Republica Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño Escuela! "# $ Sección! “I %atedra! %oncreto I Puerto &rdaz ' Estado Bol(var
PR&PIE7*7ES 8ISI%*S 9 ME%*:I%*S 7E, *%ER& 9 7E, %&:%RE;& Pro)esor!
*lu+no!
,isette -arc(a.
Pérez /0onniell
#1.11#.234
%uidad -ua5ana6 Ma5o del #342
Un concreto puede ser cualquiera de varios materiales manufacturados, semejantes a la piedra, compuesto de partículas llamadas agregados que se seleccionan y clasifican en tamaños especificados para una construcción, generalmente con una parte importante retenida en un tamiz número 4(4.!mm", y que se pegan mediante una o mas materiales cementosos para forma una masa sólida. #l termino $concreto% cuando se usa sin adjetivo modificador, de ordinario indica el producto formado por una mezcla de cemento &órtland, arena, grava o piedra triturada, y agua 'ay sin emargo 'ay muc'os tipos diferentes de concreto. )lgunos se distinguen por los tipos, tamaños y densidades de agregados* por ejemplo, concreto para fira de madera, peso ligero, peso normal o de alto peso.
%*R*%;ER
%&:%RE;& *RM*7& & RE8&R=*7&! #s aquel que se refuerza con armadura metlica, sore todo de acero. #l acero proporciona la resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas longitudinales elevadas. #l acero que se introduce en el 'ormigón suele ser una maya de alamre o arras si desastar o trenzadas. #l 'ormigón y el acero forman un conjunto que trasfiere las tensiones entre los dos elementos. #l que contiene en su interior una armadura metlica y traaja tami1n la fle+ión.
%&MP&:E:;ES 7E, %&:%RE;& /os componentes principales del concreto son pasta de cemento &órtland, agua y aire, que pueden entrar de forma natural y dejar unas pequeñas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de urujas. /os materiales inerte pueden dividirse en dos grupos2 materiales finos, como pueden ser la arena, y materiales astos, que pueden ser como grava, piedra o escoria. #n general, se llama materiales finos si sus partículas son menores que 3,4mm y astos si son mayores, pero según el grosor de la estructura que se va a construir el tamaño de los materiales con partículas pequeñas, de 3,4mm. #n la construcción de presas se utiliza piedras de ! cm. de dimetro o mas. el tamaño de los materiales astos no deen e+ceder la quinta parte de la dimensión mas pequeña de la pieza de 'ormigón que se vaya a construir.
PR&PIE7*7ES 7E, %&:%RE;& ;raba>abilidad! #s una propiedad importante para muc'as aplicaciones del concreto. )unque la 5raajailidad resulta difícil de evaluar, en esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante se puede manejar, transportar y colocar con poca perdida de la 'omogeneidad.
Resistencia! /a resistencia es una propiedad del concreto que , casi siempre, es motivo de preocupación. &or lo general, se determina por la resistencia final de un esp1cimen en compresión* pero en ocasiones el criterio es la capacidad de fle+ión o de tensión. 6omo el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 78 días es la medida mas común de esta propiedad. /a resistencia a la comprensión del concreto a los 78 días puede calcularse a partir de la resistencia a los días con una formula propuesta por 9.). :later2 :78 ; : < => #n donde :78 ;resistencia a la comprensión a los 78 días : ;resistencia a los días.
#l concreto puede incrementar en forma significativa su resistencia despu1s de 78 días, particularmente cuando el cemento se mezclo con ceniza fina. &or esto son apropiadas para el diseño las especificaciones sore resistencia a !3 o 0> días. /a propiedad aguacemento es la que tiene mayor influencia en la resistencia del concreto* cuando mayor sea esta proporción, menor ser la resistencia. #n la practica, esa relación es, mas o menos, lineal cuando se e+presa en t1rminos de la variale 6?9, que es la proporción entre el cemento y el agua por peso. &ara una mezcla traajale, sin el uso de agua reduciendo aditivos. :78 ;7>> 6?9 @ 3> /a resistencia puede aumentarse disminuyendo la proporción aguacemento, utilizando agregados para mayor resistencia, graduando los agregados para producir menor porcentaje de 'uecos en el concreto, curando el concreto en 'úmedo despu1s que 'a fraguado, añadiendo una puzolana como ceniza ligera, virando el concreto en las forma o cimras y succionando el e+ceso de agua, del concreto que esta en las formas, con una oma de vació. /a resistencia a corto tiempo o rpida puede aumentarse con cemento &órtland tipo AAA (alta resistencia" y de aditivos acelerados, como el cloruro de calcio y tami1n con el aumento de la temperatura de curado* pero no se afectaran las resistencias a largo tiempo. /os aditivos para aumento de la resistencia, por lo general, producen su función porque reducen los requisitos de agua para la 5raajailidad deseada.
,a resistencia a la tensión! #s muc'o menor este tipo de resistencia a la de compresión, y cualquier que sea el tipo de pruea tiene una correlación definida con . la resistencia al pensión (modulo de ruptura y no resistencia real", determinada en las prueas de fle+ión, es de alrededor de para los concretos de alta resistencia y de > para los concretos de resistencia.
El +odulo de elasticidad! #l modulo de elasticidad #6 de uso general en los proyectos de concreto es un modulo secante. #n la norma )6A =8 Builing code Cequirements, se determina con2 #6 ; 9,!= #n donde D; peso del concreto, en l?ft= EFc ; resistencia especifica a la compresión a los 78 días, psi para el concreto normal, con D; 4! A?ft= #6; !>>>
√ F
Fc.
7urabilidad! /a durailidad es otra importante propiedad del concreto. #l concreto dee ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estar sometido en el servicio. Gran parte de los daños por intemperie sufridos por el concreto puede atriuirse a los ciclos de congelación y descongelación. /a resistencia del concreto a esos daños puede mejorarse aumentando la impermeailidad, al dejar pasar 7 a 3H de aire inclusos de aire, o aplicando un revestimiento protector a la superficie. /os agentes químicos, como acido inorgnicos, cidos ac1ticos y caronilos y los sulfatos de calcio, sodio, magnesio, potasio, aluminio y 'ierro, desintegran el concreto. 6uando puede ocurrir contacto entre esos agentes y el concreto, se dee proteger el concreto con jun revestimiento resistente. &ara lograr resistencia a los sulfatos, se dee usar cemento &órtland tipo I. la resistencia al desgaste, por lo general, se logra con un concreto denso, de alta densidad, 'ec'o con agregados duros.
I+per+eabilización! #sta es una propiedad importante del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. #l e+ceso de agua deja vacíos y cavidades despu1s de la evaporación y, si estn interconectados, el agua puede penetrar o atravesar el concreto. /a inclusión de aire (urujas diminutas" así como el curado cuidadoso por tiempo prolongado, suelen aumentar la impermeailidad.
%a+bio en volu+en! #s otra característica del concreto que se dee tener en cuenta. /a e+pansión deido a las reacciones químicas entre los ingredientes del concreto pueden ocasionar pandeo y la contracción al secarse puede ocasionar grietas. #l que un camio en el volumen dañe el concreto con frecuencia depende en las restricciones presente. &or ejemplo, una loza de pavimento que no pueden deslizarse sore la rasante mientras se contrae, puede agrietarse. &or tanto siempre se dee tener en cuenta la eliminación de las restricciones o la resistencia a los esfuerzos que pueden causar.
Escurri+iento pl?stico! #s una deformación que ocurre con carga constante durante largo tiempo. /a deformación del concreto continuo, pero con una rapidez que disminuye con el tiempo. #s, ms o menos proporcional al esfuerzo con cargas de traajo y aumento cuando se incrementa la proporción aguacemento* disminuya cuando aumenta la 'umedad relativa.
7ensidad! /a densidad del concreto con arena y agregado normales es de una 4! l?ft=. &uede ser un poco menor, si el tamaño m+imo del agregado grueso es menor de ?7 in. &uede aumentarse con un agregado ms denso* puede disminuirse utilizando un agregado ligero, aumentando el contenido del aire o incorporando un aditivo espumante o de e+pansión.
VE:;*/*S 7E, %&:%RE;& JKoldeailidad J6ontinuidad de los elementos estructurales J)lta resistencia al fuego y al clima J/a mayor parte de los materiales constituyentes estn disponiles a ajos costos JCesistencia a la compresión similar a la piedra natural. J6osto relativamente ajo. J)lta resistencia frente a la tensión, ductilidad y dureza del acero.
7ESVE:;*/*S! J#l control de calidad no es tan ueno como para otros materiales de construcciones, porque con frecuencia el concreto se prepara en el sitio en condiciones en donde no 'ay un responsale asoluto de su producción. J-tra es que el concreto es un material de relativa fragilidad* su resistencia a la tensión es pequeña comparada con su resistencia a la compresión. Lo ostante, esta desventaja puede contrarrestarse reforzando o preforjando el concreto con acero.
7E8I:I%I@: 7E, *%ER&! #l acero es una aleación de 'ierro y carono, donde el carono no supera el =.!H que le otorga mayor resistencia y pureza, alcanzando normalmente porcentajes entre el >.7H y el >.=H para aceros de ajo carono, que son los utilizados para las construcciones. &orcentajes mayores al =.!H de carono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser frgiles y no poderse forjar, se moldean. )lgunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el 6r (6romo" o Li (Líquel" se agregan con propósitos determinados.
*%ER&S *, %*RB&:&! #l acero al carono, constituye el principal producto de los aceros que se producen, estimando que un 0>H de la producción total producida mundialmente corresponde a aceros al carono. #stos aceros son tami1n conocidos como aceros de construcción, /a composición química de los aceros al carono es compleja, adems del 'ierro y el carono que generalmente no supera el H, 'ay en la aleación otros elementos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso. #l aumento del contenido de carono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y 'ace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.
*%ER&S *,E*7&S! #stos aceros estn compuestos por una proporción determinada de vanadio, molideno y otros elementos* adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y core que los aceros al carono. #stos aceros se emplean para faricar engranajes, ejes, cuc'illos, etc.
*%ER&S 7E B*/* *,E*%I@: U,;R* RESIS;E:;ES! #s la familia de aceros ms reciente de las cinco. #stos aceros son ms aratos que los aceros convencionales deido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. :in emargo, se les da un tratamiento especial que 'ace que su resistencia sea muc'o mayor que la del acero al carono. #ste material se emplea para la faricación de vagones porque al ser ms resistente, sus paredes son ms delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.
)dems, al pesar menos, tami1n se pueden cargar con un mayor peso. 5ami1n se emplea para la faricación de estructuras de edificios.
*%ER&S I:&AI7*B,ES! #stos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene rillantes y resistentes a la o+idación. )lgunos aceros ino+idales son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante muc'o tiempo a temperaturas e+tremas. Meido a su rillo, los arquitectos lo emplean muc'o con fines decorativos. 5ami1n se emplean muc'o para tuerías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la o+idación y para la faricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de 'uesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. )dems se usa para la faricación de útiles de cocina, como puc'eros, gracias a que no oscurece alimentos y es fcil de limpiar.
*%ER&S 7E ERR*MIE:;*S! #stos aceros se emplean para faricar 'erramientas y caezales de corte y modelado de mquinas. 6ontiene Dolframio, molideno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durailidad.
PR&PIE7*7ES 7E, *%ER&! 44!> Ng?cm 7
≤
,(+ite de )luencia (fy"
Resistencia a la tracción!
σ t ≥
≤
!>> Ng?cm 7
34!> Ng?cm 7
PR&PIE7*7ES 8
•
:u densidad media es de 8!> Ng?mO. #n función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. #l punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. #l de su componente principal, el 'ierro es de
alrededor de .!> P6 en estado puro (sin alear", sin emargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de .=! P6, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carono y de otros aleantes, (e+cepto las aleaciones aut1nticas que funden de golpe". &or otra parte el acero rpido funde a .3!> P6. :u punto de eullición es de alrededor de =.>>> P6.
PR&PIE7*7ES ME%C:I%*S 7E, *%ER& ;enacidad! #s la capacidad que tiene un material de asorer energía sin producir fisuras (resistencia al impacto". #l acero es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para faricar 'erramientas.
7uctilidad! #s relativamente dúctil. 6on 1l se otienen 'ilos delgados llamados alamres. Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. #ste aumento en la longitud puede valorarse por la e+presión2 Q/ ; R Q tP /, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale apro+imadamente ,7 S >T! (es decir R ; >,>>>>7". #l acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del 'ormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina 'ormigón armado.
Maleable! :e pueden otener lminas delgadas llamadas 'ojalata. /a 'ojalata es una lamina de acero, de entre >,! y >,7 mm de espesor, recuierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.
Resistencia al desgaste! #s la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando est en contacto de fricción con otro material.
MaDuinabilidad! #s la facilidad que posee un material que permitir el proceso de mecanizado. &ermite una uena mecanización en mquinas 'erramientas antes de reciir un tratamiento t1rmico.
7ureza! /a densidad promedio del acero es 8!> Ng?m=. #s la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. /a dureza de los aceros varía entre la del 'ierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos t1rmicos o químicos entre los cuales quiz el ms conocido sea el templado del acero, aplicale a aceros con alto contenido en carono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frgiles. )ceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las 'erramientas de mecanizado, denominados aceros rpidos que contienen cantidades significativas de cromo, Dolframio, molideno y vanadio. /os ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, IicNers y CocNDell, entre otros.
%onductividad eléctrica! &osee una alta conductividad el1ctrica en las líneas a1reas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando 1ste último la resistencia mecnica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.
PR&PIE7*7ES ;RMI%*S! %onductividad eléctrica! #s la facilidad que presenta un material para dejar pasar a trav1s de 1l la corriente el1ctrica. #ste fenómeno se produce por una diferencia de potencial entre los e+tremos del metal.
%onductividad tér+ica! #s la facilidad que presenta un material para dejar pasar a trav1s de 1l una cantidad de calor. #l coeficiente de conductividad t1rmica N nos da la cantidad de calor que pasaría a trav1s de un determinado metal en función de su espesor y sección.
7ilatación! #s el aumento de las dimensiones de un metal al incrementarse la temperatura. Lo es uniforme ni sigue leyes determinadas.
PR&PIE7*7ES FU
&Gidación!
/a o+idación se produce cuando se comina el o+igeno del aire y el metal. /a o+idación es superficial, produci1ndose en la capa ms e+terna del metal y protegiendo a las capas interiores de la llamada o+idación total. #l ó+ido no es destructivo.
%orrosión! :e considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sore los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto. 6uando es producida por el o+ígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial 'asta el interior del metal lo que provoca su total destrucción.
%orrosión general! 6uando es en toda la superficie, se protege con facilidad. %orrosión intercristalina! :e dee a las impurezas y no se advierte a simple vista.
%orrosión localizada! :e localiza en sitios poco visiles y pasa desaperciida 'asta que se rompe la pieza.
%*R*%;ER
•
•
•
•
•
5raajailidad2 :e pueden cortar y perforar a pesar de que es muy resistente y aun así siguen manteniendo su eficacia. :oldailidad2 #s un material que se puede unir por medio de soldadura y gracias a esto se pueden componer una serie de estructuras con piezas rectas Eorjailidad2 :ignifica que al calentarse y al darle martillazos se les puede dar cualquier forma deseada )lta resistencia mecnica2 /os aceros son materiales con alta resistencia mecnica al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contriución química que tienen los aceros. &or medio de los ensayos de laoratorio se determina la resistencia a tracción y a compresión evaluando su límite elstico y el esfuerzo de rotura. Cesistencia al desgaste2 #s la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando est en contacto de fricción con otro material.
/a construcción en acero aarca un amplio campo de aplicación en puentes, edificios, galpones industriales, torres, grúas, tanques de almacenamiento, oras 'idrulicas y portuarias, antenas, estructura de arcos, entre otras.
*plicación 4. %onstrucción puentes
7esarrollo tecnológico de
#. %onstrucción de puentes )errocarrileros 5 grJas . %0i+eneas de acero6 torres de alta tensión 5 antenas ". %onstrucción tanDues al+acena+iento reactores
de de 5
1. %onstrucción de edi)icio
4. *vance del c?lculo estructural! teor(a de la elasticidad 5 técnica de las soldaduras #. Investigación de la resistencia del +aterial a la )atiga . Estudio de la din?+ica de las construcciones ". Estudio de las propiedades de los +ateriales. 7esarrollo de aceros inoGidables 5 aceros a prueba de altas te+peraturas 1. 7esarrollo de las técnicas de construcción en serie6 ingenier(a de detalle6 seguridad contra'incendio 5 c?lculo de estructuras segJn los estados l(+ites.
%o+paración de Resistencia en Hg) por c+#!
%oncreto *r+ado! Ksólo co+presiónL 4. 8> Ngf?cm7 @ 7!> Ngf?cm7 (normal" #. =!> Ngf?cm7 ()lta Cesistencia" 3.
3>> Ngf?cm7 (6oncreto especial"
*cero Estructural! 4. 7!=> Ngf?cm7 (perfiles laminados" #. =!! Ngf?cm7 (ngulos perfiles 6-LMUI#L" 3. >.>>>
Ngf?cm7 (Guayas @ 6ales (5ensores""
Venta>as! •
Kayor resistencia unitaria
•
Kiemros ms eseltos
•
Kenor &eso Gloal
•
Eundaciones ms pequeñas
•
)mplia gama de secciones disponiles en el mercado
•
Capidez de montaje (menor costo por financiamiento @ rapidez de entrega"
•
&uede llegar a tener menor precio total.
7esventa>as! Kayor peso por m= mayor costo por m= :ensile a la corrosión (costo de revestimiento y protección" )lto nivel de detalles en proyecto Kano de ora especializada &erfiles en tamaños estndar (prolemas con el transporte y los porcentajes de desperdicio" Cequiere mayor planificación de ora.
*:EA& S
