Semana 13: "Deformación del concreto"

I. 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.

I.I. 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.

I.II. 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.

I.III. 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.

II.LAS DIFERENTES FORMAS DE RESISTIR DEL CONCRETO:

II.I. CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA: 

Para la fabricación de los concretos de alta resistencia, es necesario reducir la relación a/c a valores menores de 0.40, pudiendo llegar hasta 0.30. En el rango de a/c 0.40 - 0.70, el componente más débil del concreto es el cemento y la interface cemento-agregado; pero cuando se va reduciendo el a/c, éstos dejan de ser los más débiles del sistema, incrementándose la resistencia.

En los concretos de alta resistencia con relaciones a/c < 0.40, el factor más débil y limitante está constituido por los agregados, cuyo comportamiento dependen de sus características mineralógicas, su forma y resistencia mecánica propia de los agregados. Estos parámetros deben optimizarse para alcanzar altas resistencias.

En el proceso de obtener altas resistencias del concreto para relaciones a/c < 0.45, los aditivos super plastificantes cumplen un papel muy importante al contribuir a reducir el agua de mezclado y mejorar la trabajabilidad.

Complementariamente al uso de los aditivos, para alcanzar resistencias superiores a los 800 Kg/cm2, es necesario utilizar en el concreto la micro sílice (humo de sílice) que por su propiedad puzolánica contribuye a incrementar la resistencia del concreto.

II.II. RESISTENCIA MECÁNICA: 

La resistencia mecánica del concreto endurecido ha sido tradicionalmente la propiedad más identificada con su comportamiento como material de construcción.

En términos generales, la resistencia mecánica, que potencialmente puede desarrollar el concreto, depende de la resistencia individual de los agregados y de la pasta de cemento endurecida, así como, de la adherencia que se produce en ambos materiales. En la práctica, habría que añadir a estos factores el grado de densificación logrado en la mezcla ya que, como ocurre con otros materiales, la proporción de vacíos en el concreto endurecido tiene un efecto decisivo en su resistencia.

Cuando las partículas de los agregados son duras y resistentes, la resistencia mecánica del concreto tiende a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia de esta con los agregados. Por lo contrario si los agregados son débiles, la resistencia intrínseca de estos se convierte en una limitación para la obtención de altas resistencias, lo cual no quiere decir que el concreto no pueda ser más resistente que las partículas individuales de los agregados.

La adquisición de la resistencia mecánica de la pasta de cemento conforme endurece es una consecuencia inmediata del proceso de hidratación del cemento.

II.III. EL CONCRETO COMO MATERIAL COMPUESTO:

Podemos definir un material compuesto como la combinación tridimensional de por lo menos dos materiales químicamente y mecánicamente distintos con una interfase definida que separa los componentes. Este material polifásico tendrá diversas características de sus componentes originales.

Ha sido muy conocido que las propiedades de materiales multifásicos pueden ser muy superiores a las características de las fases individuales tomadas por separado, particularmente cuando estos vienen de las fases débiles o quebradizas.

Hoy, sabemos que ni la roca, ni la pasta del cemento pura han determinado los materiales de construcción útiles, la roca porque es demasiado quebradiza, y el cemento porque se quiebra en la sequedad. Sin embargo, juntos se combinan para formar  materiales de construcción.

Cuando las partículas de los agregados son duras y resistentes, la resistencia mecánica del concreto tiende a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia de esta con los agregados. Por lo contrario si los agregados son débiles, la resistencia intrínseca de estos se convierte en una limitación para la obtención de altas resistencias, lo cual no quiere decir que el concreto no pueda ser más resistente que las partículas individuales de los agregados.

La adquisición de la resistencia mecánica de la pasta de cemento conforme endurece es una consecuencia inmediata del proceso de hidratación del cemento.

II.IV. MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO:

Los modelos de sistemas compuestos simples se han aplicado al concreto.

II.V. RELACIÓN DE POISSON DEL CONCRETO:

La relación entre la deformación lateral que acompaña una deformación axial aplicada y la deformación final se utiliza en el diseño y análisis de muchos tipos de estructuras. La relación de Poisson del concreto varia en un rango de 0.11 a 0.21 (generalmente de 0.15 a 0.20) cuando se determina por medición de la deformación, tanto para el concreto normal como para el concreto ligero.

Para este último método se requiere la medición de la velocidad de pulso,V, y también la de la frecuencia fundamental de resonancia de la vibración longitudinal de una viga de longitud l. La relación de Poisson, μ, se puede calcular por medio de la expresión.

Generalmente se indica que la relación de Poisson es menor en el concreto de alta resistencia.

III. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A LA TRACCIÓN: 

III.I. MÉTODO DE COMPRESIÓN DIAMETRAL:

Esta Norma Técnica Peruana establece el procedimiento para la determinación de la resistencia a la tracción por compresión diametral de especímenes cilíndricos de hormigón (concreto), tales como cilindros moldeados y testigos diamantinos.

III.I.I RESUMEN DEL MÉTODO:

Este método de ensayo consiste en aplicar una fuerza de compresión diametral a toda la longitud de un espécimen cilíndrico de concreto, a una velocidad prescrita, hasta que ocurra la falla.

III.I.II. VELOCIDAD DE CARGA:

La carga se aplicará en forma continua y evitando impactos, a una velocidad constante dentro del rango de 689 kPa/min a 1380 kPa/min hasta que falle el cilindro por el esfuerzo de tracción por comprensión diametral.

III.I.III. EXPRESIÓN DE RESULTADOS:

La resistencia a la tracción por comprensión diametral de la probeta se calcula con la siguiente fórmula:

                                                            T = 2P / π.l.d

Donde:

T = Resistencia a la tracción por comprensión diametral, kPa.

P = Máxima carga aplicada indicada por la máquina de ensayo, kN.

l = longitud, m.

d = Diámetro, m.

III.II. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN:

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 Flexión 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).

III.III. ENSAYOS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN NTP 339.078:

Método de ensayo para determinar la resistencia a la flexión del hormigón en vigas simplemente apoyadas con carga a los tercios del tramo.

Objeto:

La Norma Técnica Peruana establece el procedimiento para determinar la resistencia a la flexión de probetas en forma de vigas simplemente apoyadas, moldeadas con concreto o de probetas cortadas extraídas de concreto endurecido y ensayadas con cargas a los tercios.

Resumen del método:

Este método de ensayo consiste en aplicar una carga a los tercios de la una probeta de ensayo en forma de vigueta, hasta que la falla ocurra. El módulo de rotura, se calculará, según que la grieta se localice dentro del tercio medio o a una distancia de éste, no mayor del 5% de la luz libre.

IV. RELACION RESISTENCIA  A LA FLEXION - RESISTENCIA DE COMPRESIÓN:

La resistencia a flexión o el módulo de ruptura se usa en el diseño de pavimentos u otras losas (pisos, placas) sobre el terreno. La resistencia a compresión, la cual es más fácil de ser medida que la resistencia a flexión, se puede usar como un índice de resistencia a flexión, una vez que la relación empírica entre ambas ha sido establecida para los materiales y los tamaños de los elementos involucrados.

La resistencia a flexión de concretos de peso normal es normalmente de 0.7 a 0.8 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión en megapascales o de 1.99 a 2.65 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión en kilogramos por centímetros cuadrados (7.5 a 10 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión en libras por pulgadas cuadradas).

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.

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