Generalidades del concreto armado. Características principales, ventajas y desventajas como material estructural, propiedades físico-mecánicas, teorías de cálculo, entre otros.

1. Concreto Armado
Generalidades
Profesor:
Ing. Miguel Sambrano.
Universidad Católica Andrés Bello.
Escuela de Ingeniería Civil.
Concreto Armado I.
7° Semestre.
Ciudad Guayana, Marzo 2015.

2. UCAB
Concreto Armado I
Prof. Miguel Sambrano
Contenido.
1. Concreto Armado.
2. Ventajas.
3. Desventajas.
4. Propiedades Físico-mecánicas del concreto.
4.1. Curva Esfuerzo-deformación.
4.2. Resistencia a la Compresión.
4.3. Resistencia a la Tracción.
4.4. Módulo de Elasticidad.
4.5. Fluencia Plástica.
4.6. Módulo de Rotura.
5. El acero en el concreto.
6. Características del acero de Refuerzo.
7. Métodos de Cálculo y Análisis.
8. Factores de Seguridad en Teoría de rotura.
9. Factores de Reducción de Capacidad.
10. Resistencia de Diseño.
11. Bibliografía.

3. 1.CONCRETO
ARMADO
Agua
•Solvente.
Cemento
•Aglomerante.
Agregados Gruesos
•Piedra.
•Consistencia.
Agregados Finos
•Arena.
•Elimina espacios
vacíos.
Aditivos
•Modifica sus
características.
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Acero de Refuerzo
•Resistencia a la
tracción.

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2. Ventajas
•Componentes abundantes en la naturaleza.
•Alta resistencia a la Compresión.
•Las estructuras de Concreto son más rígidas.
•Manejabilidad y adaptación a la forma del recipiente (encofrado).
•Mano de obra menos especializada.
•Requiere poco mantenimiento.
•Larga vida de servicio.
•Resistencia al Fuego.

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3. Desventajas.
•Muy poca resistencia a la tracción.
•La reutilización es costosa.
•Requiere el uso de encofrado para darle forma.
•Baja resistencia por unidad de peso de concreto.
•Baja resistencia por unidad de volumen.
•Es heterogéneo.

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4. Propiedades físico-mecánicas del concreto
4.1. Curva esfuerzo-deformación.
Fig. 1. Curvas típicas esfuerzo-
deformación del concreto.
Fuente: Fagier (2010)

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La curva de esfuerzo-deformación permite
conocer:
•Que el concreto no es un material elástico.
•El esfuerzo máximo se denomina “resistencia
característica del concreto a la compresión a
los 28 días.” f´c
•El esfuerzo máximo para los diferentes
concretos se alcanza para un valor de 0,002.
•La rotura se produce normalmente para una
carga menor que la máxima, y para la
deformación por lo general mayor de 0,003.

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4.2. Resistencia a la compresión (f´c)
Es el valor obtenido a los 28 días de las
pruebas de falla en cilindros.
Valor usado para el cálculo y diseño de
elemento de concreto armado.
Se emplean concretos entre f´c=150Kg/cm2 a
350Kgc/cm2.

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Fig. 2. Cilindro Estándar para pruebas.
Fuente: Fagier (2010)
Fig. 3. Ensayo de Compresión.

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4.3. Resistencia a la tracción (ft)
El concreto es un material débil a la
tracción.
Oscila en un porcentaje entre el 10% y 20% de
la resistencia a la compresión.
Se puede calcular por medio del ensayo
indirecto o brasileño. (ver siguiente figura)

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Fig. 4. Ensayo brasileño.
Fuente: Fagier (2010)
El ensayo brasileño consiste en aplicar una
carga a compresión en un cilindro pero
“acostado”, Con la carga a lo largo de su
altura. (Barboza y Delgado, 2013)
Aplicando la teoría de elasticidad, se
considera de manera indirecta que
ft=2P/(πdl).

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4.4. Módulo de Elasticidad (E)
Se mide como la pendiente de la curva de
esfuerzo-deformación del concreto. Comúnmente
se mide como la pendiente de una recta entre
el origen y un punto con esfuerzo de 0,45f´c.
Fig. 5.Curva esfuerzo-deformación para un
cilindro de concreto. Fuente: Fagier (2010)

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La norma COVENIN 1753-06 Proyecto y
construcción de obras de Concreto Armado,
sección 8.5, señala que puede tomarse el
Módulo de Elasticidad como sigue:
Para concretos con Wc entre 1440 y 2500Kg/m3.
Para concretos de peso normal.

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4.5. Fluencia Plástica
Se define como un aumento gradual de
deformación con el tiempo bajo carga, debido
al acomodo molecular de la masa del concreto
(Barboza y Delgado, 2013).
Comienza tan pronto la estructura es cargada
y decrece por 4 ó 5 años.

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4.6. Módulo de Rotura (fr).
Resistencia a tracción en flexión.
Se conoce mediante un ensayo a flexión de una
viga de concreto simple, sección cuadrada
(15x15), sometidas a cargas concentradas
hasta la rotura.
Donde:
Magr: Momento de agrietamiento.
C: Distancia del eje neutro a la fibra más traccionada.
I: Inercia de la sección con respecto al eje neutro.
Valido sólo en el
rango elástico.

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L/3 L/3 L/3
P P
Magr
Diagrama de Momento
c
c
ft
fr
h
b
Fig. 6. Obtención del Módulo de rotura.
Por lo general se cumple que:

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5. El acero en el concreto. Refuerzo.
Ya se ha dicho que la resistencia a la
tracción del concreto es despreciable.
Para resistir los esfuerzos de tracción el
los elementos de concreto, de colocan barras
de acero, denominadas generalmente acero de
refuerzo.

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6. Características del acero de refuerzo.
Las barras poseen corrugaciones en su
superficie para aumentar la adherencia entre
ambos materiales.
Tienen diferentes diámetros, generalmente
entre ¼” a 1 3/8”.
Fig. 6. Barras de acero corrugadas.
Fig. 7. Colocación del acero de refuerzo.

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Tabla 1. Características de las barras de
refuerzo.
Fuente: COVENIN 1753-06 (Tabla 3.6.2)

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En el país existen principalmente dos tipos
de aceros:
•De alta resistencia debido al alto
contenido de carbón, pero con menor
ductilidad, con un esfuerzo de fluencia
Fy=4200Kg/cm2
•De baja resistencia con bajo contenido de
carbón. Con un esfuerzo de fluencia
Fy=2800Kg/cm2

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Fig. 8. Curva esfuerzo-deformación del acero.

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Fig. 9. Nomenclatura de una barra de refuerzo.
Fuente: Barboza y Delgado (2013).

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7. Métodos de Cálculo y Análisis.
Existen dos métodos para el cálculo en
concreto armado.
1. Método de esfuerzos de trabajo, que
estudia principalmente el comportamiento del
concreto bajo cargas de servicio.
Actualmente es usada para el estudio de
problemas en el control de grietas y
deflexiones.
Los momentos flexionantes y fuerzas que
actúan en la estructura se calculan
suponiendo un comportamiento Elástico lineal.

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2. Método de Diseño por Resistencia,
donde los miembros se diseñan tomando en
cuenta las deformaciones inelásticas para
alcanzar la resistencia máxima, aplicando una
carga de servicio modificada por su factor
respectivo de carga. (Park y Paulay, 1983).
Ésta teoría es la más usada hoy en día.
Utiliza Factores de mayoración de cargas y
disminución de la resistencia de los
elementos estructurales.

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8. Factor de seguridad en Teoría de
Rotura:
Definido por la relación entre la capacidad
nominal del elemento y la solicitación a la
cual se ve sometido en condiciones de
servicio.
Dicho factor busca dar seguridad adecuada
contra un aumento probable en la cargas de
servicio excediendo las especificadas en el
diseño.

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Los valores de los factores de mayoración, se
proponen en función de la naturaleza de la
misma.
Se toma en cuenta la imprecisión en la
determinación de la carga.
Se diseña bajo el efecto más crítico,
combinando los efectos (N, V, M) de las
cargas según posibilidades de ocurrencia.

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La norma COVENIN 1753 en la secc. 9.3. señala
las solicitaciones que deben ser estudiadas
según el Estado Límite de Agotamiento
Resistente.

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9. Factor de reducción de Capacidad.
La intención del factor de reducción de
capacidad es tomar en cuenta:
•Las imperfecciones en la calidad de los
materiales.
•La inexactitud en los cálculos.
•Problemas con la mano de obra y
dimensiones.
•La importancia desde el punto de vista del
tipo de falla que se esté considerando.

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Tabla 3. Factores de Minoración de
Resistencia Teórica, φ.
Fuente: COVENIN 1753-06 (Tabla 9.4)

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10. Resistencia de Diseño.
Se debe calcular la resistencia nominal (Rn)
del elemento bajo la solicitación estudiada.
Debe cumplirse que las solicitaciones
mayoradas (U) deben ser menores a las
resistencias de diseño (φRn).
Éste último requisito garantiza la seguridad
en el diseño.

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11. Bibliografía.
Barboza y Delgado (2013). Concreto Armado, Aspectos Fundamentales.
Venezuela: Ediciones Astro Data S.A.
COVENIN 1753-06 Proyecto y Construcción de Obras de Concreto Armado.
Venezuela.
Fargier, L. (2010). Concreto Armado, Comportamiento y Diseño.
Venezuela.
Fratelli, M. (1998). Diseño Estructural en Concreto Armado.
Venezuela.
McCormac, J. (2002). Diseño de Concreto Reforzado. México: Alfaomega
Grupo Editor.
Nilson, A. (1999). Diseño de Estructuras de Concreto. Colombia:
McGraw-Hill.
Park y Paulay, (1983). Estructuras de Concreto Reforzado. México:
Limusa.