ANÁLISIS DE LOS EFECTOS CAUSADOS POR ALTAS TEMPERATURAS EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO: RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y TRACCIÓN

I.- INFORMACIÓN BÁSICA

PROPUESTO POR:

Evelyn Pamela Castro Toapanta

Raúl Daniel Sánchez Miranda

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:

Materiales

AUSPICIADO POR:

Director: Ing. Germán Vinicio Luna Hermosa

Codirector:

FECHA:

14/08/2017

RELACIÓN:

Nombre del Proyecto de Investigación:

Director del Proyecto de Investigación:

II.- INFORMACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

1. Título del Trabajo de Titulación

ANÁLISIS DE LOS EFECTOS CAUSADOS POR ALTAS TEMPERATURAS EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO: RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y TRACCIÓN

1. Planteamiento del Problema

Esta investigación se refiere al tema del análisis de los efectos causados por altas temperaturas en estructuras de hormigón armado, enfocándose principalmente en la resistencia a compresión y tracción. La característica principal de un incendio es la de quemar y deteriorar todo lo que se encuentre a su paso. En recintos abiertos, con aire fresco, es casi imposible superar los 700°C. En recintos cerrados, como estructuras de hormigón armado, la temperatura sube un 30% más. La causa principal de esta problemática es debido a la reflexión y radiación del calor en las paredes. (Pascual, 1977)

El interés para realizar el presente trabajo de investigación fue el de profundizar en el análisis de los efectos causados por las altas temperaturas en estructuras de hormigón armado, es decir un interés académico. En un proyecto de investigación previo realizado en la EPN, se determinó los efectos en la resistencia a flexión del hormigón armado  sometido a  altas temperaturas, sin adentrarse en otros efectos que también están presentes en el fenómeno analizado y que deberían ser motivo de investigaciones complementarias. (Villacís & Ortíz, 2002)

La metodología del trabajo de investigación consiste en ensayos de compresión y  tracción según la norma ISO 834 para probetas sometidas a altas temperaturas (diferentes grados de temperatura y tiempo de exposición) y para probetas patrón (no sometidas). Para ello se lleva a cabo las siguientes etapas: realización de probetas con dimensiones y dosificaciones específicas, exposición a altas temperaturas de probetas, ensayos a compresión y tracción, análisis y tratamiento de datos obtenidos, y obtención de resultados y conclusiones. Siguiendo ciertas pautas de la tesis previa a esta investigación (“Ensayo a flexión de probetas sometidas a altas temperaturas”). (Villacís & Ortíz, 2002)

La finalidad del estudio consiste en analizar los efectos en la resistencia a la compresión y tracción de los elementos estructurales de hormigón armado sometidos a altas temperaturas debido a incendios. Dado que en nuestro país no se ha realizado un estudio completo de este tema y las construcciones no están exceptas de un incendio, es importante conocer las alteraciones tanto físicas como estructurales post-incendio. Nuestra investigación está enfocada a edificaciones en las cuales no presentan un sistema contra incendios (casas), o construcciones civiles informales. (Villacís & Ortíz, 2002)

1. Justificación

2.1 Justificación Teórica

En un proyecto de investigación previo realizado en la EPN (2002), se determinó los efectos en la resistencia a flexión del hormigón armado sometido a altas temperaturas, sin adentrarse en otros efectos también presentes en el fenómeno analizado y que deberían ser motivo de investigaciones complementarias. Además en nuestro país no se ha realizado todavía un completo estudio sobre el tema.

2.2 Justificación Metodológica

Mediante la presente metodología los resultados obtenidos se podrán asemejar en un gran porcentaje a la realidad y aunque no son exactos, proporcionan una buena tendencia del comportamiento de los elementos estructurales ante altas temperaturas. Mediante procesos de ensayo es más viable observar de cerca el comportamiento, tomar datos y realizar observaciones relevantes para determinar los efectos en los elementos estructurales analizados. Además mediante el horno de fundición podemos controlar los diferentes grados de temperatura y tiempos de exposición a los que son sometidas las probetas.

2.3 Justificación Práctica

Las construcciones civiles no están exentas a un incendio, por ende es importante conocer los efectos a los que están sometidos los elementos estructurales. La importancia de la presente investigación radica en que se encuentra enfocado para edificaciones en la cuales no presentan un sistema contra incendios (casas) o construcciones civiles informales.

1. Hipótesis

Las altas temperaturas causan daños en los elementos de las estructuras de hormigón armado, referidas a durabilidad y propiedades mecánicas (resistencia a compresión y tracción), en función de ciertas variables como: grados de temperatura y tiempos de exposición.

1. Objetivo General

Analizar los efectos causados por altas temperaturas en la resistencia a la compresión y tracción de elementos estructurales de hormigón armado, mediante ensayos de laboratorio, para determinar grados de afectación.

1. Objetivos Específicos

1. Obtener y preparar las probetas, mediante normas y dosificaciones requeridas, para llevarlas a ensayos de compresión y tracción.
2. Ensayar a compresión y tracción las probetas patrón y probetas sometidas a diferentes grados de temperatura y tiempos de exposición, mediante equipos de laboratorio, para obtener resultados relevantes a ser analizados.
3. Analizar y procesar los resultados obtenidos, mediante herramientas computacionales, para determinar los grados de afectación en las resistencias a compresión y tracción de los elementos estructurales de hormigón armado.

1. Metodología

Objetivo específico 1: Obtener y preparar las probetas, mediante normas y dosificaciones requeridas, para llevarlas a ensayos de compresión y tracción.

ETAPA 1: RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN RELEVANTE; PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL

• Paso 1.1: Recopilación, revisión y aplicación de normas relevantes para los ensayos

• Actividad 1.1.1: Ensayos para comprobar cumplimiento de especificaciones mínimas de los materiales del hormigón armado

• Paso 1.2: Dimensionamiento de las probetas a ensayar

• Actividad 1.2.1: Determinación de las dimensiones idóneas a utilizar

• Paso 1.3: Determinación de cantidad de materiales a utilizar

• Actividad 1.3.1: Determinación de cantidad de probetas a ensayar
• Actividad 1.3.2: Determinación de la dosificación del hormigón y cuantías de acero

• Paso 1.4: Obtención de cilindros de hormigón para verificar la resistencia a la compresión

• Actividad 1.4.1: Preparación de la mezcla de hormigón
• Actividad 1.4.2: Fundición de probetas

• Paso 1.5: Obtención de las probetas de hormigón armado a ensayar a compresión y tracción

• Actividad 1.5.1: Armado de encofrados
• Actividad 1.5.2: Armado del acero de refuerzo
• Actividad 1.5.3: Preparación de la mezcla de hormigón
• Actividad 1.5.4: Fundición de probetas

• Paso 1.6: Preparación previa a los ensayos de los cilindros de hormigón y las probetas de hormigón armado

• Actividad 1.6.1: Curado durante los 28 días (necesarios para la obtención de la máxima resistencia a la compresión del hormigón)
• Actividad 1.6.2: Desencofrado a los 28 días

Objetivo específico 2: Ensayar a compresión y tracción las probetas patrón y probetas sometidas a diferentes grados de temperatura y tiempos de exposición, mediante equipos de laboratorio, para obtener resultados relevantes a ser analizados.

ETAPA 2: ETAPA EXPERIMENTAL

• Paso 2.1: Toma de datos previos en cada uno de los cilindros y probetas a ensayar
• Paso 2.2: Ensayo a compresión de cilindros de hormigón para verificar la resistencia a la compresión

• Actividad 2.2.1: Toma de resultados requeridos para análisis posteriores

 Paso 2.3: Ensayo a compresión y tracción de probetas patrón (sin someter a altas temperaturas)

• Actividad 2.3.1: Toma de resultados requeridos para análisis posteriores

• Paso 2.4: Llevar a altas temperaturas las probetas en hornos de fundición

• Actividad 2.4.1: Llevar a altas temperaturas las probetas con diferentes grados de temperatura y tiempos de exposición
• Actividad 2.4.2: Toma de resultados requeridos para análisis posteriores

• Paso 2.5: Ensayo a compresión y tracción de probetas sometidas a altas temperaturas

• Actividad 2.5.1: Toma de resultados requeridos para análisis posteriores

Objetivo específico 3: Analizar y procesar los resultados obtenidos, mediante herramientas computacionales, para determinar los grados de afectación en las resistencias a compresión y tracción de los elementos estructurales de hormigón armado.

ETAPA 3: ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE RESULTADOS

• Paso 3.1: Observación a particularidades de las probetas ensayadas
• Paso 3.2: Comparación de resultados entre temperaturas de exposición de las probetas
• Paso 3.3: Generación de gráficas e información a partir de ensayos realizados

• Actividad 3.3.1: Relacionar la resistencia a la compresión y tracción de las probetas sometidas a diferentes grados de temperatura con probetas patrón
• Actividad 3.3.2: Relacionar la resistencia a la compresión y tracción de las probetas sometidas a altas temperaturas con el tiempo de exposición

• Paso 3.4: Determinación de grados de afectación en las resistencias a compresión y tracción

• Actividad 3.3.1: Análisis de gráficas obtenidas

1. Plan de Trabajo

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1. ANTECEDENTES
2. OBJETIVOS

1.2.1.  Objetivo General

1.2.2. Objetivos Específicos

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2. ALCANCE
3. JUSTIFICACIÓN

CAPÍTULO II: ESTADO DEL ARTE

2.1. ESTUDIOS SIMILARES REALIZADOS A ALTAS TEMPERATURAS

2.1.1. Estudios similares realizados con el hormigón a altas temperaturas

2.1.1.1. Alteraciones sufridas por los agregados

2.1.1.2. Efectos en la resistencia a la compresión simple

2.1.2. Resistencia a flexión en el hormigón armado

2.2. CONCLUSIONES Y OPINIONES

CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO

3.1. EL FUEGO Y SUS COMPONENTES

3.2. INCENDIOS EN LUGARES CERRADOS

3.3. EFECTOS DE FUEGO EN PROPIEDADES INTRÍNSECAS DEL HORMIGÓN ARMADO

3.3.1. Efecto Spalling

3.3.2. Daños en adherencia

CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA

4.1. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN RELEVANTE; PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL

4.1.1. Selección de materiales para la investigación

4.1.2. Especificaciones requeridas        

4.1.3. Características de los materiales

                4.1.3.1. Acero

                4.1.3.2. Cemento

                4.1.3.3. Agregado grueso

                4.1.3.4. Agregado fino

                4.1.3.5. Agua

4.1.4. Dimensionamiento de probetas

4.1.5. Características o parámetros básicos para la dosificación

4.1.6. Cuantías de acero de refuerzo para los elementos a evaluarse

4.1.7. Normas y bases de ensayos de laboratorio para probetas

4.2. ETAPA EXPERIMENTAL

4.2.1. Probetas llevadas a  altas temperaturas

4.2.1.1. Procedimiento

4.2.2. Ensayo a compresión

4.2.2.1. Procedimiento

4.2.3. Ensayo a tracción

4.2.3.1. Procedimiento

4.3. ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE RESULTADOS

4.3.1. Observaciones a particularidades de las probetas ensayadas

4.3.2. Comparación de resultados entre temperaturas de exposición de las probetas

4.3.3. Gráficas comparativas

4.3.3.1. Relación entre la resistencia a la compresión y tracción de las probetas sometidas a diferentes grados de temperatura con probetas patrón

4.3.3.2. Relación entre la resistencia a la compresión y tracción de las probetas sometidas a altas temperaturas con el tiempo de exposición

4.3.4. Grados de afectación en las resistencias a compresión y tracción

CAPÍTULO V: ÁREA DE ESTUDIO

CAPÍTULO VI: RESULTADOS

CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

1. Bibliografía

ACI 318-95 y ACI 318R-95. (1997).  Reglamento para las construcciones  de concreto estructural y

comentarios.Mexico: IMCYC.

Amador, A. (2014). Ensayos a tracción del hormigón: Ensayos Indirectos. Mas que Ingenieria, 1-3.

INECYC. Instituto Ecuatoriano del cemento y del concreto. (2009). Control de calidad en el hormigón. Control por resistencia. Parte 1. Obtenido de http://inecyc.org.ec/documentos/notas_tecnicas/CONTROL_CALIDAD_HORMIGON.pdf

Instituto Ecuatoriano de Normalizacion (1998). Norma tecnica NTE INEN 109: Ensayos de tracción  

para el acero. Quito.

Luna, G & Monroy, C. (1982 ).  Estudio de hormigon. Fac.Ing. Civil EPN. Quito

Montoya, M & Moran N. (2010). Hormigon Armado.España.

National Fire Protection Association(1978). Manual de proteccion contra incendios. USA:NFPA

Norma Ecuatoriana de la Construcción. NEC-15. (2015). Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5 m. Obtenido de http://www.habitatyvivienda.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2015/02/NEC-SE-VIVIENDA-parte-2.pdf

Pascual, M. (2007). Tecnologia del fuego - Tratado deprevencion, proteccion y lucha incendios siniestros y salvamientos. Barcelona.

Villacís, M., & Ortiz, A. (2002). Estudio en laboratorio de los efectos de las altas temperaturas en el hormigon armado : resistencia a flexion. Quito.

1. Cronograma

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