 12 6

7 EL HORMIGÓN - RESISTENCIA A COMPRESIÓN versus RESISTENCIA A TRACCIÓN f t 7% al 15% de f c COMPRESIÓN TRACCIÓN Lámina 13 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA FRENTE A ESTADOS BIAXIALES s 1 s 1 s 2 s 1 COMPRESIÓN- TRACCIÓN s 2 s 2 s 1 s 2 TRACCIÓN- TRACCIÓN COMPRESIÓN- TRACCIÓN s 2 s 2 s 1 s 1 s 2 s 2 s 1 COMPRESIÓN- COMPRESIÓN s 1 Lámina 14 7

8 EL HORMIGÓN Y LA RESISTENCIA FRENTE A ESTADOS TRIAXIALES s 1,2 HORMIGON: CURVAS DE ENSAYOS A COMPRESIÓN TRIAXIAL Lámina 15 EL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN VARÍA CON EL ESTADO DE TENSIONES PRESENTA DISTINTAS FORMAS DE FALLA CUASIFRÁGIL CUASIDÚCTIL FRÁGIL COMPRESIÓN COMPRESIÓN TRACCIÓN UNIAXIAL UNIAXIAL TRIAXIAL [LMNI, FIUBA, 2007] [Sferet al., 2002] [Reinhardt et al., 1998] Lámina 16 8

9 LAS DEFORMACIONES DEL HORMIGÓN - DEFORMACIONES INDEPENDIENTES DE LAS CARGAS - RETRACCIÓN POR SECADO POR EFECTO DEL MEDIO AMBIENTE, - CAMBIOS VOLUMÉTRICOS DEBIDOS A VARIACIÓN DE EL HORMIGÓN EXPERIMENTA TEMPERATURA VARIACIONES VOLUMÉTRICAS EN EL TIEMPO. - DEFORMACIONES DEPENDIENTES DE LAS CARGAS - DEFORMACIONES ELÁSTICAS - DEFORMACIONES PLÁSTICAS - FLUENCIA LENTA Lámina 17 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. Lámina 18 9

10 LOS ACEROS PARA HORMIGÓN Lámina 19 LOS ACEROS PARA HORMIGÓN ARMADO CURVAS REALES (TRACCION Y COMPRESION) 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 BARRAS ADN-420 (ACINDAR) BARRAS ADM-420 (SIPAR GERDAU) Lámina 20 10

11 LOS ACEROS PARA HORMIGÓN ARMADO CURVAS REALES Aceros con tratamiento mecánico: se adopta un límite de fluencia convencional correspondiente al 0.2% de deformación permanente PARA HORMIGÓN ARMADO SÓLO 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) Lámina 21 LAS RELACIONES CONSTITUTIVAS SIMPLIFICADAS Lámina 22 11

12 HEMOS VISTO QUE EL HORMIGÓN ES UN MATERIAL COMPLEJO MODELOS SIMPLIFICADOS MODELOS SOFISTICADOS AÚN HOY ES UN MATERIAL QUE SE INVESTIGA DE MANERA DE PODER PREDECIR CON MÁS EXACTITUD SU COMPORTAMIENTO Lámina 23 EN ESTE CURSO NOS VAMOS A LIMITAR A HORMIGONES DE RESISTENCIA NORMAL f c 55 MPa VAMOS A UTILIZAR LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL COMO PARÁMETRO FUNDAMENTAL Lámina 24 12

13 CÓMO TRATAMOS EL PROBLEMA DE LA DISPERSIÓN? DEFINIMOS LA RESISTENCIA CARACTERÍSTICA 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% Lámina 25 - PARA EL DISEÑO, SE DEBE SELECCIONAR UNA CALIDAD DE HORMIGÓN. - PARA EL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS EXISTENTES SE DEBE DETERMINAR LA CALIDAD DEL HORMIGÓN. TIPOS DE RESISTENCIA H-13 H-17 H-21 H-30 H-38 H-47 Ej. H-21 s bk =21MPa CIRSOC 1982 EN VIGENCIA CIRSOC 2002 (ACI) Ej. H-20 f c=20mpa Lámina 26 13

14 CÓMO TRATAMOS EL PROBLEMA DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA PARA CARGAS DE LARGA DURACIÓN? REDUCIMOS LA RESISTENCIA CARACTERÍSTICA ENTRE UN 15% A UN 20% PARA CARGAS DE LARGA DURACION LA RESISTENCIA SE REDUCE APROX. 15% RESPECTO AL VALOR OBTENIDO EN UN ENSAYO NORMAL A COMPRESION. SE DEFINE br < s bk f c < f c Lámina 27 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 HORMIGON: CURVAS NORMALIZADAS DE ENSAYO A COMPRESION UNIAXIAL A VELOCIDAD DE DEFORMACION CONSTANTE (HORMIGONES DE RESISTENCIA NORMAL f c 55 MPa) Lámina 28 14

15 H - LEYES CONSTITUTIVAS CONVENCIONALES: CIRSOC EN VIGENCIA (DIN) a=0.80.x ATENCION!! Flexión e últ =3.5 o / oo Compresión e últ =2.0 o / oo 0.95.br PARABOLA-RECTÁNGULO 1 εc 2% o : σc =. βr. ( 4 εc). εc 4 ε σ β c > 2% o : c = r Lámina 29 CÓMO TRATAMOS EL PROBLEMA DE DESCONOCER LA CURVA EXACTA? TRABAJAMOS CON CURVAS SIMPLIFICADAS CURVAS SIMPLIFICADAS: SE ADOPTA UN CURVAS REALES PLAFON DE FLUENCIA CONSTANTE Aceros con tratamiento mecánico: se adopta un límite de fluencia convencional correspondiente al 0.2% de deformación permanente Lámina 30 15

16 EL HORMIGÓN ARMADO EL FUNCIONAMIENTO DEL HORMIGÓN ARMADO SE BASA EN: QUE EXISTE ADHERENCIA ENTRE (SE IGUALAN SUS DEFORMACIONES) QUE TIENEN COEFICIENTES DE DILATACIÓN TÉRMICA SIMILARES EL HORMIGÓN BRINDA PROTECCIÓN A LA ARMADURA Lámina 31 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 Lámina 32 16

17 τ a (Tensión de adherencia) ZONA CON εs= εc LONGITUD DE TRANFERENCIA LAS TENSIONES DE ADHERENCIA ESTAN ASOCIADAS A UN CAMBIO EN LA TENSION DEL ACERO dzs = dσs. As = τa( x). udx. A s : Area de acero u= Perímetro de la barra Lámina 33 EL ENSAYO DE ARRANCAMIENTO: Figura 4.11: LEONHARDT, Tomo I Lámina 34 17

18 TIPOS DE ADHERENCIA: Figura 4.10: LEONHARDT, Tomo I N H=m.N m=0.30 a 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 Lámina 35 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 Lámina 36 18

19 FIN GRACIAS POR SU ATENCION!!! Lámina 37 19