¿Por qué el factor de seguridad para el concreto es 1.5?

Una excelente pregunta de hecho!

Todas las personas que han respondido hasta ahora han resaltado los factores externos asociados con el procesamiento por lotes, el pesaje, la mezcla, la colocación, la compactación y el curado, y la composición heterogénea del concreto. Me gustaría destacar la razón técnica real detrás del factor de seguridad para el concreto siendo 1.5.

La resistencia a la compresión del hormigón en NORMAS INDIAS se denota por fck (resistencia a la compresión característica). Los MÉTODOS DE PRUEBAS PARA LA FUERZA DEL HORMIGÓN se dan en IS: 516–1959.

La resistencia a la compresión del hormigón se da en términos de la resistencia a la compresión característica de cubos de 150 mm de tamaño probados a los 28 días ( fck ). La resistencia característica se define como la resistencia del concreto debajo de la cual no se espera que caiga más del 5% de los resultados de la prueba.

Resistencia a la compresión del hormigón = fck

Cuando tenemos en cuenta factores como la contracción y la fluencia, una extensa investigación ha encontrado que el grado de relajación de la resistencia a la compresión en el acero es del 15%.

Resistencia a la compresión del concreto = 0.85fck ( después de contracción y fluencia)

Ahora, quiero citar el texto de IS: 516–1959 directamente aquí. Este extracto es el siguiente,

5.6.1 Se obtendrá un factor de corrección de acuerdo con la relación altura / diámetro del espécimen después del tapado a partir de la curva que se muestra en la Fig (no reproducida aquí debido a los derechos de autor). El producto de este factor de corrección y la resistencia a la compresión medida se conocerá como la resistencia a la compresión corregida, siendo esta la resistencia equivalente de un cilindro que tiene una relación altura / diámetro de dos. La resistencia del cubo equivalente del concreto se determinará multiplicando la resistencia del cilindro corregida por 5/4. Además, la comparación entre la resistencia a la compresión del cubo y la resistencia a la compresión del cilindro , a menudo se aplica un factor de 0.8 a la resistencia del cubo para concreto de resistencia normal. (Fuente: efecto de tamaño y forma de la muestra sobre la resistencia a la compresión de HPLWFC reforzado con vidrio fibras).

Así,

Resistencia a la compresión del concreto = 0.8 * (0.85fck) = 0.68fck = (fck / 1.5)

Por lo tanto, se llegó a este factor de 1.5 después de una gran cantidad de investigación, experimentación y aplicación del razonamiento adecuado.

Sinceramente espero que mi respuesta haya sido perspicaz. ¡Salud!

Referencia: IS 516: 1959 (IS 516: Método de pruebas para la resistencia del concreto: Bureau of Indian Standards: Descarga y transmisión gratuitas: Archivo de Internet)

Las estructuras de hormigón se construyen regularmente sin complicaciones. Sin embargo, pueden producirse defectos que pueden atribuirse a problemas relacionados con las condiciones ambientales durante la construcción o con los procedimientos de hormigonado utilizados. Para determinar un método de reparación, es necesario identificar qué causó el defecto. La evaluación de las deficiencias ayuda a garantizar que las reparaciones sean efectivas y que el defecto no se extienda al concreto circundante.

Identificación de defectos concretos

Muchos defectos concretos se reconocen de inmediato y otros no. Ser capaz de identificar adecuadamente el defecto ayudará a elegir los mejores métodos de evaluación y, posteriormente, los mejores métodos de reparación. Los defectos concretos se pueden dividir en cuatro grandes grupos según la observación visual: deformación de la superficie, grietas en la superficie, desintegración de la superficie y otros defectos.

Deformación de la superficie.

Tres defectos causan la deformación de la superficie del concreto, pero pueden no presentar ningún otro síntoma. El primero es rizado o deformado. Esta es la deformación de los bordes y esquinas de una losa en el suelo en ausencia de cargas. Cuando es causada por la humedad, esta deformación se llama deformación; cuando es causado por la temperatura, se llama rizado. El segundo defecto es la delaminación del mortero superficial del hormigón subyacente. Es difícil observar visualmente una delaminación antes de que se desprenda de la superficie. Sin embargo, en pequeñas ubicaciones discretas, la superficie puede exhibir un aumento convexo llamado formación de ampollas. Las ampollas generalmente están aisladas, pero pueden estar muy separadas y pueden combinarse para formar una gran ampolla o delaminación. Un tercer defecto ocurre cuando puntos bajos aislados en la superficie recogen agua y no tienen medios de drenaje. Estas piscinas de agua superficial se conocen como “baños de pájaros”.

Grietas de la superficie

Las grietas aparecen en el concreto por muchas razones. Algunas grietas pueden aparecer como síntomas secundarios de otros defectos, como una grieta larga y redondeada después de la falla estructural de una losa deformada. Aquí se discuten grietas que son síntomas primarios de angustia, causados ​​por cambios de volumen y fallas estructurales.

Las grietas por contracción tienen muchos aspectos diferentes y pueden ser difíciles de distinguir de las grietas causadas por otros mecanismos. Las grietas discretas y paralelas que parecen rasgar la superficie son causadas por la contracción mientras el concreto aún está fresco, llamado contracción plástica. Las grietas o fisuras finas al azar que solo se pueden ver cuando el concreto se seca después de humedecerse se llaman grietas. Este defecto también puede hacerse evidente cuando se aplica un recubrimiento translúcido a la superficie del concreto. El agrietamiento que ocurre en un patrón de tres puntos generalmente es causado por la contracción por secado. El agrietamiento de patrón grande, llamado agrietamiento de mapa, puede ser causado por la reacción de álcali-sílice dentro del concreto. El agrietamiento por falla estructural puede parecerse a muchos otros tipos de agrietamiento; sin embargo, en losas a menudo se asocian con cambios de elevación posteriores, donde un lado de la grieta es más bajo que el otro.

Desintegración de la superficie.

La desintegración de la superficie generalmente es causada por tres tipos de angustia. Cuando se forma la lechada en la superficie, se llama polvo. Esto puede deberse a varias razones, que incluyen la carbonatación de la superficie por calentadores sin ventilación o la aplicación de agua durante el acabado. El enmarañamiento o astillamiento en las juntas ocurre cuando los agregados o pedazos de concreto de los bordes de las juntas se desalojan. La última forma de desintegración es la ruptura de piezas de la superficie del concreto generalmente causada por delaminaciones y ampollas. Las ventanas emergentes son fragmentos cónicos que salen de la superficie, por lo general, dejan un agregado roto en el fondo del agujero. Los popoffs, o escamas de mortero, son similares a los popouts, excepto que el agregado no está roto y la pieza rota generalmente es más pequeña. La descamación de la superficie de concreto sobre un área extendida se llama escalamiento.

Otros defectos

Otros defectos incluyen decoloración del hormigón; orificios de falla, que son pequeños huecos en la superficie de las ubicaciones verticales de concreto, y panal, que es la presencia de grandes huecos en el concreto causados ​​por una consolidación inadecuada.

Entonces, el concreto tiene más defectos que el acero. Entonces, el factor de seguridad para el concreto es mayor. Pero no hay pruebas teóricas de que solo se debe usar 1.5.

Corrígeme si me equivoco en alguna parte.

Gracias por A2A

Muy buena respuesta detallada de Manikantha Sarath. Me gustaría corregir ligeramente su respuesta y agregar algunos puntos más. En realidad, la pregunta es ligeramente incorrecta. El interlocutor pregunta sobre el ‘Factor de seguridad parcial’ para el concreto.

Por definición

resistencia de diseño = (resistencia característica / factor de seguridad parcial)

Según lo elaborado por Manikantha en su respuesta, 0.8 * (0.85fck) = 0.68fck es la resistencia característica del concreto solamente.

IS 456: 2000 toma este 0.67 fck (Consulte el Capítulo 38, Fig. 21).

Factor de seguridad parcial para hormigón γm = 1.50,

por lo tanto, diseñe la resistencia del concreto = 0.67fck / 1.5 = 0.446fck

Ahora para responder por qué el ‘factor de seguridad parcial’ para el concreto es 1.5?

Breve historia:

• Working Stress Method (WSM) , 100 años o más, utiliza la teoría elástica lineal.
• Más tarde, la gente pasó de WSM a Ultimate Load Method (ULM) en la década de 1950.
• El diseño de concepto probabilístico comenzó a desarrollarse después de mediados de la década de 1960. La idea básica era considerar el riesgo involucrado en el diseño en términos de probabilidad de falla, que evolucionó como métodos basados ​​en confiabilidad que formaron el concepto principal detrás de nuestro método moderno de estado límite (LSM).
• Inicialmente, los profesionales no lo aceptaron como la teoría, ya que este enfoque parecía complicado e intratable. Por lo tanto, para simplificar, se utilizaron ” múltiples factores de seguridad parcial” .

Para llegar a factores de seguridad parciales tanto para las cargas (γf) como para el material (γm) , IS 456: 2000 utiliza el método de confiabilidad de nivel 1. Los factores parciales utilizados en IS 456: 2000 para cargas y materiales se dan en la Cláusula 36.4 Factores de seguridad parciales.

Referencia:

• IS 456: 2000 Hormigón liso y reforzado – Código de prácticas.
• Diseño de hormigón armado (2ª edición) por S. Unnikrishna Pillai y Devdas Menon.

PARA HORMIGÓN:

El factor de seguridad (FOS) para el concreto se toma como 1.5 , esto se debe a que el concreto se prepara en el sitio mismo. y, por lo tanto, la posibilidad de una preparación inadecuada de la mezcla es alta debido a varias razones que incluyen

• trabajo laboral sin experiencia;
• relación de mezcla inadecuada de componentes de hormigón (cemento, arena, hormigón, agua);
• compactación inadecuada de hormigón;
• uso de agua salada;
• Recubrimiento de polvo en el agregado, etc.

Como resultado de estas imperfecciones, el concreto puede no alcanzar su resistencia total.

PARA ACERO :

Pero para el acero (FOS) se toma como 1.15 menos que el concreto porque el acero se fabrica en fábrica , donde las posibilidades de imperfecciones se reducen en una cantidad mayor.

Yo, siendo ingeniero mecánico, responderé esto en términos de diseño.

En primer lugar, debemos comprender el factor de seguridad. Representa la variación que puede venir con respecto a los valores de diseño reales. Por lo tanto, un factor de seguridad de 1.5 significa que la pieza / componente está hecha para soportar 1.5 veces la carga requerida.

Ahora como se discute el concreto. No es solo un material, sino una combinación de diferentes materiales, cada uno de los cuales tiene sus propias variables. Si el hormigón se fabrica según el diseño exacto, es decir, un factor de seguridad 1.0. Todos los componentes deben agregarse en proporción exacta siempre, lo cual es una tarea muy poco práctica. Por lo tanto, un factor de seguridad 1.5 asegura que, a pesar de todas las variables, el concreto realiza su tarea.

Ahora uno puede preguntarse por qué el factor de seguridad no debe aumentarse a 100, ya que puede hacer que el concreto sea más seguro. Aquí está el truco. Aumentar el factor de seguridad no significa que una parte sea más segura. Significa que está diseñado para n veces la carga de diseño, siendo n factor de seguridad. El creciente factor de seguridad le permitirá desviarse de la carga de diseño al aumentar el material y el costo

Esta es una gran pregunta.

Puede tener dos connotaciones diferentes.

1. ¿Es adecuado tener un FOS de 1.5 para concreto ? ¿Por qué no se debe aumentar?
2. ¿Es necesario tener un FOS de 1.5 para concreto? ¿Se puede reducir esto?

El tipo de variables que uno encuentra al completar el casting en el sitio es simplemente fenomenal.

Enumeremos solo algunos aquí:

Todo dicho y hecho, el lote de hormigón se realiza por volumen. Créame, incluso aquellos que dicen que están ejecutando según la mezcla de diseño también obtienen los pesos de los ingredientes convertidos en volumen.

Mientras lo hace por volumen, el contratista de mano de obra coloca el Measuring Farma en un lado y usa Pati, Ghamela o Tagari para mezclar.

Los Tagari son de tamaños no estándar y nuevamente el nivel exacto de llenado varía.

Ahora ven a la proporción de cemento de agua.

Esto no lo controlan los ingenieros del sitio sino el operador del mezclador. Esta persona no escucha a nadie más que al masón.

Mason obtiene el concreto hecho kadak o Naram según su nivel de dificultad para terminar.

(En otro momento planeo extender esta lista)

Ahora dígame, a pesar de todas estas desviaciones, el edificio se encuentra allí … como testimonio de todas las malas prácticas de mano de obra de mala calidad.

Felicitaciones a los diseñadores.

Felicitaciones a sus esfuerzos.

Editar 01:

Le recomiendo que vea mi video en este enlace. Eche un vistazo a la forma en que se opera el mezclador, cómo se agregan los materiales. Esto respaldará la respuesta:

Losa de RCC que se echa [1]

Otro video para ti. Ahora mire la colocación del hormigón. La proporción de cemento de agua se puede juzgar por la forma en que fluye la latencia en el concreto.

Losa RCC: colocación de hormigón [2]

Gracias por la A2A

Feliz de ayudarlo a visualizar

Notas al pie

[1] Proceso de fundición de la losa RCC

[2] Fundición de una losa RCC

Debido a que el concreto se fabrica en el sitio con poca supervisión y, por lo tanto, hay mucha variabilidad del material en el concreto, y la resistencia deseada no se logra por completo. Por lo tanto, para compensar este problema, se aplica un FOS de 1.5 a la resistencia característica del concreto.

¿Qué más quieres que sea? Es 1.5 en India y algunos otros países. Si crees que es demasiado bueno, déjame decirte que es suficiente y depende del control de calidad durante la fabricación del concreto y la calidad de los ingredientes utilizados.

Se acordó que un valor de 1.5 era suficiente para cubrir las posibilidades de mal control de calidad y errores al producir concreto.

Porque hay dos fuentes de incertidumbre para el concreto. Cuando elige una mezcla de concreto para una resistencia a la compresión específica, establece un objetivo más alto para asegurarse de que al menos el 95% de su especie tenga una resistencia más alta de lo que necesita.

Además de esto, no está seguro de que sus cargas, suposiciones de diseño y técnicas de construcción sean precisas, por lo que establece un nuevo factor de seguridad.

1.5 es el factor de seguridad del concreto en el diseño de estado límite. 1.5 se utiliza porque una mezcla de concreto está diseñada para alcanzar el 100% de resistencia. 1.5 se multiplica por la resistencia del concreto para soportar cargas excesivas cuando se somete, es solo una medida de seguridad que se toma en un propósito futuro