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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja

OBRAS CIVILES

CONSULTA MATERIALES ALTERNATIVOS AL ACERO

Autores:

Ojeda Salazar Milton Fernando

Docente:

Msc. Henry Rojas Azuero

Fecha de entrega: Paralelo:

27 de abril de 2017 “B”

LOJA-ECUADOR Abril – Agosto 2017

TABLA DE CONTENIDO 1

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3

2

OBJETIVOS..............................................................................................................3

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ESTADO DEL ARTE................................................................................................3 3.1

Aleación de aluminio..........................................................................................3

3.2

Concreto híbrido con polímero reforzado de fibra de vidrio..............................5

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CONCLUSIONES.....................................................................................................6

5

Bibliografía................................................................................................................7

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INTRODUCCIÓN El continuo avance de la tecnología y las investigaciones propuestas encaminadas a economizar recursos en la ejecución de obras de ingeniería permiten la creación de nuevos materiales que cumplan con las especificaciones de normativas o la creación de las mismas, requerimientos de resistencia para soportar las cargas requeridas y que sean constructivamente factibles y sustentables. Es por ello que el presente trabajo muestra dos nuevos materiales alternativos a los ya conocidos como son el hormigón armado y el acero estructural.

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OBJETIVOS 

3 3.1

Conocer los materiales alternativos existentes al acero para su construcción.

ESTADO DEL ARTE Aleación de aluminio Desde la década de los 50 del siglo XX, en Europa se ha construido e investigado acerca de este “nuevo material”, a la par de las construcciones que se hacían en ese entonces con materiales clásicos como el acero, concreto, etc. Con el avance de la tecnología se ha analizado su comportamiento como un material alternativo dentro de la ingeniería civil, y cuyos resultados han sido: alta resistencia a la corrosión sin requerir mayor protección incluso en ambientes agresivos, posee ligereza lo cual es una ventaja en el peso de los miembros elaborados, ductilidad, procesos de fabricación sin dificultad y facilidad de crear diferentes formas de acuerdo a las necesidades constructivas. (Formisano, De Matteis, & Mazzolani, 2016) A lo largo de las investigaciones se han evaluado diferentes miembros conformados por aleación de aluminio tales como: columnas y vigas como miembros tubulares, de paredes delgadas, columnas y vigas de secciones huecas. Estos miembros estructurales han sido probados con base en especificaciones como American Aluminium Design Manual (AA 2005), European Code (CEN 2000), y Australian/New Zeland Standard (Standards Australia 1997).

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(Schafer & Pekoz, 1998) presentaron un método de diseño llamado “Método del esfuerzo directo” el cual se empleaba para diseño de elementos de aleación de aluminio sin que estos lleguen a ser secciones cuadradas y rectangulares, sin embargo, Zhu and Young (2006a) modificó el método que permita usarlo que secciones cuadradas, rectangulares y circulares huecas. En la figura 1 se muestra la curva esfuerzo versus deformación una sección cuadrada de 32mm de lado y 2mm de espesor, y cuyo valor de carga fue a razón de 0.5mm/min, en la que se aprecia un valor máximo en la zona elástica de 240 Mpa y un valor de deformación unitaria de 0.002 m/m (Zhu & Young, 2009).

Figura 1. Diagrama esfuerzo - deformación unitaria del espécimen H 32x32x2 Fuente: (Zhu & Young, 2009)

De la investigación realizada por Zhu and Young (2009) se obtiene la tabla 1, la cual posee el tipo de espécimen evaluado, dimensiones, el módulo de elasticidad obtenido, el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo último y la deformación unitaria al esfuerzo último. Tabla 1. Dimensiones de las muestras medidas y propiedades de los materiales del ensayo de tracción

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Fuente: (Zhu & Young, 2009)

En el estudio se compara los análisis realizados de forma experimental con 60 especímenes de aleación de aluminio de alta resistencia con el análisis de elementos finitos (FEA) de los especímenes mediante el software ABACUS (2004) versión 6.5. De acuerdo a esta metodología (Zhu & Young, 2009) obtienen los valores de la tabla 2. Tabla 2. Comparación entre el ensayo experimental y FEA para los resultados en vigas de aluminio

Fuente: (Zhu & Young, 2009)

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3.2

Concreto híbrido con polímero reforzado de fibra de vidrio Los materiales a base de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) han sido señalados con una alternativa real a los materiales estructurales tradicionales debido a su alta resistencia, bajo peso, facilidad de montaje, resistencia a la corrosión, y bajos costos de mantenimiento. Sin embargo, estos materiales poseen algunas desventajas las mismas que son propias del material como la susceptibilidad a la falla frágil, bajo módulo elástico, sumado a este que sus diseños están gobernados por su fenómeno de inestabilidad. Por tal razón se han desarrollado investigaciones que propongan soluciones estructurales híbridas acompañadas de elementos de concreto. Los perfiles de polímero reforzado con fibra de vidrio se convierten en una alternativa sustentable frente a los materiales tradicionales. De acuerdo con (Gonilha, y otros, 2015) se analiza un prototipo de sección tipo I de 400 x 200 x 15mm de GFRP con una longitud de 2000mm, para analizar su comportamiento en las pruebas tales como: ensayo de flexión estática, comportamiento dinámico, ensayo de fluencia. Las propiedades del material de acuerdo a su análisis son : módulo de elasticidad de 36GPa, esfuerzo último de 337GPa, y esfuerzo último al corte de 20.4GPa. La construcción y colocación de los especímenes se aprecia en la figura 1 y su modelación mediante elementos finitos en la figura 2.

Figura 1. Ensamblado de perfiles y rotación de la estructura para su análisis Fuente: (Gonilha, y otros, 2015)

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Figura 2. Modelado y detallado de las conexiones mediante análisis de elementos finitos Fuente: (Gonilha, y otros, 2015)

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CONCLUSIONES 

Se conoció los nuevos materiales investigados como la aleación de acero y los perfiles de GFRP, que son alternativas de construcción para generar economía en los proyectos, cumplir con las especificaciones de normativa y cargas solicitadas.

5 Bibliografía Formisano, A., De Matteis, G., & Mazzolani, F. (2016). Experimental and Numerical Researches on Aluminium Alloy Systems for Structural Aplications in Civil Enginnering Fields. Key Engineering Materials, 256-261. Gonilha, J., Correia, J., Branco, F., Martins, D., Fernandes, L., Barros, J., & Sena-Cruz, J. (2015). An innovative hybrid GFRP-concrete footbridge structure . IABSE Conference – Structural Engineering: Providing Solutions to Global Challenges, 1-8. Schafer, B., & Pekoz, T. (1998). Direct Strength Prediction of Cold-formed Steel Direct Strength Prediction of Cold-formed Steel Solutions. Missouri University of Science and Technology Scholars' Mine, 69-76. Zhu, J.-H., & Young, B. (2009). Design of Aluminum Alloy Flexural Members Using Direct Strength Method. Journal of Structural Engineering ASCE, 558-566.

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