SEMANA 13
•
LA DEFORMACION 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 ELASTICAS:
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 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.
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.
RELACION 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.
–
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.
–
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
EXCELENTE
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