DEFORMACIÓN DEL CONCRETO
En el concreto, es tan importante
conocer las deformaciones como los esfuerzos. Esto es necesario para estimar la
pérdida de pre esfuerzo en el acero y para tenerlo en cuenta para otros efectos
del acortamiento elástico
Tales deformaciones pueden
clasificarse en cuatro tipos:
- deformaciones elásticas
- deformaciones laterales
- deformaciones plásticas
- deformaciones por contracción
DEFORMACIONES ELÁSTICAS:
El término deformaciones
elásticas es un poco ambiguo, puesto que la curva esfuerzo-deformación para el
concreto no es una línea recta aun a niveles normales de esfuerzo, ni son
enteramente recuperables las deformaciones. Entonces es posible obtener valores
para el módulo de elasticidad del concreto. El módulo varía con diversos
factores, notablemente con la resistencia del concreto, la edad del mismo, las
propiedades de los agregados y el cemento, y la definición del módulo de
elasticidad en sí, si es el módulo tangente, inicial o secante.
Aún
más, el módulo puede variar con la velocidad de la aplicación de la carga y con
el tipo de muestra o probeta, ya sea un cilindro o una viga. Por consiguiente,
es casi imposible predecir con exactitud el valor del módulo para un concreto
dado.
DEFORMACIONES LATERALES:
Cuando al concreto se le comprime
en una dirección, al igual que ocurre con otros materiales, éste se expande en
la dirección transversal a la del esfuerzo aplicado. La relación entre la
deformación transversal y la longitudinal se conoce como relación de Poisson.
La relación de Poisson varía de 0.15 a 0.20 para concreto.
DEFORMACIONES POR
CONTRACCIÓN:
Las mezclas para concreto normal contienen mayor cantidad de
agua que la que se requiere para la hidratación del cemento. Esta agua libre se
evapora con el tiempo, la velocidad y la terminación del secado dependen de la
humedad, la temperatura ambiente, y del tamaño y forma del espécimen del
concreto. El secado del concreto viene aparejado con una disminución en su
volumen, ocurriendo este cambio con mayor velocidad al principio que al final.
De esta forma, la contracción del concreto debida al secado
y a cambios químicos depende solamente del tiempo y de las condiciones de
humedad, pero no de los esfuerzos.
LAS DIFERENTES FORMAS DE
RESISTIR DEL CONCRETO
- Concreto de Alta Resistencia
- Resistencia Mecánica
- El concreto como material compuesto
- Modulo de Elasticidad del Concreto
- Relación de Poisson del Concreto
LAS DIFERENTES FORMAS DE
RESISTIR DEL CONCRETO
- Concreto de Alta Resistencia
- Resistencia Mecánica
- El concreto como material compuesto
- Módulo de Elasticidad del Concreto
- Relación de Poisson del Concreto
SOLICITACION
El término solicitación se
emplea en ingeniería estructural para designar algún tipo de acción o
fenómeno externo que afecta a una estructura y necesita ser tenido en cuenta en
los cálculos estructurales. Usualmente el término se aplica a:
Fuerzas exteriores.
Esfuerzos internos transmitidos
por una parte de la estructura a otra parte adyacente.
Desplazamientos ocasionados
por un desplazamiento del terreno o el empuje de algún elemento externo.
Deformaciones inducidas
por fenómenos varios como dilatación térmica, retracción del
hormigón, etc.
SOLICITACIONES
ESTÁTICAS, REPETIDAS Y DINÁMICAS
- La extensa investigación tuvo como objetivo analizar los avances en el diseño de mezclas asfálticas para carreteras. Esto representa un aspecto muy importante desde el punto de vista socioeconómico tanto para el país como en el ámbito internacional.
- El desarrollo de un criterio de diseño de concretos asfálticos para carretera identificado como Superpave, el cual ha despertado interés internacional, y que está en proceso de verificación y realización de modificaciones.
- En el extenso programa desarrollado en el Instituto de Ingeniería de la UNAM se analizaron los resultados de dicho programa. Se decidió analizar únicamente la fase uno del criterio Superpave ya que las fases dos y tres se consideraron inadecuadas.
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
COMO VALOR CARACTERISTICO
F'c Resistencia a la
compresión de diseño del calculista y determinada con probetas de tamaño normalizado,
expresada en MPa, si no se especifica su edad, se adopta que es a los 28 días.
RELACION AGUA CEMENTO: A mayor cantidad de agua menor resistencia.
MADURACION: El incremento de resistencia del concreto es mayor en las primeras edades, ralentizándose el proceso con el paso del tiempo hasta que se estabiliza
Normalmente se adopta como patrón la resistencia a la edad de 28 días, habiéndose alcanzado a esa edad gran parte de la resistencia total. Los factores que más influyen sobre la velocidad de endurecimiento del concreto son las características del cemento, el proceso de curado y el empleo de aditivos y adiciones. Debido a que la resistencia del concreto depende de la edad y de la temperatura, se puede decir que la resistencia está en función de (tiempo* temperatura) y esta suma se llama "MADUREZ"; la regla de la madurez se aplica convenientemente cuando la temperatura inicial del concreto está entre 16 y 27ºC y no hay pérdida de humedad por secado durante el período considerado, el rango de temperatura de curado se recomienda considerarlo por encima de 0ºC hasta 50ºC. La madurez se mide en "ºC - Horas" o "ºC - Días". Se toma la madurez como:
MADUREZ = # de días * (10 + temperatura)
LA DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A LA TRACCION
El concreto es un material que presenta una resistencia a la tracción baja por el orden del 10% al 15% f¨c
La determinación de la resistencia a la tracción pura del concreto es muy difícil de llevar a cabo debido a las tensiones secundarias que se suelen introducir en los ensayos.
Método indirecto conocido como el ensayo brasileño y el de la determinación de la resistencia a flexotracion.
ENSAYOS A TRACCIÓN DIRECTA
Los ensayos a tracción directa consisten en la rotura a tracción de una probeta de hormigón cuando se la somete a cargas de tracción. Aunque esto puede parecer evidente, resulta ser la principal diferencia con respecto de los ensayos indirectos y, a la vez, la mayor complicación de este tipo de ensayos.
Como no podía ser de otra forma, se trata del método más «directo» de conocer la resistencia a tracción del hormigón pero a la vez del más compleja y delicada. Algunas de las dificultades que conlleva son:
- La incapacidad de obtener, de manera razonable, una distribución uniforme de tensiones a través de la fisura.
- La sujeción de la probeta y la dificultad de asegurar la estabilidad del ensayo. La fijación suele realizarse mediante Resina Epoxi, que requiere cierto tiempo hasta que se solidifica.
- El uso de platos de carga muy rígidos provoca la formación de varios planos de fractura, dando un valor de resistencia a tracción incrementado
.
CEMENTO Y VACIOS CAPILARES
Existen en la pasta
cantidades variables de espacios vacíos, denominados poros los cuales no
contienen materia sólida aunque, bajo determinadas circunstancias, algunos de
ellos podrían estar parcialmente o totalmente llenos de agua.
Se define
como poros capilares a los espacios originalmente ocupados por el agua en el
concreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han
sido ocupados por el gel.
ENSAYOS DESTRUCTIVOS
Los Ensayos destructivos,
tales como la obtención y ensayo de corazones diamantinos de concreto, sirven
para determinar características físico-mecánicos, químicos y microscópicos del
concreto con los cuales se determina la resistencia al concreto, el frente de
carbonatación del concreto o el tipo de agregados utilizados. En Perú el método
para la obtención y ensayo de estas muestras se regulan por el NTP 339.059:2001
INFLUENCIA EN EL ENSAYO DE LOS
SIGUIENTES PARAMETROS
- TAMAÑO: la probetas de menor tamaño tiene mayor resistencia
- HUMEDAD: la resistencia a compresión del hormigón es mayor cuanto menor el grado de saturación, habiendo una diferencia de resistencia entre el hormigón seco y el húmedo entre el 10 y el 20%. Sin embargo, el módulo de deformación del hormigón (Ec) es menor en hormigones secos que en hormigones saturados.
- VELOCIDAD: La carga deberá ser aplicada en forma continua, evitando choques. Para maquinas operadoras hidráulicamente a la velocidad de la carga estará en el rango de:
- TOLERANCIA DE TIEMPO
FACTORES QUE INCIDEN EN LA
RESISTENCIA ALA COMPRESION
LA RELACION ESPACIO GEL:
La
resistencia del concreto dependerá de la relación gel-espacio, la que se define
como la relación entre el volumen de pasta de cemento hidratada y la suma de
los volúmenes de pasta hidratada más los de los poros capilares.
Esto es particularmente cierto
cuando se utilizan agentes incorporadores de aire; casos en los cuales la
resistencia de la mezcla se puede reducir de un 5 a un 7% por cada 1% de aire
intencionalmente incorporado en el concreto.
Por su característica de disminuir
la resistencia se lo ha utilizado sólo donde se necesita una durabilidad
mejorada, como por ejemplo en concretos que estarán sujetos a ciclos de
congelación y deshielo.
Así pues, es más
correcto relacionar la resistencia con la concentración de productos de
hidratación sólidos del cemento dentro del espacio disponible para dichos
productos
METODO DE COMPRESIÓN DIAMETRAL
Este ensayo consiste en
aplicar la fuerza de compresión a lo largo de un espécimen cilíndrico de
concreto hasta que este falle por la longitud de su diámetro. Esta carga induce
esfuerzos de tensión en el plano donde se aplica y esfuerzos a la compresión en
el área donde la carga es aplicada. Por lo tanto, la falla de tracción
ocurre antes que la falla de compresión debido a que las áreas de aplicación de
la carga se encuentran en un estado de compresión triaxial a lo largo de todo
el espécimen de concreto, permitiendo de esta manera resistir al espécimen de
concreto mucho mayor esfuerzo a la compresión que el obtenido por un esfuerzo a
la compresión uniaxial dando paso a la falla por tracción a lo largo del
espécimen de concreto.
Este método se encuentra
normalizado
Norma peruana NTP 339.084
(Método de ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a
tracción simple del concreto, por compresión diametral de una probeta
cilíndrica)
Norma internacional ASTM
C496-96 Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical
Concrete Specimens.
RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL
CONCRETO
La resistencia a la flexión
del concreto es una medida de la resistencia a la tracción del concreto
(hormigón). Es una medida de la resistencia a la falla por momento de una viga
o losa de concreto no reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas a
vigas de concreto de 6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de sección transversal y con
luz de como mínimo tres veces el espesor. La resistencia a la lesión se expresa
como el Módulo de Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y es
determinada mediante los métodos de ensayo ASTM C78 (cargada en los puntos
tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio).
El Módulo de Rotura es cerca
del 10% al 20% de la resistencia a compresión, en dependencia del tipo,
dimensiones y volumen del agregado grueso utilizado, sin embargo, la mejor
correlación para los materiales específicos es obtenida mediante ensayos de
laboratorio para los materiales dados y el diseño de la mezcla. El Módulo de
Rotura determinado por la viga cargada en los puntos tercios es más bajo que el
módulo de rotura determinado por la viga cargada en el punto medio, en algunas
ocasiones tanto como en un 15%.
LA DURABILIDAD DEL CONCRETO
El ACI define la durabilidad
del concreto de cemento Pórtland como la habilidad para resistir la acción del
intemperismo, el ataque químico, abrasión, y cualquier otro proceso o condición
de servicio de las estructuras, que produzcan deterioro del concreto.
CONGELAMIENTO
Y DESHIELO Y SU MECANISMO
Constituye
un agente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende
hasta provocar el congelamiento del agua contenida en los poros capilares del
concreto. En términos generales el fenómeno se caracteriza por
inducir esfuerzos internos en el concreto que pueden provocar su fisuración
reiterada y la consiguiente desintegración.
EXPOSICION
DEL CONCRETO A SUSTANCIAS QUIMICAS AGRESIVAS
El
concreto es un material que en general tiene un comportamiento satisfactorio
ante diversos ambientes químicamente agresivos.
El
concepto básico reside en que el concreto es químicamente inalterable al ataque
de agentes químicos que se hallan en estado sólido.
Para que
exista alguna posibilidad de agresión el agente químico debe estar en solución
en una cierta concentración y además tener la opción de ingresar en la
estructura de la pasta durante un tempo considerable, es decir debe haber flujo
de la solución concentrada hacia el interior del concreto y este flujo debe
mantenerse el tiempo suficiente para que se produzca la reacción.
ABRASIÓN
Se define
la resistencia a la abrasión como la habilidad de una superficie de concreto a
ser desgastada por roce y fricción.
Este
fenómeno se origina de varias maneras, siendo las más comunes las atribuidas a
las condiciones de servicio, como son el tránsito de peatones y vehículos sobre
veredas y losas, el efecto del viento cargado de partículas sólidas y el
desgaste producido por el flujo continuo de agua.
En la
mayoría de los casos, el desgaste por abrasión no ocasiona problemas estructurales,
sin embargo puede traer consecuencias en el comportamiento bajo las condiciones
de servicio o indirectamente propiciando el ataque de algún otro enemigo de la
durabilidad (agresión química, corrosión etc) siendo esto último más evidente
en el caso de las estructuras hidráulicas.
El
concreto por ser un material con una alcalinidad muy elevada
(pH > 12.5), y alta resistividad eléctrica constituye uno de los
medios ideales para proteger metales introducidos en su estructura, al representar
una barrera protectora contra la corrosión. Pero si por
circunstancias internas o externas se cambian estas condiciones de protección,
se produce el proceso electroquímico de la corrosión generándose compuestos de
óxidos de hierro que llegan a triplicar el volumen original del hierro,
destruyendo el concreto al hincharse y generar esfuerzos internos.
REACCIONES QUIMICAS EN
LOS AGREGADOS
Se produce con algunos agregados
del tipo ópalo, calcedonia, ciertas formas de cuarzo, andesita, dacita que
reaccionan con los Hidratos de Calcio del cemento ocasionando compuestos
expansivos.
Se han desarrollado varios
métodos químicos, físicos y petrográficos para estimar el riesgo potencial de
reactividad, pero se reconoce que la mejor evaluación es la evidencia práctica
del empleo de los agregados en concreto sin problemas.
EL MODULO ELASTICO DINAMICO
Una de las propiedades del concreto en zona de alta sismicidad, resulta ser el módulo de elasticidad; en general el módulo de elasticidad de un material resulta ser una constante elástica, que relaciona los esfuerzos a los que está sometido el material con las deformaciones unitaria en el rango de comportamiento elástico; y representa la rigidez del material ante una carga impuesta sobre el mismo.
POSIBILIDADES DE APLICACIÓN DE
LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVO EN LA DETERMINACION DE LAS RESISTENCIAS MECANICAS
Este trabajo explora el manejo
de métodos no destructivos para la caracterización mecánica y evaluación de la
calidad de concretos de mediana resistencia. Los métodos no destructivos
tomados en cuenta para esta investigación fueron el ensayo de resonancia por
impacto y el ensayo de vibración basado en respuestas ambientales. Los ensayos
de resonancia por impacto fueron comparados con el ensayo de resistencia a la
compresión en dos campañas experimentales. La primera campaña se llevó a cabo
en 20 especímenes de concreto fabricados y curados en laboratorio, con el propósito
de realizar un monitoreo continuo del desarrollo del módulo de elasticidad
dinámico del concreto en el tiempo.
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