Análisis en laboratorio de los efectos en la resistencia a compresión y tracción de elementos estructurales de hormigón armado post afectación por altas temperaturas

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. ANÁLISIS EN LABORATORIO DE LOS EFECTOS EN LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y TRACCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE HORMIGÓN ARMADO POST AFECTACIÓN POR ALTAS TEMPERATURAS TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS. EVELYN PAMELA CASTRO TOAPANTA [email protected]. RAÚL DANIEL SÁNCHEZ MIRANDA [email protected]. DIRECTOR: ING. MBA. GERMÁN VINICIO LUNA HERMOSA [email protected]. Quito, abril 2019.

(2) ii. DECLARACIÓN. Nosotros, Castro Toapanta Evelyn Pamela y Sánchez Miranda Raúl Daniel, declaramos que el trabajo aquí presentado es de nuestra autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional, y que hemos consultado en las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la normativa institucional vigente.. Castro Toapanta Evelyn Pamela. Sánchez Miranda Raúl Daniel.

(3) iii. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo de titulación fue desarrollado bajo mi supervisión por la señorita Castro Toapanta Evelyn Pamela y el señor Sánchez Miranda Raúl Daniel.. ING. MBA. GERMÁN LUNA DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) iv. AGRADECIMIENTOS. En mi vida mi agradecimiento más grande es a Dios, mi Virgen del Quinche, mi Virgen del Carmen, ya que me dieron la oportunidad de tener una familia maravillosa y sobretodo la vida. Agradezco con todo mi corazón el sacrifico que hacen día tras día mis padres Eufemia Toapanta y Rodrigo Castro por solventar el hogar con mucho empeño, el brindarme apoyo incondicional a pesar de mis adversidades de salud, siempre me dan ánimo, agradezco por tenerlos conmigo, por la alegría que me transmiten y sobretodo el amor que siempre me brindan. A mi hermana Lady Castro por estar siempre juntas, ser mi amiga a pesar de ser distintas, por compartir conmigo su sensibilidad, cariño y creatividad, por compartir tantos momentos únicos y ser la alegría de la casa. A mis abuelitos Miguel Castro y Teresa Vásquez les agradezco mucho por quererme tanto desde pequeña, ser mi compañía, mi empuje, por estar siempre pendiente de mí y ayudarme. Siento un gran agradecimiento con Daniel Campaña por el gran cariño que me brinda, por ser mi apoyo, mi confidente, mi amigo incondicional, mi compañero de carrera y sobretodo de la vida, a pesar del poco tiempo de estar juntos y conocernos me ha brindado mis mejores momentos. Extiendo un cordial agradeciendo a mi director de Tesis el Ingeniero German Luna por sus conocimientos, tiempo, colaboración y guía para la realización de este proyecto de titulación. A mi compañero de Tesis y amigo Daniel Sánchez por toda su paciencia, empuje, apoyo y colaboración de la mejor manera en todo el transcurso de la elaboración de este proyecto de titulación. Pamela Castro.

(5) v. AGRADECIMIENTOS. Primeramente, agradezco mucho a Dios por haberme guiado durante toda mi vida universitaria permitiéndome llegar hasta este momento. “Llamarás y el señor responderá. Pedirás ayuda y el dirá -Aquí estoy-“ (Isaías 58:9). Mi eterno agradecimiento a mi familia: mi mami Lupe, mis ñaños Alexandra, Pablo y Lily, y mis sobrinos Adrián, Karol y Matías. Gracias por todo su cariño, y apoyo incondicional. Me siento muy afortunado de tenerlos en mi vida. Los quiero mucho. De manera especial quiero agradecer a mi mami por haberme sacado adelante a pesar de las adversidades. Gracias por ser en mi vida un ejemplo de superación y lucha. Es una heroína de la vida, es la mejor. Este triunfo es suyo. Muchas gracias a Mayra por todo su amor, cariño y apoyo incondicional en todo momento. Gracias por estar a mi lado y brindarme siempre tus palabras de aliento cuando más lo necesitaba. Como tú bien dices, “Todo esfuerzo tiene su recompensa”, y hoy me doy cuenta que así es. Gracias por ser parte de mi vida. Eres la mejor persona que he conocido. Soy muy dichoso de tenerte conmigo. Gracias a mis amigos: Ángel, Jorge, Mario, Pedro, Jefferson, Junior, Edison, Gladys, Elizabeth, Sandra, Marcela, Gabriela, y demás buenos amigos que de una u otra forma tuvieron un gesto o una palabra de apoyo durante este proceso. Gracias también por todas las experiencias y buenos momentos compartidos. Muchas gracias a mi amiga y compañera de tesis, Pame, por toda su paciencia y apoyo incondicional. Nada de esto hubiera sido posible sin tu ayuda y dedicación. También muchas gracias a Daniel por su colaboración. Mi agradecimiento al director de tesis, Inge Luna, por toda su guía y consejos de principio a fin en el trabajo de titulación. Finalmente, gracias por la ayuda a todos quienes conforman los laboratorios LEMSUR, CIV y Cerámica de Ing. Química. Daniel.

(6) vi. DEDICATORIA. Dedico el presente proyecto de titulación a toda mi familia: mis padres Eufemia Toapanta, Rodrigo Castro, mi hermana Lady Castro, mis abuelitos: Miguel Castro y Teresa Vásquez, también a mis tíos, tías, mis primos, primas que han estado conmigo, me muestran un buen ejemplo de lucha, paciencia, arduo trabajo y alegría. También a todas las personas que fueron parte de mi vida y contribuyeron con mi formación y crecimiento, para ser una buena profesional pero más importante ser una persona de bien, me brindaron la fuerza y el ahínco necesario para conseguir mi sueño. Pamela Castro.

(7) vii. DEDICATORIA. Dedico este triunfo a mi madre. Gracias por todo! Y una especial dedicatoria hacia el cielo, a mi padre. Espero te sientas orgulloso de mi. Gracias por todos los buenos momentos que se pudieron compartir. Daniel.

(8) viii. ÍNDICE DE CONTENIDO. LISTA DE FIGURAS ……………………………...…………………………………… xiv LISTA DE TABLAS …………………………….………..…..………………...……….xxii RESUMEN …………………………….……………….……………………………….xxx ABSTRACT ………………………….……………….……………………...………...xxxi PRESENTACIÓN…………………………………………………………………….. xxxii 1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1 1.1.. ANTECEDENTES .................................................................................... 1. 1.2.. OBJETIVOS ............................................................................................. 3. 1.2.1. OBJETIVO GENERAL .......................................................................... 3 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................. 3 1.3.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................... 4. 1.4.. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................... 6. 2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 8 2.1. FUEGO Y SUS COMPONENTES ............................................................... 8 2.2. INCENDIOS ESTRUCTURALES (EN LUGARES CERRADOS) ............... 10 2.3. EFECTOS DEL FUEGO EN EL HORMIGÓN ARMADO ........................... 16 2.3.1. EFECTO SPALLING ........................................................................... 18 2.3.2. DAÑOS EN LA ADHERENCIA ............................................................ 20 2.3.3. DAÑOS EN LOS COMPONENTES DEL HORMIGÓN ....................... 21 2.4. CURVA DE FUEGO ESTÁNDAR .............................................................. 23 2.5. CLASIFICACIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES .......................... 28 2.6. TEORÍA DE CARGA AXIAL Y TRACCIÓN INDIRECTA ........................... 31 2.6.1. CARGA AXIAL .................................................................................... 31.

(9) ix. 2.6.2. TRACCIÓN INDIRECTA EN HORMIGÓN .......................................... 41 2.7. ESTUDIO PREVIO: EFECTOS CAUSADOS POR ALTAS TEMPERATURAS EN LA RESISTENCIA A FLEXIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO ................................................... 41 2.7.1. DISEÑO DE PROBETAS .................................................................... 42 2.7.2. TEMPERATURAS Y TIEMPOS DE EXPOSICIÓN ............................. 43 2.7.3. ENSAYOS A FLEXIÓN Y TRACCIÓN ................................................ 45 2.7.4. PARÁMETROS MECÁNICOS ANALIZADOS ..................................... 46 2.7.5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................. 52 3. PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL ............................................................ 55 3.1. AFECTACIÓN POR ALTAS TEMPERATURAS EN COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO ..................................................................................... 55 3.2. ENSAYOS PLANTEADOS Y CANTIDAD DE COLUMNAS ....................... 59 3.2.1. ENSAYOS PLANTEADOS .................................................................. 59 3.2.2. CANTIDAD DE COLUMNAS PATRÓN (SIN AFECTACIÓN POR ALTAS TEMPERATURAS) .................................................................. 62 3.2.3. CANTIDAD DE COLUMNAS AFECTADAS POR ALTAS TEMPERATURAS ......................................................................................... 63 3.2.4. CANTIDAD DE COLUMNAS TOTALES ............................................. 64 3.3. DISEÑO DE PROBETAS TIPO COLUMNA DE HORMIGÓN ARMADO .......................................................................................................... 65 3.3.1. RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN........................... 65 3.3.2. DIMENSIONES DE LAS PROBETAS: SECCIÓN Y LONGITUD ........ 65 3.3.3. CUANTÍAS DE ACERO ...................................................................... 69 3.3.4. RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS DE LAS COLUMNAS DE ENSAYO ....................................................................................................... 81 3.4. ENSAYOS A COMPONENTES DEL HORMIGÓN .................................... 81 3.4.1. ENSAYOS AL CEMENTO................................................................... 81 3.4.2. ENSAYOS A LOS AGREGADOS ....................................................... 82.

(10) x. 3.4.3. PROPIEDADES OBTENIDAS Y REQUISITOS DE LOS COMPONENTES DEL HORMIGÓN ARMADO ............................................ 83 3.5. DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN ............................................................ 86 3.5.4. DOSIFICACIÓN FINAL EN PESO PARA 1m3 DE HORMIGÓN 210 Kg/cm2 Y PARA UN SACO DE CEMENTO ........................................... 89 3.5.5. VOLUMEN REQUERIDO DE HORMIGÓN Y CANTIDADES DE CADA COMPONENTE.................................................................................. 91 3.6. PLANILLA DE HIERROS Y VOLUMEN DE OBRA .................................... 93 3.7. ELABORACIÓN DE COLUMNAS .............................................................. 94 3.7.1. ENCOFRADO ..................................................................................... 94 3.7.2. MEZCLA Y FUNDICIÓN ..................................................................... 95 3.7.3. ENSAYO EN HORMIGÓN FRESCO: ASENTAMIENTO .................... 96 3.7.4. OBTENCIÓN DE PROBETAS CILÍNDRICAS PARA COMPROBACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN fć DISEÑADO ................................................................................................... 98 3.7.5. DESENCOFRADO Y CURADO .......................................................... 98 4. ETAPA EXPERIMENTAL ............................................................................. 100 4.1. RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE CILINDROS A LOS 28 DÍAS ........ 100 4.1.1. ECUACIÓN DEL PARÁMETRO MECÁNICO (RESISTENCIA), EQUIPO Y PROCEDIMIENTO DE ENSAYO .............................................. 100 4.1.2. RESISTENCIA A COMPRESIÓN OBTENIDA .................................. 103 4.1.3. CONTROL DE CALIDAD DE CILINDROS ........................................ 108 4.2. ENSAYOS REALIZADOS: ECUACIONES DE PARÁMETROS MECÁNICOS (RESISTENCIAS), EQUIPOS DE ENSAYO, PROCEDIMIENTOS, Y CARGAS MÁXIMAS OBTENIDAS............................ 113 4.2.1. ENSAYO DE COMPRESIÓN EN COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO .................................................................................................... 113 4.2.2. ENSAYO DE COMPRESIÓN EN NÚCLEOS DE HORMIGÓN ......... 121.

(11) xi. 4.2.3. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA EN NÚCLEOS DE HORMIGÓN ................................................................................................ 130 4.2.4. ENSAYO DE TRACCIÓN EN VARILLAS DE ACERO ...................... 138 5. RESULTADOS ............................................................................................. 149 5.1. PESOS ESPECÍFICOS DEL HORMIGÓN ARMADO POST AFECTACIÓN POR ALTAS TEMPERATURAS ............................................. 149 5.1.1. RESULTADOS GRÁFICOS DEL PESO ESPECÍFICO DEL HORMIGÓN ARMADO VS TEMPERATURA DE EXPOSICIÓN ................ 154 5.1.8. RESULTADOS GRÁFICOS DEL PESO ESPECÍFICO DEL HORMIGÓN ARMADO VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN .............................. 156 5.2. RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO ........................................................................................................ 158 5.2.1. RESULTADOS GRÁFICOS DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN ARMADO VS TEMPERATURA DE EXPOSICIÓN .............................................................................................. 160 5.2.2. RESULTADOS GRÁFICOS DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN ARMADO VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN .............................................................................................. 162 5.3. RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE NÚCLEOS DE HORMIGÓN SIMPLE........................................................................................................... 164 5.3.1. RESULTADOS GRÁFICOS DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN SIMPLE VS TEMPERATURA DE EXPOSICIÓN .............................................................................................. 168 5.3.2. RESULTADOS GRÁFICOS DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN SIMPLE VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN .............................................................................................. 170 5.4. RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DE NÚCLEOS DE HORMIGÓN SIMPLE...................................................................................... 172.

(12) xii. 5.4.1. RESULTADOS GRÁFICOS DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DEL HORMIGÓN SIMPLE VS TEMPERATURA DE EXPOSICIÓN ............................................................ 175 5.4.2. RESULTADOS GRÁFICOS DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DEL HORMIGÓN SIMPLE VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN .............................................................................................. 177 5.5. RESISTENCIA A TRACCIÓN DE VARILLAS DE ACERO ...................... 179 5.5.1. RESULTADOS GRÁFICOS DEL ESFUERZO DE FLUENCIA DE LAS VARILLAS DE ACERO VS TEMPERATURA DE EXPOSICIÓN .............................................................................................. 183 5.5.2. RESULTADOS GRÁFICOS DEL ESFUERZO DE FLUENCIA DE LAS VARILLAS DE ACERO VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN ................ 185 5.6. MÓDULO DE ELASTICIDAD Y RIGIDEZ A COMPRESIÓN DE LAS COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO ........................................................ 187 5.6.1. AFECTACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD Y LA RIGIDEZ A COMPRESIÓN DE LAS COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO .................................................................................................... 193 5.6.2. RESUMEN GRÁFICO DE LA AFECTACIÓN DE LA RIGIDEZ A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN ARMADO VS TEMPERATURA ............ 195 5.6.3. RESUMEN GRÁFICO DE LA AFECTACIÓN DE LA RIGIDEZ A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN ARMADO VS TIEMPO.......................... 196 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................................... 197 6.1. AFECTACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO DEL HORMIGÓN ARMADO INCLUIDA LA EXTRAPOLACIÓN.................................................. 197 6.2. AFECTACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN ARMADO INCLUIDA LA EXTRAPOLACIÓN............................. 203 6.3. AFECTACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN SIMPLE INCLUIDA LA EXTRAPOLACIÓN ............................... 210.

(13) xiii. 6.4. AFECTACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DEL HORMIGÓN SIMPLE INCLUIDA LA EXTRAPOLACIÓN ....................... 218 6.5. AFECTACIÓN DEL ESFUERZO DE FLUENCIA DE LAS VARILLAS DE ACERO INCLUIDA LA EXTRAPOLACIÓN............................. 226 6.6. AFECTACIÓN DE LA RIGIDEZ A COMPRESIÓN DE LAS COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO INCLUIDA LA EXTRAPOLACIÓN ......................................................................................... 233 6.7. ANÁLISIS VISUAL DE LAS COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO POST AFECTACIÓN POR ALTAS TEMPERATURAS .................. 240 6.7.1. FISURAMIENTO ............................................................................... 240 6.7.2. COLOR ............................................................................................. 241 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................ 242 7.1. CONCLUSIONES .................................................................................... 242 7.2. RECOMENDACIONES ............................................................................ 250 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................. 252 9. ANEXOS ....................................................................................................... 257 ANEXO 1: DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN SIN CORRECCIÓN POR HUMEDAD...................................................................................................... 258 ANEXO 2: MAYORACIÓN DE fć Y SU CONTROL DE CALIDAD ................. 269 ANEXO 3: GRÁFICAS ESFUERZO vs DEFORMACIÓN DE COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO (SIN CORRECCIÓN DE TENDENCIA) .................................................................................................. 270 ANEXO 4: FOTOGRAFÍAS............................................................................. 290 ANEXO 5: INFORMES DE LABORATORIO LEMSUR ................................... 311.

(14) xiv. LISTA DE FIGURAS. FIGURA 2.1. Tetraedro del fuego .......................................................................... 8 FIGURA 2.2. Incendio estructural, edificio Windsor de hormigón armado, Madrid - España ................................................................................................... 11 FIGURA 2.3. Gráfica de las diferentes fases de desarrollo de un incendio ......... 13 FIGURA 2.4. Etapas del efecto spalling ............................................................... 19 FIGURA 2.5. Etapas del daño en la adherencia .................................................. 21 FIGURA 2.6. Hormigón con y sin fisuras, donde las partículas rojas son los agregados y la superficie azul es la pasta de cemento endurecida ................ 22 FIGURA 2.7. Curvas temperatura vs tiempo ........................................................ 24 FIGURA 2.8. Comparación de curva temperatura vs tiempo ISO 834 y curva natural del fuego ......................................................................................... 26 FIGURA 2.9. Curva temperatura vs tiempo norma ISO 834 ................................ 28 FIGURA 2.10. Fuerzas axiales............................................................................. 32 FIGURA 2.11. Fuerzas internas del elemento...................................................... 33 FIGURA 2.12. Curva esfuerzo axial vs deformación unitaria del acero ............... 35 FIGURA 2.13. Curva esfuerzo axial vs deformación unitaria del hormigón ......... 35 FIGURA 2.14. Curva de esfuerzo vs deformación unitaria del acero ................... 38 FIGURA 2.15. Curva fuerza vs deformación de material frágil y material dúctil ..................................................................................................................... 40 FIGURA 2.16. Probetas sometidas a fuerza de tracción ...................................... 40 FIGURA 2.17. Dimensiones de las viguetas ........................................................ 42 FIGURA 2.18. Fallas a flexión en viguetas .......................................................... 43 FIGURA 2.19. Esquema del ensayo a flexión ...................................................... 45 FIGURA 2.20. Módulo o esfuerzo de rotura en función de la temperatura para 4 horas de exposición .................................................................................. 47 FIGURA 2.21. Módulo o esfuerzo de rotura en función de la temperatura para 8 horas de exposición .................................................................................. 47.

(15) xv. FIGURA 2.22. Módulo o esfuerzo de rotura en función de la temperatura para 12 horas de exposición ................................................................................ 48 FIGURA 2.23. Rigidez a flexión “EI”, en función de la temperatura a 4 horas de exposición ............................................................................................. 50 FIGURA 2.24. Rigidez a flexión “EI”, en función de la temperatura a 8 horas de exposición ............................................................................................. 50 FIGURA 2.25. Rigidez a flexión “EI”, en función de la temperatura a 12 horas de exposición ............................................................................................. 51 FIGURA 2.26. Disminución de la rigidez a flexión “EI” respecto a las vigas patrón, por efecto de una temperatura de 900°C, en función de la cuantía de acero ............................................................................................................... 51. FIGURA 3.1. Horno de altas temperaturas. ......................................................... 55 FIGURA 3.2. Curvas temperatura – tiempo: ISO 834 vs Ciclos de cocción con meseta de 1 hora ........................................................................................... 57 FIGURA 3.3. Curvas temperatura – tiempo: ISO 834 vs Ciclos de cocción con meseta de 2 horas ......................................................................................... 57 FIGURA 3.4. Curvas temperatura – tiempo: ISO 834 vs Ciclos de cocción con meseta de 3 horas ......................................................................................... 58 FIGURA 3.5. Extracción de núcleos de hormigón simple (H.S) de columna de hormigón armado (H.A) .................................................................... 60 FIGURA 3.6. Dimensiones de la columna ............................................................ 67 FIGURA 3.7. Separación de estribos ................................................................... 72 FIGURA 3.8. Distribución de estribos .................................................................. 77 FIGURA 3.9. Gancho estándar ............................................................................ 79 FIGURA 3.10. Sección de las columnas de ensayo ............................................. 80 FIGURA 3.11. Encofrado de las columnas de ensayo ......................................... 94.

(16) xvi. FIGURA 4.1. Equipo de ensayo a compresión para los cilindros de hormigón ............................................................................................................ 101 FIGURA 4.2. Equipo de ensayo a compresión en las columnas de hormigón armado ............................................................................................... 114 FIGURA 4.3. Bomba hidráulica ze5 de 10000 psi de presión máxima............... 115 FIGURA 4.4. Esquema de ensayo ..................................................................... 117 FIGURA 4.5. Máquina extractora de núcleos con la broca acoplada ................. 122 FIGURA 4.6. Equipo de ensayo a compresión para los núcleos cilíndricos de hormigón ....................................................................................................... 123 FIGURA 4.7. Ubicación de listones diametrales para núcleo de hormigón de ensayo a tracción indirecta ............................................................................ 132 FIGURA 4.8. Sección de rotura a partir de un esfuerzo a tracción indirecta en hormigón ....................................................................................................... 133 FIGURA 4.9. Equipo de ensayo a tracción para las varillas de acero ................ 140 FIGURA 4.10. Mordazas del equipo de tracción para las varillas de acero ....... 141 FIGURA 4.11. Longitud de calibración inicial y diámetro inicial de la varilla de acero ............................................................................................................. 142 FIGURA 4.12. Equipo de tracción para varilla de acero corrugado.................... 144 FIGURA 4.13. Longitud de calibración final y diámetro final de la varilla de acero .................................................................................................................. 144. FIGURA 5.1. Peso específico del hormigón armado H.A (T/m3) vs Temperatura (°C), con 1, 2 y 3 horas de afectación ........................................... 155 FIGURA 5.2. Peso específico del hormigón armado H.A (%) vs Temperatura (°C) con 1, 2 y 3 horas de afectación ............................................ 155 FIGURA 5.3. Afectación del peso específico del hormigón armado H.A (%) vs Temperatura (°C) con 1, 2 y 3 horas de afectación ....................................... 156 FIGURA 5.4. Peso específico del hormigón armado H.A (T/m3) vs Tiempo (Horas) con 300°C, 600°C y 900°C de afectación .............................................. 157.

(17) xvii. FIGURA 5.5. Peso específico del hormigón armado H.A (%) vs Tiempo (Horas) con 300°C, 600°C y 900°C de afectación .............................................. 157 FIGURA 5.6. Afectación del peso específico del hormigón armado H.A (%) vs Tiempo (Horas) con 300°C, 600°C y 900°C .................................................. 158 FIGURA 5.7. Resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A (Kg/cm2) vs Temperatura (ºC) ............................................................................ 161 FIGURA 5.8. Resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A (%) vs Temperatura (ºC) ........................................................................................... 161 FIGURA 5.9. Afectación de resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A (%) vs Temperatura (ºC) ................................................................ 162 FIGURA 5.10. Resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A (Kg/cm2) vs Tiempo (Horas) ............................................................................... 163 FIGURA 5.11. Resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A (%) vs Tiempo (Horas) .............................................................................................. 163 FIGURA 5.12. Afectación de la resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A (%) vs Tiempo (Horas) ................................................................... 164 FIGURA 5.13. Ecuación de interpolación para hallar factores de corrección de esbelteces no dadas en la tabla 5.8............................................. 165 FIGURA 5.14. Resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S (Kg/cm2) vs Temperatura (ºC) ............................................................................ 169 FIGURA 5.15. Resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S (%) vs Temperatura (ºC) ........................................................................................... 169 FIGURA 5.16. Afectación de resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S (%) vs Temperatura (ºC) .................................................................. 170 FIGURA 5.17. Resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S (Kg/cm2) vs Tiempo (Horas) ............................................................................... 171 FIGURA 5.18. Resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S (%) vs Tiempo (Horas) .............................................................................................. 171 FIGURA 5.19. Afectación de la resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S (%) vs Tiempo (Horas) ..................................................................... 172.

(18) xviii. FIGURA 5.20. Resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S (Kg/cm2) vs Temperatura (ºC) ............................................................................ 176 FIGURA 5.21. Resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S (%) vs Temperatura (ºC) .................................................................................... 176 FIGURA 5.22. Afectación de la resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S (%) vs Temperatura (ºC) .................................................. 177 FIGURA 5.23. Resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S (Kg/cm2) vs Tiempo (Horas) ............................................................................... 178 FIGURA 5.24. Resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S (%) vs Tiempo (Horas) ....................................................................................... 178 FIGURA 5.25. Afectación de la resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S (%) vs Tiempo (Horas) ..................................................... 179 FIGURA 5.26. Esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero (Kg/cm 2) vs Temperatura (ºC) ............................................................................................... 183 FIGURA 5.27. Esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero (%) vs Temperatura (ºC) ............................................................................................... 184 FIGURA 5.28. Afectación del esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero (%) vs Temperatura (ºC) .......................................................................... 184 FIGURA 5.29. Esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero (Kg/cm2) vs Tiempo (h) .......................................................................................................... 185 FIGURA 5.30. Esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero (%) vs Tiempo (h) .......................................................................................................... 186 FIGURA 5.31. Afectación del esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero (%) vs Tiempo (h) ..................................................................................... 186 FIGURA 5.32. Afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado (%) vs Temperatura (ºC) .................................................................................... 195 FIGURA 5.33. Afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado (%) vs Tiempo (h) ............................................................................................... 196.

(19) xix. FIGURA 6.1. Ecuación de la curva de afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura (1 hora de afectación) ................................. 198 FIGURA 6.2. Ecuación de la curva de afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................ 199 FIGURA 6.3. Ecuación de la curva de afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................ 200 FIGURA 6.4. Afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura, con valores extrapolados para 1200°C ........................................ 201 FIGURA 6.5. Afectación del peso específico del hormigón armado vs Tiempo, con valores extrapolados para 1200°C................................................. 202 FIGURA 6.6. Ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura (1 hora de afectación) ........ 204 FIGURA 6.7. Ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura (2 horas de afectación) ...... 205 FIGURA 6.8. Ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura (3 horas de afectación) ...... 206 FIGURA 6.9. Afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura, con valores extrapolados para 1200°C ...................... 207 FIGURA 6.10. Afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Tiempo, con valores extrapolados para 1200°C ............................... 208 FIGURA 6.11. Ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura (1 hora de afectación) .......... 211 FIGURA 6.12. Ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura (2 horas de afectación) ........ 212 FIGURA 6.13. Ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura (3 horas de afectación) ........ 213 FIGURA 6.14. Afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura, con valores extrapolados para 900°C y 1200°C .......... 214 FIGURA 6.15. Afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Tiempo, con valores extrapolados para 1200°C................................. 215.

(20) xx. FIGURA 6.16. Ecuación de la curva de afectación del hormigón simple a tracción indirecta vs Temperatura (1 hora de afectación) .................................. 220 FIGURA 6.17. Ecuación de la curva de afectación del hormigón simple a tracción indirecta vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................. 221 FIGURA 6.18. Ecuación de la curva de afectación del hormigón simple a tracción indirecta vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................. 222 FIGURA 6.19. Afectación de la resistencia a tracción indirecta del hormigón simple vs Temperatura, con valores extrapolados para 900°C y 1200°C ............................................................................................................... 224 FIGURA 6.20. Afectación de la resistencia a tracción indirecta del hormigón simple vs Tiempo, con valores extrapolados para 1200°C ................. 224 FIGURA 6.21. Ecuación de la curva de afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero vs Temperatura (1 hora de afectación) ......................... 227 FIGURA 6.22. Ecuación de la curva de afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero vs Temperatura (2 horas de afectación) ....................... 228 FIGURA 6.23. Ecuación de la curva de afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero vs Temperatura (3 horas de afectación) ....................... 229 FIGURA 6.24. Afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero (%) vs Temperatura (°C), con valores extrapolados para 1200°C ..................... 231 FIGURA 6.25. Afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero (%) vs Tiempo (h), con valores extrapolados para 1200°C ................................ 231 FIGURA 6.26. Ecuación de la curva de afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura (1 hora de afectación) ........ 234 FIGURA 6.27. Ecuación de la curva de afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura (2 horas de afectación) ...... 235 FIGURA 6.28. Ecuación de la curva de afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura (3 horas de afectación) ...... 236 FIGURA 6.29. Afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura, con valores extrapolados para 1200°C ................................... 238.

(21) xxi. FIGURA 6.30. Afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Tiempo, con valores extrapolados para 1200°C ............................................ 238. FIGURA 7.1. Ecuaciones de la afectación de la resistencia a compresión de columnas de hormigón debido a la exposición de altas temperaturas .......... 248.

(22) xxii. LISTA DE TABLAS. TABLA 2.1. Temperaturas de inflamación y autoinflamación de materiales combustibles ........................................................................................................ 16 TABLA 2.2. Temperaturas alcanzadas por el acero de refuerzo expuesto a incendios ........................................................................................................... 17 TABLA 2.3. Ejemplos de clasificación de usos de edificaciones por carga de fuego ............................................................................................................... 29 TABLA 2.4. Clasificación de componentes estructurales .................................... 30 TABLA 2.5. Clasificación de los edificios por su resistencia al fuego .................. 31 TABLA 2.6. Módulo de elasticidad de algunos materiales ................................... 37 TABLA 2.7. Temperaturas y tiempos de exposición de probetas ........................ 44 TABLA 2.8. Número total de viguetas ................................................................. 44 TABLA 2.9. Resumen de resultados para el módulo de rotura de vigas con un. ρ min. = 0.0033, 1.78 ρ min. = 0.0054, y 2.78 ρ min. =. 0.0084 .................................................................................................................. 48 TABLA 2.10. Variaciones más significativas del módulo de rotura con el tiempo de exposición a una temperatura constante ............................................. 53. TABLA 3.1. Combinaciones temperatura – tiempo.............................................. 56 TABLA 3.2. Comparación entre valores de la curva ISO 834 y valores de la curva 900ºC – 3 horas ...................................................................................... 58 TABLA 3.3. Combinaciones de afectación temperatura – tiempo ....................... 63 TABLA 3.4. Cantidad total de columnas de hormigón armado para cada ensayo y combinación temperatura – tiempo ....................................................... 64 TABLA 3.5. Requisitos mínimos en función del número de pisos de la vivienda con pórticos de hormigón y losas ........................................................... 66 TABLA 3.6. Diámetros mínimos y máximos de las varillas de refuerzo ............... 70 TABLA 3.7. Recubrimiento especificado para elementos de concreto construidos en sitio no preesforzados .................................................................. 71.

(23) xxiii. TABLA 3.8. Diámetro mínimo interior de doblado y geometría del gancho estándar para estribos, amarras y estribos cerrados de confinamiento ............... 78 TABLA 3.9. Resumen de características de las columnas de ensayo ................. 81 TABLA 3.10. Propiedades obtenidas y requisitos del cemento ........................... 83 TABLA 3.11. Propiedades obtenidas y requisitos de la arena ............................. 84 TABLA 3.12. Propiedades obtenidas y requisitos del ripio .................................. 85 TABLA 3.13. Propiedades obtenidas y requisitos de las varillas de acero .......... 86 TABLA 3.14. Dosificación en peso para 1m3 de hormigón 210 Kg/cm2............... 87 TABLA 3.15. Dosificación final en peso para 1 m3 de hormigón 210 Kg/cm2 .................................................................................................................. 89 TABLA 3.16. Dosificación final en peso para 1 saco de cemento ....................... 90 TABLA 3.17. Volumen requerido de hormigón .................................................... 91 TABLA 3.18. Cantidades finales de cada componente para el volumen requerido de hormigón ......................................................................................... 92 TABLA 3.19. Planilla de hierros ........................................................................... 93 TABLA 3.20. Volumen de obra ............................................................................ 93 TABLA 3.21. Orden de los componentes para la mezcla .................................... 95 TABLA 3.22. Tipos de consistencia de la mezcla de hormigón ........................... 97. TABLA 4.1. Dimensiones y pesos de los cilindros............................................. 104 TABLA 4.2. (Continuación) Dimensiones y pesos de los cilindros .................... 105 TABLA 4.3. Resistencia de cilindros a los 28 días ............................................ 107 TABLA 4.4. Estándares de control del concreto con una resistencia a la compresión fć ≤ 352 kg/cm2 .............................................................................. 110 TABLA 4.5. Control de calidad en la variación de la resistencia de cilindros .............................................................................................................. 111 TABLA 4.6. (Continuación) Control de calidad en la variación de la resistencia de cilindros ....................................................................................... 112 TABLA 4.7. Área de sección de columnas de hormigón armado ...................... 118.

(24) xxiv. TABLA 4.8. (Continuación) Área de sección de columnas de hormigón armado ............................................................................................................... 119 TABLA 4.9. Carga máxima de columnas de hormigón armado ......................... 120 TABLA 4.10. Dimensiones de los núcleos ensayados a compresión ................ 126 TABLA 4.11. (Continuación) Dimensiones de los núcleos ensayados a compresión ......................................................................................................... 127 TABLA 4.12. Relación altura diámetro, área, volumen, peso específico y carga máxima de los núcleos ensayados a compresión .................................... 128 TABLA 4.13. (Continuación) Relación altura diámetro, área, volumen, peso específico y carga máxima de los núcleos ensayados a compresión ........ 129 TABLA 4.14. Área de sección de núcleos de hormigón simple ensayados a tracción indirecta ............................................................................................. 134 TABLA 4.15. (Continuación) Área de sección de núcleos de hormigón simple ensayados a tracción indirecta ................................................................ 135 TABLA 4.16. Carga máxima de núcleos de hormigón simple ensayados a tracción indirecta ................................................................................................ 136 TABLA 4.17. (Continuación) Carga máxima de núcleos de hormigón simple ensayados a tracción indirecta................................................................ 137 TABLA 4.18. Diámetros y longitudes para ensayo a tracción de varilla de acero .................................................................................................................. 142 TABLA 4.19. Velocidad de ensayo a tracción de acero en función de módulo de elasticidad ......................................................................................... 143 TABLA 4.20. Diámetro y cargas obtenidas de las varillas de acero de refuerzo longitudinal ........................................................................................... 145 TABLA 4.21. (Continuación) Diámetro y cargas obtenidas de las varillas de acero de refuerzo longitudinal ....................................................................... 146 TABLA 4.22. Longitudes calibradas y elongación de las varillas de acero de refuerzo longitudinal ...................................................................................... 147 TABLA 4.23. (Continuación) Longitudes calibradas y elongación de las varillas de acero de refuerzo longitudinal ........................................................... 148.

(25) xxv. TABLA 5.1. Altura promedio y volumen de columnas de hormigón armado ..... 150 TABLA 5.2. (Continuación) Altura promedio y volumen de columnas de hormigón armado ............................................................................................... 151 TABLA 5.3. Pesos y pesos específicos de columnas de hormigón armado ............................................................................................................... 152 TABLA 5.4. (Continuación) Pesos y pesos específicos de columnas de hormigón armado ............................................................................................... 153 TABLA 5.5. Pesos específicos promedios iniciales, finales y afectación de pesos específicos del hormigón armado para cada combinación de temperatura y tiempo de exposición. .................................................................. 154 TABLA 5.6. Resistencia a compresión fć de las columnas de hormigón armado ............................................................................................................... 159 TABLA 5.7. Resistencia a compresión fć promedio del hormigón armado H.A y su afectación para cada combinación temperatura – tiempo de exposición .......................................................................................................... 160 TABLA 5.8. Factores de corrección para la resistencia a compresión de núcleos cilíndricos con esbeltez entre 1 y 1.75 .................................................. 165 TABLA 5.9. Resistencia a compresión fć de los núcleos de hormigón extraídos de las columnas de hormigón armado ................................................ 166 TABLA 5.10. (Continuación) Resistencia a compresión fć de los núcleos de hormigón extraídos de las columnas de hormigón armado ........................... 167 TABLA 5.11. Resistencia a compresión fć promedio del hormigón simple H.S y su afectación para cada combinación temperatura – tiempo de exposición .......................................................................................................... 168 TABLA 5.12. Resistencia a tracción indirecta Rt de los núcleos de hormigón extraídos de las columnas de hormigón armado ................................ 173 TABLA 5.13. (Continuación) Resistencia a tracción indirecta Rt de los núcleos de hormigón extraídos de las columnas de hormigón armado .............. 174.

(26) xxvi. TABLA 5.14. Resistencia a tracción indirecta Rt promedio del hormigón simple H.S y su afectación para cada combinación temperatura – tiempo de exposición ..................................................................................................... 175 TABLA 5.15. Resistencia a tracción (máxima y fluencia) de las varillas longitudinales de acero extraídas de las columnas ............................................ 180 TABLA 5.16. (Continuación) Resistencia a tracción (máxima y fluencia) de las varillas longitudinales de acero extraídas ..................................................... 181 TABLA 5.17. Esfuerzo de fluencia fy promedio de las varillas longitudinales de acero extraídas de las columnas de hormigón armado y su afectación para cada combinación temperatura – tiempo de exposición ...... 182 TABLA 5.18. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas patrón de hormigón armado (0ºC y 0 horas de afectación) ................ 188 TABLA 5.19. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 300ºC y 1 hora de afectación .................... 188 TABLA 5.20. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 300ºC y 2 horas de afectación .................. 189 TABLA 5.21. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 300ºC y 3 horas de afectación .................. 189 TABLA 5.22. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 600ºC y 1 hora de afectación .................... 190 TABLA 5.23. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 600ºC y 2 horas de afectación .................. 190 TABLA 5.24. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 600ºC y 3 horas de afectación .................. 191 TABLA 5.25. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 900ºC y 1 hora de afectación .................... 191 TABLA 5.26. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 900ºC y 2 horas de afectación .................. 192 TABLA 5.27. Módulo de elasticidad y rigidez a compresión de las columnas de hormigón armado con 900ºC y 3 horas de afectación .................. 192.

(27) xxvii. TABLA 5.28. Módulo de elasticidad promedio de las columnas de hormigón armado H.A, y su afectación para cada combinación temperatura – tiempo de exposición .................................................................. 193 TABLA 5.29. Rigidez a la compresión promedio de las columnas de hormigón armado H.A, y su afectación para cada combinación temperatura – tiempo de exposición .................................................................. 194 TABLA 6.1. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura (1 hora de afectación)............................................................................................. 198 TABLA 6.2. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura (2 horas de afectación) ........................................................................................... 199 TABLA 6.3. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del peso específico del hormigón armado vs Temperatura (3 horas de afectación) ........................................................................................... 200 TABLA 6.4. Afectación del peso específico del hormigón armado H.A con valores extrapolados para 1200°C ..................................................................... 201 TABLA 6.5. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura (1 hora de afectación) ................................................................... 204 TABLA 6.6. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................................................. 205 TABLA 6.7. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón armado vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................................................. 206 TABLA 6.8. Afectación de la resistencia a compresión fć del hormigón armado H.A con valores extrapolados para 1200°C .......................................... 207.

(28) xxviii. TABLA 6.9. Extrapolación de 900°C y 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura (1 hora de afectación) ................................................................... 211 TABLA 6.10. Extrapolación de 900°C y 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................................................. 212 TABLA 6.11. Extrapolación de 900°C y 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la resistencia a compresión del hormigón simple vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................................................. 213 TABLA 6.12. Afectación de la resistencia a compresión fć del hormigón simple H.S con valores extrapolados para 900°C y 1200°C .............................. 214 TABLA 6.13. Comparación entre la afectación a compresión del hormigón armado y hormigón simple con 600°C de temperatura de exposición. .............. 216 TABLA 6.14. Comparación entre la afectación a compresión del hormigón armado y hormigón simple con 900°C de temperatura de exposición. .............. 217 TABLA 6.15. Comparación entre la afectación a compresión del hormigón armado y hormigón simple con 1200°C de temperatura de exposición. ............ 218 TABLA 6.16. Porcentaje de la resistencia a tracción indirecta con respecto a la compresión ................................................................................... 219 TABLA 6.17. Extrapolación de 900°C y 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del hormigón simple a tracción indirecta vs Temperatura (1 hora de afectación) ................................................................... 221 TABLA 6.18. Extrapolación de 900°C y 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del hormigón simple a tracción indirecta vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................................................. 222 TABLA 6.19. Extrapolación de 900°C y 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del hormigón simple a tracción indirecta vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................................................. 223 TABLA 6.20. Afectación de la resistencia a tracción indirecta Rt del hormigón simple H.S con valores extrapolados para 900°C y 1200°C............... 223.

(29) xxix. TABLA 6.21. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero vs Temperatura (1 hora de afectación) ................................................................... 227 TABLA 6.22. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................................................. 228 TABLA 6.23. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación del esfuerzo de fluencia de las varillas de acero vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................................................. 229 TABLA 6.24. Afectación del esfuerzo de fluencia fy de las varillas de acero con valores extrapolados para 1200°C .................................................... 230 TABLA 6.25. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura (1 hora de afectación) ................................................................... 234 TABLA 6.26. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura (2 horas de afectación) ................................................................. 235 TABLA 6.27. Extrapolación de 1200°C con la ecuación de la curva de afectación de la rigidez a compresión del hormigón armado vs Temperatura (3 horas de afectación) ................................................................. 236 TABLA 6.28. Afectación de la rigidez a compresión AE del hormigón armado H.A con valores extrapolados para 1200°C .......................................... 237 TABLA 6.29. Diferencia de color entre columnas de hormigón armado no afectadas (patrón) y afectadas por altas temperaturas ...................................... 241.

(30) xxx. RESUMEN El presente estudio se refiere a la elaboración de elementos tipo columna de hormigón armado. Dichos elementos fueron afectados por altas temperaturas en base a la curva ISO 834 con las siguientes temperaturas: 300°C, 600°C y 900°C, en los tiempos de exposición de una, dos y tres horas mediante un horno de laboratorio para después comparar las propiedades con columnas de hormigón armado no afectadas por altas temperaturas. Posteriormente,. se realizaron ensayos de compresión en las columnas de. hormigón armado para determinar los porcentajes de afectación de la resistencia a compresión de los elementos mencionados debido a la exposición de altas temperaturas. Se realizaron ensayos de compresión y tracción indirecta en núcleos de hormigón simple, dichos núcleos fueron extraídos a partir de columnas de hormigón armado destinadas para este ensayo. En base a los resultados obtenidos se determinaron los porcentajes de afectación de la resistencia a compresión y tracción indirecta en el hormigón simple. A partir de las varillas de acero de columnas de hormigón armado, se realizaron ensayos a tracción para determinar los porcentajes de afectación de la resistencia a tracción de los elementos mencionados. Finalmente se resume los resultados de los ensayos en base a gráficas y tablas, se extrapola para valores de 1200°C.. Palabras clave: altas temperaturas, hormigón armado, columna, afectación, compresión, tracción..

(31) xxxi. ABSTRACT This study is about the production of reinforced concrete column-type elements. These elements were damaged by high temperatures based on the ISO 834 curve with the following temperatures: 300°C, 600°C, and 900°C, with exposure times of one, two, and three hours using a laboratory oven to later compare their properties with reinforced concrete columns not damaged by high temperatures. Subsequently, compression tests on reinforced concrete columns were carried out to determine the damage percentages of the compressive strength of the elements due to their exposure to high temperatures. Compression and indirect traction tests were carried out on simple concrete cores. The cores were extracted from reinforced concrete columns reserved for this test. Based on the obtained results, the damage percentages of the compressive and indirect tensile strength in simple concrete were determined. From the steel rods of reinforced concrete columns, traction tests were carried out to determine the damage percentages of the yield strength of the elements. Finally, the results of the tests are summarized with graphs and tables, extrapolated for values of 1200°C.. Keywords: high temperatures, reinforced concrete, column, damage, compression, traction..

(32) xxxii. PRESENTACIÓN El presente trabajo de titulación está desarrollado en nueve capítulos, los cuales se detallan a continuación. El Capítulo uno es la introducción, la cual describe los antecedentes referentes al tema, los objetivos a cumplir, el planteamiento del problema, y la justificación para el desarrollo del trabajo. El Capítulo dos describe el marco teórico, donde se engloba toda la teoría que sirve de base para la ejecución del presente estudio. Se divide en fundamentos teóricos sobre: el fuego, incendios estructurales, efectos del fuego en el hormigón armado, curvas de fuego, clasificación de elementos estructurales en base a exposiciones térmicas, resistencia de materiales, y un estudio previo relacionado al presente. El Capítulo tres es la primera etapa de la metodología, el planteamiento experimental. En este capítulo se detalla sobre las combinaciones temperatura – tiempo de exposición que se utilizan, las curvas de fuego generadas para el estudio, los ensayos planteados, la cantidad de columnas de ensayo y su diseño, los ensayos de los componentes del hormigón, la dosificación del hormigón, y el proceso para la elaboración de las columnas desde el encofrado hasta el curado. El Capítulo cuatro corresponde a la segunda etapa de la metodología, la etapa experimental, donde se describe la resistencia de los cilindros de hormigón y su control de calidad, la descripción del equipo y procedimiento de los ensayos planteados hasta la obtención de las cargas máximas generadas en laboratorio. El Capítulo cinco se enfoca en los resultados, los cuales corresponden a los porcentajes de afectación de las resistencias obtenidas en base a las cargas máximas presentadas en el Capítulo cuatro. Mientras que el Capítulo seis es el análisis de los resultados obtenidos en el Capítulo cinco, para lo cual se extrapoló valores para la temperatura crítica de 1200ºC. Finalmente, en los Capítulos siete, ocho y nueve se presentan las conclusiones y recomendaciones, las referencias bibliográficas y los anexos, respectivamente..

(33) 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN. 1.1.. ANTECEDENTES. Una estructura de hormigón armado con un sistema estructural tipo pórtico o también llamada estructura aporticada está conformada básicamente por: columnas y vigas (sean éstas, bandas o descolgadas). (Norma Ecuatoriana de la Construcción. Estructuras de hormigón armado [NEC-SE-HM], 2015) El hormigón es un material muy versátil, el cual se adapta fácilmente a cualquier forma geométrica requerida para un elemento estructural, debido a su consistencia plástica en estado fresco. Es por ello que es uno de los materiales más utilizados, inclusive en aquellos países donde se produce acero a gran escala. “En nuestros países latinoamericanos, indudablemente el hormigón o concreto ocupa un primerísimo lugar en el desarrollo de la infraestructura urbana y rural.” (Luna, 2014, p.11) El hormigón armado es un material compuesto que resulta de la combinación entre hormigón y varillas de acero. Mediante esta unión se puede constituir diferentes tipos de elementos estructurales como: cimentaciones, columnas, vigas, losas, y muros. Dichos elementos estructurales representan una solución técnicamente muy adaptable a distintas problemáticas estructurales. Las aplicaciones estructurales del hormigón armado sobrepasan a las de otros materiales. (Urbán, 2006) Dichos elementos estructurales de hormigón armado pueden verse afectados por ciertas amenazas o agentes externos, como incendios, afectándolos no solo estéticamente sino también en sus propiedades mecánicas..

(34) 2. Para poder explicar sobre el concepto de incendio, es necesario primero explicar sobre el fuego. El fuego es una combustión fuertemente exotérmica. La combustión es una reacción química de oxidación que genera calor (reacción exotérmica), emisiones lumínicas en forma de llamas y humo. (Hitado, 2015) Por otra parte, no hay que confundir calor con temperatura. “La temperatura es una manifestación del calor (energía) que poseen todos los cuerpos y depende del movimiento de las moléculas. A mayor movimiento, excitación, agitación o velocidad de traslación de los electrones, mayor temperatura adquiere el cuerpo.” (Hitado, 2015, p.27) Mientras que, el incendio es una combustión (fuego) de grandes proporciones que se propaga de manera incontrolada en el tiempo y en el espacio. El fuego es la combinación de oxígeno, calor, y combustibles. Si alguno o varios de estos componentes aumentan, el fuego y por ende el incendio también aumentarán. (Hitado, 2015) Un incendio al aire libre, en un recinto abierto, como un incendio forestal, puede alcanzar temperaturas de alrededor 700°C, como máximo. Mientras que, un incendio en un recinto cerrado, como un incendio estructural, la amenaza aumenta por la propia estructura del edificio. (ASEFA Seguros, 2011) Un incendio estructural fácilmente puede superar los 700°C. Esto es debido a la transferencia de calor (energía) principalmente mediante radiación y conducción. Por dichas transferencias de calor, se inflaman otros elementos que no estaban afectados por el fuego, lo que hace que el calor aumente y por tanto que el incendio sea de mayores proporciones comparado con un incendio en un recinto abierto. (Hitado, 2015) “El calor deteriora la resistencia y la rigidez de la mayoría de los materiales de construcción, (...)” (Huertas, 2014, p.36).

(35) 3. La radiación se entiende como la propagación del calor a través de ondas electromagnéticas, desde un cuerpo a otro. Dicho calor puede ser transmitido, reflejado o absorbido por el cuerpo receptor. (Hitado, 2015). Por ejemplo, el calor de un incendio estructural aumenta por la radiación de calor reflejada en las paredes del recinto. En un recinto cerrado, la temperatura con respecto a un incendio al aire libre sube un 30% más debido a la reflexión y radiación de las paredes. Es decir, puede llegar fácilmente a los 900ºC. (ASEFA Seguros, 2011) La conducción es la transferencia del calor por contacto directo entre dos cuerpos. Inicialmente, un cuerpo caliente, como el fuego, transmite el calor directamente a un cuerpo frío, que puede ser cualquier objeto dentro del recinto cerrado. (Hitado, 2015). 1.2.. OBJETIVOS. 1.2.1. OBJETIVO GENERAL Analizar los efectos en la resistencia a compresión y tracción de elementos estructurales de hormigón armado después de haber sido afectados por altas temperaturas, mediante ensayos de laboratorio para determinar porcentajes de afectación.. 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ·. Diseñar un planteamiento experimental para ensayar en laboratorio probetas tipo columna de hormigón armado mediante el uso de normas referentes al tema en análisis.. ·. Determinar las resistencias a compresión y tracción de las probetas después de haber sido afectadas a diferentes grados de temperatura y tiempos de exposición, y probetas patrón (no afectadas) mediante ensayos de laboratorio..

(36) 4. ·. Determinar los porcentajes de afectación en las resistencias a compresión y tracción de las probetas afectadas por altas temperaturas relacionándolas con las probetas patrón mediante procesamiento de resultados de laboratorio.. 1.3.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Una estructura de hormigón armado expuesta a altas temperaturas, producto de un incendio o de una explosión, es afectada directamente en la durabilidad y prestaciones mecánicas de la misma. (Ercolani, Ortega & Señas, 2015) En el hormigón y el acero, al igual que en otros materiales, se pueden evidenciar daños tanto físicos como químicos, en muchos casos irreversibles al ser expuestos a temperaturas elevadas. El deterioro será según parámetros tales como: la temperatura, tiempos de exposición, calidad de los agregados y métodos de enfriamiento. (Ercolani, et al., 2015) El hormigón no es un material combustible, por tanto es importante tener en cuenta que su resistencia al fuego sea la suficiente. Por otro lado el aporte de materiales combustibles que se suman a la carga de fuego contenida en la edificación generan una reacción en cadena generando falla o colapso de la estructura. (Vega & Burón, 2007) Una vez que el fuego se ha iniciado, éste se esparce rápidamente debido a la gran presión generada por el incremento de la temperatura en el medio. Dichas temperaturas pueden llegar a 1000°C en 90 min, afectando en gran medida a los componentes estructurales en una edificación (Orellana, 2015) Existen factores que aumentan la probabilidad de un incendio dentro de una construcción. Se ha aumentado el uso generalizado de calefones, y existen muchos edificios o viviendas que han optado por distribución de gas por tubería (bombonas centralizadas) y que en un sismo generarían daños produciendo incendios..