ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE DEL CONCRETO NORMAS ASTM C39/ MTC E704 - 2000

U NIVERSIDAD NACIONAL DE S A N C RISTÓBAL DE H UAMANGA FACULTAD DE  I NGENIERÍA  M INAS , G EOLOGÍA Y  C IVIL ROFESIONAL DE  I NGENIERÍA E SCUELA DE  F ORMACIÓN  P ROFESIONAL C IVIL

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS I (IC-347)

PERDIDA DE CARGAS EN ACCESORIOS Y TUBERÍAS

D OCENTE : Ing. BENDEZU PRADO, Jaime Leonardo A LUMNOS: BELLIDO AÑANCA, Erwin Bert CUADROS CUADROS QUISPE,Franklin MEDINA RODRIGUEZ, Yoni Walter ÑAHUE RIMACHE, Ruben QUISPE GAMBOA, Gabriela QUISPE LLANTOY, LLANTOY, Yudith Katia QUISPE RODRIGUEZ, Anali Brianda VILCA TUEROS, Elmer Meliton AYACUCHO  -P  - P E RÚ 2016

Índice general 0.1.   ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE DEL CONCRETO NORMAS ASTM C39/ MTC E704 - 2000  . . . 0.2. OBJETIVOS:   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.3. INTRODUCCIÓN:   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.4. MARCO TEÓRICO: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.4.1. ENSAYO A COMPRESIÓN: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5. EQUIPO: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5.1. MÁQUINA DE ENSAYO:   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5.2. EQUIPO ADICIONAL: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.6. DESMOLDADO:  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.7. CURADO: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.8. REALIZAR LA PRUEBA DE RESISTENCIA DEL CONCRETO: . . . . . . 0.8.1. RESISTENCIA: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.9. MUESTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10. PROCEDIMIENTO: .   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10.1.  CÁLCULOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10.2.  TIPOS DE FALLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10.3.  RESULTADOS OBTENIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.11. CONCLUSIONES:   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ingeniería civil

2 2 2 2 2 3 3 4 4 5 5 5 6 8 15 16 16 17

Pag. 1

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.1  ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE DEL CONCRETO NORMAS ASTM C39/ MTC E704 - 2000

0.2 OBJETIVOS: Determinar la resistencia a la compresión del concreto a edades de 7, 14, 21 y 28 días para analizar cuál es el comportamiento de dicha resistencia. Comparar las resistencias obtenidas de cada muestra, segun el modo de tratamiento de curado a los que han estado sometidos en un periodo de 7 dias.

0.3 INTRODUCCIÓN: En la actualidad son un sin número de elementos estructurales con que el ingeniero civil cuenta a su disposición, para que de manera optima y consiente elija cual es el más ideal para llevar a cabo una construcción basándose en los tipos de cargas que van a resistir. Es por esto que es de vital importancia antes de ejecutar cualquier proyecto realizar todo tipo de ensayos y pruebas a través de las cuales se pueda determinar el comportamiento de los elementos a la hora de la implementación de las estructuras, en el campo de la ingeniería civil se encuentran numerosos ensayos como el ensayo a tracción, ensayo a compresión, en este caso hablaremos del ensayo a compresión ya que esta es una de las propiedades del concreto que mas nos interesa, el concreto como material de construcción presenta alta resistencia a la compresión pero con baja resistencia a la tensión, es por esto que en este laboratorio se busca determinar que tan resistente es un concreto cuando este es sometido a una fuerza axial y los esfuerzos y deformaciones que se generan a base de la acción de esta fuerza.

0.4 MARCO TEÓRICO: 0.4.1. ENSAYO A COMPRESIÓN: La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica principal del concreto, dada la importancia que reviste esta propiedad, dentro de una estructura convencional de concreto reforzado, la forma de expresarla es, en términos de esfuerzo, generalmente en kg/cm2 y con alguna frecuencia lb/pulg2(p.s.i). La equivalencia que hay entre los dos es que 1 psi es igual a 0.07kg/cm2. Aunque hoy en día se ha acogido expresarla en MPa de acuerdo con el sistema internacional de unidades. La forma de evaluar la resistencia del concreto es mediante pruebas mecánicas que pueden ser destructivas, las cuales permiten probar repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la resistencia u otras propiedades con el paso del tiempo. Para las primeras se utilizan tres tipos de muestras:cilindros, cubos y prismas. Para las segundas hay diferentes sistemas. El ensayo de compresión es meramente lo contrario del de tensión con respecto a la dirección o el sentido del esfuerzo aplicado. Las razones generales para la elección de uno u otro tipo de ensayo se establecieron. Asimismo, un numero de principios generales se desarrollo a través de la sección sobre el ensayo de tensión sobre los cuales son igualmente aplicables al ensayo de compresión. Existen, sin embargo, varias limitaciones especiales del ensayo de compresión

Ingeniería civil

Pag. 2

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

a las cuales se debe dirigir la atención: La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensiva, Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue. La fricción entre los puentes de la maquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de esta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una maquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada. Se supone que se desean las características simples del material y no la acción de los miembros estructurales como columnas, de modo que la atención se limita aquí al bloque de compresión corto. El ensayo mas universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia mecánica a la compresión simple es el ensayo de probetas cilíndricas, las cuales se funden en moldes especiales de acero o hierro fundido que tienen 150mm de diámetro por 300mm de altura (relación diámetro: altura 1:2).Los procedimientos relativos a este ensayo se encuentran especificados en las normas NTC 550 y 673 que hacen referencia a la confección de cilindros y al ensayo de resistencia compresión. Una vez que la muestra de concreto fresco ha sido correctamente seleccionada de acuerdo con los procedimientos descritos en la norma NTC 454, de manera que sea representativa de toda la masa, se procede de la siguiente manera: La resistencia a la compresión del concreto se mide con una prensa que aplica carga sobre la superficie del cilindro (Norma NTC 673). Generalmente esta superficie es áspera y no plana, lo cual puede conducir a concentraciones de esfuerzo que reducen considerablemente la resistencia real del concreto. Una falta de planicie de 0.25mm puede reducir a un tercio la resistencia. Para remediar esta situación, normalmente se hace un refrentado o cabeceado de las tapas del cilindro con materiales como yeso o mezclas compuestas de azufre, tal como se especifica en la norma NTC 504. La resistencia a la compresión, se acostumbra a dar en términos de esfuerzo o sea fuerza por unidad de área, en kg/cm2

0.5 EQUIPO: 0.5.1. MÁQUINA DE ENSAYO: La máquina de ensayo deberá tener la suficiente capacidad para abastecer el índice de cargas solicitadas. La calibración de la máquina se debe verificar de acuerdo a la Norma ASTM E4 y en las siguientes condiciones: Se debe calibrar la máquina por lo menos cada 13 meses. En la instalación original o relocalización de la máquina. Si se tiene duda de su precisión o exactitud.

Ingeniería civil

Pag. 3

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

La máquina deberá ser operada con energía y será capaz de aplicar una carga continua durante todo el proceso de ensayo.

Figura 1: Maquina de ensayo

0.5.2. EQUIPO ADICIONAL: está compuesto de los siguientes materiales: Escuadras metálica.- deben ser como mínimo de 30cm. de longitud, para chequear la perpendicularidad. Equipo de láminas graduadas.-el cual está provisto de láminas de espesor determinado que sirve para chequear la planeidad y las depresiones en las caras del espécimen de concreto. Flexómetro.- dispositivo para medir. Tornillo micrométrico.-se lo utiliza para medir el diámetro del cilindro, con una aproximación de 0.25mm, (0.01 pulg).

0.6 DESMOLDADO: Las probetas se retiraran de los moldes entre las 18 horas después de moldeadas. Hecho esto se marcara en la cara circular de la probeta las anotaciones para poder identificación del molde. Luego de esto deben pasar a curado.

Ingeniería civil

Pag. 4

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.7  CURADO: Después de desmoldar las probetas y antes de que transcurran 30 minutos después de haber removido los moldes, almacene las probetas en condiciones adecuadas de humedad, siempre cubiertas por agua por 18 días a una temperatura de 23 y 25 ºC. Deben mantenerse las probetas en las mismas condiciones de la estructura origen (protección, humedad, temperatura, etc.). Además de certificar la resistencia, debe dejar constancia del peso y dimensión de las probetas, de la fecha y hora del ensayo.

0.8 REALIZAR LA PRUEBA DE RESISTENCIA DEL CONCRETO: Los cilindros para pruebas de aceptación deben tener un tamaño de (15x30cm), las probetas mas pequeñas tienden a ser mas fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio.el diámetro del cilindro utilizado debe ser como mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto. Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se cabecean con mortero azufre (ASTM C617) o con almohadillas (ASTM C1231).El cabeceo de azufre se debe aplicar como mínimo dos horas antes y preferiblemente un día antes de la prueba. El diámetro del cilindro se debe medir en dos sitios en ángulos rectos entre si a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los diámetros medidos difieren en más de 2 porciento no se debe someter a prueba el cilindro. Los extremos de las probetas no deben presentar desviación con respecto a la perpendicularidad del eje del cilindro en mas de 0.5 porciento y en los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002 pulgadas.

0.8.1. RESISTENCIA: Los cilindros se deben centrar en la maquina de ensayo de compresión y cargados hasta completar la ruptura. La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada por la probeta para producir la fractura entre el área promedio de la sección.ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la razón longitud diámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 0.1 MPa. El técnico que efectúe la prueba debe anotar la fecha en que se recibieron las probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba, la identificación de la probeta, el diámetro del cilindro, la edad de los cilindros de prueba, la máxima carga aplicada, el tipo de fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo. Si se mide, la masa de los cilindros también deberá quedar registrada.

Ingeniería civil

Pag. 5

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

La mayoría de las desviaciones con respecto a los procedimientos estándar para elaborar, curar y realizar el ensaye de las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida.

0.9 MUESTRA Las probetas cilíndricas de hormigón deberán cumplir con lo siguiente: Medir dos diámetros en ángulo recto en la parte media de la altura del espécimen, con una aproximación de 0.25 mm. (0.01 pulg).

Figura 2: Medición del diámetro del espécimen. NOTA: Si un diámetro difiere del otro en más del  2 % los especímenes no serán probados. Chequear que el eje axial de perpendicularidad y los extremos planos del espécimen, no se alejen más de 0.5° (1 mm en 100 mm). Los especímenes que no tengan sus extremos planos dentro de 0.05 mm (0.002 pulg.) se pulirán, esmerilaran o capearán según la Norma ASTM C617 o ASTM C1231.

Ingeniería civil

Pag. 6 

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

La longitud debe ser medida con precisión de 1mm. En tres lugares espaciados alrededor de la circunferencia. Cuando la determinación de la densidad no es requerida y cuando la relación de la longitud con el radio es menor que 1.8 o mayor que 2.2, se debe medir la longitud del espécimen con una precisión de 0.05 D.

Figura 3: Longitud del espécimen. Se debe tener como dato, el peso de la muestra en Kg.

Figura 4: Peso del espécimen.

Ingeniería civil

Pag. 7 

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10 PROCEDIMIENTO: 0.10.0.1. Empezar el ensayo tan pronto como el espécimen ha sido retirado

de la cámara de curado y conservar sus condiciones de humedad. Adoptado de la Norma ASTM C 39

Figura 5: Tolerancia permisible de tiempo de ensayo

Figura 6: Especimenes sacados de distintas camaras de curado

Ingeniería civil

Pag. 8 

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10.0.2. Limpiar la superficie de los soportes superior e inferior de la pren-

sa.

Figura 7: la prensa usada

0.10.0.3. Colocar el espécimen en el bloque de soporte inferior.

Figura 8: Colocacion del especimen en la prensa

Ingeniería civil

Pag. 9

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10.0.4. Alinear los ejes del espécimen con el centro del bloque de empuje

superior (soporte con cabeza movible).

Figura 9: alineacion del especimen

0.10.0.5. Verificar que el indicador de carga se encuentre en cero.

Figura 10: calibracion en cero de la prensa

Ingeniería civil

Pag. 10

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10.0.6. Mover el bloque de soporte inferior lentamente para poner el es-

pécimen en contacto con los platos de compresión de la prensa.

Figura 11: Colocacion del bloque

0.10.0.7. Aplicar carga continuamente (sin choque) con un rango de velo-

cidad de 0,25 ± 0,05MPa/s(35 ± 7 psi/s). Para máquinas de tornillo la proporción de carga dependerá del tamaño del espécimen de prueba, módulo de elasticidad del hormigón y de la dureza de la máquina de comprobación.

Figura 12: Aplicando carga

Ingeniería civil

Pag. 11

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10.0.8. Aplicar la carga hasta que el espécimen falle.

Figura 13: Falla del especimen

0.10.0.9. Registrar la máxima carga soportada por el espécimen. Para má-

quinas con indicadores de carga automáticos, no detener la aplicación de la carga hasta que disminuya más del  90 % de la máxima carga.

Figura 14: Registro de datos

Ingeniería civil

Pag. 12

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10.0.10. Anotar el tipo de fractura y la apariencia del concreto.

Figura 15: Tipo de fractura obtenida

0.10.0.11. Calcular el esfuerzo de compresión con una aproximación de

0, 1MPa.(10 psi) 0.10.0.12.   Si la relación L/D es 1,75 o menor, el valor calculado de esfuerzo

se debe multiplicar por el factor de corrección determinado en la Figura1,12. Adoptado de la Norma ASTM C 39

Figura 16: Factor de corrección según la relación L/D

0.10.0.13. Registrar los datos.

Ingeniería civil

Pag. 13

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

Adoptado de la Norma ASTM C 39

Figura 17: Diámetro máximo de la cara movible de la máquina

Figura 18: Esquema de la cara movible de la máquina

Ingeniería civil

Pag. 14

Perdida de Cargas en Accesorios

MECANICA DE FLUIDOS I

0.10.1. CÁLCULOS. Calcular la resistencia a la compresión. R  =

P  A

Donde: R  =  Esfuerzo a la compresión del espécimen (M P a). P  = Máxima carga aplicada (kn ). A  =  Área de la cara axial del espécimen (mm2 ).

Si se requiere calcule la densidad del espécimen cerca de 10  kmg (1 flbt ) como sigue: 3

Densidad  =

3

W  V 

Donde: W  = masa del espécimen, K g  ( lb), y . P  =  Volumen del espécimen obtenido de la media del diámetro y de la media de la longitud o pesando el cilindro en aire y sumergido, m3 (f t3).

Si el volumen se obtiene pesando, se debe realizar de la siguiente manera: V  =

W −W S γ W 

Donde: W S  = masa aparente del espécimen sumergido. γ W  = densidad del agua a  23o C (75o F ) = 997,5  kg (62,27 flbs ). m t 3

Ingeniería civil

3

Pag. 15

MECANICA DE FLUIDOS I

Perdida de Cargas en Accesorios

0.10.2. TIPOS DE FALLAS. Adoptado de la Norma ASTM C 39

Figura 19: Diagrama esquemático de los patrones típicos de fractura

0.10.3. RESULTADOS OBTENIDOS. 0.10.3.1. Los resultados obtenidos son de especimenes con distinto tipo de tratamiento de curado. N o 1:Especimen con adecuado tratamiento en la camara de curado (sumergido en el agua). N o 2:Especimen con tratamiento tradicional de curado en obra. N o 3:Especimen sin un tratamiento adecuado de curado, es decir dejado al intemperie sin

un proceso de curado.

Ingeniería civil

Pag. 16 

Perdida de Cargas en Accesorios

MECANICA DE FLUIDOS I

Figura 20: Cuadro de resultados del ensayo de resistencia a la compresion para cada tipo de especimen.

0.10.3.2. NOTA:la resistencia a la compresion del concreto que se obtiene

después de los días 7, 21 y 28, depende de los materiales (cemento, agregados, aditivos) y métodos de curado, pero estan en los siguientes parametros aproximandos: En 7  dias : Se obtiene una resistencia de 70 %f  c. 

En 21  dias : Se obtiene una resistencia de 90 %f  c. 

En 28  dias : Se obtiene una resistencia de 100 %f  c. 

0.11  CONCLUSIONES: A través del ensayo realizado en el laboratorio se puede concluir que el concreto presenta alta resistencia a la compresión, de la misma forma se pudo determinar que tan resistente es el material cuando este es sometido a cargas axiales. Por otro lado se pudo ver que lo aprendido teóricamente es fácilmente aplicable en el laboratorio y partir de las ecuaciones aprendidas se pudo calcular el esfuerzo o resistencia del concreto cuando este es sometido a una fuerza de compresión. Se pudo concluir que uno de los factores que influyen en la resistencia de un concreto es el tipo de curado a los que han sido sometidos, ya que un concreto con un tratamiento adecuado de curado tiene mayor fesistencia que los otrs que no han sido curados adecuadamente.

Ingeniería civil

Pag. 17