LA 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
• 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
interfaces 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.
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.
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.
MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO
- Los modelos de sistemas compuestos
simples se han aplicado al concreto
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.
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.
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MECANISMO
DE ROTURA DEL CONCRETO
Las probetas que se ensayadas obtendrán un resultado que podemos observar en el concreto como roturas en su estructura. Las probetas a ser ensayadas, estarán sujetas a las tolerancias de tiempo indicadas: Para máquinas operadas hidráulicamente la velocidad de la carga estará en el rango de 0,14 a 0,34 MPa/s. Se aplicará la velocidad de carga continua y constante desde el inicio hasta producir la rotura de la probeta. TIPOS DE FRACTURAS: DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO POR ENSAYOS DESTRUCTIVOS El propósito fundamental de medir la resistencia de los especímenes de pruebas de concreto es estimar la resistencia del concreto en la estructura real. La EXTRACCION DE NUCLEOS pueden utilizarse también para descubrir separación por acumulación de agregado o para verificar la adherencia en las juntas de construcción o para verificar el espesor del
pavimento.
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– ENSAYO
DE EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS
• Los corazones de concreto son
núcleos cilíndricos que se extraen haciendo una perforación en la masa de
concreto con una broca cilíndrica de pared delgada; por medio de un equipo
rotatorio como especie de un taladro al cual se le adapta la broca con corona
de diamante, carburo de silicio u otro material similar; debe tener un sistema
de enfriamiento para la broca, impidiendo así la alteración del concreto y el
calentamiento de la broca.
• Elementos estructurales tendrán un
diámetro de al menos 95mm cuando las longitudes de estos estén de acuerdo a los
métodos de prueba ASTM C 174.
• Siempre que sea posible, los núcleos
se extraerán perpendicularmente a una superficie horizontal, de manera que su
eje sea perpendicular a la capa de CONCRETO.
– PROCEDIMIENTO
- ENSAYO DE EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS
• Verificamos que la base del aparato
tenga un caucho especial a lo largo de su base para que se conecte con la bomba
de vacío, y se adhiera a cualquier superficie.
• Ubicamos el taladro en el lugar a
perforar donde previamente no se detectó ningún elemento metálico.
• Conectamos el dispositivo de la
bomba de vacío a la base del taladro de extracción mediante tornillo.
• Conectamos la manguera de agua a una
llave cercana y al taladro para que el agua bañe la punta de la broca
diamantada y no se dañe.
• Tomar especímenes solamente cuando
del concreto endurecido, para lograr una perfecta unión entre el mortero y el
agregado grueso. No usar especímenes dañados.
• Humedecemos la superficie de
asentamiento de la base del taladro. Colocamos la base del taladro sobre la
superficie a perforar. Nivelamos la base del taladro. Encendemos el compresor
con la bomba de vacío para que quede acoplada la base del taladro con la superficie
del espécimen a perforar dándonos una lectura en el manómetro. El espécimen se
debe taladrar perpendicular a la superficie. Registrar y reportar el ángulo
entre el eje del taladro y el plano horizontal.
• Conectamos el taladro de extracción
a una toma de corriente o al generador de energía y empezamos a taladrar
perpendicularmente a la superficie, abriendo el paso de agua para no dañar la
broca.
• Evitar el movimiento del taladro,
horizontalmente porque puede romper el espécimen, además se puede perder la
adhesión de la base del taladro.
• Una vez que ya se tenga el espécimen
requerido, determinar su longitud y verificar si es aceptable.
• En la extracción de una losa remueva
especímenes lo suficientemente grandes para realizar la prueba requerida, las
cuales no se encuentren dañadas.
• Tener en cuenta las condiciones de
humedad, aserrado de los extremos, transporte, almacenamiento y métodos de
prueba después de la extracción del núcleo según la necesidad del ensayo a
realizarse. Más adelante se dan los parámetros a seguirse para cada ensayo.
• Sellar el orificio dejado por el
taladro con concreto fresco
Ensayo de
Extracción de Núcleos
• Calcular la resistencia a la
compresión usando el área de la sección transversal basada en el diámetro
promedio del espécimen.
• Si la relación longitud-diámetro
(L/D) es 1.75 o menos, multiplicar el valor de la resistencia a la compresión
por el Factor de Corrección.
– RESULTADOS
DE LA PRUEBA
• El
concreto se considerará adecuado si el promedio de resistencia a la compresión
de los tres núcleos es mayor o igual que un 85% de f’c especificada y si ningún
nucleo tiene una resistencia menor del 75% de la f’c.
• Si
hay alguna duda se puede repetir la prueba una sola vez
• Si
se confirma la baja resistencia, deberá corregirse la causa revisando el
contenido de cemento, el proporcionamiento, los agregados, la relación A/C, un
mejor control o la reducción del revenimiento, el mezclado, la transportación,
una reducción en el tiempo de entrega, el control del contenido de aire,
colocación en los moldes y sobre todo la compactación y el curado. Si los
corazones resultan persistente de mayor resistencia que los cilindros, se
revisarán los procedimientos de fabricación de cilindros y el equipo de
laboratorio, y sobre todo el curado, la trasportación de los cilindros, el
cabeceado y calibración de la prensa
En el ensayo de extracción de núcleos los factores que influyen sobre la
determinación de la resistencia son: el diámetro del núcleo, la relación
longitud / diámetro, presencia de armadura dentro del núcleo y las condiciones
de humedad antes y durante el ensayo
– MÉTODO
DE ENSAYO NORMALIZADO PARA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILÍNDRICOS DE
CONCRETO
– Este
método de ensayo trata sobre la determinación de la resistencia a compresión de
cilíndricos de concreto, tales como cilindros moldeados y núcleos perforados.
Se encuentra limitado al concreto que tiene un densidad mayor que 800 kg/m3.
– Esta
norma no pretende tener en cuenta todo lo relativo a seguridad. Es
responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de
seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones
regulatorias previo al uso.
– FACTORES
QUE INCIDEN EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
RELACION A/C,
“Ley de Abrams”, según la cual, para los mismos materiales y condiciones de
ensayo, la resistencia del concreto completamente compactado, a una edad dada,
es inversamente proporcional a la relación agua-cemento. Este es el factor más
importante en la resistencia del concreto: Relación agua-cemento = A/C
– DETERMINACION
DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A LA TRACCIÓN
METODO DE
COMPRESION 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.
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.
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.
• 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.
• 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).
• 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.
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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