propiedades del concreto
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PROPIEDADES DEL CONCRETO ARMADO
I. ASPECTOS RELEVANTES CAPITULO I: PROPIEDADES DEL
CONCRETO.
El concreto reforzado es un material de construcción durable y resistente que
puede tomar varias formas y tamaños desde simples columnas rectangulares,
hasta cúpulas curvas o cascaras. Su utilidad y versatilidad se consiguen por
combinación de las mejores características del concreto y del acero. Algunas de
las propiedades distintivas de estos dos materiales son listadas abajo.
PROPIEDADES CONCRETO ACERO
Resistencia en tension Pobre Bueno
Resistencia en compresión BuenaBueno, pero las barras delgadas tendran
torceduras o curvaturas
Resistencia en corte Favorable Bueno
Durabilidad Buena Corrosion si no esta protegido
Resistencia al fuego BuenaPobre, sufre rapida perdida de
resistencia a altas temperaturas.
Esto puede ser visto desde esta lista que los materiales son mas o menos
complementarios. Por tanto, cuando ellos están combinados, el acero es capaz de
proveer la resistencia a la tensión y probablemente algo de la resistencia al corte
mientras el concreto, resiste en compresión, protege al acero para darle
durabilidad y resistencia al fuego. Este capítulo puede presentar solo una breve
introducción a las propiedades básicas del concreto y su acero de refuerzo. Para
un mejor comprensión, se recomienda
1. Acción Compuesta
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La resistencia a la tensión del concreto es solo alrededor del 10% de la
resistencia a la compresión. Por qué de esto, cercanamente totas las estructuras
de concreto reforzado son diseñadas asumiendo que el concreto no resiste alguna
fuerza de tensión. El refuerzo está diseñado para absorber estas fuerzas de
tensión, que son transportadas por la conexión entre la interface de estos dos
materiales. Si esta conexión no es adecuada, las barras de refuerzo simplemente
se deslizaran dentro del concreto y no habrá una acción compuesta. Por lo tanto
los miembros deberían ser detallados tanto que el concreto pueda ser bien
compacto alrededor del refuerzo durante la construcción. Además, las barras son
normalmente corrugadas tanto que hay un mecanismo extra de agarre.
En el análisis y diseño de la sección compuesta de concreto reforzado, se asume
que hay una perfecta adherencia, tanto que la deformación en el refuerzo es
idéntica a la deformación en el concreto adyacente. Esto asegura la
compatibilidad de deformaciones a través de la sección transversal del elemento.
El coeficiente de expansión térmica para el acero y concreto son del orden de
10x10-6 / ºC y 7-12x10-6 /ºC respectivamente. Estos valores son suficientemente
cercanos que problemas de adherencia rara vez surja expansión diferencial entre
estos dos materiales encima de los rangos normales de temperatura.
La figura 1.1 ilustra el comportamiento de una viga simplemente apoyada sujeta
a flexión y muestra la posición del acero de refuerzo para resistir la fuerza de
tensión, mientras las fuerzas de compresión en la parte superior de la vega son
soportadas por el concreto.
Donde quiera que ocurra la tensión es probable que el agrietamiento del concreto
tome un lugar. Este agrietamiento, sin embargo, no disminuye la seguridad de la
estructura si hay buena adherencia en el refuerzo para asegurar que el
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agrietamiento este restringido de abrirse tanto que el acero embebido continúe
siendo protegido de la corrosión.
Cuando las fuerzas de compresión o corte excedan la resistencia del concreto,
entonces el acero de refuerzo debe nuevamente actuar y proveer esta resistencia,
pero es este caso solo requiere cargar suplementaria del concreto. Por ejemplo,
el refuerzo en compresión es requerido generalmente en columnas. Donde toma
la forma de barras verticales espaciadas cerca del perímetro. Para prevenir el
pandeo le estas barras, el acero de confinamiento es usado para ayudar a la
restricción proveída por el concreto que lo rodea.
1.2 RELACION ESFUERZO – DEFORMACION
Las cargas en una estructura causan distorsión de sus componentes con
resultantes de esfuerzo y deformación en el concreto y el acero de refuerzo. Para
llevar a cabo el análisis y diseño de elementos es necesario tener un
conocimiento de la relación entre estos esfuerzos y deformaciones. Este
conocimiento es particularmente importante cuando se trata del concreto
armando que es un material compuesto; para este caso el análisis de los esfuerzos
en la sección transversal de un miembro debe considerarse en equilibrio de las
fuerzas in el concreto y acero, y también la compatibilidad de deformaciones a
través de la sección transversal.
1.2.1 CONCRETO
El concreto es un material variable, teniendo un amplio rango de resistencia y
curvas esfuerzo – deformación. Una típica curva para el concreto en compresión
es la mostrada en la figura 1.2. Como la carga es aplicada. La relación entre los
esfuerzos y deformaciones es aproximadamente lineal al inicio y el concreto se
comporta casi como un material elástico con prácticamente completa
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recuperación de desplazamiento si la carga es removida. Eventualmente, la curva
ya no es lineal y el concreto se comporta mas y mas como un material plástico.
Si la carga fue removida durante el rango plástico la recuperación podría no ser
completa y una deformación permanente podría mantenerse. La deformación
última para muchos concretos estructurales tiende a ser un valor constante de
aproximadamente 0.0035, aunque es probablemente que esto reduzca para
concretos con resistencias de cubos encima de 60N/mm². BS EN 1992 Diseño de
estructuras de concreto, comúnmente conocido como Euro código 2 (EC-2)
valores recomendados para uso en tales casos. La forma precisa de la curva
esfuerzo deformación es muy dependiente del periodo de tiempo en que la carga
es aplicada, un factor que será más discutido en la sección 1.4 en Creep. Figura
1.2 es típica para cargas de corto tiempo.
El concreto generalmente incrementa su resistencia con el tiempo. Esta
característica esta ilustrada por el grafico en la figura 1.3 el cual muestra como el
incremento es rápido el comienzo, llegando a ser después mas gradual. La
precisión de la relación dependerá del tipo de cemento usado. Esta se manifiesta
para una típica variación de un concreto curado adecuadamente hecho con el
comúnmente usado clase 42.5 cemento portland. Algunos códigos de la práctica
permiten resistencia de concreto usada en diseño para ser variada de acuerdo a la
edad del concreto cuando estos soportan la carga de diseño. Códigos Europeos,
sin embargo, no permiten el uso de resistencias mayores que la de 28 en los
cálculos, pero el módulo de elasticidad podría ser modificado para tener en
cuenta la edad como se muestra después.
En Inglaterra, esfuerzos de compresión tienen tradicionalmente siendo medidos y
expresados en términos de 150 mm cubo de resistencia al aplastamiento a la edad
de 28 días. En muchos otros países usar 150mm de diámetro cilindros que son
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300mm de longitud. Para concretos de resistencia normal, la resistencia del
cilindro es en promedio 0.8x de la resistencia del cubo. Todos los cálculo de
diseño para EC-2 están basados en las características de la resistencia del
cilindro f’c como definido en la sección 2.2.1. la resistencia del cubo podría sin
embargo ser usado para cumplimiento de propósitos, con el esfuerzo
característico identificado como f’c cube.
Los concretos se especificaran en términos de 28 días resistencia característica,
por ejemplo clases concreto C35/45 tienen una resistencia cilíndrica
característica de 35N/mm² y una resistencia cubica característica de 45N/mm².
Esto notara que hay algunos redondeos en estos valores, que son usualmente
citados en múltiplos de 5N/mm² para resistencia de cubos. Concretos hechos con
agregados ligeros son identificados por el prefijo LC.
MODULO DE ELASTICIDAD
Se aprecia en la curva esfuerzo deformación para el concreto que a pesar del
comportamiento elástico podría asumirse para esfuerzos por debajo
aproximadamente de un tercio de la resistencia ultima a compresión, esta
relación no es verdaderamente lineal. Consecuentemente es necesario definir
precisamente que valor es tomado como el módulo de elasticidad.
E=esfuerzo/deformación
Un número de definiciones alternativas existe. Pero muchas adoptan E=Ecm
donde Ecm es conocida como la secante o módulo estático. Esta medida para un
concreto particular por medio de una prueba estática en la cual un cilindro es
cargado sobre un tercio de la correspondiente medida de control de esfuerzo
fcmcube, o 0.4 cilindro de esfuerzo, y después se sometieron de nuevo a
esfuerzo cero. Este efecto de remoción de capas y minorisa esfuerzos
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redistribuyendo en el concreto bajo carga. La carga es reaplicada y el
comportamiento entonces será casi lineal. La pendiente promedio se alinea al
esfuerzo tomado como el valor por Ecm. La prueba es descrita en detalle en BS
1881 y el resultados es generalmente conocido como el modulo secante de
elasticidad.
El módulo dinámico de elasticidad, Ed, es algunas veces este es mucho más fácil
medir en laboratorio y es bastante bien definida la relación entre Ecm y Ed. La
prueba estándar está basada en determinar la frecuencia de resonancia de un
espécimen prismático y es también descrito en BS 1881. Esto es también posible
obtener una buena estimación de Ed de una técnica de medida ultrasónica, que
podría algunas veces ser usado en lugares para evaluar el concreto en una
estructura real. La prueba estándar para Ed es un espécimen sin esfuerzos. Esto
puede ser visto en la figura 1.4 que el valor obtenido representa la pendiente de
la tangente en el esfuerzo cero y Ed es por lo tanto más grande que Ecm. La
relación entre los dos módulos es frecuentemente tomado como:
Modulo secante Ecm=(1.25Ed-19)kN/mm²
Esta ecuación es suficientemente adecuada para propósitos de diseño.
El actual valor de E para un concreto depende de muchos factores relacionados
al mezclado, pero una relación general es considerada para existir entre los
módulos de elasticidad y el esfuerzo de compresión.
1.2.1 Concreto
1.2.2 Contracción y Movimiento Térmico
La contracción en el concreto es un fenómeno que se inicia con el mezclado del
concreto y es causado por la absorción de agua por el cemento y agregados,
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también la evaporación del agua genera contracción. Un efecto beneficioso es el
fortalecimiento de la adherencia entre el concreto y el acero.
Para controlar los efectos de la contracción se debe considerar un diseño de
mezcla con un bajo contenido de cemento, evitar un rápido fraguado, mantener
los agregados y mezclar con agua fría. Además una baja relación agua –
cemento ayuda a reducir manteniendo al mínimo el volumen de humedad que
puede ser perdido y así evitar contracciones mayores
La expansión térmica del concreto puede ser mayor que los movimientos
causados por contracción; esfuerzos y deformaciones pueden ser controlados con
una buena ubicación del movimiento o juntas de expansión en una estructura.
Finalmente no debemos olvidar que para controlar el agrietamiento el acero de
refuerzo debe ser colocado cerca de la superficie de concreto el cual es
proporcionado por códigos.
1.4 Flujo plástico
Es una deformación continua debido a que un elemento de concreto es sometido
a carga permanente, este fenómeno depende del agregado, diseño de mezcla,
humedad relativa, sección transversal del elemento y la edad a la que somete la
carga.
El flujo plástico se caracteriza por:
Tener una deformación final del miembro entre 3 @ 4 veces la deformación
elástica.
La deformación es proporcional a la intensidad de carga.
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Si la carga es removida la deformación elástica instantánea se recuperara, la
plástica no.
Hay redistribución de carga entre el concreto y el acero presente.
La redistribución de carga es causada por los cambios en deformaciones en
compresión, siendo transferido al acero de refuerzo, Es importante mencionar
que la redistribución de esfuerzos ocurre principalmente en áreas a compresión
sin agrietamiento.
1.5 Durabilidad
La severidad de la exposición gobierna el tipo de concreto requerido y el mínimo
recubrimiento del acero. Un concreto denso y bien compactado con una baja
relación agua cemento es importante para contrarrestar algunas condiciones del
suelo, como usar cemento resistente a sulfatos o emplear aire atrapado
usualmente especificado para ciclos de congelamiento y deshielo.
Esta durabilidad depende de un adecuado recubrimiento, para prevenir agentes
corrosivos que puedan alcanzar al refuerzo a través de grietas en el concreto, así
como para proteger el refuerzo de un rápido incremento de la temperatura y
subsecuentemente perder la resistencia durante el fuego. A continuación se
menciona ciertas condiciones que influyen la durabilidad del concreto:
Condiciones de exposición.
Tipo de cemento.
Calidad del concreto.
Recubrimiento del refuerzo.
Ancho de grieta.
1.6 Especificación de Materiales
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1.6.1 Concreto
La selección del tipo de cemento depende fundamentalmente por la carga,
forma y tamaño del miembro estructural.
La resistencia del concreto es evaluada mediante el aplastamiento de
cubos o cilindros de concreto hechos de la mezcla, los cuales son probados
en laboratorio después de 28 días de acuerdo a un procedimiento estándar.
El concreto con una resistencia dada es identificada por su clase, una clase
25/30 tiene una resistencia cilíndrica al aplastamiento de 25N/mm²(f’c) y
una resistencia cubica de 30N/mm²
La condición de exposición y durabilidad afectan también la elección del
diseño de mezcla y la clase de concreto puede ser clasificado como
diseñado o designado. Un concreto diseñado es uno donde la clase de
resistencia, tipo de cemento y límites para la composición incluyendo la
relación agua / cemento son especificados. Con un concreto designado el
productor debe proveer un material para satisfacer la clase de resistencia
designada y consistencia (trabajabilidad), usando un particular tamaño de
agregado. Concreto designados son identificados como RC30, basado en
una resistencia cubica por encima a RC50
1.6.2 Acero de Refuerzo
Las barras son manufacturadas con una superficie corrugada, el cual es un
mecanismo de adherencia con el concreto. El doblado de la varillas a
través de pequeños radios causan tensiones de agrietamiento en el acero y
para evitar esto el radio de doblado mi deberá ser menos que dos veces el
diámetro para varillas < 16mm.
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