Ensayo de flexión en vigas de concreto armado

investigacion

1. ENSAYO DE FLEXIÓN EN VIGAS DE CONCRETO ARMADO INTEGRANTES: GLORIA MARIBEL CHOQUE CONDORI 2015-129002 DHYLAN SEBASTIAN GUTIERREZ RUEDA 2014-129012

2. INTRODUCCIÓN Uno de los elementos principales y muy fundamentales de las estructuras de materiales provenientes de compuestos y creación de compuestos, son las vigas . El concreto al igual que el acero (material férreo), tienen características de resistencia, pero comportamientos diferentes de éste, es por eso que cada elemento o material es ensayado con el fin de determinar cualitativa y cuantitativamente sus propiedades. En el ensayo de flexión el material mas critico es el concreto por ser menos resistente a las Fuerzas de Tensión, no obstante, también entre materiales férreos hay críticos.

3. VIGAS DE CONCRETO Las vigas de concreto son elementos estructurales de concreto armado, diseñadas para sostener cargar lineales, concentradas o uniformes, en una sola dirección. Para lograr que este elemento se dimensione cabe tener en cuenta la resistencia por flexión, una viga con mayor peralte es adecuada para soportar estas cargas, pero de acuerdo a la disposición del proyecto y su alto costo hacen que estas no sean convenientes La flexión es el estado interno de esfuerzos cuya acción genera en una sección del elemento flexionado un par de fuerzas cuya intensidad puede establecerse a partir de las condiciones de equilibrio. MARCO TEÓRICO

4. Flexión en vigas de concreto armado Para un momento flector positivo que actúa sobre una viga, el esfuerzo de tensión sucede en la parte inferior de la viga y el esfuerzo de comprensión sucede en la parte superior de la viga. . Debido a que el concreto no es apto para los esfuerzos de tensión ya que es un material muy frágil, las vigas de este material se esfuerzan con acero en la parte inferior para soportar los esfuerzos de tensión que ahí ocurren, como se mencionó anteriormente. Estribos y varillas de refuerzo en la viga de concreto.

5. PROPIEDAD Y CARACTERISTICAS QUE INTERVIENEN EN LA RESISTENCIA DE UNA VIGA Estas incluyen las propiedades geométricas del ancho de la sección, el peralte y el área de acero. También las propiedades mecánicas de la resistencia del concreto y la resistencia del acero. La obtención del momento de resistencia de la sección implica tomar la intensidad del par de fuerzas internas que equilibran el sistema. Es necesario entonces establecer la posición del centroide del diagrama de esfuerzos de comprensión y adema su volumen. El proceso mencionado puede resultar demasiado complicado, ya que implica disponer de la curva esfuerzo-deformación unitaria del concreto utilizado . Diagrama de esfuerzos de una viga de concreto armado. Viga que ha fallado

6. MEZCLAS DE CONCRETO En un concreto elaborado, adecuadamente cada partícula de agregado esta completamente cubierta de pasta y también todos los espacios de agregado. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas mas rígidas. Desde el momento en que el cemento inicia su proceso de hidratación comienza las reacciones de endurecimiento, que se manifiesta inicialmente con el fraguado y continúan luego con una evidente ganancia de resistencia. A continuación se detallan los factores que influyen en la resistencia del concreto: Contenido del cemento , a mayor contenido de este se puede obtener una mayor resistencia y a menor contenido la resistencia será menor. Relación agua=cemento   y contenido de aire Influencia de agregados.

7. MARCO TEÓRICO En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal . . El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los inmediatos . ELEMENTO SOMETIDO A FLEXIÓN El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. COMPORTAMIENTO DE LAS FIBRAS EN FLEXIÓN

8. Cargas y condiciones en los apoyos de una viga Diagramas de cortante y momento : Debido a las cargas aplicadas , la barra desarrolla una fuerza cortante y un momento flexionarte internos que, en general, varían de punto a punto a lo largo del eje de la barra . Se determina la fuerza cortante máxima y el momento flector máximo expresando V y M como funciones de la posición L a lo largo del eje de la barra. DIAGRAMAS DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR Deformación por flexión: El comportamiento de cualquier barra deformable sometida a un momento flector es al que el material en la posición inferior de la barra se alarga y el material en la porción superior se comprime. MOMENTO FLECTOR EN LA FIBRA LONGITUDINAL

9. Cargas y condiciones en los apoyos de una viga Esfuerzo de flexión: Esfuerzo normal causado por la “flexión” del elemento. El máximo esfuerzo normal es igual a : 𝝈 𝑴 = 𝑴∗𝒄 / 𝑰 Ecuación 1 DONDE: 𝑀 = Momento máximo flector, tenemos : 𝑴 = 𝑷∗ 𝑳 / 𝟒 Ecuación 2 𝑐 = Distancia perpendicular del eje neutro al punto más alejado de este y sobre el cual actúa Esfuerzo de flexión. 𝒄 = 𝑫 / 𝟐 Ecuación 3 𝐼 = momento de inercia de la sección transversal . 𝑰 = 𝝅∗ 𝑫^𝟒 / 𝟔𝟒 (𝑺𝒆𝒄𝒄𝒊 ó 𝒏 𝒄𝒊𝒓𝒄𝒖𝒍𝒂𝒓 ) Ecuación 4

10. Cargas y condiciones en los apoyos de una viga Por tanto, la ecuación de esfuerzo máximo resulta: 𝝈 𝑴 = 𝟖∗𝑷∗ 𝑳 / 𝝅∗ 𝑫^𝟐 Ecuación 5 El esfuerzo correspondiente puede ser de tensión o de compresión. Deformación unitaria: 𝜺 = 𝟔∗𝑫∗∆ 𝑳 / 𝑳 ^𝟐 Ecuación 6 Donde : 𝜀 = deformación unitaria, 𝐷 = diámetro de la barra, ∆𝐿 = stroke (deflexión de la barra) y 𝐿 = longitud de la barra.

11. Estructuras de concreto armado diseño a flexión CONCRETO ARMADO A FLEXIÓN ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN PURA Estas vigas fallan en el lado sometido a tracción a cargas bajas mucho antes de que se desarrolle la resistencia completa del concreto en el lado de compresión .

12. Nomenclatura de una Viga de Concreto reforzado. h : Altura o peralte de la sección transversal de la viga b: base de la sección transversal de la viga d: Altura útil de la sección transversal de la viga. As: Área de Acero a Tracción As’: Área de Acero a Compresión r: Recubrimiento de Diseño

13. Vigas Sometidas a Cargas Bajas.  Punto 1. M=0 a M= Magrietamiento Flexión Pura. En el transcurso del ensayo se presentan las siguientes etapas: Mientras que el máximo esfuerzo de tracción en el concreto Fct sea menor que el modulo de rotura , todo el concreto resulta efectivo para resistir los esfuerzos de compresión a un lado y de tracción al otro costado del eje neutro Vigas Sometidas a Cargas Bajas.  Punto 1. M=0 a M= Magrietamiento El refuerzo se deforma la misma cantidad que el concreto adyacente y también esta sometido a esfuerzos de tracción . En esta etapa, todos los esfuerzos en el concreto son de pequeña magnitud y proporcionales a las deformaciones , es decir , se cumple la ley de Hooke.

14. Vigas Sometidas a Cargas Moderadas. (Sección Fisurada o Agrietada)  Punto 2. M= Magrietamiento a M= Mtrabajo (Elástico) Esto ocurre desde el inicio del agrietamiento hasta alcanzar esfuerzos de trabajo en el acero o en el concreto. El diagrama de deformaciones unitarias se mantiene recto. El diagrama Esfuerzos – Deformaciones del concreto se curva un poco. El modulo de elasticidad del concreto varia muy poco (disminuye). Con el aumento del momento, las grietas aumentan en número, se ensanchan y suben empujando al eje neutro hacia arriba Flexión Pura. En el transcurso del ensayo se presentan las siguientes etapas: Vigas Sometidas a Cargas Moderadas. (Sección Fisurada o Agrietada) Punto 2. M= Magrietamiento a M= Mtrabajo (Elástico) El concreto pierde toda la capacidad de resistir tracción por lo que el acero le corresponde resistir toda la tracción

15. Flexión Pura. En el transcurso del ensayo se presentan las siguientes etapas: Vigas Sometidas a Cargas Moderadas. (Sección Fisurada o Agrietada)  Punto 3. M= Mtrabajo (Elástico) a M= Mcedente En este punto el acero alcanza la deformación cedente ( ξ y ) y el esfuerzo cedente ( Fy ), mientras que en el concreto se tiene ξ c menor que la deformación ultima y ( Fc ) es menor que el esfuerzo ultimo Vigas Sometidas a Cargas Ultimas. (Sección Fisurada o Agrietada)  Punto 4. M= Mcedente a M= Multimo A partir del punto 3 el acero de refuerzo cede y su deformación ( ξ s ) aumenta por encima de ( ξ y ). Las deformaciones ( ξ c ) y ( ξ s ) siguen aumentando hasta que en el concreto se alcanza la deformación ultima ( ξ cu ) y ocurre la falla final por aplastamiento del concreto . El esfuerzo y las deformaciones aumentan en forma correspondiente y desaparece la proporcionalidad

16. Modos de Falla de una Viga de Concreto reforzado La viga puede fallar de 2 maneras: El acero de refuerzo se estira debido a los esfuerzos a tracción de manera que entra en cedencia produciendo grietas considerables y deflexiones importantes en la viga. El concreto alcanza su esfuerzo máximo a compresión a una carga un poco mayor que la que produce la cedencia del acero y la pieza falla. Esta falla es gradual y esta precedida por signos visibles de peligro, se conoce como falla a tracción o falla por cedencia del acero . La otra manera de producirse la falla es si se emplean grandes cantidades de refuerzo o cantidades normales de acero de muy alta resistencia, la resistencia del concreto puede agotarse antes de que el acero comience a ceder . El concreto falla por aplastamiento cuando las deformaciones unitarias son tan grandes que destruyen su integridad. La falla a compresión debida al aplastamiento del concreto es repentina, de naturaleza casi explosiva y ocurre sin ningún aviso FALLA DUCTIL FALLA FRAGIL

17. conclusión - El comportamiento final obtenido al reforzar una viga de concreto armado dependerá principalmente de la cuantía de acero de refuerzo existente, la cuantía de refuerzo externo FRP colocado, la rigidez axial del sistema FRP a aplicarse, así como la calidad del concreto de la sección. Otros factores que pueden afectar son el refuerzo de acero por compresión y el uso de refuerzos FRP transversales en U, entre otros. - En general la resistencia final de los elementos estuvo por encima de la resistencia calculada en concordancia a la Guía del Comité ACI 440.2R-08, en un promedio de 30% de la resistencia esperada. Esto está acorde a la filosofía de diseño propuesta por la Guía mencionada.

18. bibliografia Diseño de Estructuras de Concreto Reforzado  Diseño a Flexión (Vigas ). Diplomado en ingeniería estructural y sismoresistente Diseño de Estructuras de Concreto Reforzado Diseño a Flexión (Vigas ) La flexión y los esfuerzos cortantes en el hormigón armado. Alfredo Paez , ingeniero de caminos. Diciembre de 1960. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA VIGA DE CONCRETO ARMADO, ENSAYADA A FLEXIÓN, REFORZADA CON BARRAS DE FIBRA DE CARBONO (tesis)