Proyecto de Investigacion

 

  UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ALUMNO:

RUIZ CORDOVA CARLOS JOEL

DOCENTE:

EDINSON LLAMO GOICOCHEA

CURSO:

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

TITULO DE PROYECTO DE INVESTIGACION:

COMPORTAMIENTO DE ESTRUCTURAS DE

“

CONCRETO ARMADO EXPUESTO AL FUEGO” 

JAEN  –  CAJAMARCA  CAJAMARCA -2017

 

 

INDICE

CAPITULO I: Planteamiento del problema

1.1. Tema del proyecto 1.2. Antecedentes 1.3. Fundamentación 1.4. Preguntas de investigación 1.4.1.  Pregunta general 1.4.2.  Preguntas específicas 1.5. Objetivos de investigación 1.5.1.  Objetivo general 1.5.2.  Objetivos específicos CAPITULO II: Marco teórico

2.1. Concreto armado 2.1.1.  Definición 2.1.2.  Propiedades del concreto armado 2.1.2.1.  Propiedades del concreto fresco 2.1.2.1.1. 

Trabajabilidad

2.1.2.1.2. 

Consistencia

2.1.2.1.3. 

Homogeneidad

2.1.2.1.4. 

Peso especifico

2.1.2.2.  Propiedades del concreto endurecido 2.1.2.2.1. 

Permeabilidad

2.1.2.2.2. 

Resistencia

2.1.2.3.  Propiedades de resistencia 2.1.2.3.1. 

Compresión

2.1.2.3.2. 

Flexión

2.1.3.  Propiedades del acero 2.1.3.1.  Resistencia al desgaste 2.1.3.2.  Tenacidad

 

 

2.1.3.3.  Maquinabilidad 2.1.3.4.  Dureza 2.2. Incendio 2.2.1.  Causas 2.2.1.1.  Reacción por oxidación 2.2.2.  Reacción por causas bilógicas químicas 2.2.3.  La energía eléctrica 2.2.3.1.  Electrodinámico 2.2.3.2.  Electroestático 2.2.4.  Procesos meteorológicos 2.3. Clasificación del fuego 2.3.1.  Fuego tipo A 2.3.2.  Fuego tipo B 2.3.3.  Fuego tipo C 2.3.4.  Fuego tipo D 2.3.5.  Fuego tipo K 2.4. Concreto expuesto al fuego 2.5. Tipos de coloración 2.5.1.  Acero de refuerzo expuesto al fuego 2.6. Patologías –  concreto  concreto estructural expuesto al fuego 2.6.1.  Calcinación incipiente 2.6.2.  Calcinación superficial 2.6.3.  Calcinación avanzada 2.6.4.  Calcinación muy avanzada 2.6.5.  Microfisuras y cuarteaduras en mapa 2.6.6.  Fisuramiento térmico por alabeo 2.6.7.  Fisuramiento por choque térmico 2.6.8.  Descascaramiento 2.6.9.  Desintegración por fatiga

 

 

CAPITULO III: Diseño metodológico

3.1. Tipo de estudio 3.1.1.  Método de la investigación 3.2. Hipótesis 3.3. Variables 3.3.1.  Variable dependiente 3.3.2.  Variable independiente 3.4. Materiales 3.4.1.  Cemento 3.4.2.  Agregados 3.4.3.  Aditivos 3.4.4.  Vaciado, compactación y curado 3.4.5.  Relación de cantidades de material 3.5. Dimensión de probetas 3.5.1.  Encofrados de probetas 3.6. Acero de refuerzo 3.7. Termómetro de altas temperaturas 3.8. Horno 3.9. Exposición al fuego 3.10. 

Ensayo de probeta

CAPITULO IV: Cronograma CAPITULO VI: Presupuesto CAPITULO VII: Referencias bibliográficas CAPITULO VIII: Anexos

 

 

CAPITULO I: Planteamiento del problema  

1.1.

Título del proyecto

Comportamiento de estructuras de concreto armado expuesto al fuego 1.2. 

Antecedentes

La reducción de muertes en un incendio y del impacto de los daños causados necesita un enfoque global en cuanto a la seguridad frente al fuego. En 1999 el Centro Mundial de Estadísticas de Incendios presentó al Grupo de Trabajo de Vivienda de la ONU un informe en el que se recopilaban datos a nivel internacional sobre incendios en edificios. El estudio, llevado a cabo en 16 países industrializados, mostraba que, durante un año típico, el número de personas muertas en un incendio variaba entre 1 y 2 por cada 100.000 habitantes, y que el coste total de los daños debidos a los incendios se movía entre el 0,2 y el 0,3 % del producto interior bruto (PIB). (http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.htm) Estados Unidos de Norteamérica se ha introducido esta idea en los reglamentos a través del International Code Council Performance, Code for Buildings and Facilities, y en las disposiciones de diseño con base en el desempeño en el International Fire Code, NFPA 1 (el Código Uniforme Contra el Fuego), NFPA 101 (el Código de Seguro de Vida) y el NFPA 5000 (Building and Construction Code). Sobre este tema, conviene decir que el desempeño contra el fuego de los elementos de concreto. (Núñez, Campos, Labrador;1987) Existen distintos estudios que analizan el comportamiento entre el concreto estructural y el fuego, entre los cuales se puede mencionar: Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA), Universidad Autónoma de Barcelona, Plataforma Europea del Hormigón, quienes estudian de forma específica el comportamiento de una estructura completa que haya sufrido un incendio de forma fortuita. (Anero ,2007)

 

 

1.3. 

Fundamentación

Las estadísticas del Instituto de Defensa Civil (INDECI) registran que entre 2003 y 2015 se registraron, a nivel nacional, 17,903 incendios urbanos e industriales, de los cuales 2,723 (15%) ocurrieron en Lima. Según estos datos, en el Perú ocurren en promedio 17.5 incendios  por mes. (http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.htm) (http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.h tm) El presente trabajo permitirá identificar de forma específica el tipo de daño que puede sufrir una edificación expuesta al fuego, en nuestra ciudad ha ocurrido varios incendios en los que las estructuras han sufrido un largo periodo de exposición a altas temperaturas, por lo que es de vital importancia el análisis de dichas secciones y establecer parámetros que permitan identificar

de

manera

más

real

su

comportamiento.

(http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.htm) En un enfriamiento acelerado, como el que se produce por la acción de los bomberos, se  presenta un cambio brusco de temperatura que genera un shock térmico, con la consecuente aparición de microfisuras en la masa del concreto que afectan a su estructura interna. Por ello es vital poder diagnosticar esta estructura dañada con la mayor precisión posible. (http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TemaII.2.3.6.ResistenciaFuego.pdf )  1.4. 

Preguntas de investigación 1.4.1.  Pregunta general

¿Cómo afecta a la estructura de concreto armado cuando entra en contacto con el fuego? 1.4.2.  Preguntas específicas ¿Cuál es el daño que puede ocasionar el fuego? ¿Cuál es la finalidad de analizar las estructuras expuestas al fuego? ¿Una estructura al entrar en contacto con el fuego puede ser utilizable? ¿Hay normas que rigen sobre el concreto expuesto al fuego?

 

 

1.5. 

Objetivos de investigación 1.5.1.  Objetivo general

Analizar el comportamiento del concreto estructural sometido al fuego. 1.5.2.  Objetivos específicos Comparar las propiedades del concreto estructural en condiciones normales y ante la exposición a fuego. Determinar las propiedades físicas y mecánicas del concreto estructural luego de la exposición a fuego y definir parámetros de aceptación estructural según su comportamiento. Observar y detallar el comportamiento del concreto estructural durante y después de la exposición al fuego en intervalos de tiempos.

 

 

CAPITULO II: Marco teórico

2.1.

Concreto armado 2.1.1. Definición

El descubrimiento del concreto reforzado es atribuido a Joseph-Louis en 1848 quien experimento con la incorporación de acero a la pasta de concreto con el fin de aumentar su resistencia, incluso hay registros de un barco de concreto armado que presento en la Feria Mundial en Paris en 1855. Pero la primera patente de concreto reforzado la obtuvo Joseph Monier, quien utilizo el concreto reforzado para la elaboración de macetas, tubos y tanques entre otros. (http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.html) Pero estos descubrimientos del siglo dieciocho no produjeron el cambio en los sistemas constructivos ya que sus creadores no los supieron aprovechar, no fue hasta 1879 que François Hennebique, un albañil francés comenzó a promocionar el concreto como un sistema que  protegía del fuego a los elementos ddee aacero. cero. Este nuevo sistema tuvo una buena aceptación y la empresa de Hennebique pasó de 6 proyectos anuales a más de 7000, esta gran cantidad de  proyectos fue la incubadora de innovaciones, en la construcción de elementos de concreto armado. (Mamlouk, Zanieswski; 2006) 2.1.2.

Propiedades del concreto armado

2.1.2.1.

Propiedades del concreto fresco

Se denomina estado fresco cuando la mezcla presenta características de manejabilidad en el cual puede adquirir la forma que se desee, por su parte el estado de endurecimiento comienza cuando

esta

pierde

plasticidad

e

inicia

su

(http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.html)

proceso

de

fraguado.

 

 

2.1.2.1.1. Trabajabilidad Se denomina así a la facilidad de manipulación y colocación del concreto en la obra por medio de diferentes sistemas de compactación, es directamente proporcional a la cantidad de agua suministrada en el amasado, puesto que si esta aumenta su manejabilidad también lo hará de forma notable En el diseño de hormigones de alta resistencia el contenido de agua disminuye considerablemente por lo que se ha implementado el uso de aditivos conocidos como  plastificantes los cuales permiten una mayor docilidad en la mezcla. (Garzón, (Garz ón, 2010) 2.1.2.1.2. Consistencia Es la resistencia que presenta la mezcla para deformarse o cambiar su forma, está en función de la cantidad de agua, granulometría y forma de los agregados pétreos. Es uno de los  parámetros de medición de calidad del hormigón en estado fresco. fr esco. (Garzón, 2010) 2010 ) 2.1.2.1.3. Homogeneidad Se denomina así a la distribución uniforme de cada uno de los componentes del hormigón siendo vital en la obtención de hormigones con buenas características, el transporte o el exceso de compactación produce problemas tales como segregación o decantación que influyen en dicha propiedad. (Mamlouk, Zanieswski; 2006) 2.1.2.1.4. Peso específico Es la relación existente entre la masa del hormigón fresco y el volumen que este ocupa, su valor varía en función del tipo de agregados utilizados. (Mamlouk, Zanieswski; 2006)

 

 

2.1.2.2.

Propiedades del concreto endurecido

Concreto cuyo tiempo de elaboración ha sobrepasado el tiempo de fraguado y en consecuencia se encuentra en estado rígido. (http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.html) 2.1.2.2.1. Permeabilidad Dicha característica permite que el agua o todo tipo de sustancias pueden penetrar el elemento y a través de un proceso de escurrimiento pueda eliminarse, por lo que un hormigón sumergido o con una relación agua-cemento elevada presentará una disminución de resistencia considerable, al comenzar el proceso de endurecimiento la mezcla tiende a presentar poros de  baja escala sin embargo existe múltiples factores que aumenten la porosidad, ya sea por una mala vibración o una evaporización drástica del agua la permeabilidad del elemento se verá afectada. (Garzón, 2010) 2.1.2.2.2. Resistencia El concreto pasa de un estado plástico a uno sólido mediante el proceso de fraguado que conlleva una serie de procesos físico-químicos complejos, las características principales de diseño de un hormigón se reflejan después de los 28 días de curado, al término de esta etapa el material ha adquirido el 100% de su resistencia, dicha propiedad está en función de la relación agua-cemento utilizada en la mezcla la misma que influye directamente en el comportamiento del elemento. (Mamlouk, Z Zanieswski; anieswski; 2006) 2.1.2.3.

Pruebas de resistencia

2.1.2.3.1. Compresión En el diseño de hormigones la resistencia a compresión que dicha mezcla presentará a los 28 días de curado denominado f 'c es uno de los parámetros fundamentales en la determinación de la calidad del elemento. (http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.htm)

 

 

Dicha propiedad se mide en laboratorio mediante el análisis de probetas cilíndricas normalizadas las cuales han recibido un proceso previo de curado antes de someterse al ensayo, el cual consiste en la aplicación de una carga en toda la superficie de la muestra a una velocidad

constante

y

señalada

por

la

norma

respectiva.

(http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.htm) 2.1.2.3.2. Flexión La resistencia a la flexión del concreto es una medida de la resistencia a la tracción del concreto (hormigón). Es una medida de la resistencia a la falla por momento de una viga o losa de concreto no reforzada. La resistencia a la flexión se expresa como el Módulo de Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y es determinada mediante los métodos de ensayo ASTM C78 (cargada en los puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio). (file:///F:/liros%20ára%20metodologia/resis%20flexi.pdf) El Módulo de Rotura es cerca del 10% al 20% de la resistencia a compresión, la mejor correlación para los materiales específicos es obtenida mediante ensayos de laboratorio para los materiales dados y el diseño de la mezcla. El Módulo de Rotura determinado por la viga cargada en los puntos tercios es más bajo que el módulo de rotura determinado por la viga cargada en el punto medio, en algunas ocasiones tanto como en un 15%. (file:///F:/liros%20ára%20metodologia/resis%20flexi.pdf)

 

 

2.1.3.

Propiedades del acero

2.1.3.1.

Resistencia al desgaste

Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. (http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-propiedades.html) 2.1.3.2.

Tenacidad

Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto). (http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-propiedades.html) 2.1.3.3.

Maquinabilidad

Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. (http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-propiedades.html)

 

 

2.1.3.4.

Dureza

Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test

del

mismo nombre.

(http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-propiedades.html) 2.2.

Incendio

Un incendio es una ocurrencia de fuego no controlada que puede afectar o abrasar algo que no está destinado a quemarse. Puede afectar a estructuras y a seres vivos. La exposición de los seres vivos a un incendio puede producir daños muy graves hasta la muerte, generalmente por inhalación de humo o por desvanecimiento producido por la intoxicación y posteriormente quemaduras graves. (Anero ,2007) Un incendio puede tener escenarios distintos en los cuales se pueda propagar, ya sea en lugares cerrados o abiertos cada uno de ellos posee una evolución especifica de acuerdo a los  parámetros en los que se encuentra, encu entra, en el caso de lugares confinados los gases y la temperatura se distribuye en todos los elementos ya sea en mayor o menor medida, adicionalmente comienzan un proceso de ascenso hacia la parte superior que después de un determinado tiempo

tiende

a

(http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TemaII.2.3.6.ResistenciaFuego.pdf)

estabilizarse.

 

 

2.2.1.

Causas

2.2.1.1.

Reacción por oxidación

Varias sustancias presentan una reacción de oxidación ante la exposición al aire, por lo que el nivel de temperatura alrededor de los elementos aumenta, dicha alteración va modificando la cantidad de calor presente en la atmosfera en un ambiente cerrado, siendo esta la causa  principal que da origen a una combustión que puede cambiar su comportamiento de lenta a fuerte en cuestión de segundos. (Anero ,2007) 2.2.2.

Reacción por causas bilógicas químicas

Se basa en el calentamiento espontaneo producido por materia orgánica que se encuentra en  proceso de fermentación o putrefacción, dichos cambios biológicos al cumplir ciertos  parámetros necesarios son considerados cons iderados como un efecto de oxidación. (Anero ,2007) 2.2.3.

La energía eléctrica

Se los puede clasificar en dos procesos diferentes los cuales son: 2.2.3.1.

Electrodinámico

Denominado efecto “Joul” puesto que sigue el principio de trasformación de la energía eléctrica en calórica, normalmente se la conoce como “corto  circuito “el mismo que se ha

originado por medio de una chispa eléctrica o por el contacto directo de la parte metálica de dos conductores. (Anero ,2007) 2.2.3.2.

Electroestático

Producidas por una acumulación de carga en un elemento de baja conductividad, ocasionando la formación de chispas que de forma explosiva puede producir la propagación del flagelo al  ponerse en contacto con gases o vapores vap ores de tipo industrial. (Anero ,2007)

 

 

2.2.4.

Procesos meteorológicos

Se denomina así al fenómeno ocasionado por la naturaleza en el cual los hombres no tienen ningún tipo de intervención, las descargas electro atmosféricas o mejor conocidos como rayos no pueden ser controlados, pero si tomar medidas de precaución. (Anero ,2007) 2.3.

Clasificación del fuego

Por el tipo de combustible se puede establecer los siguientes. 2.3.1.

Fuego tipo A

Se considera de este tipo a la combustión de elementos sólidos tales como madera papel cartón, los cuales pueden presentar residuos al término del flagelo. (Anero ,2007)

2.3.2.

Fuego tipo B

Cuando son producidos por gases, sólidos licuables o cualquier tipo de combustible líquido como gasolina, alcohol etc. (Anero ,2007)

 

 

2.3.3.

Fuego tipo C

Son aquellos formados por objetos eléctricos ya sean electrodomésticos, cables o interruptores. (Anero ,2007)

2.3.4.

Fuego tipo D

Proceden de la combustión de metales con una alta concentración de magnesio, sodio, aluminio. (Anero ,2007)

2.3.5.

Fuego tipo K

Proceden de la combustión de metales con una alta concentración de magnesio, sodio, aluminio. (Anero ,2007)

 

 

2.4.

Concreto expuesto al fuego

El concreto posee buenas características ante la exposición al fuego que impiden la  propagación del calor a través de él, pese a ello dicho material tras el aumento de su temperatura presenta múltiples tipologías físicas tales como: fisuración superficial, presencia de cal y disgregación del material, adicionalmente el comportamiento mecánico del concreto se ve afectado de manera considerable y se relaciona directamente al tiempo de exposición y la temperatura en la cual se produjo el flagelo. (Plataforma Europea de Hormigón, 2008) Un factor importante en la determinación de su comportamiento ante un incendio son el tipo de material pétreos que se utilizaron, tanto el grueso como el fino influye de forma notable en los cambios que presenta el material después de un fenómeno de combustión, esto se debe a la conductividad térmica propia de cada agregado ya sean estos silíceos o calizos. (Plataforma Europea de Hormigón, 2008) De acuerdo al grado de afectación y la temperatura en la que se desarrolló el fenómeno puede observarse las siguientes características: Temperaturas que oscilan entre los 600° C - 950° C  presenta múltiples variaciones físicas entre las más importantes se puede observar la disgregación y porosidad del elemento, además la resistencia del material disminuye en un 60% a 90%.Temperaturas que oscilan entre los 950° C - 1200° C el concreto muestra un total fallo ante el flagelo, por lo que es necesario su sustitución. (Plataforma Europea de Hormigón, 2008)

 

 

2.5.

Tipos de coloración

El concreto estructural presenta cambios mecánicos y físicos a partir de temperaturas mayores a 300°C, ocasionado por la descarbonatación, porosidad y microfisuramiento interno del material. En función de la temperatura y coloración del concreto se puede determinar de manera más especifica el tipo de daño alcanzado por el flagelo. (Pavez, 2011)

2.5.1.

Acero de refuerzo expuesto al fuego

Al exponerse estructuras al fuego durante intervalos de tiempo considerable su temperatura interior va aumentando paulatinamente, este es el caso del concreto que presenta fisuras en  primera instancia, en las cuales el recubrimiento del elemento va perdiéndose de acuerdo al grado de exposición, ocasionando un contacto directo del acero de refuerzo con el fuego. Dichos materiales presentan coeficientes de dilatación similares que fluctúan entre 1 y 16 millonésimas por grado centígrado pese a esto la temperatura del acero será la misma a la que

 

 

el incendio esté desarrollándose mientras que el concreto tardará mayor tiempo en adquirir dicha temperatura. (Pavez, 2011)

Un ejemplo claro del comportamiento del acero en un elemento expuesto al fuego es una viga,  puesto que en la zona inferior hay una constante variación de temperatura a diferencia de su  parte superior, dicho comportamiento afecta de manera significativa a la estructura y en el caso de vigas isostáticas que no permiten una redistribución de esfuerzos hacia los apoyos estas se verán gravemente afectadas aumentando las posibilidades de un colapso. (Pavez, 2011) Uno de los fenómenos internos que aquejan a todo tipo de elementos estructurales en un incendio se denomina spalling el cual se basa en la explosión interna del vapor existente en el concreto, además la pérdida de cohesión entre los agregados facilita la penetración del fuego disminuyendo así la adherencia acero-hormigón. (Pavez, 2011) Una vez expuesto el acero de refuerzo su comportamiento está en función de la temperatura a la cual se encuentre expuesto el material, varias investigaciones han demostrado que el acero  presenta una disminución de su resistencia a la fluencia cuando este excede los 600 grados centígrados, sin embargo, se ha podido observar pequeñas variaciones en su módulo de elasticidad y límite de proporcionalidad una vez alcanzado los 100 grados centígrados. (Pavez, 2011)

 

 

2.6.

Patologías –  concreto  concreto estructural expuesto al fuego

El concreto es un material que presenta buenas características ante el fuego, sin embargo, la exposición a altas temperaturas y durante un tiempo prolongado hace que dicho material vaya adquiriendo la temperatura a la cual se encuentra el flagelo, ocasionando que los elementos expuesto

presenten

una

o

varias

alteraciones

en

su

estructura.

(file:///F:/metodologia/trasparencias%20patologia.pdf) 2.6.1.

Calcinación incipiente

El concreto no presenta mayor cambio en su coloración, pese a ello se puede identificar  pequeñas microfisuras en forma de mapa. map a. (Sánchez, 2012)

2.6.2.

Calcinación superficial

Se puede observar una leve coloración amarillenta que puede dar origen a una descarbonatación, además presenta un fisuramiento térmico por alabeo. (Sánchez, 2012) 2.6.3.

Calcinación avanzada

Presenta una coloración gris con una clara descarbonatación del material y un descascaramiento de la superficie del elemento. (Sánchez, 2012) 2.6.4.

Calcinación muy avanzada

Presenta una coloración blanca intensa conjuntamente con una desintegración superficial del concreto. (Sánchez, 2012)

 

 

2.6.5.

Microfisuras y cuarteaduras en mapa

Producto de la contracción térmica que sufre el concreto frente a altas temperaturas, ocasionando planos de falla a lo largo del elemento. (Sánchez, 2012) 2.6.6.

Fisuramiento térmico por alabeo

Propia de elementos planos en los cuales el fuego tuvo foco en el tercio medio del elemento, se lo puede observar en las partes inferiores de las losas que han alcanzado un grado de calcinación incipiente y superficial. (Sánchez, 2012) 2.6.7.

Fisuramiento por choque térmico

Producto del enfriamiento brusco del material que ha adquirido temperaturas elevadas y al  ponerse en contacto con el agua o algún tipo de extinguidor ocasiona un choque térmico en la estructura del elemento. (Sánchez, 2012) 2.6.8.

Descascaramiento

Ocasionado por el desprendimiento superficial de elementos con presencia de humedad o con un nivel de descarbonatación avanzada en el que se puede observar pérdida de masa. (Sánchez, 2012) 2.6.9.

Desintegración por fatiga

Se denomina así al desprendimiento de la superficie del hormigón expuesta al fuego durante un período de tiempo prolongado. (Sánchez, 2012)

 

 

CAPITULO III: Diseño metodológico

3.1.

Tipo de estudio

Los niveles de investigación a ser utilizados en este proyecto serán: exploratorio, descriptivo y de laboratorio. Será exploratorio, puesto que el estudio del concreto estructural expuesto al fuego en nuestro  país ha h a sido muy limitado, por lo que la metodología a utilizarse ampliará de d e forma fo rma detallada el comportamiento de un elemento de concreto estructural sometido a altas temperaturas en intervalos crecientes de tiempo mediante la aplicación de múltiples ensayos que permitan analizar las propiedades en las cuales el material presenta algún tipo de cambio o alteración. Será descriptivo, porque se contará con una amplia información acerca del comportamiento del concreto estructural expuesto al fuego y su influencia en las propiedades físicas y mecánicas del material, las mismas que podrían utilizarse como parámetros específicos en la determinación del grado de afectación de una estructura que ha sido sometida a altas temperaturas. Será de laboratorio, puesto que se realizarán ensayos que permitan determinar el tipo de agregado y la resistencia a flexión de los especímenes a elaborarse. Por su finalidad el trabajo será aplicadas o prácticas. 3.1.1.

Método de la investigación

El método a utilizar es el inductivo 3.2.

Hipótesis

El Concreto Estructural Expuesto al Fuego Influye en su Resistencia a Flexión

 

 

3.3.

Variables 3.3.1.

Variable dependiente

Concreto Estructural Expuesto al Fuego 3.3.2.

Variable independiente

Resistencia a Flexión 3.4.

Materiales 3.4.1.

Cemento

Un material cementante es aquel que tiene las propiedades de adhesión y cohesión necesarias  para unir agregados inertes y conformar una masa sólida de resistencia y durabilidad adecuadas. Esta categoría tecnológicamente importante de materiales incluye no sólo el cemento sino también limos, asfaltos y alquitranes, tal como se usan en la construcción de carreteras y otros. Para la fabricación del concreto estructural se utilizan exclusivamente los llamados cementos hidráulicos. Para completar el proceso químico (hidratación) mediante el cual el polvo de cemento fragua y endurece para convertirse en una masa sólida se requiere la adición de agua. (Nilson, Darwin; 1999) Cuando el cemento se mezcla con el agua para conformar una pasta suave, ésta se rigidiza gradualmente hasta conformar una masa sólida. Este proceso se conoce como fraguado y endurecimiento. Se dice que el cemento ha fraguado cuando ha ganado suficiente rigidez para resistir una presión arbitrariamente definida, punto a partir del cual continúa endureciendo durante un largo tiempo, o sea que sigue ganando resistencia. El agua en la pasta disuelve el material en la superficie de los granos de cemento y forma un gel que aumenta gradualmente en volumen y rigidez, lo que lleva a una rigidizarían rápida de la pasta entre dos y cuatro horas después de agregada el agua al cemento. (Nilson, Darwin; 1999)

 

 

3.4.2.

Agregados

Para concretos estructurales comunes, los agregados ocupan aproximadamente entre el 70 y el 75 por ciento del volumen de la masa endurecida. Es importante que el agregado tenga buena resistencia, durabilidad y resistencia a la intemperie; que su superficie esté libre de impurezas como arcillas, limos o materia orgánica las cuales pueden debilitar la unión con la pasta de cemento; y que no se produzca una reacción química desfavorable entre éste y el cemento. (Nilson, Darwin; 1999) Los agregados naturales se clasifican generalmente en finos y gruesos. Un agregado fino o arena es cualquier material que pasa el tamiz No. 4, es decir, un tamiz con cuatro aberturas por  pulgada lineal. El material más grueso que éste se clasifica como agregado grueso o grava. Cuando se desea una gradación óptima, los agregados se separan mediante tamizado, en dos o tres grupos de diferente tamaño para las arenas y en varios grupos de diferente tamaño para las gravas. (Nilson, Darwin; 1999) 3.4.3.

Aditivos

Se utilizan aditivos para mejorar el comportamiento del mismo. Existen aditivos para acelerar o retardar el fraguado y el endurecimiento, para mejorar la manejabilidad, para aumentar la resistencia, para mejorar la durabilidad, para disminuir la permeabilidad y para proporcionar o afectar otras propiedades. Los agentes incorporadores de aire son en la actualidad los aditivos más ampliamente utiliza- dos. Ellos producen la inclusión de aire en el concreto en forma de  pequeñas burbujas dispersas. Esto mejora la manejabilidad y la durabilidad dur abilidad (principalmente la resistencia al congelamiento y a la abrasión) y reduce la segregación durante la colocación. (Nilson, Darwin; 1999) Los aditivos acelerantes se utilizan. para reducir el tiempo de fraguado y acelerar el desarrollo inicial de resistencia; y los aditivos retardantes del fraguado se utilizan principalmente para contrarrestar 10s efectos acelerantes de altas temperaturas ambientales y para mantener la trabajabilidad del concreto durante todo el periodo de colocación. Esto ayuda a eliminar el

 

 

agrietamiento debido a deflexiones de la formaleta y también mantiene la trabajabilidad del concreto permitiendo el vaciado de concreto adicional sin el desarrollo de juntas "frías”. (Nilson, Darwin; 1999) 3.4.4.

Vaciado, compactación y curado

El vaciado es el proceso de transferir el concreto fresco, del dispositivo de conducción a su sitio final de colocación en las formaletas. Antes de la colocación se debe remover el óxido suelto del refuerzo, limpiar las formaletas y depurar y tratar en forma adecuada las superficies endurecidas de concreto previamente colocado. El vaciado y la compactación son actividades decisivas por el efecto que tienen sobre la calidad final del concreto. Un vaciado adecuado debe evitar la segregación, el desplazamiento de las formaletas o del refuerzo, y la adherencia deficiente entre capas sucesivas de concreto. (Nilson, Darwin; 1999) El concreto debe compactarse, usual- mente mediante vibradores. Esta compactación evita la formación de vacíos, asegura un contacto cercano con las formaletas y con el refuerzo, y sirve como remedio parcial a una posible segregación previa. La compactación se logra mediante la utilización de vibradores mecánicos de alta frecuencia. Éstos pueden ser de tipo interno, que se sumergen en el concreto, o de tipo externo, que se sujetan a las formaletas. Son preferibles los  primeros, aunque deben complementarse con los segundos cuando se presentan formaletas muy delgadas o cuando algunos obstáculos hacen imposible sumergir el dispositivo. (Nilson, Darwin; 1999) Para evitar daños, el concreto debe protegerse de la pérdida de humedad al menos por siete días y en trabajos más delicados, hasta 14 días. Cuando se utilizan cementos de alta resistencia inicial, los periodos de curado pueden reducirse a la mitad. El curado se puede lograr manteniendo continuamente húmedas las superficies expuestas mediante rociado, empozamiento, recubriendo con láminas de plástico o mediante la aplicación de componentes sellantes que, usa- dos de manera adecuada, forman membranas retardantes de la evaporación. Adicionalmente al mejoramiento de la resistencia, un curado húmedo adecuado permite un mejor control de la retracción de fraguado. (Nilson, Darwin; 1999)

 

 

3.4.5.

3.5.

Relación de cantidades de material

Dimensión de probetas

Para el siguiente proyecto elaborare 8 probetas de concreto armado con las siguientes especificaciones.  

Viga: b = 15 cm, h =15 cm, L = 75 cm

 

Refuerzo longitudinal: 2 aceros en la parte superior y 2 en la parte inferior.

 

Refuerzo transversal: 1 @ 5 cm en ambos extremos y el resto a 10cm.

 

Recubrimiento: 2.5 cm

 

f´c =210 kg/cm2 

 

fy = 4200 kg/cm2

 

 

3.5.1.  

Encofrados de probetas Resistencia: Los elementos de madera a usarse deben soportar con seguridad el peso y la presión lateral del concreto y de todas las cargas, ya sea de personal o de los materiales. Es preciso recordar que el concreto, cuando se vierte, es un líquido muy denso. (Nilson, Darwin; 1999)

 

Rigidez: El encofrado permite asegurar que las dimensiones de los elementos no se deformen. (Nilson, Darwin; 1999)

 

Estabilidad: Las fallas de los encofrados se producen, usualmente, por un mal arriostramiento (amarre). Tome en cuenta que el peso del concreto es mucho mayor que el del encofrado y, al estar ubicado encima del mismo, crea esfuerzo hacia los lados más fuertes, debido al movimiento de equipos y personas. (Nilson, Darwin; 1999)

 

Hermeticidad: Las separaciones entre los tablones (llamados juntas) deben estar selladas, de tal forma que no se produzcan fugas en la mezcla de concreto. (Nilson, Darwin; 1999)

 

Facilidad de desencofrar: Para que las formas de los encofrados no queden atrapadas después del vaciado, el concreto y los clavos no se deben introducir hacia el fondo. (Nilson, Darwin; 1999)

 

Economía El encofrado representa un costo que varía entre1/5 y 1/3 del valor de la estructura. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado al cortar la madera. Un mantenimiento adecuado permite el uso repetido de sus formas. (Nilson, Darwin; 1999)

 

 

3.6.

Acero de refuerzo

3.7.

Termómetros de alta temperaturas

El OS425-LS es un dispositivo de infrarrojos para medición de temperatura sin contacto completamente funcional. Junto con un soporte magnético, presenta batería de larga duración (180 horas sin laser o luz de fondo) se alimenta con 2 pilas “AAA” y tiene ap agado automático. El campo de visión de 50:1 mide objetos pequeños y distantes. (http://www.cstonline.pe/producto.php?pro=869)

 

 

3.8.

Horno

 

 

3.9.

Exposición al fuego ETAPA 1

Expuesta al fuego en 30 minutos.

Viga 1

Comparar resultados

Expuesta al fuego en 60 minutos.

Viga 2

en las distintas

Expuesta al fuego en 90 minutos.

Viga 3

variaciones de tiempo

 No expuesta al fuego.

Viga 4 ETAPA 2

Expuesta al fuego en 120 minutos.

Viga 5

Comparar

Expuesta

Viga 6

en

al

fuego

en

150

distintas

variaciones de tiempo

minutos. Expuesta

las

resultados

al

fuego

en

180

Viga 7

minutos.  No expuesta al fuego. 3.11. 

Viga 8

Ensayo de probeta

La resistencia a flexión es una medida de resistencia a la tracción del concreto. Es una medida de la resistencia a la falla por momento de la viga o losa de concreto no reforzada. La resistencia a flexión se expresa como el Modulo de Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y es determinad mediante los métodos de ensayo ASTM C38 (cargadas en los  puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio).Se procede al ensayo ens ayo de cada una un a de los elementos ya sean expuestas al fuego o no, mediante la máquina de flexión. (file:///F:/liros%20ára%20metodologia/resis%20flexi.pdf)

 

 

 

 

CAPITULO IV: Cronograma

Secuencia de las actividades a realizar Actividad N° Nombre de la Actividad 01

Selección del material

02

Cantidad de material a utilizar

03

Elaborar el encofrado

04

Armado de la estructura de acero

05

El llenado de la estructura

06

Desencofrado de la estructura

07

Curado de la estructura

08

Introducir la estructura en horno

09

Calcular el tiempo y la temperatura a la que se expone la estructura

10

Retirar cada estructura y se dejara enfriar un lapso de 24 horas

11

Se analizará la estructura con la maquina a flexión

12

Se comprobara los datos obtenidos en una estructura normal sin estar expuesta al fuego, con otra que si haya estado en variaciones de tiempo expuesta al fuego.

 

 

CAPITULO VI: Presupuesto

Elemento a utilizar

Precio

Agregado fino

45 S/

Agregado grueso

55 S/

Cemento

22.50 S/

Madera

100 S/

Horno

350 S/

Acero

126 S/

Termómetro

1350 S/

TOTAL

2048.5 S/

 

 

CAPITULO VII: Referencias bibliográficas

Bibliografía  

D. Sánchez. Durabilidad y Patología del Concreto. Bogotá: Asocreto, 2002, pp. 123160.

 

F. Núñez, G. Campos, J. Labrador, M. Septien. (1987, octubre).” Incendios en edificios de gran altura.” Informes de la Construcción. [On -line]. 39(391), pp. 34-38.

 

H. Nilson Arthur, David Darwin. Diseño de estructura de concreto, Colombia. duodécima edición, 1999

 

Pavez. “Comportamiento del hormigón ante incendio.” BIT, vol. 2, nº 79, pp. 41 -49,

2011.  

Plataforma Europea del Hormigón. “Seguridad y protección completa frente al fuego

con hormigón.” Hormigón, vol. 1, nº 916, pp. 28 -56, Julio. 2008.  

M. S. Mamlouk, J. P. Zaniewski. Materiales para la Ingeniería Civil. España: Pearson Prentice Hall, 2006, pp. 293-310.

 

M. Anero. “Técnicas de investigación de incendios” M.Sc. tesis, Universidad

Autónoma de Barcelona, España, 2007.  

M. Garzón. “Investigación sobre el módulo de elasticidad del hormigón,” en Seminario

de Graduación, 2010, pp 47-58. LINKOGRAFIA:  

http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-armado.html

 

http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-propiedades.html

 

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TemaII.2.3.6.ResistenciaFuego.pdf

 

file:///F:/metodologia/trasparencias%20patologia.pdf

 

file:///F:/liros%20ára%20metodologia/resis%20flexi.pdf

 

http://www.cstonline.pe/producto.php?pro=869

 

 

CAPITULO VIII: Anexos 

Anexo 1: Especificaciones de ensayo a flexión. Anexo 2: Tetraedro de fuego. Anexo 3: Simbología del fuego Tipo A. Anexo 4: Simbología del fuego Tipo B. Anexo 5: Simbología del fuego Tipo C. Anexo 6: Simbología del fuego Tipo D. Anexo 7: Simbología del fuego Tipo K. Anexo 8: Tipologías de una viga expuesta al fuego. Anexo 9: Estribos cortado por efecto de altas temperaturas. Anexo 10: Sección transversal del elemento. Anexo 11: Encofrado de losas y vigas. Anexo 12: Pirómetro de altas temperaturas 1500°C Anexo 13: Horno de quemado Anexo 14: Ensayo a flexión Cuadro 1: Color y daño del concreto estructural Cuadro 2: Dosificación para elementos estructurales del concreto Cuadro 3: Planilla del acero