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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