3.2 concreto
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CONCRETO ARMADO Sistemas de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson
SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN Y DE ESTIMACIÓN PROFESOR: Dr. Carolina Stevenson
Arquitecta Universidad Nacional
Doctorado en Arquitectura – 2006 University Of Nottingham, UK
Especialización en Enseñanza CPS: 2009 University of Liverpool, UK
Concreto Armado
CONCRETO ARMADO Sistemas de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson
CONTENIDO
Características físicas de los materiales constitutivos
Composición
Generalidades – Usos Históricos
Tipos de concretos
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Usos Historicos
Se cree que la cultura Egipcia (2,500 AC) fue la primera en usar calizas y yeso
mezclados en agua como mortero en la construcción de pirámides. Barro y paja eran
utilizados como agregados para formar bloques prefabricados.
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Usos Historicos
En la Antigua Grecia (500 A.C.), se mezclaban compuestos de caliza calcinada con
agua y arena, añadiendo piedras trituradas, pedazos ceramicos y tobas volcánicas
extraídas de la isla de Santorini, dando origen al primer hormigón de la historia, CONCRETO ARMADO
Sistemas de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson
La cultura Romana (siglo I y II DC) uso un material muy similar al cemento moderno en
construcciones como el Coliseo Romano y el Panteon. Productos animales como
cabello y sangre era usados como aditivos para hacer el concreto mas resistente,
maleable o evitar su congelamiento.
Roman Coliseum
Usos Historicos
Roman Pantheon, Rome, circa 126 AD
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John Smeaton construyo en 1759 el faro de Edystone, en la costa Cornwall, empleando
piedras unidas con un mortero de cal calcinada para conformar una construcción
monolítica que soportara la constante acción de las olas y los húmedos vientos.
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En 1824 Joseph Aspdin y James Parker, patentaron el cemento portland en Leeds,
Inglaterra, su nombre proviene de su parecido a una piedra color gris verdoso oscuro
originaria de la isla de Portland. Isaac Johnson obtiene en 1845 el prototipo del cemento
moderno elaborado de una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura,
hasta la formación del clinker.
Portland Cement pattent, 1824
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En 1836 se realizaron en Alemania las primeras pruebas sistemáticas de tensión y
compresión al concreto. Cemento Portland fue usado para construir el túnel del Támesis
y el sistema de alcantarillado de Londres 1859-1867.
Thames Tunnel, by I. K. Brunel 1843, the world's first underwater
tunnel J. J. Lambot, small reinforced concrete boat ,1848.
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Varios sistemas de concreto reforzado fueron desarrollados la rededor del mundo en la
segunda mitad del siglo XIX.
Joseph Monier system’s reinforced concrete 1881.
William Wilkinson, reinforced concrete system ,1854.
Francois Hennebique reinforced concrete system, 1870
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El siglo XIX trajo las primeras innovaciones y avances en concreto…
First US reinforced concrete building ,1871-1875.
First concrete reinforced bridge, USA,1889
World's first reinforced concrete skyscrape. Ingalls Building, 1903,
Cincinnati, Ohio.
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CONCRETO ARMADO Sistemas de Construcción y Estimación – Prof: Carolina Stevenson
First US reinforced concrete building ,1871-1875.
A principios del siglo XX los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán
Michaélis, logran producir cemento de calidad homogénea. La invención del horno
rotatorio para calcinación y el molino tubular; y los métodos de transportar
hormigón fresco ideados por Juergen Hinrich Magens (1903 -1907) facilitaron la
producción del cemento portland en grandes cantidades para la industria y la
construcción.
Usos Historicos
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First US reinforced concrete building ,1871-1875. Con estos adelantos importantes estructuras en concreto fueron posibles como el
Grand Coulee Dam (1933), Hoover Dam (1936) el domo en concreto para el Assembly
Hall , University of Illinois (1967).
Hoover Dam ,1936.
Grand Coulee Dam ,1933.
Concrete domed sport structure, University of Illinois,1967.
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First US reinforced concrete building ,1871-1875.
Concrete domed sport structure, University of Illinois,1967.
System Dom-ino, 1914
by Le Corbusier,.
Reinforced concrete cantilevers, Falling water, 1936
by Frank Lloyd Wright Villa Savoye,1929-30, by Le Corbusier.
Ronchamp, 1955 by Le Corbusier
El desarrollo del concreto durante los siglos IXX y XX influencio enormemente el auge
de la arquitectura moderna y contemporánea…
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Los avances tecnológicos del concreto posibilitaron la construcción de rascacielos más
altos, puentes de mayor luz, amplias cubiertas e inmensas presas.
South Wacker Drive, Chicago, 1992 Petronas Towers, Kuala Lumpur, 1998 The CN Tower, toronto, 1972
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En el siglo XXI, preocupaciones ambientales han incentivado la investigación y el
mejoramiento del concreto en cuanto a:
•Reducción y control de las emisiones y mejora de eficiencia energética en el
proceso productivo.
•Optimización logística del producto y de las materias primas.
•Minimización del uso de recursos naturales (gestión sostenible de las canteras,
uso de materiales reciclados)
•Aplicación de la nanotecnología para crear hormigones con nuevas prestaciones.
South Wacker Drive, Chicago, 1992 Petronas Towers, Kuala Lumpur, 1998 The CN Tower, toronto, 1972
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El concreto puede ser definido como la mezcla de un material aglutinante
(cemento), un material de relleno (agregados), agua y eventualmente
aditivos, que al endurecerse forma un sólido compacto y después de cierto
tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión.
Que es el concreto?
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Propiedades: FISICAS
El concreto es un material semilíquido y maleable que se endurece al secar. Ofrece tres
ventajas principales sobre la piedra.
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1. Se puede combinar con otros materiales (agregados, refuerzo y aditivos) para
mejorar sus cualidades estructurales.
Propiedades: FISICAS
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2. Se puede moldear en infinitas formas…
Propiedades: FISICAS
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3. El proceso de vaciado permite la formación de conexiones continuas entre elementos
estructurales…
Propiedades: FISICAS
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Como producto cerámico, el concreto es
intrínsecamente resistente a la compresión.
Tiene alta rigidez.
Es poco resistente a la tensión (sin refuerzo). Falla
explosivamente.
Propiedades: MECANICAS
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El modulo de elasticidad del concreto es relativamente constante ante niveles bajos de
estrés pero decrece rápidamente al altos niveles generándose agrietamiento.
Propiedades: MECANICAS
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Gracias a la baja conductividad térmica del concreto, este es frecuentemente usado
para proteger las estructuras de acero contra el fuego....
Propiedades: TERMICAS
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Aunque, ante altas temperaturas durante un largo periodo de tiempo, el concreto se
deshidrata perdiendo gran parte de su resistencia estructural…
Propiedades: TERMICAS
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Masa térmica, en términos generales, es la habilidad
de un material para almacenar calor.
El concreto combina una gran capacidad de almacenaje térmico con una moderada
conductividad térmica. Esto significa que la transferencia de calor entre la superficie del
material y el interior del espacio se asimila a las necesidades térmicas de confort,
Propiedades: TERMICAS
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Aunque moderada, la conductividad térmica del concreto permite que se desarrollen
(cold-bridging) en elementos expuestos sin aislamiento…
Propiedades: TERMICAS
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Pros
•Puede ser dejado a la vista (no necesita
pintura o protección al fuego).
•Buena masa térmica.
•Parte de este puede ser reciclado como
agregado.
Cons
•Recursos finitos.
• Su producción emite gran cantidad de
CO2. Cada tonelada de cemento produce
casi una tonelada de CO2.
•Alta demanda de energía para obtener los
componentes del concreto.
Es el concreto un material verde?
Propiedades: AMBIENTALES
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Tipos de Concreto
Concreto armado
In Situ
Prefabricado
Concreto simple
Refuerzo de Acero
Refuerzo con fibra
Pre-tensionado
Post-tensionado
Elementos de mampostería
Sistemas de paneles
Elementos de autoclave
Por método constructivo
Por aditivos
Por composición
Diferentes químicos
Diferentes agregados
Diferentes cementos
Vidrio, corcho, aire, cal, etc.
Alta resistencia, rápido fraguado,
impermeabilizante etc.
Portland, puzolánico, siderúrgico, etc.
Elementos estructurales: columnas, vigas,
pórticos, etc.
Ciclópeo
Mezcla
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Composición
Hay diferentes variedades y tipos de concreto generados de acuerdo a la composición y
calidad de los siguientes cuatro ingredientes…
+ químicos
+
cemento
H2O +
+ agua
+
+ agregados
+
+ refuerzo
El concreto permite la escogencia no solo del modo de producción pero también de las
propiedades del material...
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Composición: CEMENTO
El cemento es un polvo fino gris resultado de un proceso de transformación de calizas y
arcillas sometidas a altas temperaturas. El tipo más usado en Colombia es el cemento
Portland.
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Composición: AGUA
Deben descartarse aguas estancadas, fangosas, procedentes de pozos contaminados
con residuos orgánicos, químicos o ácidos. También deben rechazarse aguas
azucaradas y el agua de mar se puede emplear únicamente para preparar concretos
simples.
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Composición: ARENA
Arena de Río Arena de Mar
Arena de Cantera Arena Cuarzosa, calcáreas y esquistosas
La arena de mar debe lavarse con agua dulce. Arena de cantera contiene arcilla, debe
lavarse antes de emplearse. En caso de no encontrar estas clases de arenas, pueden
obtenerse por el triturado de diversas piedras.
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Composición: ARENA
MÉTODOS EN EL LAVADO DE ARENAS
MÉTODO DE PILETAS
MÉTODOS INDUSTRIALES
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PRUEBA DE ARENAS: CONTENIDO DE ARCILLA
1. En un probeta de 1000 cm³ llenar hasta 500
cm³ con arena, luego llenar con agua.
2. Se agita vigorosamente
3. Reposo de 8 horas
CONT. MATERIA ORGÁNICA - COLORIMETRÍA
1. En un probeta de 1000 cm³ llenar hasta 500
cm³ con arena, luego llenar con una solución
de soda al 3%.
2. Se agita vigorosamente
3. Reposo de 24 horas
RESULTADOS:
A. Si el líquido que queda por encima de la arena es
incoloro o ligeramente amarillo, la arena es buena.
B. Si el líquido es anaranjado, la arena debe
rechazarse para trabajos delicados.
C. Si el líquido es pardusco, la arena sólo debe
emplearse en trabajos de poca importancia de debe
lavarse con agua pura.
D. Si el líquido es negruzco, la arena debe ser
rechazada.
Composición: ARENA
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AGREGADO GRUESO: Su tamaño varía entre los 5 y 50
mm. Estado natural de GRAVA y GRAVILLA. Cuando
proviene de la trituración mecánica de las piedras
naturales, recibe el nombre de TRITURADO.
GRAVAS DE RÍO: La forma y dimensiones del grano tiene
gran influencia sobre la resistencia del concreto; las
formas aplanadas y lisas tienen poca adherencia al
cemento. Las gravilla de origen calizo, no es aconsejable.
Se deben utilizar gravas limpias sin barro o arcillas.
NO USAR CANTOS RODADOS: Lisos y Redondeados
GARANTIZAR GRANULÓMETRIA VARIADA
Composición: AGREGADOS
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Los agregados se pueden utilizar para cambiar la apariencia del concreto o agregar
cualidades estéticas…
Composición: AGREGADOS
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Cemento Blanco
Agregado Grueso: Agregados de la Sabana 1”
Agregado Fino: Arena Roja Ibagué
Cemento Blanco
Agregado Grueso: Grava de Mármol 1”
Agregado Fino: Arena Roja Ibagué
Agregado Fino 2: Arena Rozo Roja 1
Composición: AGREGADOS
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Cemento Blanco
Agregado Grueso: Grava Roja de Ibagué 1”
Agregado Fino: Arena Roja Ibagué
Agregado Fino 2: Polvo de Ladrillo
Cemento Blanco
Agregado Grueso: Grava de Mármol 1”
Agregado Fino: Arena Mármol
Agregado Fino 2: Polvo de Ladrillo
Composición: AGREGADOS
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Cemento Blanco
Agregado Grueso: Grava Roja Ibagué 1”
Agregado Fino: Arena Roja Ibagué
Agregado Fino 2: Arena Rozo Roja 1
Cemento Blanco
Agregado Grueso: Grava Mármol 1”
Agregado Fino: Arena Mármol
Agregado Fino 2: Arena Vinculo
Cemento Santa Rosa
Agregado Grueso: Agregados de la Sabana
Agregado Fino: Arena Mármol
Pigmento: Bayferrox 118 M
Composición: AGREGADOS
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Composición: ADITIVOS
-PLASTIFICANTES: Reducen el contenido de agua
-RETARDANTES: Compensan el rápido fraguado ocasionado por altas temperaturas
-ACELERANTES: Reducir el tiempo de fraguado
-INCLUSORES DE AIRE: Retiene intencionalmente burbujas de aire
-IMPERMEABILIZANTES: Reduce la velocidad con que el agua circula a través del
concreto
-AYUDAS DE BOMBEO: Mejora las características de bombeabilidad
-INHIBIDORES DE CORROSIÓN: Detienen la corrosión del acero embebido
-COLORANTES
Son ingredientes del concreto o mortero que aparte de agua y agregados son
adicionados antes o durante el mezclado. Se utilizan para modificar las propiedades del
concreto durante el fraguado para hacerlo más adecuado al trabajo o exigencia
conforme con especificaciones estructurales.
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-Trabaja conjuntamente con el concreto para
asumir esfuerzos de tensión y cortante en
estructuras.
-El concreto y el acero tienen el mismo
coeficiente de dilatación
-El refuerzo para el concreto se usa en forma de
varillas redondas, cuyos diámetros se expresan
en pulgadas y fracción
-Los tipos de acero más conocidas son ACERO
DULCE y ACERO DURO con resistencia a la tensión
de 37.000psi – 60.000psi
-ACERO DULCE - Varillas lisas
-ACERO DURO - Varillas corrugadas
Composición: REFUERZO
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TRASLAPO Y SOLDADURA
-Traslapo es cuando las varillas la longitud
requerida y deben traslaparse para
alcanzarla. 40 veces el diámetro de la varilla
más delgada
-La soldadura puede utilizarse cuando no sea
prudente recurrir al traslapo.
-Soldadura eléctrica
MÉTODOS DE SOLDADURA
A) A TOPE: Hacer pasar corriente a
través de dos varillas enfrentadas, al
tocarse estalla el corto circuito,
quedando unidas.
B) POR AMIGO: Segmento de varilla
adicional que vincule otras dos.
Composición: REFUERZO
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RECUBRIMIENTO Y SEPARACIÓN DE
VARILLAS
-La distancia entre varillas debe ser por lo
menos el diámetro de la varilla mayor
-Se debe dejar el espacio suficiente para el
quipo de vibración del concreto
-El recubrimiento debe ser aquel indicado en
los planos, pero no debe ser inferior a 2.5
cm para vigas y columnas y de 1.5 cm para
cimientos
TOLERANCIAS EN ALTURA ÚTIL Y RECUBRIMIENTO
Composición: REFUERZO
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DOBLECES PARA GANCHOS, BARRAS Y
ESTRIBOS O FLEJES DIÁMETROS MÍNIMOS PARA DOBLAMIENTO DE BARRAS GANCHO ESTANDAR 180º
LONGITUD DE GANCHOS ESTANDAR 180º
DIÁMETROS MÍNIMOS PARA DOBLAMIENTO DE FLEJES
Composición: REFUERZO
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DOBLECES PARA GANCHOS, BARRAS Y ESTRIBOS O FLEJES
GANCHO ESTANDAR 90º
LONGITUD DE GANCHOS ESTANDAR 90º
LONGITUD DE GANCHO PARA FLEJES DE 90º
LONGITUD DE GANCHO PARA FLEJES DE 135º
LONGITUD DE GANCHO PARA FLEJES DE CONFINAMIENTO CON
CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA DMO Y DES DE 135 º
Composición: REFUERZO
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Otras Consideraciones
Ventajas:
•Material adaptable/ maleable.
•Relativo bajo costo.
•Puede ser trabajado en sitio,
prefabricado y reforzado.
Tenerife Concert Hall, Spain, 2003 by Santiago Calatrava
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Desventajas:
•Baja resistencia a la tensión (sin refuerzo)
•Puede tomar meses en endurecer.
•Después de endurecer no puede ser
moldeado.
•La mayoría del concreto requiere continuo
mantenimiento.
Otras Consideraciones
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