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UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIN INGENIERA CIVIL
1
INTRODUCCIN
Hoy en da en el Per el uso del concreto y por ende el concreto reforzado ha sido
utilizado en diferentes tipos de edificaciones, con esto tambin en el campo de la
ingeniera ha sido de mucho importancia el conocer su comportamiento estructural de
cada uno de los elementos de una construccin.
El concreto es una composicin de muchos materiales y aglomerantes, estudiarlos y
conocerlos ser de mucho nfasis en este traba!o, as como tambin conocer los
factores "ue influenciaran en la resistencia del concreto. Entendemos "ue el hablar de
resistencia, trataremos al concreto en su estado fresco y estado endurecido, dando a
conocer la forma correcta del colocado, mezclado y otros puntos de mucha importancia
en la resistencia del concreto.
En todos los casos "ue se mane!an en estructuras de concreto armado, para el dise#o
de los elementos se hace necesario determinar las reacciones e!ercidas sobre el
elemento, aplicando en algunos casos simples ecuaciones de e"uilibrio esttico y en
otros encontraremos "ue las incgnitas son ms "ue las ecuaciones "ue pudisemos
disponer.
Esto nos conlle$a a conocer propiedades y factores "ue influenciaran en el concreto
%rmado, el conocer la historia tambin ser importante ya "ue nos mostrara como fue la
in$encin de esta y como se traba!aba antes y "ue materiales utilizaban.
CONCRETO ARMADO I
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&
1. HISTORIA
CONCRETO
'(ontrariamente a la impresin "ue uno podra lle$arse al mirar el ambiente hecho por
el hombre en el siglo )), el concreto es un material de construccin relati$amente
reciente. *lo se ha con$ertido en un material de construccin establecido durante el
ltimo siglo. +(mo se desarroll el concreto, +-u factores alimentaron su
progreso, y +(ules fueron algunos de sus puntos cruciales' esde la alborada de la
historia, el hombre ha buscado materiales para pegar piedras y /adrillos en paredes y
fundaciones. /os asirios y babilonios utilizaron materiales bituminosos en sus muros0
los egipcios utilizaron morteros de cal y yeso en la construccin de la Pirmide de
eops y en otras estructuras. /os morteros romanos han tenido una muy buenareputacin debido a la durabilidad de sus estructuras. /os acueductos y el (oliseo lo
confirman. ichos morteros se hacan de cal mezclada con una roca $olcnica
llamada puzolana, hallada cerca del 2onte 3esubio. Esto formaba un material firme,
cementante, "ue endureca ba!o el agua. /os romanos no saban por "u el mortero de
puzolana era superior al de cal, pero desplegaron una gran habilidad en prepararlo y
utilizarlo. /a marcada duracin de estas estructuras se debe en parte a este mortero de
cal y slice y en parte al clima fa$orable en la zona.
ORIGENES DEL CEMENTO
El primer paso para llegar a los morteros de los tiempos modernos fue la manufactura y
uso de canales hidrulicas. urante la reconstruccin del faro de Eddystone en 1456,
7ohn *meaton 814&9 : 14;&< obser$ "ue el mortero de cal ordinaria no se endurecera
ba!o el agua, por lo "ue no sera lo suficientemente durable para resistir las olas y
descubri "ue el me!or mortero pro$ena de las calizas con el ms alto porcenta!e de
arcilla. *meaton tu$o as la primera nocin de los tiempos 2odernos acerca de los
elementos "ue incrementan la resistencia de los morteros de cal y le permiten
endurecerse ba!o el agua. En la historia de la ingeniera ci$il el faro de Eddystone es un
punto decisi$o, ya "ue ilumin el 'oscuridad' de cerca de &.=== a#os.
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>
Es la base sobre la "ue se ha construido nuestro conocimiento de los morteros
hidrulicos.
El siguiente hombre en e?tender notablemente nuestro conocimiento de los morteros
fue el Eminente ingeniero francs 7. /. 3icat 814@6 : 1@61= la industria americana de cemento
natural estaba en su infancia, los constructores tenan "ue importar de Fnglaterra
cemento natural o el nue$o cemento portland.
EL NACIMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND
El 15 de diciembre de 1@&9, 7oseph %spdin 8144; : 1@55
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pero gradualmente el cemento domstico desarroll la suya propia. %un"ue al comienzo
el principal uso del cemento era en morteros para pegar ladrillos y piedras en la
construccin de puentes, pilas, contrafuertes, fundaciones y muros, los ingenieros a
$eces usaban una En la ciudad de Aue$a CorD, Gbadiah ParDer construy una casa
renacentista griega de concreto en 1@>50 &1 a#os ms tarde, Horace Ireeley, editor
del 'AeJ CorD Kribune', construy un granero de concreto de tres pisos y medio en
(happa"ua,
Aue$a CorD. 2s tarde, con$ertido en una residencia, este granero ha sido utilizado
durante el ltimo siglo. %lgunas casas grandes de concreto construidas siguiendo el
e!emplo de Ireeley, an sobre$i$en en Aue$a CorD. Para lograr a$anzar en el
desarrollo de puentes de concreto, hubo "ue
Esperar el ad$enimiento del concreto reforzado. El episodio ms dramtico en losanales del concreto ocurri en el Gcano Fndico en 1@@=. Bn irlands, 7ohn enlon,
naufrag en las Fslas (rozet cuando un rayo incendi su $elero. (omo las islas estaban
muy le!os de las rutas transitadas y el rescate era improbable, enlon busc la forma de
construir una embarcacin -ue lo retornara a la ci$ilizacin. Entonces record una
casa de concreto en la "ue haba traba!ado cuando era un muchacho. espus de
algunos e?perimentos encontr ciertas rocas, las moli y las "uem para hacer
cemento.
(onstruy una chalupa de concreto de ;,@ m y na$eg en ella 1.6== millas 8&.545 Dm. Para poder realizar un con!unto de departamentos se emplean estructuras
especiales "ue permiten poder realizar el $aciado y construccin de manera
rpida. Kambin se le puede dar la forma "ue uno desea.9. Es durable a largo tiempo y no re"uiere de una gran in$ersin para su
mantenimiento. Kiene una $ida til e?tensa.5. Es resistente al efecto del agua una $ez est consolidado.6. En incendios de intensidad media, el concreto solo sufre da#os superficiales.
Qesistente al fuego.4. Para su colocacin y curado no re"uiere de mano calificada.@. /as estructuras poseen un carcter monoltico "ue le permite soportar cargas
ssmicas y de $iento.
2.2. Desventajas
% continuacin se mencionan 5 des$enta!as "ue muestra el (oncreto %rmado frente a
otros materialesU
1. Kiene poca resistencia a la traccin, apro?imadamente la dcima parte de suresistencia a la compresin. %un"ue el acero se coloca de modo "ue absorba
estos esfuerzos, la formacin de grietas es ine$itable.&. Qe"uiere de encofrado lo cual implica su habilitacin, $aciado, espera hasta "ue
el concreto alcance la resistencia re"uerida y desencofrado. (on el tiempo "ue
estas operaciones implican el costo del encofrado puede alcanzar entre un tercio
y dos tercios del costo total de la obra.
>. *u relacin resistencia a la compresin $ersus peso est muy por deba!o "ue la
correspondiente al acero, el cual es ms eficiente cuando se trata de cubrir
grandes luces. El concreto re"uiere mayores secciones y por ende el peso propio
es una carga muy importante en el dise#o.9. Qe"uiere de un permanente control de calidad, pues sta se $e afectada por las
operaciones de mezcla, colocacin, curado, etc.
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5. Presenta deformaciones $ariables con el tiempo. Ya!o cargas sostenidas, las
defle?iones en los elementos se incrementan con el tiempo.
3. MTODOS DE DISEO:
% tra$s de los a#os se ha empleados di$ersos tipos de mtodos para el dise#o en
concreto armado, ellos sonU
ise#o plstico ise#o por capacidad ise#o elstico o por cargas de ser$icio ise#o Bnificado ise#o a la rotura o por resistencia ltima (DISEO POR RESISTENCIA)
3.1. DISEO PLSTICO
Es importante resaltar "ue el ise#o por Qesistencia no debe confundirse con el ise#o
Plstico. El ise#o Plstico 8/mite< permite determinar el factor de seguridad global de
una estructura, entendido como el cociente entre la carga de falla 8lmite< y la carga de
ser$icio.
El ise#o Plstico es simplemente un ise#o por Qesistencia en el cual se utiliza elanlisis plstico de estructuras en lugar de anlisis lineal L elstico. /a secuencia es la
siguienteU
a. *e realiza un anlisis plstico en el cual se in$estiga los posibles mecanismos
plsticos de la estructura o elemento estructural.b. *e selecciona el mecanismo plstico probable.c. e pro$een las resistencias utilizando el ise#o por Qesistencia de las
secciones.
d. *e detallan los refuerzos de las rotulas plsticas para "ue puedan desarrollaruna respuesta inelstica.
e. *e in$estigan los modos de falla no deseados 8por e!emplo cortante< mediante el
ise#o por (apacidad.
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Bna de las aplicaciones ms importantes del ise#o Plstico en concreto armado, se
da en el dise#o de losas por el mtodo denominado de las /neas de Oluencia 8Cield
/ine %nalysis
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Mrp
Mn
M
Curvatura
Mrp
Vp
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c. etallar la distribucin de los refuerzosU acero en traccin, acero en compresin,
ancla!es, empalmes, estribos de confinamiento, etc. Para obtener una respuesta
dctil en fle?in.d. eterminar la Qesistencia Probable 8en este caso 2pr< sobre la base de los
refuerzos realmente colocados. /a Qesistencia Probable puede serconsiderablemente mayor "ue la resistencia de dise#o 8 2n
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o ise#o por cargas admisibleso ise#o por tensiones de traba!o 8* orDing *tress esign.& del cdigo %(F:>1@:&==&.
*ecciones controladas por traccin =.;= *ecciones controladas por compresinUa< Elementos con refuerzo en espiral =.45b< Gtros elementos =.4=
(uando la deformacin en el acero a traccin a la resistencia nominal est
en los lmites entre la seccin controlada por traccin o por compresin, el factor se
puede aumentar linealmente entre el $alor de de la seccin controlada por
compresin hasta =.; cuando la deformacin unitaria por traccin tiene un lmite de
=.==5 8$er anlisis de columnas cortas sometidas a fle?o:compresin, diagramas de
interaccin
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Aire = 1 % a %
Ce!ent" = # % a 1$ %
Aua = 1$ % a && %
Area'"()* % a #$ %
A'itiv"( = *+1 % a *+& %
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&
En estructuras "ue dependen de prticos especiales o denue$os estructurales para resistir sismos, los factores semodifican como sigueU
a< Para cual"uier elemento estructural "ue se dise#a resistirefectos de sismo, si su resistencia nominal al corte 3u es
menor "ue el corte necesario para desarrollar la resistencianominal a la fle?in, 3e, determinado para las cargas a?ialesamplificadas ms crticas, incluyendo los efectos de sismo. =.6
b< En diafragmas el factor de reduccin del corte no e?ceder elfactor mnimo de reduccin del corte usado para loscomponentes $erticales del sistema primario para resistircargas laterales.
c< Para corte en nudos o uniones o $igas de cone?in =.@5
Para concreto simple estructural, sin armar, para todos losrefuerzosU fle?in, compresin, fuerza cortante o
aplastamiento. =.65
9. MATERIALES:
El concreto est formado por los siguientes materialesU
cemento+agua+agregado( fino y grueso)+aire+aditivos=concreto
e ello podemos decir "ue el concreto es un hibrido y sus propiedades finales
dependern del estado y propiedades de sus componentes.
+.1. Ce,ent!:
El cemento es el ingrediente acti$o "ue inter$iene en menor cantidad, sin embargo es
el "ue define las tendencias del comportamiento. /a mayora de beneficios "ue
obtenemos del concreto pro$ienen del cemento y la mayora de problemas tambin.
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&
El cemento portland, es el producto resultante de la pul$erizacin muy fina de (linDer, el
cual se obtiene de la calcinacin de materiales calcreos y arcillosos. %l (linDer no se
le agrega ningn producto despus de calcinado, con e?cepcin de agua y yeso,
pudiendo estar este ltimo, a su $ez calcinado o no.
C,,&''!"%
/uego del proceso de formacin del (linDer y molienda final, se obtiene los siguientes
compuestos, los cuales definen el comportamiento del cemento hidratadoU
- *ilicato KriclcicoU (3CaO)SiO2C3 S : %lita
efine la resistencia inicial 8en la primera semana< y tiene mucha importancia
en el calor de hidratacin.
- *ilicato iclcicoU (2CaO )SiO2C2S L Yelitaefine la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de
hidratacin.
- %luminio KriclcicoU (3CaO) Al 2O 3C3 A
%isladamente no tiene trascendencia en la resistencia, pero con los silicatos
condicionales el fraguado $iolento actuando como catalizador, por lo "ue es
necesario a#adir yeso en el proceso 8>:6< para controlarlo.
- %luminio Oerrito KetraclcicoU (4CaO ) Al 2O3C4 AF L (elita
Kiene trascendencia en la $elocidad de hidratacin y secundariamente en el
calor de hidratacin.
- G?ido de 2agnesio 8 MgO
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/os tipos de cemento portland "ue podemos calificar de estndar ya "ue su fabricacin
esta normada por re"uisitos especficosU
Kipo FU e uso general, donde no se re"uieren propiedades especiales 8Para
$i$iendas
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Qesistencia a la compresin 8%*K2 ( 1=;:5@
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&
&. Proporcionar una masa de partculas capaz de resistir las acciones mecnicas,
de desgaste, o de intemperismo, "ue puedan actuar sobre el concreto.>. Qeducir los cambios de $olumen resultantes de los procesos de fraguado y
endurecimiento0 de humedecimiento y secado0 o de calentamiento de la pasta.
A$*#, 8'",%
*e les llama arenas 8agregado fino< al con!unto de partculas o granos de rocas,
reducidas por fenmenos mecnicos o "umicos naturales acumulados por los ros y
corrientes acuferas en estados L alu$iales y mdano o "ue se forman in situ por
descomposicin0 y al con!unto de piedras producidas por accin mecnica artificiales.
/as primeras son arenas naturales y las segundas las arenas artificiales.
C*&'8'*'!" *"/,'*
/a siguiente clasificacin es una propuesta de la (omisin de Aormalizacin de la
*ociedad de Fngenieros del PerU
- %rena flor de roca =.==5 a =.=5 mm- %rena fina =.5 a =.5 mm- %rena media =.5 a & mm- %rena gruesa &.= a 5.=5 mm
P,'$#*#$& 8:&'*&
Oorma y tama#oU el agregado fino debe consistir en una mezcla de granos duros,
compactos y de diferentes tama#os. *i los granos fueran de la misma dimensiones,
apro?imadamente, son preferibles los redondeados a los de forma alargada, por"ue
a"uellos a igualdad de tama#o producen mezcla ms compactas, conteniendo menos
$acos "ue los de forma alargada.
PesoU el peso especfico de la arena $ara segn su composicin mineralgica entre &.5
a &.@. En la prctica se usan las siguientes cifras como pesos unitarios de las arenasU
- %rena secas de 19== a 14== gm>- %renas hmedas de 14== a 1;== gm>
C,,&''!" /:'*%es $enta!osa la presencia en el agregado fino de una
proporcin apreciable de partculas minerales densas, e inalterables a la accin
de los agentes atmosfricos. Estos materiales no debern ser fcilmente rayados
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con un corta plumas. %dicionalmente el ni$el de lcali o slice no deber ser
mayor a lo permitido. G*"/,$:*
*e recomienda la siguiente granulometra para los agregados finos "ue sern
empleados en la mezcla del concretoU
2alla "ue pasa>@T 1==Aj 9 ;5 L 1==Aj @ @= L 1==Aj 16 5= L @5Aj >= &5 L 6=Aj 5= 1= L >=Aj 1== & L 1=
Para el mdulo de finesa se deber de mantener un $alor entre &.>5 y >.150 caso
contrario el agregado no cumpla con dichos $alores se demostrara "ue no alterara el
resultado final del concreto.
A$*#, /$&,%
*e define como agregado grueso al material retenido en el tamiz Aj 9. Esta constituido
de gra$a natural o triturada, piedra partida o agregados metlicos naturales oartificiales. El agregado grueso "ue se emplea para la preparacin del concreto puede
ser artificial 8proceso de chancado< o natural 8de canteras
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*e debe de recordar "ue el agregado grueso y fino deber estar separado antes del
proceso de mezclado, y en climas e?tremos se deber de considerar su proteccin.
I"$$*'!" #$ *$*#, < ,"$,
/as propiedades del concreto resultante del empleo de un agregado determinado
depende deU
a. /a composicin mineral de las partculas de agregado, la cual influye
fundamentalmente sobre la resistencia, durabilidad y elasticidad del concreto.b. /as caractersticas superficiales de las partculas, las cuales influyen
especialmente sobre la traba!abilidad, fluidez y consistencia del concreto0 as
como sobre la adherencia entre la pasta y el agregado.c. /a granulometra de los agregados, definida por s mismo, as como por la
superficie especfica, mdulo de fineza, y tama#o m?imo del agregado grueso.
Estas propiedades influyen fundamentalmente sobre las propiedades del
concreto al estado no endurecido, sobre su densidad y sobre la economa de la
mezcla.d. El $olumen de agregado por unidad de $olumen del concreto, el cual influye
especialmente en los cambios de $olumen debidos a los procesos de
calentamiento y enfriamiento0 as como en el costo de la unidad cubica de
concreto.e. /a porosidad y absorcin del agregado, las cuales influyen sobre la relacin agua
L cemento efecti$o, as como sobre las propiedades del concreto al estado no
endurecido.
+.+. A%itiv!s:
/os aditi$os del concreto son productos capaces de disol$erse en agua, "ue se
adicionan durante el mezclado en porcenta!es no mayores del 5 de la masa de
cemento, con el propsito de producir una modificacin en el comportamiento dekconcreto en su estado fresco yo en condiciones de traba!o. Esta definicin e?cluye, por
e!emplo, a las fibras metlicas, las puzolanas y otros. En la actualidad los aditi$os
permiten la produccin de concretos con caractersticas diferentes a los tradicionales,
han dado un creciente impulso a la construccin y se consideran como un nue$o
ingrediente, con!untamente con el cemento, el agua y los agregados.
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U&,
/os aditi$os utilizados como componentes del concreto se a#aden durante el mezclado
a fin deU
1. modificar una o algunas de sus propiedades "ue sean ms adecuados al traba!o
"ue se est efectuando.&. Oacilitar la colocacin del concreto.>. Qeducir los costos de operacin.
R*=,"$& #$ /&, $" $ $&*#, 8$&,%o Qeducir la cantidad de agua de la mezcla.o Fncremento de la traba!abilidad sin la modificacin del agua o reduccin del
agua sin la modificacin de la traba!abilidad.o
Fncremento o reduccin del */B2P.o %celeracin o retardo del tiempo de fraguado.o 2odificacin de la $elocidad yo magnitud de e?udacino Qeduccin o pre$encin de la segregacin.o 2e!ora en la facilidad de colocacin yo bombeo de las mezclas.R*=,"$& #$ /&, $" $ $&*#, $"#/$'#,%o Qetardo en el desarrollo del calor de hidratacin o reduccin de su magnitud.o %celeracin en la $elocidad de desarrollo de la resistencia inicial yo final y el
incremento de la misma.o isminucin de la permeabilidad del concreto.o
(ontrol de la e?pansin debida a la reaccin lcali:agregados.o (ontrol de la corrosin de los elementos metlicos embebidos en el concreto.o Fncremento en las resistencias de impacto yo abrasin.o Fncremento de la durabilidad.
C*&'8'*'!" $"$* #$ ,& *#'',&
Kipo escripcin
% Qeductor de agua
Y Qetardadores de fragua
( %celerantes
Qeductores de agua y retardadores de
fragua
E Qeductores de agua y %celerantes
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O *uper reductores de agua
I *uper reductores de agua y %celerantes
%*K2(&6=
Fncorporadores de aire
%*K2
(61@%diti$os minerales 8Puzolana y cenizas= $eces espesor.
Te!peratura T,pi-a( V( .u!e'a' Re/ativa 0ue Pue'en Pr"'u-irFiura-in
24 27 29 32 35 38 410
20
40
60
80
100
Te!peratura
.u!e'a' Re/ativa
II. /?, , 8/$"'*- eformacin sin incremento de carga
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>
- ependiente del tiempo- Proporcional a la deformacin elstica
III. E8$,& ',&- Fnternos
*istema adiabticoU no entra ni sale calorEl concreto puede desarrollar en un periodo de &9 y 4& horas una
temperatura pico proporcional a la cantidad y tipo de cemento ms la
temperatura de colocacin.
Kipo de
cemento
Fncremento promedio de
temperaturabolsa de cemento en un
ciclo de &9 a 4& horas en un sistema
adiabtico
Kipo F 6.= j(Kipo FF 5.@ j(Kipo 3 5.9 j(
Kipo FP2 5.5 j(Kipo FP 5.= j(
- E?ternos2a#anaU alto ni$el de calorKardeU mediano ni$el de calorAocheU ba!o ni$el de calor
IV. A$&''#*# /:'* '"$"* >@, $$"*- Qeacti$idad lcali:*lice- *ulfatos, cloruro- (orrosin
Patrones de fisura miento tpicos
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>
%, Y, (U %sentamiento plstico
, E, OU (ontraccin plstica por secado
I, HU efectos trmicos internos o e?ternos
FU (ontraccin por secado diferida
7, U %grietamiento
/, 2U (orrosinAU Qeaccin lcali:*lice
C,", *;',& ,/',& , ,"*'!"
7untas de contraccin &9 a >= $eces espesor Planificar proceso constructi$o y curado 2enor contenido cemento (urado eficiente y oportuno en fase plstica
/ibertad de deformacin
C,", *;',& ,/',& , $$*/*
7untas de dilatacin Planificar proceso constructi$o (ontrolar temperatura en el concreto 2onitoreo permanente
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C,", *;',& ,/',& , *$&''#*# /:'*
2aterial calificado Qelacin %( ba!a %diti$os minerales
2onitoreo condicional de ser$icio
Qetraccin de un elemento de concreto simple.
Olu!o plstico 8(reep< en un elemento de concreto simple en compresin.
/?, B&', (C$$)%
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El creep se define como una deformacin inelstica del concreto ba!o esfuerzos
sostenidos. Gcurre adicionalmente a las deformaciones elsticas producidas por los
esfuerzos aplicados y se manifiesta como un aumento continuo de las deformaciones
ba!o carga sostenida. Gcurre nicamente cuando el elemento del concreto est
sometido a esfuerzos de compresin o de traccin 8en este caso cuando el elemento no
se encuentra fisurado
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