La Deformación Del Concreto

5/23/2018

LaDeformaci n DelConcreto -slidepdf.com

Contenido .......................................................................................................3 1.1.

Deformaciones elásticas .................................................................................................. 3

1.2.

Deformaciones plásticas .................................................................................................. 4

1.3. 1.4.

Deformaciones laterales .................................................................................................. 5 Deformaciones por contracción....................................................................................... 5

1.5.

Algunas características de la deformación.......................................................................5

a.

Efecto de la edad .................................................................................................................. 6

b.

Flujo plástico ........................................................................................................................ 6

c.

Fatiga ................................................................................................................................... 7

d.

Agrietamiento ...................................................................................................................... 7

1.6.

Prueba de deformación del concreto .................................................................................. 8

1.7.

Deformación Progresiva (Creep) del Concreto. ................................................................... 9

1.8.

Tipos de deformación en el hormigón: ..............................................................................11

1.8.1. 1.8.2.

Deformación elástica o reversible: ............................................................................11 Deformación plástica o irreversible: ..........................................................................11 ................................................................................12

2.1.

Concreto de alta resistencia...............................................................................................12

2.2.

Resistencia mecánica .........................................................................................................24

2.3.

El concreto como material compuesto ..............................................................................25

2.4.

Módulo de Elasticidad del Concreto ..................................................................................27

2.5.

Relación de Poisson del Concreto ......................................................................................28 .........................................................................29 .......................................................................................................31

4.1.

Ensayo para determinar la resistencia a la compresión NTP 339.034 (1999)....................31

4.1.1.

Velocidad de Carga .................................................................................................... 32

4.1.2.

Expresión de resultados .............................................................................................33

4.2.

Ensayo para determinar la resistencia a la tracción por compresión diametral................36

4.3.

Ensayos para determinar la resistencia a la flexión ........................................................... 40

4.3.1.

Velocidad de carga .....................................................................................................41

4.4.

Ensayo de módulo de elasticidad ....................................................................................... 43

4.5.

Datos brindados por Aceros Arequipa para la resistencia: ................................................47 ............................................................................................49

...............................................51 Trabajos citados ..................................................................................................................................54

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1.1. Deformaciones elásticas El término deformaciones elásticas es un poco confuso, puesto que la curva esfuerzodeformación para el concreto no es una línea recta aun a niveles normales de esfuerzo ni son enteramente recuperables las deformaciones. Pero, eliminando las deformaciones plásticas de esta consideración, la porción inferior de la curva esfuerzo-deformación instantánea, que es relativamente recta, puede llamarse convencionalmente elástica. Entonces es posible obtener valores para el módulo de elasticidad del concreto. El módulo varía con diversos factores, notablemente con la resistencia del concreto, la edad del mismo, las propiedades de los agregados y el cemento, y la definición del módulo de elasticidad en sí, si es el módulo tangente, inicial o secante. Aún más, el módulo puede variar con la velocidad de la aplicación de la carga y con el tipo de muestra o probeta, ya sea un cilindro o una viga. Por consiguiente, es casi imposible predecir con exactitud el valor del módulo para un concreto dado. (Ver imagen 01)

Imagen 01. Curva típica esfuerzo-deformación para concreto de 350 kg/cm2.

Del solo estudio de las curvas de esfuerzo-deformación resulta obvio que el concepto convencional de módulo de elasticidad no tiene sentido en el concreto. Por lo tanto, es necesario recurrir a definiciones arbitrarias, basadas en consideraciones empíricas. Así, se puede definir el módulo tangente inicial o tangente a un punto determinado de la curva esfuerzo-deformación y el módulo secante entre dos puntos de la misma. El módulo secante se usa en ensayes de laboratorio para definir la deformabilidad de un concreto dado. La ASTM (Referencia 16) recomienda la pendiente de la línea que une los puntos de la curva correspondiente a una deformación de 0.00005 y al 40% de la carga máxima. Se han propuesto muchas relaciones que expresan el módulo de elasticidad en función de la resistencia del concreto. Para concreto tipo I de peso volumétrico: (fć en kg/cm2) (Referencia 4, artículo 11.3.3) 3 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Una de las ecuaciones empíricas más empleadas y adoptada por la NSR-98 es la siguiente: Ec=0.034Wc1.5fć Dónde: Ec = módulo de elasticidad del concreto en MPa Wc = Peso unitario del concreto en Kg/m3 fć = resistencia del concreto en Mpa esta ecuación es válida para concretos cuyos Wc está comprendido entre 1.450 y 2.450 Kg/m3. Sin embargo como se habló anteriormente este módulo varía según las características del agregado que se use, de esta manera la norma NSR-98 recomienda las siguientes formulas según su agregado para concretos de peso normal: Para agregado grueso de origen ígneo Ec = 5500fć Para agregado grueso de origen metamórfico Ec = 4700fć Para agregado grueso de origen sedimentario Ec = 3600fć El valor medio de toda la información experimental para Colombia, sin distinguir por tipo de agregado es: Ec = 3900fć

1.2. Deformaciones plásticas La plasticidad en el concreto es definida como deformación dependiente del tiempo que resulta de la presencia de un esfuerzo. Así definimos al flujo plástico como la propiedad de muchos materiales mediante la cual ellos continúan deformándose a través de lapsos considerables de tiempo bajo un estado constante de esfuerzo o carga. La velocidad del incremento de la deformación es grande al principio, pero disminuye con el tiempo, hasta que después de muchos meses alcanza un valor constante asintóticamente. Se ha encontrado que la deformación por flujo plástico en el concreto depende no solamente del tiempo, sino que también depende de las proporciones de la mezcla, de la humedad, de las condiciones del curado, y de la edad del concreto a la cual comienza a ser cargado. La deformación por flujo plástico es casi directamente proporcional a la intensidad del esfuerzo. Por lo tanto es posible relacionar a la deformación por flujo plástico con la deformación elástica inicial mediante un coeficiente de flujo plástico definido tal como sigue: Cll= EcllEci Dónde Eci es la deformación inicial elástica y Ecll es la deformación adicional en el concreto, después de un periodo largo de tiempo, debida al flujo plástico. 4 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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1.3. Deformaciones laterales Cuando al concreto se le comprime en una dirección, al igual que ocurre con otros materiales, éste se expande en la dirección transversal a la del esfuerzo aplicado. La relación entre la deformación transversal y la longitudinal se conoce como relación de Poisson. La relación de Poisson varía de 0.15 a 0.20 para concreto.

1.4. Deformaciones por contracción Las mezclas para concreto normal contienen mayor cantidad de agua que la que se requiere para la hidratación del cemento. Esta agua libre se evapora con el tiempo, la velocidad y la terminación del secado dependen de la humedad, la temperatura ambiente, y del tamaño y forma del espécimen del concreto. El secado del concreto viene aparejado con una disminución en su volumen, ocurriendo este cambio con mayor velocidad al principio que al final. De esta forma, la contracción del concreto debida al secado y a cambios químicos depende solamente del tiempo y de las condiciones de humedad, pero no de los esfuerzos. La magnitud de la deformación de contracción varía por muchos factores. Por un lado, si el concreto es almacenado bajo el agua o bajo condiciones muy húmedas, la contracción puede ser cero. Puede haber expansiones para algunos tipos de agregados y cementos. Por otro lado, para una combinación de ciertos agregados y cemento, y con el concreto almacenado bajo condiciones muy secas, puede esperarse una deformación grande del orden de 0.001. La contracción del concreto es algo proporcional a la cantidad de agua empleada en la mezcla. De aquí que si se quiere la contracción mínima, la relación agua cemento y la proporción de la pasta de cemento deberá mantenerse al mínimo. La calidad de los agregados es también una consideración importante. Agregados más duros y densos de baja absorción y alto módulo de elasticidad expondrán una contracción menor. Concreto que contenga piedra caliza dura tendrá una contracción menor orden. que uno con granito, basalto, y arenisca de igual grado, aproximadamente en ese La cantidad de contracción varía ampliamente, dependiendo de las condiciones individuales. Para propósitos de diseño, un valor promedio de deformación por contracción será de 0.0002 a 0.0006 para las mezclas usuales de concreto empleadas en las construcciones presforzadas. El valor de la contracción depende además de las condiciones del ambiente.

1.5. Algunas características de la deformación 5 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Para conocer el comportamiento del concreto simple es necesario determinar las curvas esfuerzo-deformación correspondientes a los distintos tipos de acciones a que puede estar sometido. En el caso más general, sería necesario analizar todas las combinaciones de acciones a que puede estar sujeto un elemento. Para esto se han hecho estudios experimentales sobre el comportamiento del concreto sujeto a estados uniaxiales de compresión y tensión, a estados biaxiales de compresión y tensión, y a estados triaxiales de compresión. A partir de estos estudios se han obtenido expresiones para determinar las deformaciones que producen estados combinados de esfuerzos. a. Efecto de la edad

Debido al proceso continuo de hidratación del cemento, el concreto aumenta su capacidad de carga con la edad. Este proceso de deformación puede ser más o menos efectivo, bricados de un mismo concreto y ensayado según sean las condiciones de intercambio de agua con el ambiente, después del colado. Por lo tanto, el aumento de capacidad de carga del concreto depende de las condiciones de curado a través del tiempo. El aumento de resistencia con la edad depende también del tipo de cemento, sobre todo a edades tempranas. Las deformaciones por contracción se deben esencialmente a cambios en el contenido de agua del concreto a lo largo del tiempo. El agua de la mezcla se va evaporando e hidrata el cemento. Esto produce cambios volumétricos en la estructura interna del concreto, que a su vez producen deformaciones. Los factores que más afectan la contracción son la cantidad original de agua en la mezcla y las condiciones ambientales especialmente a edades tempranas. b. Flujo plástico

El flujo plástico es un fenómeno relacionado con la aplicación de una carga. Se trata esencialmente de un fenómeno de deformación bajo carga continua, debido a un reacomodo interno de las partículas que ocurre al mismo tiempo que la hidratación del cemento. Las deformaciones por flujo plástico son proporcionales al nivel de carga, hasta niveles del orden del 50 por ciento de la resistencia. Para niveles mayores la relación ya no es proporcional. Como el flujo plástico se debe en gran parte a deformaciones de la pasta de cemento, la cantidad de ésta por unidad de volumen es una variable importante. Otros factores que afectan a las deformaciones por flujo plástico son las propiedades de los materiales constituyentes del concreto, las proporciones de la mezcla y la humedad ambiente. Las deformaciones unitarias a largo plazo producidas por el flujo plástico, se pueden estimar a partir de las deformaciones elásticas instantáneas producidas por un cierto esfuerzo en el concreto, denominado coeficiente de flujo plástico, cuyo valor varía entre 6 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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2 y 4, con un valor promedio en condiciones comunes de 2.35. Es interesante mencionar que, como el flujo plástico aumenta con el nivel de carga, este fenómeno tiende a aliviar las zonas de máximo esfuerzo y, por lo tanto, a uniformar los esfuerzos en un elemento. c. Fatiga

Se han hecho diversos estudios sobre elementos de concreto sujetos a repeticiones de carga. Cuando un elemento falla después de un número muy grande de repeticiones de carga, se dice que ha fallado por fatiga. Este tipo de solicitación tiene importancia práctica, ya que elementos como vigas de puente, durmientes de ferrocarril o cimentaciones de maquinaria están sujetos a muchas repeticiones de carga. Se mencionó anteriormente que un elemento de concreto en compresión no puede soportar indefinidamente fracciones de su resistencia estática mayores que 70 por ciento Cuando a un elemento de concreto se le aplican compresiones del orden de la mitad de su resistencia estática, falla después de aproximadamente diez millones de repeticiones de carga. Se ha encontrado también que si la carga se aplica intercalando periodos de reposo, el número de ciclos necesario para producir la falla aumenta considerablemente. Los estudios experimentales se han hecho aplicando los ciclos de carga y descarga a velocidades bastante más rápidas que las que se presentan en la práctica y, por lo tanto, sus resultados en general son conservadores. Se puede estimar que el concreto simple en compresión, toma diez millones o más de repeticiones de carga al 50 por ciento de su resistencia estática. En flexión, el mismo número de aplicaciones puede alcanzarse con ciclos de carga y descarga con valor máximo 35-50 por resistencia estática. limitadosdel de orden fatiga de en torsión, queciento tienendeunsuinterés práctico menorSe han hecho estudios Debido a la baja resistencia a la tensión del concreto, los elementos de este material tienden a agrietarse. Son diversas las causas que conducen al agrietamiento del concreto, siendo las fundamentales las deformaciones debidas a cambios volumétricos y los esfuerzos ocasionados por fuerzas de tensión, por momentos flexionantes, o por las fuerzas cortantes. Los cambios volumétricos ocasionados por variaciones en la temperatura y por contracción producen esfuerzos de tensión en los elementos estructurales cuando existe algún tipo de restricción. Cuando estos esfuerzos son superiores a los que soporta el concreto se presentan agrietamientos. Estos agrietamientos pueden controlarse ya sea por medio de refuerzo apropiadamente distribuido, generalmente especificado por los reglamentos con bases empíricas, o ya sea disponiendo juntas de control que hacen que el agrietamiento aparezca en lugares definidos. d. Agrietamiento

Las fuerzas axiales de tensión, los momentos flexionantes o las combinaciones de estas acciones producen grietas normales a los ejes de los elementos estructurales. Este tipo de agrietamiento puede ser crítico cuando se utiliza acero de refuerzo con valores del esfuerzo de fluencia iguales o superiores a 4000 kg/cm2 o cuando las cuantías de acero 7 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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son excepcionalmente altas. Aunque el agrietamiento no puede eliminarse por completo, en estructuras adecuadamente diseñadas con un detallado conveniente del refuerzo, las grietas son de ancho pequeño, generalmente del orden de 0.1 mm y raras veces superiores a 0.5 mm, de manera que no afectan a la resistencia ni a la durabilidad de los elementos. La presencia de fuerzas cortantes y de las tensiones diagonales ocasionadas por éstas da origen a grietas inclinadas. El desarrollo excesivo de estas grietas se contrarresta por medio de refuerzo en el alma dimensionado de acuerdo con los principios establecidos. El agrietamiento por tensión diagonal ha sido menos estudiado que el debido a flexión o a fuerzas de tensión, y aún no se cuenta con métodos prácticos para estimar el ancho y la separación de grietas. Son dos las razones por las que se requiere controlar el agrietamiento: la apariencia y el riesgo de corrosión del refuerzo. El tratamiento del problema en el diseño de estructuras de concreto tiene un doble aspecto. Por una parte, debe contarse con métodos para predecir la separación y, en particular, el ancho de las grietas. Este aspecto, como podrá apreciarse en incisos posteriores, parece estar satisfactoriamente resuelto para efectos prácticos. Por otra parte, es necesario establecer límites aceptables del ancho de grietas. Esto presenta dificultades por los factores subjetivos que intervienen en la determinación de anchos aceptables desde un punto de vista estético y las incertidumbres existentes en cuanto a la influencia del ancho en la corrosión del refuerzo. Las dos causas básicas por las que se producen grietas en el concreto son:  Esfuerzos debidos a cargas aplicadas.  Esfuerzos debidos a contracción por secado o a cambios de temperatura en condiciones de restricción. La contracción por secado es una propiedad inherente e inevitable del concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posición adecuada para reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predetermine y controlen la ubicación de las grietas. Los esfuerzos provocados por las fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos, especialmente en edades tempranas. Las grietas por contracción del concreto ocurren debido a restricciones. Si no existe una causa que impida el movimiento del concreto y ocurren contracciones, el concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser provocadas por causas diversas. La contracción por de secado siempre es mayor cerca de la superficie del concreto; las porciones húmedas interiores restringen al concreto en las cercanías de la superficie con lo que se pueden producir agrietamientos. (Ruiz, 2010)

1.6. Prueba de deformación del concreto La deformación del de concreto con una de resistencia utilizando cilindro de 28 días edad. se El mide resultado de prueba esta prueba va a determinar el un f’c 8 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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(resistencia a compresión) como se indica en la gráfica de esfuerzo-deformación. Los factores importantes a analizar son el tiempo de aplicación de la carga, la velocidad, el a/c, y la esbeltez del espécimen. En cuanto al tiempo, por lo general se aplica solo por unos minutos. La velocidad es directamente proporcional, es decir, entre más rapidez existe mayor resistencia. Por otra parte el a/c funciona de manera contraria, entre mayor a/c hay menor resistencia. Por lo tanto, entre menor resistencia haya, la deformación es mayor.

1.7. Deformación Progresiva (Creep) del Concreto.

Cuando el concreto es sometido a un estado de esfuerzos sostenido, éste se deforma progresivamente en función del tiempo, la deformación se puede concebir como un acortamiento del elemento. La deformación final del concreto depende del tiempo, pero está integrada por dos partes, una, la que corresponde a la deformación elástica, la otra, corresponde a la deformación progresiva propiamente dicha (creep), la Figura 9.17 ilustra este concepto.

Figura

9.17.

Deformación

Progresiva

del

Concreto

en

Compresión.

Algunas de las causas que se presentan ya sean en forma aislada o conjunta y que influyen en la deformación progresiva del concreto simple son: 1. La deformación (flujo) de los agregados empleados en el concreto, esto depende del tipo de roca original, por ejemplo los agregados provenientes de areniscas y los que poseen mica son susceptibles de provocar deformaciones progresivas mayores. 2. La deformación o flujo de la pasta de cemento que rodea los agregados. Cuando los agregados son muy estables como es el caso de las calizas densas o el cuarzo, las deformaciones se deben fundamentalmente a la calidad de la pasta de cemento. Pastas con relaciones agua-cemento altas favorecen deformaciones mayores. 3. La expulsión del agua de gel debido a las cargas externas favorece las deformaciones. 4. Disminución de la porosidad del concreto. 9 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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5. La edad del concreto, los concretos jóvenes que no han desarrollado su máxima resistencia tienden a presentar un flujo mayor. 6. Las condiciones climáticas, un ambiente húmedo tiende a disminuir la deformación progresiva en el concreto. Modelos Se han ideado modelos, por medio de los cuales se pretende evaluar la magnitud de la deformación final producida por el fenómeno, esto debido a que es poco práctico el elaborar pruebas en las que se tenga que esperar por años para conocer los resultados. Uno de estos modelos es el de D. Mc Henry cuya ecuación se presenta enseguida:

El comité ACI-209 sugiere que la deformación progresiva se puede calcular con la fórmula:

Por otro lado el coeficiente de contracción diferida se debe calcular con la expresión:

El modelo sugerido por el ACI-209 resulta ser muy práctico para predecir el nivel de deformación progresiva que se puede esperar en el concreto simple. El creep o deformación progresiva resulta deque vital importancia en eldebido concreto presforzado, para estimar las pérdidas de presfuerzo se pueden presentar el fenómeno, también 10 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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es de importancia en otros tipos de construcciones como presas y cimentaciones industriales. (Constructor Civil, 2011)

1.8. Tipos de deformación en el hormigón:

El hormigón como todo cuerpo sólido, se deforma al cargarse, y esta deformación depende de la magnitud de la carga y del tiempo que esta dure. 1.8.1. Deformación elástica o reversible: La podemos comparar con un resorte al cual le aplicamos una carga deformándose, pero

al retirar la carga, este retorna a su posición original. Estas deformaciones son imperceptibles a la vista y por lo tanto estas deformaciones provocan acortamientos o alargamientos en el sentido longitudinal del esfuerzo y ensanchamiento o adelgazamiento en el sentido transversal del esfuerzo cuando los elementos están a compresión o a tracción. 1.8.2. Deformación plástica o irreversible: Consiste en una deformación instantánea e irreversible que aumenta con la magnitud de la carga y el tiempo que esta dure. La deformación plástica sumada a la deformación por retracción se detiene prácticamente al cabo de 3 años y es directamente proporcional a

la carga que se le aplica, siempre y cuando esta carga sea menor que 1/3 de la carga necesaria para la rotura. (Pinto, 2013)


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2.1. Concreto de alta resistencia Para la fabricación de los concretos de alta resistencia, es necesario reducir la relación c/a a valores menores de 0.40, pudiendo llegar hasta 0.30. En el rango de a/c 0.40 0.70, el componente más débil del concreto es el cemento y la interface cementoagregado; pero cuando se va reduciendo el a/c, éstos dejan de ser los más débiles del sistema, incrementándose la resistencia. En los concretos de alta resistencia con relaciones a/c < 0.40, el factor más débil y limitante está constituido por los agregados, cuyo comportamiento dependen de sus características mineralógicas, su forma y resistencia mecánica propia de los agregados. Estos parámetros deben optimizarse para alcanzar altas resistencias. En el proceso de obtener altas resistencias del concreto para relaciones a/c < 0.45, los aditivos supe plastificantes cumplen un papel muy importante al contribuir a reducir el agua de mezclado y mejorar la trabajabilidad. Complementariamente al uso de los aditivos, para alcanzar resistencias superiores a los 800 Kg/cm2, es necesario utilizar en el concreto la micro sílice (humo de sílice) que por su propiedad puzolánica contribuye a incrementar la resistencia del concreto. En cada etapa de desarrollo se debe maximizar los resultados, de tal forma que cada producto incorporado al concreto alcance su mayor eficiencia. Rol de la Microsílice y de los Aditivos Superplastificantes en la obtención de los Concretos de Alta Resistencia

2.1.1.

Acti vi dad F í sico- Quí mi co de la M icr osí l ice

La obtención de resistencias a la compresión del orden de los 1,000 Kg/cm2 son posibles con la adición de microsílice en la mezcla; esto por su acción física y química, incrementa los sólidos en la pasta de cemento, colocándose en los espacios vacíos e incrementando la cohesividad y por su propiedad puzolánica, reacciona con el C2(OH)2 libre, formando silicatos de calcio, con lo que se incrementa la resistencia a la compresión. 12 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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La microsílice posee la propiedad de una puzolana altamente activa, numerosos autores han venido investigando su reactividad química en las pastas cementicias encontrándose que se produce una significativa aceleración en la formación de silicatos de calcio hidratado al mismo tiempo que se produce la disminución del Ca(OH)2. El mecanismo de acción química de la microsílice consiste en que las partículas finas de SiO2 reaccionan con la cal liberada por la hidratación del cemento produciendo Silicatos de Calcio: Ca(OH)2 + SiO2 + H20 ~ Silicatos de Calcio (C-S-H) La velocidad a la cual la cal puede ser removida por la microsílice puede ocurrir desde las 4 horas de la hidratación o hasta después de 28 días, su comportamiento está directamente relacionado con la cantidad de SiO2 presente, su tamaño, sus componentes, la disponibilidad de sílice activa, al parecer no influye el área superficial de sus partículas, sin embargo, se ha observado que la presencia excesiva del carbón sobre la superficie de las partículas de la microsílice retarda la reacción con la cal por reducir el área superficial disponible para reaccionar con el agua. Esto es aparentemente generado por componentes volátiles provenientes de carbono o astillas de madera depositados después de la formación de las microesferas. Cuando la alita C3S se forma, libera Ca(OH)2, la cual reacciona con la microsílice; en diversos ensayos realizados al respecto se concuerda en que la presencia de la microsílice acelera la velocidad de reacción de la fase de la alita. En ensayos realizados con componentes puros se ha observado que la microsílice también acelera la reacción de la estringita con la consiguiente conversión a monosulfatos. En solución acuosa la microsílice desarrolla un gel rico en sílice en tiempos de 15 minutos a 1 hora, el cual posee propiedades aglomerantes consumiéndose la mayoría del agua disponible. Los silicatos de calcio anhidros son rodeados por el gel de sílice el cual reacciona variablemente desde diversas horas a diversos días, reaccionando con el Ca(OH)2 formando más silicato de calcio. Como resultado se obtiene la formación de una estructura más rígida a tempranas edades que en las pastas normales. A causa de la extrema finura de sus partículas tienen la capacidad de colocarse en los espacios vacíos formados en las interfaces pasta-agregado, pasta-acero y los vacíos entre las partículas de cemento con lo que se incrementa la densidad de la pasta.

2.1.2.

Acti vidad de los aditi vos r eductor es de agua sobre el concreto

El primer efecto físico que se da al variar la relación a/c por la adición de un aditivo, es la fluidez de la mezcla al estado plástico, por efecto de variar la viscosidad de la pasta de cemento. Entre las partículas de cemento y los productos resultantes de su 13 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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hidratación existen fuerzas de atracción y repulsión, las fuerzas de atracción, dan lugar a la formación de grumos. La adición de pequeñas cantidades de productos orgánicos, reduce la atracción entre partículas y reduce a su vez la cantidad de agua en la mezcla. La acción de los aditivos se presenta de la siguiente manera: Los aditivos reductores de agua reaccionan con los productos hidratados formando una capa alrededor de cemento aislándolo de otras partículas de cemento con lo cual se reduce la fuerza de atracción. En general los aditivos reductores de agua son aniónicos y confieren una carga negativa a las partículas de cemento, rechazándose mutuamente. Los aditivos que se utilizaren son: Sales de Formaldehido Naftaleno-Sulfanato. Son polímeros que tienden a

•

reducir la tensión superficial de su fase acuosa. Su uso está dirigido a producir aditivos supe plastificantes porque incrementan la trabajabilidad y reducen la relación a/c. Sales Formaldehido-Melamina-Sulfonato. Son polímeros de alto poder plastificante y reductores de agua, se le usa para producir aditivos supe fluidificantes.

•

2.1.3.

PROGRAM A DE TRABAJO

Los ensayos se realizaron en la ciudad de Lima (UNI, CISMID, Ministerio de Transporte), entre los meses de agosto 97 a marzo de 1999. Los materiales utilizados en la elaboración de los concretos de alta resistencia fueron: Cemento: Tipo I Tipo V Agreados Agregado Grueso, de origen ígneo intrusivo, con un 90% Dioritas + 10% Andesitas a) Tamaño nominal máximo de 3/4" (pasa toda la malla 1") Módulo de finura 7.60 Peso específico 2.75 b) Tamaño nominal máximo de 1/2" (pasa toda la malla 3/4") Módulo de finura 6.90 c) Agregado Grueso, de orígen cuarcítico Tamaño nominal máximo de 1/2" (pasa toda la malla 3/4") Módulo de finura 6.90 14 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Peso específico 2.58 d) Agregado Fino, de módulo de finura 3.14 Aditivos Los aditivos utilizados fueron superplastificantes de alto rango, retardantes tipo G, de dos marcas, las cuales se comportaron de forma muy similar y satisfactoriamente para la elaboración del concreto de alta resistencia siendo la dosificación en promedio de 9 lt/m3 de cemento de ambos aditivos, estos fueron: Euco 537 y Sikament 10. Microsílica La microsílica densificada en polvo fueron de dos marcas, con las dosificaciones del 10% al 15% en peso del cemento, se estudió la compatibilidad con los tipos de cementos y con los superplastificantes, retardantes de alto rango tipo G, lo que permitió alcanzar las altas resistencias a la compresión. La micra sílice No. 1 tiene un 98.38% de SiO2, y la muestra No. 2 tiene 93.22% de SiO2. Las propiedades determinadas en el concreto fueron: a) En Estado Endurecido - Resistencia a la Compresión en las edades de 7, 28, 42, 90, 180, 360 días. - Resistencia a la tracción por compresión diametral b) En Estado Fresco - Peso Unitario - Trabajabilidad - Tiempo de Fraguado - Exudación - Consistencia c) El número de probetas ensayadas son del orden de 500 probetas.

2.1.4.



CONCLUSIONES

Los concretos sin adición de aditivos y microsílica alcanzaron una resistencia a la compresión de 500-550 Kg/cm2. 15

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1. Los concretos con aditivos supe plastificantes retardantes de alto rango alcanzaron una resistencia a la compresión del orden de 650 Kg/cm2 a los 28 días, el incremento aproximado es del 18% con respecto al concreto sin aditivo. 2. El cemento con aditivo y microsílica alcanzó una resistencia a la compresión del orden de 1,000 - 1,100 Kg/cm2, a los 42 días, el incremento de resistencia es aproximadamente del 80% con respecto al concreto simple. 3. Las resistencias alcanzadas a los 360 días, es del orden de los 1,450 Kg/cm2, el incremento es del orden de los 260%. 4. Las características del diseño fueron: Relación a/c = 0.36 asentamiento = 2” – 3” Cemento = 600 Kg/m3 de concreto Aditivo supe plastificante: 9 lt/m3 de concreto Adición de microsílice: 10-15 % del cemento 5. El uso del cemento tipo V, en la fabricación de los .concretos de alta resistencia, tuvo un comportamiento similar a los cementos tipo I, su utilización fue una opción para incrementar la durabilidad del concreto y lograr una economía en el diseño.


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(G.)

2.2. Resistencia mecánica

La resistencia mecánica del concreto endurecido ha sido tradicionalmente la propiedad más identificada con su comportamiento como material de construcción. En términos generales, la resistencia mecánica, que potencialmente puede desarrollar el concreto, depende de la resistencia individual de los agregados y de la pasta de cemento endurecida, así como, de la adherencia que se produce en ambos materiales. En la práctica, habría que añadir a estos factores el grado de densificación logrado en la mezcla ya que, como ocurre con otros materiales, la proporción de vacíos en el concreto endurecido tiene un efecto decisivo en su resistencia. Cuando las partículas de los agregados son duras y resistentes, la resistencia mecánica del concreto tiende a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia de esta con los agregados. Por lo contrario si los agregados son débiles, la resistencia intrínseca de estos se convierte en una limitación para la obtención de altas resistencias, lo cual no quiere decir que el concreto no pueda ser más resistente que las partículas individuales de los agregados. La adquisición de la resistencia mecánica de la pasta de cemento conforme endurece es una consecuencia inmediata del proceso de hidratación de los granos de cemento. Considerando el trabajo conjunto de los agregados y la pasta de cemento en el concreto endurecido puede suponerse que, si las resistencias individuales de los agregados y de la pasta no son restrictivas, la resistencia última del concreto debe depender sensiblemente de la adherencia entre ambos componentes. Sin embargo ésta es una situación cambiante con la edad, pues aunque tanto la resistencia de la pasta como la adherencia progresan con la hidratación del cemento, su evolución no necesariamente es igual, y así, hay evidencia de que en el concreto a edad temprana la resistencia por adherencia suele ser menor que la resistencia de la pasta, en tanto que a edades avanzadas tiende a ocurrir lo contrario. 24 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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En los concretos de baja resistencia (menos de 200 Kg/cm2), a la edad de servicio (más de 28 días) es frecuente que la resistencia propia de la pasta sea el factor predominante, mientras que en los niveles altos (más de 500 Kg/cm2) tiende a predominar la adherencia pasta / agregado como factor determinante de la resistencia del concreto. En los niveles intermedios que son los más usuales en las estructuras ordinarias, la resistencia del concreto puede ser limitada indistintamente por la resistencia de la pasta, la adherencia pasta /agregado, o una combinación de ambas, dependiendo significativamente de las características de forma, textura superficial y tamaño máximo de los agregados.

2.3. El concreto como material compuesto

Ha sido muy conocido que las propiedades de materiales multifásicos pueden ser muy superiores a las características de las fases individuales tomadas por separado, particularmente cuando estos vienen de las fases débiles o quebradizas. Quizás la más antigua información escrita de un material compuesto, ocurre en el éxodo cuando se habla de ladrillos de arcilla reforzados con paja. Hoy, sabemos que ni la roca, ni la pasta del cemento pura han determinado los materiales de construcción útiles, la roca porque es demasiado quebradiza, y el cemento porque se quiebra en la sequedad. Sin embargo, juntos se combinan para formar quizás el más versátil de todos los materiales de construcción. Podemos definir un material compuesto como la combinación tridimensional de por lo menos dos materiales químicamente y mecánicamente distintos con una interfase definida que separa los componentes. Este material polifásico tendrá diversas características de sus componentes originales. A un nivel macroscópico, el concreto consiste en porciones de agregado grueso embutidos en una matriz de mortero; en una escala algo más fina, el mortero en sí mismo consiste en partículas de arena embutidas en una matriz de pasta hidratada de cemento. A una escala microscópica, la pasta hidratada de cemento consiste en C-S-H y Hidróxido desecos Calcio, conteniendo una red los poros que pueden encontrarse o llenos de agua, másextensa algunosdegranos de capilares, cemento inmóvil no hidratado. En una escala más fina, sub. - microscópica inmóvil, el C-S-H es una mezcla de partículas mal cristalizadas de una variedad de tamaños y composiciones químicas, rodeado por un sistema más o menos continuo de poros de gel, que también se pueden encontrar secos, llenos parcial o totalmente de agua. Finalmente, los agregados mismos son generalmente materiales compuestos, consistiendo en una mezcla de diversos minerales con una porosidad bien definida.


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La estructura interna del concreto es muy compleja. Sin embargo, si hacemos algunas simplificaciones, podremos entonces construir un modelo matemático que permita que determinemos el lazo entre la estructura del concreto y sus características físicas. Esencialmente se puede modelar la pasta endurecida de cemento como un compuesto que consiste en C-S-H homogéneo y Hidróxido de Calcio, conteniendo un sistema continuo de poros capilares; (se pueden ignorar los detalles de la estructura C-S-H). Similarmente podemos modelar el concreto como un material bifásico, con las partículas de los agregados embutidas en una matriz de pasta del cemento. Es decir, para los propósitos de este modelo, se asume que la fase del agregado y la fase de la pasta son cada uno homogéneas e isotópicas. La experiencia ha mostrado que este modelo puede proporcionar aproximaciones muy buenas al comportamiento mecánico del concreto, si las características de los dos componentes se conocen. Factores que afectan el comportamiento compuesto del concreto. Antes de aplicar este modelo al concreto, es importante primero considerar el comportamiento del compuesto en general más detalladamente. Para describir un sistema con una o más fases de dispersión (partículas) embutidas en una matriz continua, deben ser considerados los siguientes parámetros: • Distribución de tamaño de las partículas. • Concentración y distribución de las partículas. • Orientación de las partículas. • Distribución espacial (o topología) de las partículas. • Composición de la fase dispersa. • Composición de la fase

continúa.

• Enlace entre las fases continuas y las dispersas.

Simplemente describiendo la geometría del sistema en términos de estos parámetros sería muy difícil. Además, puede ser difícil determinar si una fase es continua o dispersa. Por en lo paralelo tanto, puede provechoso considerar dos arreglos para las dos fases, los sistemas: y en ser serie. Estos sistemas, y otros como ellos, se pueden utilizar para calcular los parámetros elásticos del sistema compuesto, si se conocen los parámetros elásticos de las fases individuales. El sistema en paralelo, en el cual las dos fases se sujetan a las tensiones uniformes, proporciona la solución del límite superior para el parámetro elástico de interés. El sistema en serie, en el cual las fases se sujetan a las tensiones uniformes, proporciona la solución de un límite más bajo para el parámetro elástico de interés. 26 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Usando estos dos modelos para calcular el módulo de elasticidad de los sistemas, se puede mostrar lo siguiente: Para el modelo en paralelo: Es = E1V1 + E2V2 (1.1)

Para el modelo en serie:

Donde: Es = Módulo de elasticidad del sistema. E1 E2 = Módulo de elasticidad de los dos componentes. V1 V2 = Volumen de las fracciones de los dos componentes.

2.4. Módulo de Elasticidad del Concreto Estos modelos de sistemas compuestos simples anteriormente vistos se han aplicado al concreto. Las ecuaciones (1.1) y (1.2) se pueden rescribir como:

Ec = EpVp + EaVa (1.3)

Donde: Ec = Módulo de elasticidad del concreto. Ep, Ea = Módulo de la elasticidad de la pasta y del agregado, respectivamente. Vp, Va = Fracciones del volumen de la pasta y del agregado, respectivamente.


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Sin embargo, se ha sugerido que un material compuesto como el concreto que consiste en partículas de agregados dispersadas en una matriz de pasta de cemento, puede tener dos estructuras fundamental diversas. Los concretos hechos con agregados naturales (es decir, partículas duras en una matriz suave) se comportan más de cerca al modelo de un enlace más bajo, es decir Sistema en Serie (esfuerzo uniforme) por otra parte, los concretos hechos con los agregados ligeros (es decir, partículas suaves en una matriz dura) se conforman más de cerca al modelo del enlace superior, es decir Sistema en Paralelo (tensión uniforme) De hecho, ningún modelo es absolutamente correcto, puesto que el concreto bajo carga no exhibe esfuerzo uniforme ni tensión uniforme. Para los concretos hechos con agregados naturales, el modelo de esfuerzos uniformes, subestima la Ec alrededor de 10%; el modelo de tensión sobrestima la Ec a una mayor cantidad.

Tabla 1.2 Módulo de elasticidad de concretos de diferentes resistencias de acuerdo con la British Code of Practice CP 110:1972 para el uso estructural del concreto.

2.5. Relación de Poisson del Concreto

La relación entre la deformación lateral que acompaña una deformación axial aplicada y la deformación final se utiliza en el diseño y análisis de muchos tipos de estructuras. La relación de Poisson del concreto varia en un rango de 0.11 a 0.21 (generalmente de 0.15 a 0.20) cuando se determina por medición de la deformación, tanto para el concreto normal como para el concreto ligero, aunque puede ser que este último enlace valores 28 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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cercanos a la parte superior del rango. Una determinación dinámica proporciona valores más altos, con un promedio del orden de 0.24. Para este último método se requiere la medición de la velocidad de pulso,V, y también la de la frecuencia fundamental de resonancia de la vibración longitudinal de una viga de longitud l. La relación de Poisson, µ, se puede calcular por medio de la expresión.

Puesto que E/ρ =(2nL)2, donde ρ = Densidad del concreto.

No se cuenta con información confiable respecto a la variación de la relación de Poisson con relación a la edad, resistencia u otras propiedades del concreto pero generalmente se piensa que la relación de Poisson es menor en el concreto de alta resistencia. (Biblioteca, s.f.)

La extensa investigación tuvo como objetivo analizar los avances en el diseño de mezclas asfálticas para carpetas de carreteras. Esto representa un aspecto muy importante desde el punto de vista socioeconómico tanto para el país como en el ámbito internacional. Se estudiaron los nuevos criterios de diseño desarrollados en diversas instituciones del extranjero, principalmente los del Strategic Highway Research Program, SHRP, de Estados Unidos, así como el método empírico Marshall, que hasta la fecha es el más empleado en el mundo a pesar de sus limitaciones teóricas. El principal logro del SHRP ha sido el desarrollo de un criterio de diseño de concretos asfálticos para carretera identificado como Superpave, el cual ha despertado interés internacional, y que está en proceso de verificación y realización de modificaciones. En el extenso programa desarrollado en el Instituto de Ingeniería de la UNAM se analizaron los resultados de dicho programa. Se decidió analizar únicamente la fase uno del criterio Superpave ya que las fases dos y tres se consideraron inadecuadas. El experimento realizado fue muy extenso, con 96 niveles y 16 especímenes de concreto alfástico para una de las pruebas dinámicas de tracción y compresión. Las variables principales son: Tipo de asfalto, un nivel: AC-30.


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Origen del agregado, cuatro niveles: basalto triturado; caliza triturada con finos de arena de mina, grava de río triturada; y grava de río sin triturar. Tipo de granulometría, con tamaño máximo nominal de 19 mm, con tres niveles: 1) curva gruesa, 2) curva fina y 3) curva que pasa por la zona restringida del criterio Superpave. Método de diseño del concreto asfáltico, dos niveles: Superpave y Marshall. Tipo de ensaye mecánico, dos niveles: prueba estática y prueba dinámica cíclica. Tipo de solicitación en el ensaye, dos niveles: tracción a 25 °C y compresión a 40 °C. Para la realización del estudio se establecieron parámetros que se mantuvieron constantes durante toda la investigación: El tamaño máximo nominal del agregado igual a 19 mm. El programa experimental se concentró en el tipo de concreto más empleado en México, que es el concreto denso, de granulometría continua. Se estudian tres tipos de granulometría dentro de normas ASTM: la primera con predominio de agregado grueso (grava) y poca proporción de arena; la segunda es la inversa, con predominio de la fracción fina (arena), y menor proporción de grava; la tercera curva de distribución de tamaños atraviesa la zona restringida del método Superpave. Para la fabricación de todos los especímenes Superpave y Marshall, de tensión y compresión, el cemento asfáltico se mezcló con los agregados a 153 °C, y el tiempo de curado fue de cuatro horas a 135 °C La elaboración de las probetas se realizó a 143 °C. Ninguno de los dos métodos de diseño, Superpave o Marshall, contiene actualmente especificaciones para caracterizar los materiales. Al inicio de la investigación el criterio Superpave recomendaba pruebas muy complejas para las etapas de diseño intermedia y completa, etapas dos y tres, las cuales se consideraron teóricamente inadecuadas para los fines del presente estudio del Instituto de Ingeniería. Por lo tanto se decidió utilizar los ensayes de tracción indirecta y de compresión, ambos sujetos a solicitaciones estáticas y dinámicas repetidassedeaplicaron acuerdo con normas ASTM. Los procedimientos de caracterización señalados a los especímenes tipodos Superpave y tipo Marshall. Los especímenes de tracción se fabricaron en el compactador giratorio SHRP y las probetas de compresión se elaboraron en el compactador por amasado de Hveem. Los resultados de la investigación desarrollada permitirán mejorar los diseños de los concretos y mezclas asfálticos, con avances teóricos significativos y un alto impacto socioeconómico, tanto en el país como en el ámbito internacional. Algunas de las conclusiones obtenidas, que justifican ampliamente el estudio, son:


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Como se indicó al principio, en la investigación se decidió analizar únicamente la fase uno del criterio Superpave ya que las fases dos y tres se consideraron inadecuadas, como lo han reconocido los estudios posteriores realizados en el programa SHRP. La zona restringida del criterio Superpave debe eliminarse. Debe comprobarse en el campo la validez del número de giros de compactación recomendados para el compactador SHRP en relación con la vida esperada del pavimento en condiciones normales de servicio. Los análisis de varianza muestran que las variables más significativas son el tipo de agregado y la granulometría. En las pruebas de comportamiento bajo tracción indirecta cíclica y en los ensayes de deformación permanente acumulada no se encontró diferencia significativa entre los especímenes hechos con las características de los métodos Marshall y Superpave, los cuales tenían diferencias significativas en su composición volumétrica. El carácter intuitivo y empírico del método Marshall lo pone en desventaja con el criterio Superpave, modificado con los resultados de la presente investigación. Para fines de diseño de concretos y mezclas asfálticos se recomienda utilizar el compactador giratorio SHRP y los lineamientos del criterio Superpave con las modificaciones y recomendaciones obtenidas en esta investigación. (Caballero)

4.1. Ensayo para determinar la resistencia a la compresión NTP 339.034 (1999). Método de ensayo para el esfuerzo a la compresión de muestras cilíndricas de concreto. Objeto: La presente Norma establece el procedimiento para determinar la resistencia a la compresión de probetas cilíndricas, moldeadas con hormigón o de testigos diamantinos extraídos de concreto endurecido. Se limita a concretos que tienen un peso unitario mayor de 800 kg/cm2. Resumen del Método Este método de ensayo consiste en aplicar una carga axial en compresión a los moldes cilíndricos corazones antes que laofalla ocurra. en una velocidad tal que esté dentro del rango especificado 31 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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El esfuerzo a la compresión de la muestra está calculado por el cociente de la máxima carga obtenida durante el ensayo entre el área de la sección transversal de la muestra. Tolerancias de Tiempo Las probetas a ser ensayadas, estarán sujetas a las tolerancias de tiempo indicadas:

4.1.1. Velocidad de Carga La carga deberá ser aplicada en forma continua, evitando choques. Para máquinas de Tornillo, el desplazamiento del cabezal móvil será de aproximadamente 1,3 mm/min,

cuando lo hace Para máquinas hidráulicamente la velocidad de la carga estará enlibremente. el rango de 0,14 a 0,34 operadas MPa/s. Se aplicará la velocidad de carga continua y constante desde el inicio hasta producir la rotura de la probeta.


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4.1.2. Expresión de resultados La resistencia a la compresión de la probeta se calcula con la siguiente fórmula: Rc = 4 G / π d2

Donde: Rc Es la resistencia de rotura a la compresión, en kilogramos por centímetro cuadrado. G La carga máxima de rotura en kilogramos. d Es el diámetro de la probeta cilíndrica, en centímetros. Informe

El informe incluye los siguientes datos: Identificación de la probeta. Diámetro y longitud de la probeta, en centímetros. Carga máxima en kilogramos. Resistencia de rotura. Edad de ensayo de la probeta. Defectos observados en la probeta, si los hubiera. Tipo de fractura, en el caso que no sea en forma de cono. Peso de la muestra sin capa de terminado.


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4.2. Ensayo para determinar la resistencia a la tracción por compresión diametral. NTP 339.084 HORMIGÓN Método ensayo normalizado para la diametral determinación de la resistencia (CONCRETO). a la tracción simple deldehormigón, por compresión de una probeta cilíndrica. Objeto: Esta Norma Técnica Peruana establece el procedimiento para la determinación de la resistencia a la tracción por compresión diametral de especímenes cilíndricos de hormigón (concreto), tales como cilindros moldeados y testigos diamantinos.


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Resumen del Método Este método de ensayo consiste en aplicar una fuerza de compresión diametral a toda la longitud de un especimen cilíndrico de hormigón (concreto), a una velocidad prescrita, hasta que ocurra la falla. Velocidad de Carga La carga se aplicará en forma continua y evitando impactos, a una velocidad constante dentro del rango de 689 kPa/min a 1380 kPa/min hasta que falle el especimen por el esfuerzo de tracción por comprensión diametral. Expresión de Resultados La resistencia a la tracción por comprensión diametral de la probeta se calcula con la siguiente fórmula: T = 2P / π l d

Donde: T = Resistencia a la tracción por comprensión diametral, kPa. P = Máxima carga aplicada indicada por la máquina de ensayo, kN. l = longitud, m. d = Diámetro, m. Informe  Registrar la siguiente información:  Número de identificación.       

Diámetro y longitud, m . Carga máxima kN . Resistencia a la tracción por comprensión diametral, aproximada a 35 kPa. Proporción estimada del agregado grueso fracturado durante el ensayo. Edad del especimen. Historia del curado. Defectos del especimen.



Tipo Tipo de de fractura. especimen.  Para este ensayo se prepararon 3 probetas para ser ensayadas a los 28 días.  Todas estas probetas se repitieron para el concreto patrón y de alta densidad para las relaciones a/c = 0,50; 0,55 y 0,60. 


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4.3. Ensayos para determinar la resistencia a la flexión

NTP 339.078

HORMIGÓN (CONCRETO). Método de ensayo para determinar la resistencia a la flexión del hormigón en vigas simplemente apoyadas con carga a los tercios del tramo. Objeto: La Norma Técnica Peruana establece el procedimiento para determinar la resistencia a la flexión de probetas en forma de vigas simplemente apoyadas, moldeadas con hormigón o de probetas cortadas extraídas de hormigón endurecido y ensayadas con cargas a los tercios de la luz. Resumen del método


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Este método de ensayo consiste en aplicar una carga a los tercios de la luz en una probeta de ensayo en forma de vigueta, hasta que la falla ocurra. El módulo de rotura, se calculará, según que la grieta se localice dentro del tercio medio o a una distancia de éste, no mayor del 5% de la luz libre. Para este ensayo se prepararon 3 vigas para ser ensayadas a los 28 días para el concreto patrón y de alta densidad para las relaciones a/c = 0,50; 0,55 y 0,60.

4.3.1.

Velocidad de carga

Aplicar la carga a una velocidad que incremente constantemente la resistencia de la fibra extrema. Entre 0,86 MPa/min y 1,21 MPa/min, hasta producir la rotura de la viga. Expresión de Resultados Si la falla ocurre dentro del tercio medio de la luz, el módulo de rotura se calcula mediante la siguiente fórmula: Mr = P L / b h2 En donde: Mr : Es el módulo de rotura, en kg/cm2. P : Es la carga máxima de rotura, en kilogramos. L : Es la luz libre entre apoyos, en centímetros. b : Es el ancho promedio de la probeta en la sección de falla, (cm) h : Es la altura promedio de la probeta en la sección de falla, (cm) Si la falla ocurre fuera del tercio medio y a una distancia de éste no mayor del 5% de la luz libre, el módulo de rotura se calcula mediante la siguiente fórmula: Mr = 3 P a / b h2 En donde: a : Es la distancia entre la línea de falla y el apoyo más cercano, medida a lo largo de la línea central de la superficie inferior de la viga. 41 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Si la falla ocurre fuera del tercio medio y a una distancia de éste mayor del 5% de la luz libre, se rechaza el ensayo. Informe El informe incluye los siguientes datos: Identificación de la probeta. Ancho promedio con aproximación de 1 mm . Altura promedio con aproximación de 1 mm . Luz libre entre apoyos, en mm . Carga máxima en kilogramos. Módulo de rotura calculado con una aproximación de 0,5 kg-f / cm2 (0,05 MPa). Edad de ensayo de la probeta. Historia del curado y condiciones de humedad de la probeta en el momento del ensayo. Defectos observados en la probeta, si los hubiere. Tipos de recubrimientos usados.


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4.4. Ensayo de módulo de elasticidad Mediante este ensayo sirve para determinar el Módulo de Elasticidad de especímenes de concreto endurecido. En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación permanente. El concreto es un material elástico estrictamente hablando, ya que no tiene un comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama carga versus deformación en compresión, sin embargo, convencionalmente se acostumbra a definir un "Módulo de elasticidad Estático" del concreto mediante una recta tangente a la parte inicial del diagrama, o una recta secante que une el origen del diagrama con un punto establecido que normalmente es un porcentaje de la tensión última. Los módulos de Elasticidad normales oscilan entre 250,000 a 350,000 Kg/cm2. y están en relación directa con la resistencia en compresión del concreto y por ende la relación agua/cemento. Conceptualmente, las 247 CAPÍTULO VI mezclas más ricas tienen módulos de elasticidad mayores y mayor capacidad de deformación que las mezclas pobres. La norma que establece como determinar el Módulo de elasticidad estático del concreto es la ASTM C-469-02.


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Equipos y Materiales a. Máquina de Compresión. Utilizada para realizar el ensayo de resistencia a la compresión b. Compresómetro. Utilizado para medir el Módulo de Elasticidad, consta de dos especies de anillos, uno de los cuales está rígidamente sujeto al especimen (B) y otro sujeto por dos puntos diametralmente opuestos, libre de rotación (C) En la circunferencia del anillo de rotación, en la mitad entre los dos puntos de soporte, hay una varilla pivote (A), que será usada para mantener la distancia constante entre los dos anillos. La deformación es medida por un dispositivo usado directamente. c. Especímenes de Ensayo. Deben ser adecuadamente. Deberán estar sujetos a las condiciones de curado especificadas y ensayados a la edad para la cual la información de elasticidad es deseada. Los especímenes deberán ser ensayados dentro de 1 hora después que se retiran de los tanques de curado. Ejecución del Método. a. Medición. Medir dos diámetros perpendiculares entre sí en la zona central de la probeta con una aproximación de 0.25 mm. Calcular el diámetro de la probeta promediando los dos diámetros medidos. Medir la longitud del espécimen moldeado incluyendo capas de refrentado con una aproximación de 2.5 mm. b. Mantenga constante, como sea posible, la temperatura y humedad durante la prueba, registre 1as fluctuaciones inusuales. c. Use un espécimen hermano para determinar su resistencia a la compresión, previamente al ensayo del módulo de elasticidad, con lo cual se registrará su carga última a compresión. d. Coloque el especimen con el equipo medidor de deformación ajustado, sobre el bloque inferior de la máquina de ensayo y cuidadosamente alinear los ejes del especimen con el centro del bloque superior. Antes de aplicar alguna carga, retire las barras sujetadoras de los yugos. Anote las lecturas de los indicadores de deformación e. Cargar el especimen por lo menos 2 veces. No registrar ningún dato durante la primera carga. Durante la primera carga que es principalmente para la fijación de los calibradores, observar el desempeño de los calibradotes y corregir algún comportamiento irregular previamente a la segunda carga. f. Después de haber hecho las pruebas de fijación (sin registro) recién realizar el ensayo y obtener dos conjuntos de lecturas como sigue: 44 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Aplique la carga continuamente y sin choque, a una velocidad constante en un rango de 0.241 ± 0.034 Mpa/seg. (2.45 ± 0.35 Kg/cm2). Registre sin interrupción las lecturas de cargas aplicadas y la deformación longitudinal en el punto (1) cuando esfuerzo longitudinal es de 50 millonésimas y (2) cuando la carga aplicada es igual al 40% de la rotura. La deformación longitudinal se define como la deformación total dividida entre la longitud efectiva del calibrador. g. El Módulo de elasticidad y la resistencia pueden ser obtenidas de la misma carga previendo que los dispositivos de medición sean expandibles, removibles o adecuadamente protegidos. En este caso registrar varias lecturas y determinar el valor de deformación al 40% de la carga última por Interpolación. h. Sí se tornan lecturas intermedias, dibujar los resultados de cada tres ensayos con la deformación longitudinal como abcisa y la resistencia a la compresión como ordenada Cálculo. Se calcula el módulo de elasticidad con una aproximación de 50 000 psi. (344.74 MPa.) de la siguiente manera.

Donde E = Módulo de elasticidad en Kglcm2. S2 = Esfuerzo correspondiente al 40% de la carga última Kglcm2 S1 = Esfuerzo correspondiente a una deformación longitudinal e1 de 0.000050mmimm. e2 = Deformación longitudinal producida por el esfuerzo S2


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(Cybertesis, 2008) 46 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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4.5. Datos brindados por Aceros Arequipa para la resistencia:

A lo largo de la historia, los constructores siempre han buscado perfeccionar los procesos de construcción y utilizar materiales de alta resistencia, siendo el concreto uno de los más preferidos. Como sabemos, el concreto hoy cumple un papel importante en la estructura de casi todas las obras. Justamente, porque una de sus principales propiedades es su alta capacidad para soportar diversas cargas de compresión. (Figura 1).

La resistencia a la compresión que requiere un determinado tipo de concreto la podemos encontrar en los planos estructurales con el símbolo: fć, acompañado de un número que el ingeniero estructural siempre coloca (ejemplo: fć = 210 kg/cm2), y que señala la resistencia que debe alcanzar el concreto a los 28 días de su elaboración en obra. El ingeniero usualmente da por hecho que el concreto colocado en la estructura alcanzará la resistencia especificada, pero eso no ocurre siempre. Son varios los factores (forma de preparación, cantidad de materiales utilizados, calidad de los agregados, etc.) que afectan positiva o negativamente esta importante propiedad del concreto. Por eso debemos realizar una verificación para estar completamente seguros de su calidad. Todos los profesionales de la construcción (grande, mediano o pequeño) deben tener presente esta recomendación. Norma de verificación Precisamente, la Norma E-060: Concreto Armado, en sus Artículos 4.12 y 4.15, nos recomienda, en su Capítulo "Requisitos de construcción", aplicar lo siguiente en todas nuestras obras: "La verificación del cumplimiento de los requisitos para fć, se basará en los resultados de probetas de concreto preparadas y ensayadas de acuerdo a las Normas. Se considera como un ensayo de resistencia, al promedio de los resultados de dos probetas cilíndricas preparadas de la misma muestra de concreto y ensayadas a los 28 días de moldeadas las probetas". 47 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Esto quiere decir que la verificación de la resistencia a la compresión del concreto se realiza mediante ensayos de probetas en laboratorios de estructuras, las probetas son elaboradas previamente en obra de acuerdo a simples procedimientos normalizados que explicamos en la sección Capacitándonos. Vaciando las columnas: Una parte de la mezcla se usa para verificar la resistencia a la compresión del concreto. Los planos estructurales (fć); de esta manera, se establece con absoluta precisión si el concreto cumplió con lo indicado. Si el resultado fuera positivo, la estructura tendrá un comportamiento adecuado, tal y como planificó el ingeniero estructural; caso contrario, la edificación tendrá problemas en el futuro. Otro factor importante a considerar, es que según la Norma E-060, deben ser dos probetas las que se ensayen como mínimo y ambas obtenidas de la misma muestra de concreto. Para entender mejor lo explicado hasta aquí, veamos una de las experiencias de Juan Seguro: Al maestro Juan Seguro, el sábado 30/07/11, le tocó vaciar 20 columnas en la obra que está realizando. Él ya decidió preparar y vaciar sucesivamente tres tandas exactamente iguales (forma de preparación, dosificación, transporte, colocación, compactación, etc.). Antes de preparar el concreto, Juan revisa el plano estructural a fin de ver la especificación allí escrita y encuentra lo siguiente: Concreto de columnas: fć = 210 kg/cm2 Con este dato y muy cuidadosamente, Juan Seguro brinda las instrucciones precisas a su personal sobre la forma de preparación, dosificación, transporte, colocación, compactación, etc., a fin que, una vez endurecido el concreto (28 días), cumpla con dicha especificación. Con estos cuidados, Juan ordena empezar con la preparación del concreto en obra para luego hacer el vaciado. Pero Juan quiere estar seguro de hacer lo correcto y despejar cualquier duda, por eso, consideró además elaborar dos probetas con el concreto de las columnas para realizar los ensayos que recomienda la Norma E-060. Para ello, procedió de la siguiente manera: Como las tres tandas las preparó exactamente de la misma manera, seleccionó la segunda para sacar un poco de mezcla, con la cual hizo sus dos probetas. (Figura 2 y 3).


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Esperó cuidadosamente que los días transcurrieran y con el tratamiento correspondiente, su concreto vaciado cumplió los 28 días al igual que sus probetas, así todo quedó preparado para la verificación de la resistencia a la compresión. El mismo día que las dos probetas cumplieron 28 días (27/08/11), Juan las llevó a un Laboratorio de Estructuras depor unacada reconocida universidad, la realización ensayos de compresión (uno probeta), a un costosolicitó muy bajo (7.00 solesdepor2 probeta, precio referencial en Lima), se hicieron las pruebas solicitadas y le entregaron los siguientes resultados: Promedio = 215.6 + 232.4 = 224 kg/cm2 2 Como verás, la cifra es mayor que lo especificado en el plano estructural (fć = 210 kg/cm2), este resultado es positivo y le dice al maestro lo siguiente: a. La calidad del concreto está garantizada. b. Juan Seguro respeta las indicaciones de los planos estructurales. c. La estructura se comportará bien ante fuerzas externas (sismos). d. La forma como trabaja Juan Seguro es la correcta, pues le brinda buenos resultados. e. Juan trabajará en el futuro con mucha seguridad. f. Juan se sentirá bien y aumentará su prestigio y autoestima como maestro. (Aceros Arequipa, 2014)

El propósito fundamental de medir la resistencia de los especímenes de pruebas de concreto es estimar la resistencia del concreto en la estructura real. El énfasis está en la palabra “estimar”, y realmente no es posible obtener más que una indicación de la

resistencia del concreto en una estructura puesto que la mima depende, entre otras cosas, de lo adecuado de la compactación y del curado. La resistencia de un espécimen de prueba depende de su forma, proporciones y tamaño, de modo que un resultado de prueba no da el valor de la resistencia intrínseca del concreto. 49 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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Los corazones también pueden utilizarse para descubrir separación por acumulación de agregado o para verificar la adherencia en las juntas de construcción o para verificar el espesor del pavimento. Los corazones se cortan por medio de una herramienta giratoria de corte con broca de diamante. De estaempotrados manera se de obtiene espécimeny que cilíndrico, que contienen algunas veces fragmentos acero un de refuerzo, tiene normalmente superficies terminales que están lejos de ser planas y a escuadra. Tanto las normas británicas como las ASTM especifican un diámetro mínimo de 100mm, con el requisito de que el diámetro sea al menos tres veces el tamaño máximo del agregado; sin embargo, la norma ASTM C 42-90 permite, como un mínimo absoluto, que la relación de los dos tamaños sea 2. (IMCYC, 1999) Corazones de concreto

Si se confirma la baja resistencia, se extraerán tres corazones por cada resultado abajo de fć en más de 35k/C2 (para la referencia 6: en más de 50k/c 2). La relación longitud/diámetro del cilindro o corazón será de preferencia y como máximo de 2:1. Los tamaños más usuales son de 15 x7.5 cm o de 20x10 cm, pudiéndose aceptar como mínimo hasta 1:1, multiplicado la resistencia obtenida por un factor de corrección (norma NMX -169).el diámetro debe ser por lo menos dos veces (de preferencia tres veces) el tamaño máximo del agregado grueso. Debe tenerse cuidado que al hacer la perforación la máquina no se detenga hasta terminar para evitar que la broca forme escalones o muescas en la superficie cilíndrica del corazón, que podrían ocasionar concentraciones de carga durante la prueba. Prueba de compresión de corazones

Si la estructura va a estar en un ambiente seco durante su vida de servicio, los corazones extraídos para la prueba deberán secarse al aire durante siete días y probarse en seco. Si la estructura va a trabajar dentro de un ambiente húmedo se sumergirán los corazones de agua saturada de cal durante 48 horas (según la norma NOM: 40 horas) y probarse en húmedo. Resultado de la prueba de corazones

El concreto se considerará adecuado si el promedio de resistencia a la compresión de los tres corazones es mayor o igual que un 85% de f’c especificada y si ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% de la f’c. Si hay alguna dud a se puede repetir la

prueba una sola vez. Si se confirma la baja resistencia, el supervisor decidirá, tomando en cuanta los criterio del undécimo párrafo de la introducción, si el elemento deberá demolerse o si procederá sólo una penalización económica al contratista. Deberá corregirse la causa revisando el contenido de cemento, el proporcionamiento, los agregados, la relación A/C, un mejor control o la reducción del revenimiento, el mezclado, la transportación, una reducción en el tiempo de entrega, el control del contenido de aire, colocación en los moldes y sobre todo la compactación y el curado. Si los corazones resultan persistente de mayor resistencia que los cilindros, se revisarán los procedimientos de fabricación de cilindros y el equipo de laboratorio, y sobre todo el curado, la 2004) trasportación de los cilindros, el cabeceado y calibración de la prensa (Federico, 50 http://slidepdf.com/reader/full/la-deformacion-del-concreto

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(Construestruconcreto)

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Contenido de cemento

El cemento es el material más activo de la mezcla de concreto, por tanto sus

características todo su contenido (proporción) dentro mezclacontenido tienen una gran influenciayensobre la resistencia del concreto a cualquier edad.deAlamayor de cemento se puede obtener una mayor resistencia y a menor contenido la resistencia del concreto va a ser menor.  Relación agua-cemento y contenido de aire En el año de 1918 Duff Abrams formuló la conocida “Ley de Abrams”, según la cual,

para los mismos materiales y condiciones de ensayo, la resistencia del concreto completamente compactado, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua-cemento. Este es el factor más importante en la resistencia del concreto: Relación agua-cemento = A/C Donde: A= Contenido de agua en la mezcla en kg C= Contenido de cemento en la mezcla en kg De acuerdo con la expresión anterior, existen dos formas de que la relación aguacemento aumente y por tanto la resistencia del concreto disminuya: aumentando la cantidad de agua de la mezcla o disminuyendo la cantidad de cemento. Esto es muy importante tenerlo en cuenta, ya que en la práctica se puede alterar la relación aguacemento adiciones o de aumentar agua después de mezclado el concreto loconcual el fin asentamiento restablecerpor el tiempo de manejabilidad, va de en detrimento de la resistencia del concreto y por tanto esta práctica debe evitarse para garantizar la resistencia para la cual el concreto fue diseñado. También se debe tener en cuenta si el concreto va a llevar aire incluido (naturalmente atrapado más incorporado), debido a que el contenido de aire reduce la resistencia del concreto, por lo tanto para que el concreto con aire incluido obtenga la misma resistencia debe tener una relación agua-cemento más baja. 

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Influencia de los agregados

La distribución granulométrica juega un papel importante en la resistencia del concreto, ya que si esta es continua permite la máxima capacidad del concreto en estado fresco y una mayor densidad en estado endurecido, lo que se traduce en una mayor resistencia. 51

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La forma y textura de los agregados también influyen. Agregados de forma cúbica y rugosa permiten mayor adherencia de la interfase matriz-agregado respecto de los agregados redondeados y lisos, aumentando la resistencia del concreto. Sin embargo este efecto se compensa debido a que los primeros requieren mayor contenido de agua que los segundos para obtener la misma manejabilidad. La resistencia y rigidez de las partículas del agregado también influyen en la resistencia del concreto.

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Tamaño máximo del agregado

Antes de entrar a mirar cómo influye el tamaño máximo en la resistencia del concreto, se debe mencionar el término “eficiencia del cemento” el cual se obtiene de dividir la

resistencia de un concreto por su contenido de cemento. Recientes investigaciones sobre la influencia del tamaño máximo del agregado en la resistencia del concretodeconcluyen lo siguiente: Para concretos alta resistencia, mientras mayor sea la resistencia requerida, menor debe ser el tamaño del agregado para que la eficiencia del cemento sea mayor. Para concretos de resistencia intermedia y baja, mientras mayor sea el tamaño del agregado, mayor es la eficiencia del cemento. En términos de relación agua-cemento, cuando esta es más baja, la diferencia en resistencia del concreto con tamaños máximos, menores o mayores es más pronunciada.

Agregados gruesos. Foto: Argos. Fraguado del concreto Otro factor que afecta la resistencia del concreto es la velocidad de endurecimiento que presenta la mezcla al pasar del estado plástico al estado endurecido, es decir el tiempo de fraguado. Por tanto es muy importante su determinación. Edad del concreto

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En general, se puede decir que a partir del momento en que se presenta el fraguado final del concreto, comienza realmente el proceso de adquisición de resistencia, el cual va aumentando con el tiempo. Con el fin de que la resistencia del concreto sea un parámetro que caracterice sus propiedades mecánicas, se ha escogido arbitrariamente la edad de 28 días como la edad en que se debeenespecificar el valor de resistencia del concreto. Se ladebe tener cuenta que las mezclas de concreto con menor relación aguacemento aumentan de resistencia más rápidamente que las mezclas de concreto con mayor relación agua-cemento. 

Curado del concreto

El curado del concreto es el proceso mediante el cual se controla la pérdida de agua de la masa de concreto por efecto de la temperatura, sol, viento, humedad relativa, para garantizar la completa hidratación de los granos de cemento y por tanto garantizar la resistencia final del concreto. El objeto del curado es mantener tan saturado como sea posible el concreto para permitir la total hidratación del cemento; pues si está no se completa la resistencia final del concretos se disminuirá.  Temperatura La temperatura es otro de los factores externos que afecta la resistencia del concreto, y su incidencia es la siguiente: Durante el proceso de curado, temperaturas más altas aceleran las reacciones químicas de la hidratación aumentando la resistencia del concreto a edades tempranas, sin producir efectos negativos en la resistencia posterior. Temperaturas muy altas durante los procesos de colocación y fraguado del concreto incrementan la resistencia a muy temprana edad pero afectan negativamente la resistencia a edades posteriores , especialmente después de los 7 días, debido a que se da una hidratación superficial de los granos de cemento que producen una estructura físicamente más pobre y porosa. (Sandoval, 2004)


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Trabajos citados 1. Aceros Arequipa. (01 de Mayo de 2014). Aceros Arequipa. Obtenido de http://www.acerosarequipa.com/maestro-de-obra/boletinconstruyendo/edicion_17/mucho-ojo-al-reglamento-resistencia-a-la-compresiondel-concreto.html 2. Biblioteca. (s.f.). Biblioteca. Obtenido de http://www.biblioteca.udep.edu.pe/BibVirUDEP/tesis/pdf/1_153_164_104_143 6.pdf 3. Buenas Tareas. (s.f.). Obtenido de http://www.buenastareas.com/ensayos/Ensayos-Destructivos-y-NoDestructivos/1421299.html

Proyecto 2.

4. http://proyectos2.iingen.unam.mx/Proyectos_2005_2006/06/6.7.pdf Caballero, S. C. (s.f.). Obtenido de 5. Constructor Civil. (Enero de 2011). Constructor Civil . Obtenido de http://www.elconstructorcivil.com/2011/01/deformacion-progresiva-creepdel.html 6. Construestruconcreto. (s.f.). Obtenido de http://construestruconcreto.webpin.com/785750_4-4-Pruebas-destructivas.html 7. Cybertesis. (2008). Obtenido de http://cybertesis.urp.edu.pe/urp/2008/millones_aa/pdf/millones_aa-TH.5.pdf 8. G., I. P. (s.f.). Osocem. Obtenido de http://www.asocem.org.pe/bivi/re/dt/RES/investigacion_concreto.pdf 9. Pinto, A. (27 de Mayo de 2013). Ingeniería Real . Obtenido de http://ingenieriareal.com/tipos-de-deformaciones-en-el-hormigon/ 10. Ruiz, I. V.-M. (Julio de 2010). Buenas Tareas. Obtenido de http://www.buenastareas.com/ensayos/Deformacion-DelConcreto/562929.html?_p=11 11. Sandoval, F. G. (2004). Obtenido de http://construestruconcreto.webpin.com/785750_4-4-Pruebas-destructivas.html


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La Deformación Del Concreto

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