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ALTA RESISTENCIA Y COLUMNAS DE HORMIGÓN EN POLVO REACTIVOS SOMETIDOS AL IMPACTO: ANÁLISIS EXPERIMENTAL

Presentado por: INGRY JOHANA BLANCO YENIFFER JIMENEZ SANABRIA ARTURO SOTO TORRES JONATHAN ALEXANDER PEREZ CRISTIAN ALEJANDRO GARZON DANIEL CAMILO PEDRAZA

Presentado a: MATEO AGUDELO VARELA

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA VILLAVICENCIO META FACULTAD DE INGENIRIAS INGENIERÍA CIVIL HORMIGÓN 1 2015

RESUMEN HORMIGON DE POLVO REACTIVO. DEFINICION Son concretos de ultra alto desempeño que se caracterizan por su alta resistencia y baja porosidad, las cuales se logran con la mejoría del empaquetamiento de las partículas y el bajo contenido de agua. Su resistencia a la compresión excede los 150 Mpa y la resistencia a la flexión excede los 30 Mpa. Estas propiedades del hormigón con polvo reactivo se alcanzan a través de: • Eliminación de los agregados gruesos; se emplean partículas muy finas, tales como arena, cuarzo triturado y humo de sílice, todos con tamaño de partícula entre 0.02 y 300 micro m. • Mejoría de la distribución de los tamaños de los granos a fin de densificar la mezcla. • Adición de fibras de acero de alta resistencia alrededor del 6% del paso del hormigón. Hormigón en Polvo Reactivo (HPR), es uno de los mayores avances en la tecnología del hormigón, ya que permite la fabricación de estructuras más delgadas sin armadura. Esto reduce la carga en edificios y aumenta la durabilidad, especialmente en ambientes agresivos. El uso de microfibras es lo que proporciona el aumento de

la tensión de tracción Las propiedades mecánicas estudiadas fueron la resistencia axial de compresión, resistencia a la flexión, resistencia a la tracción Los resultados mostraron que las fibras para la resistencia a la tracción, sea por la flexión, la incorporación de microfibras permitió una mejora significativa, la obtención de las ganancias para la resistencia a la flexión Producto de la incesante investigación, el concreto de polvos reactivos es un material ultra compacto, casi hermético, resistente a fuerzas de hasta 800 Mpa. CONCRETO SIN REFUERZO La fórmula, a base de polvos (arena de cristalería, cemento, cuarzo y humo de silicio) extremadamente finos -el tamaño de los elementos más gruesos es de 500 micras (10-6 m) de diámetro- contiene otro compuesto clave: micro fibras metálicas de 13 mm de largo y 200 micrómetros de diámetro. Desde ahora, estos nuevos concretos ya están clasificados como dúctiles, es decir, capaces de estirarse de la misma manera que los hacen ciertos metales. El concreto de polvos reactivos es capaz de recuperar directamente las fuerzas de compresión, mediante una resistencia estándar de 200 Mpa por compresión -e incluso hasta 800 Mpa a través de la aplicación de una presión durante la toma, seguida de un tratamiento de curado térmico a 250 °C. La durabilidad del hormigón aumenta con su resistencia. Hormigones con resistencias cúbicas de hasta 120 Mpa están ahora en uso, pero

este valor no el más alto obtenible. Los así llamados hormigones de polvo

reactivo

(HPR)

representan

una

nueva

generación

de

hormigones con resistencias cúbicas a la compresión entre 200 Mpa y 800 Mpa, resistencias a la tracción entre 25 Mpa y 150 Mpa, energías de fractura de alrededor de 30000 J/m2 y densidades de 2500 kg/m3 3000 kg/m3 Las medidas más importantes que se requieren para alcanzar estos valores son: • mejorar la homogeneidad del hormigón reduciendo el tamaño máximo de las partículas. • crear una densidad de relleno óptima mediante el uso de materiales finos y muy finos. • reducir la cantidad de agua en el hormigón • agregar fibras de acero cortas para la ductilidad. • aplicar el endurecimiento bajo presión y altas temperaturas, de manera de lograr resistencias muy altas. BARRERAS DE HORMIGON RPC: RPC (Reactive concreto polvo) posee excelentes actuaciones como ultra-alta resistencia a la compresión, de ultra alta resistencia a la rotura, alta ductilidad y alta durabilidad. Si se hicieron barreras utilizadas en ingeniería vial de RPC para reemplazar las barreras de hormigón

armado

normales,

la

vida

útil

y

durabilidad

se

incrementarían. En este trabajo, sobre reforzó las barreras de

hormigón utilizados en franjas divisoria de carreteras, barreras RPC fueron diseñados. Los resultados diseñados muestran que: • el tamaño de la sección de barreras RPC se reduce en gran medida, y la gravedad es aproximadamente un tercio veces tan grande como la de las barreras de hormigón armado de manera que son fáciles el transporte y el montaje. En consecuencia, el costo constructivo se reduciría en gran medida. • el coste de las barreras RPC por metro es un poco mayor que el de las barreras de hormigón armado por metro, Sin embargo, la excelente

durabilidad

de

RPC

reduciría

el

coste

de

mantenimiento de las barreras RPC, y la excelente resistencia al desgaste de RPC aumentaría la capacidad de resistencia a la raspadura de las barreras RPC. Por lo tanto, estas barreras poseen una buena durabilidad y eficiencia económica, y vale la pena la popularización en ingeniería de carreteras. TEMPERATURA Condiciones de temperatura elevadas pueden afectar las estructuras de concreto tales como bases de concreto para el lanzamiento de cohetes portadores naves espaciales, estructuras de hormigón en las centrales nucleares y las personas expuestas accidentalmente al fuego, como el caso de muchos túneles registrados en muchos países. El efecto del fuego se puede definir en términos de temperaturas elevadas que considera efecto de fuego como indirecta. Cuando hormigón de baja resistencia (NSC) y el concreto de alta resistencia (HSC) son sometidos a altas temperaturas, como en el

fuego, sus propiedades se pueden deteriorar. Los principales efectos del fuego pueden ser considerados como la pérdida en resistencia a la compresión, el agrietamiento y desprendimiento del hormigón, la destrucción de la unión entre la pasta de cemento y los áridos así como el deterioro gradual del hormigón endurecido. Polvo Reactivo Concreto (RPC), , se encuentra en la parte delantera en términos de innovación, la estética y la eficiencia estructural Al principio, la forma más fácil de llegar a alta resistencia a la compresión es reducir la relación agua-cemento. RPC se compone de cemento y polvos muy finos como el cuarzo triturado y humo de sílice. RPC también tiene una micro estructura ultra-denso como de ultra alta resistencia del hormigón. Se observa que presenta resistencia a la compresión de más de 200 Mpa con gran ductilidad. Hormigones polvo reactivo se caracterizan por un contenido de humos de sílice de alta y muy baja de agua a cemento. Arena de granulometría muy fina y el tratamiento térmico se optimizan para obtener excelentes propiedades mecánicas y de durabilidad. Su composición es ordinaria cemento Portland, humo de sílice, agrega arena muy fina con un diámetro medio de grano de 250 micras, cuarzo triturado (diámetro medio de grano de 10μm). A fin de aumentar la ductilidad y resistencia a la flexión de hormigón, se pueden añadir fibras metálicas. El fuego de RPC es de importancia y necesario para ser investigado antes de la aplicación a la construcción de edificios. Se llevan a cabo una serie de pruebas de resistencia al fuego. Se encontró que la

resistencia a la compresión residual de RPC disminuye al aumentar la duración de fuego. Teniendo en cuenta los muchos beneficios de RPC y el aumento de su uso en aplicaciones estructurales, es esencial que el comportamiento fundamental de ellos a temperaturas elevadas entenderse para asegurar que el diseño estructural contra incendios implica RPC estará a salvo. Este trabajo presenta los datos disponibles de ensayos sobre los efectos de temperatura elevada en RPC, incluyendo la compresión y resistencia a la tracción. IMPORTANCIA DE INVESTIGACIÓN El

objetivo

principal

de

esta

investigación

es

analizar

el

comportamiento de un tipo económico de reactivo RPC polvo de hormigón bajo el efecto de cargas de impacto. ESTUDIO DE DOSIFICACION DE HORMIGON DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA, BASADO EN EL EMPAQUETAMIENTO DE LOS ARIDOS.

Estos hormigones se consideran los hormigones del futuro, de los próximos 30 o 50 años, pues permiten a los diseñadores secciones

más esbeltas, edificios más altos, puentes más largos, estructuras más durables, debido a su composición, a diferencia de los hormigones convencionales o de alta resistencia. El comportamiento de estos hormigones no solo exige una alta resistencia a la tracción, sino que cuenta con una alta capacidad de deformación a tracción a un esfuerzo sostenido que le permite contar con un comportamiento dúctil sin necesidad de contar con algún tipo de confinamiento por medio de estribos. Esta propiedad de alta ductilidad intrínseca del material,

sumada a la posibilidad de contar con estructuras más

livianas, permiten el considerar a los hormigones de ultra-alta resistencia (HUAR) como un material apto, ventajosos y prometedor para aplicaciones en zonas sísmicas. CUARZO VS VIDRIO Inspecciona la piedra visualmente. Si es de vidrio, suelen verse burbujas de aire perfectamente redondas, con o sin la ayuda de una lupa 10X para joyeros. 10X significa que el objeto está aumentado 10 veces más que lo normal. Para usar una lupa para joyeros de manera apropiada, sostén la lupa cómodamente contra tu cara, justo frente a tu ojo. Sin entrecerrar los ojos, acerca el espécimen a la lupa hasta que puedas verlo con claridad. Inspecciona el espécimen en busca de burbujas de aire. Si las hay, es de vidrio. El cristal de cuarzo puede contener imperfecciones, pero no son perfectamente redondas como las burbujas de aire. Los cristales de cuarzo son más duros que el vidrio. Para estos materiales se usa una escala de dureza inventada en 1812 por el

geólogo alemán Friedrich Mohs. El vidrio tiene un valor de alrededor de 5,5 en la escala de Mohs. Los cristales de cuarzo, en cambio, tienen un valor de alrededor de 7. LOS CONCRETOS ULTRA RESISTENTES Componentes Este material se compone de una mezcla de cemento, materiales pétreos cuidadosamente granulados, sílice, agua, fibras de acetato de polivinilo y un aditivo súper fluidamente que da al concreto sus cualidades dúctiles.

Propiedades  Alta comprensibilidad y fuerza a flexión (10 veces la resistencia de un concreto convencional).  La ductibilidad intrínseca y la resistencia a la flexión permiten el diseño de estructuras diseñadas sin ningún refuerzo pasivo y con elementos de espesores reducidos.  Aumentos sustanciales en su resistencia a la tensión.

Existen muchos estudios del comportamiento de vigas en concreto reforzado, pero son muy pocos los trabajos con columnas de concreto reforzado, se busca analizar la alta resistencia y la muy alta resistencia en columnas CR. Nosotros ya estamos familiarizados con fallas causadas por tensión y compresión, pero este articulo trata de un estudio que se le hace a estructuras de hormigón armado con experimentos bajo escenarios de cargas de impacto. CUANDO HABLAMOS DE CARGAS DE IMPACTO? Los impactos sobre las estructuras son FUERZAS dinámicas de corta duración e intensidad elevada que pueden producir daños importantes sobre las mismas, o alteraciones en su estabilidad o movimiento, estos impactos se consideran instantáneos. Este artículo nos habla de análisis experimentales y estudios realizados a columna de hormigón armado sometidos a cargas de impacto

Estos estudios van enfocados a estructuras como columnas de parqueaderos, garajes edificios y puentes son las más vulnerables a cargas de impacto.

Dentro de los procedimientos clásicos de sistemas rígidos el impacto se

estudia

mediante

teorías,

análisis

numéricos

y

modelos

matemáticos. Pero recientemente los investigadores están utilizando un modelo de estudio llamado elementos finitos. Un

software

en

3D,

este

programa

es

un

simulador

de

desplazamientos de elementos para calcular deformaciones y tensiones de los componentes con cargas internas y externas. La geometría que se analiza se individualiza con elementos tetraédricos (3D), triangulares (2D) y de vigas, utiliza métodos de análisis para calcular los desplazamientos y las tensiones a cargas como las siguientes: Resuelve problemas estructurales o de rendimiento. es utilizado por ingenieros y científicos parar matemáticamente modelar y resolver numéricamente problemas de complejas estructuras

•

Fuerzas

•

Presiones

•

Aceleraciones

•

Temperaturas

•

Áreas de la sección

•

Momentos de inercia

•

torsión constante

•

resistencia a la flexión

•

corte transversal

Escalas de dureza Lo que vemos en la escala de Mohs La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. En el transcurso de la historia, durante el estudio y clasificación de los

minerales, hubo un momento en que se hacía pertinente establecer un método que permitiera discernir los diferentes grados de dureza de las rocas y minerales. ESCALA DE MOHS

El Cuarzo es uno de los minerales más abundantes de la naturaleza

Estos estudios pretenden mejorar las propiedades físicas y químicas del concreto, con el uso de un producto llamado polvo reactivo. Este un concreto de alta resistencia posee un aditivo que es el polvo del cuarzo triturado o piedras de cuarzo que se muelen,

¿Cuáles son sus respectivas resistencias? HORMIGON ORDINARIO Las principales características físicas del hormigón, en valores aproximados, son: • densidad: en torno a 2350 kg/Cm³ • Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm³ (15 a 50 Mpa.) para el hormigón ordinario. • resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un decimo de la resistencia a compresión y generalmente, poco significa en el cálculo global. • Tiempo mide fraguado: dos horas aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior. • tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros. • de 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima: en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total del cálculo. • dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo.

HORMIGON HSC: Hormigones de alta resistencia se elaboran de acuerdo ha: Tipo de cemento a utilizar. • La proporción de agua a emplear, la cual no debe exceder de 32% del peso del cemento utilizado. • La compactación del concreto. • La granulometría (tamaño de los granos) de la arena. • La relación arena-cemento. • la cantidad de grava (piedra partida) por kilo de cemento.

TIPO DE CEMENTO: Para hormigones de alta resistencia puede utilizarse el cemento blanco estructural (CPN) de muy alta resistencia a la compresión (650 kg/cm²). Fórmula para la preparación de un hormigón de alta resistencia (En volúmenes) ▬ 1 parte de cemento blanco (65 Mega pascales resistencia a la compresión) ▬ 2 partes de arena limpia de grano medio, con alguna proporción de grano grueso (2/3 arena media, 1/3 arena gruesa), 2 partes de piedra partida. • Cantidad de agua igual o menor a 32% del peso del cemento. • Compactación en obra con vibradores. • El hormigón debe prepararse con temperatura ambiente optima entre los 15cº y los 30 cº,si la temperatura es menor, se recomienda usar agua tibia ▬ Curado del hormigón: El hormigón una vez fraguado debe preservarse de la acción de desecamiento, ya sea por acción del Viento, del sol o ambos por el plazo de 5 días, el hormigón no deberá someterse a esfuerzos por el plazo de un mes.

El cemento blanco es mucho más caro que el gris, de manera que para economizar puede utilizarse cemento estructural común de buena cal. Hormigones RPC Existen hormigones especiales de lata resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm (200 Mpa). Este programa experimental consistió en el análisis de 16 especímenes, 13 de los cuales eran concreto armado con las características habituales usadas actualmente, y 3 especímenes RPC (concreto polvo reactivo). DESCRIPCION DE LAS 3 COLUMNAS.

GLOSARIO Español

Ingles

Alta resistencia

high strength

Columna

column

Construcción

construction

Deformación

deformation

Dosificación

dosage

Estructura

structure

Fabricacion

manufacturing

Flexion

flection

Fuerza axial

axial force

Hormigón

concrete

Impacto

impact

Laboratorio

laboratory

Polvo reactivo

reactive powder

Polvo reactivo concreto

reactive powder concrete

FUENTES

https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6661/1/D-39078.pdf http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/1166/1/2284.pdf? origin=publication_detail http://www.scielo.cl/scielo.php? pid=S0718915X2013000200003&script=sci_abstract