Contenido1.La deformacin del concreto31.1.Deformaciones
elsticas31.2.Deformaciones plsticas41.3.Deformaciones
laterales51.4.Deformaciones por contraccin51.5.Algunas
caractersticas de la deformacin5a.Efecto de la edad6b.Flujo
plstico6c.Fatiga7d.Agrietamiento71.6.Prueba de deformacin del
concreto81.7.Deformacin Progresiva (Creep) del Concreto.91.8.Tipos
de deformacin en el hormign:111.8.1.Deformacin elstica o
reversible:111.8.2.Deformacin plstica o irreversible:112.Diferentes
formas de resistir del concreto122.1.Concreto de alta
resistencia122.2.Resistencia mecnica242.3.El concreto como material
compuesto252.4.Mdulo de Elasticidad del Concreto272.5.Relacin de
Poisson del Concreto283.Solicitaciones estticas, repetidas y
dinmicas294.Resistencia a la compresin314.1.Ensayo para determinar
la resistencia a la compresin NTP 339.034 (1999).314.1.1.Velocidad
de Carga324.1.2.Expresin de resultados324.2.Ensayo para determinar
la resistencia a la traccin por compresin diametral.354.3.Ensayos
para determinar la resistencia a la flexin394.3.1.Velocidad de
carga404.4.Ensayo de mdulo de elasticidad424.5.Datos brindados por
Aceros Arequipa para la resistencia:465.Ensayos destructivos del
concreto486.Factores que influyen en la resistencia mecnica del
concreto50Trabajos citados53
1. La deformacin del concreto1.1. Deformaciones elsticasEl
trmino deformaciones elsticas es un poco confuso, puesto que la
curva esfuerzo-deformacin para el concreto no es una lnea recta aun
a niveles normalesde esfuerzoni son enteramente recuperables las
deformaciones. Pero, eliminando las deformaciones plsticas de esta
consideracin, la porcin inferior de la curva esfuerzo-deformacin
instantnea, que es relativamente recta, puede llamarse
convencionalmente elstica. Entonces es posible obtener valores para
el mdulo de elasticidaddel concreto. El mdulo vara con diversos
factores, notablemente con la resistencia del concreto, la edad del
mismo, las propiedades de los agregados y el cemento, y la
definicin del mdulo de elasticidad en s, si es el mdulo tangente,
inicial o secante. An ms, el mdulo puede variar con la velocidad de
la aplicacin 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 mdulo para un concreto
dado.(Ver imagen 01)
Imagen 01. Curva tpica esfuerzo-deformacin para concreto de 350
kg/cm2.
Del solo estudio de las curvas de esfuerzo-deformacin resulta
obvio que el concepto convencional de mdulo de elasticidad no tiene
sentido en el concreto. Por lo tanto, es necesario recurrir a
definiciones arbitrarias, basadas en consideraciones empricas. As,
se puede definir el mdulo tangente inicial o tangente a un punto
determinado de la curva esfuerzo-deformacin y el mdulo secante
entre dos puntos de la misma.El mdulo secante se usa en ensayes de
laboratorio para definir la deformabilidad de un concreto dado. La
ASTM (Referencia 16) recomienda la pendiente de la lnea que unelos
puntosde la curva correspondiente a una deformacin de 0.00005 y al
40% de la carga mxima.Se han propuesto muchas relaciones que
expresan el mdulo de elasticidad en funcin de la resistencia del
concreto. Para concreto tipo I de peso volumtrico:(fc en kg/cm2)
(Referencia 4, artculo 11.3.3)Una de las ecuaciones empricas ms
empleadas y adoptada por la NSR-98 es la
siguiente:Ec=0.034Wc1.5fc
Dnde:Ec = mdulo de elasticidad del concreto en MPaWc = Peso
unitario del concreto en Kg/m3fc = resistencia del concreto en Mpa
esta ecuacin es vlida para concretos cuyos Wc est comprendido entre
1.450 y 2.450 Kg/m3.
Sin embargo como se habl anteriormente este mdulo vara segn las
caractersticas del agregado que se use, de esta manera la norma
NSR-98 recomienda las siguientes formulas segn su agregado para
concretos de peso normal:
Para agregado grueso de origen gneo Ec = 5500fcPara agregado
grueso de origen metamrfico Ec = 4700fcPara agregado grueso de
origen sedimentario Ec = 3600fcEl valor medio de toda la informacin
experimental para Colombia, sin distinguir por tipo de agregado es:
Ec = 3900fc
1.2. Deformaciones plsticasLa plasticidad en el concreto es
definida como deformacin dependiente del tiempo que resulta de la
presencia de un esfuerzo.As definimos al flujo plstico comola
propiedadde muchos materiales mediante la cual ellos continan
deformndose a travs de lapsos considerables de tiempo bajo un
estado constante de esfuerzo o carga. La velocidad del incremento
de la deformacin es grande al principio, pero disminuye con el
tiempo, hasta que despus de muchos meses alcanza un valor constante
asintticamente. Se ha encontrado que la deformacin por flujo
plstico en el concreto depende no solamente del tiempo, sino que
tambin depende de las proporciones de la mezcla, de la humedad, de
las condiciones del curado, y de la edad del concreto a la cual
comienza a ser cargado. La deformacin por flujo plstico es casi
directamente proporcional a la intensidad del esfuerzo. Por lo
tanto es posible relacionar a la deformacin por flujo plstico con
la deformacin elstica inicial mediante un coeficiente de flujo
plstico definido tal como sigue:Cll= EcllEciDnde Eci es la
deformacin inicial elstica y Ecll es la deformacin adicional en el
concreto, despus de un periodo largo de tiempo, debida al flujo
plstico.1.3. Deformaciones laterales Cuando al concreto se le
comprime en una direccin, al igual que ocurre con otros materiales,
ste se expande en la direccin transversal a la del esfuerzo
aplicado. La relacin entre la deformacin transversal y la
longitudinal se conoce como relacin de Poisson. La relacin de
Poisson vara de 0.15 a 0.20 para concreto. 1.4. Deformaciones por
contraccinLas mezclas para concreto normal contienen mayor cantidad
de agua que la que se requiere para la hidratacin del cemento. Esta
agua libre se evapora con el tiempo, la velocidad y la terminacin
del secado dependen de la humedad, la temperatura ambiente, y del
tamao y forma del espcimen del concreto. El secado del concreto
viene aparejado con una disminucin en su volumen, ocurriendo este
cambio con mayor velocidad al principio que al final.De esta forma,
la contraccin del concreto debida al secado y a cambios qumicos
depende solamente del tiempo y de las condiciones de humedad, pero
no de los esfuerzos.La magnitud de la deformacin de contraccin vara
por muchos factores. Por un lado, si el concreto es almacenado bajo
el agua o bajo condiciones muy hmedas, la contraccin puede ser
cero. Puede haber expansiones para algunos tipos de agregados y
cementos. Por otro lado, para una combinacin de ciertos agregados y
cemento, y con el concreto almacenado bajo condiciones muy secas,
puede esperarse una deformacin grande del orden de 0.001.La
contraccin del concreto es algo proporcional a la cantidad de agua
empleada en la mezcla. De aqu que si se quiere la contraccin mnima,
la relacin agua cemento y la proporcin de la pasta de cemento deber
mantenerse al mnimo.La calidad de los agregados es tambin una
consideracin importante. Agregados ms duros y densos de baja
absorcin y alto mdulo de elasticidad expondrn una contraccin menor.
Concreto que contenga piedra caliza dura tendr una contraccin menor
que uno con granito, basalto, y arenisca de igual grado,
aproximadamente en ese orden.La cantidad de contraccin vara
ampliamente, dependiendo de las condiciones individuales.Para
propsitos de diseo, un valor promedio de deformacin por contraccin
ser de 0.0002 a 0.0006 para las mezclas usuales de concreto
empleadas en las construcciones presforzadas.El valor de la
contraccin depende adems de las condiciones del ambiente. 1.5.
Algunas caractersticas de la deformacinPara conocer el
comportamiento del concreto simple es necesario determinar las
curvas esfuerzo-deformacin correspondientes a los distintos tipos
de acciones a que puede estar sometido. En el caso ms general, sera
necesario analizar todas las combinaciones de acciones a que puede
estar sujeto un elemento. Para esto se han hecho estudios
experimentales sobre el comportamiento del concreto sujeto a
estados uniaxiales de compresin y tensin, a estados biaxiales de
compresin y tensin, y a estados triaxiales de compresin. A partir
de estos estudios se han obtenido expresiones para determinar las
deformaciones que producen estados combinados de esfuerzos.a.
Efecto de la edad Debido al proceso continuo de hidratacin del
cemento, el concreto aumenta su capacidad de carga con la edad.
Este proceso de deformacin puede ser ms o menos efectivo, bricados
de un mismo concreto y ensayado segn sean las condiciones de
intercambio de agua con el ambiente, despus del colado.Por lo
tanto, el aumento de capacidad de carga del concreto depende de las
condiciones de curado a travs del tiempo.El aumento de resistencia
con la edad depende tambin del tipo de cemento, sobre todo a edades
tempranas. Las deformaciones por contraccin se deben esencialmente
a cambios en el contenido de agua del concreto a lo largo del
tiempo. El agua de la mezcla se va evaporando e hidrata el cemento.
Esto produce cambios volumtricos en la estructura interna del
concreto, que a su vez producen deformaciones.Los factores que ms
afectan la contraccin son la cantidad original de agua en la mezcla
y las condiciones ambientales especialmente a edades tempranas.b.
Flujo plstico El flujo plstico es un fenmeno relacionado con la
aplicacin de una carga. Se trata esencialmente de un fenmeno de
deformacin bajo carga continua, debido a un reacomodo interno de
las partculas que ocurre al mismo tiempo que la hidratacin del
cemento.Las deformaciones por flujo plstico son proporcionales al
nivel de carga, hasta niveles del orden del 50 por ciento de la
resistencia. Para niveles mayores la relacin ya no es proporcional.
Como el flujo plstico se debe en gran parte a deformaciones de la
pasta de cemento, la cantidad de sta por unidad de volumen es una
variable importante.Otros factores que afectan a las deformaciones
por flujo plstico son las propiedades de los materiales
constituyentes del concreto, las proporciones de la mezcla y la
humedad ambiente. Las deformaciones unitarias a largo plazo
producidas por el flujo plstico, se pueden estimar a partir de las
deformaciones elsticas instantneas producidas por un cierto
esfuerzo en el concreto, denominado coeficiente de flujo plstico,
cuyo valor vara entre 2 y 4, con un valor promedio en condiciones
comunes de 2.35. Es interesante mencionar que, como el flujo
plstico aumenta con el nivel de carga, este fenmeno tiende a
aliviar las zonas de mximo esfuerzo y, por lo tanto, a uniformar
los esfuerzos en un elemento.c. FatigaSe han hecho diversos
estudios sobre elementos de concreto sujetos a repeticiones de
carga. Cuando un elemento falla despus de un nmero muy grande de
repeticiones de carga, se dice que ha fallado por fatiga. Este tipo
de solicitacin tiene importancia prctica, ya que elementos como
vigas de puente, durmientes de ferrocarril o cimentaciones de
maquinaria estn sujetos a muchas repeticiones de carga. Se mencion
anteriormente que un elemento de concreto en compresin no puede
soportar indefinidamente fracciones de su resistencia esttica
mayores que 70 por ciento Cuando a un elemento de concreto se le
aplican compresiones del orden de la mitad de su resistencia
esttica, falla despus de aproximadamente diez millones de
repeticiones de carga. Se ha encontrado tambin que si la carga se
aplica intercalando periodos de reposo, el nmero de ciclos
necesario para producir la falla aumenta considerablemente.Los
estudios experimentales se han hecho aplicando los ciclos de carga
y descarga a velocidades bastante ms rpidas que las que se
presentan en la prctica y, por lo tanto, sus resultados en general
son conservadores.Se puede estimar que el concreto simple en
compresin, toma diez millones o ms de repeticiones de carga al 50
por ciento de su resistencia esttica. En flexin, el mismo nmero de
aplicaciones puede alcanzarse con ciclos de carga y descarga con
valor mximo del orden de 35-50 por ciento de su resistencia
esttica. Se han hecho estudios limitados de fatiga en torsin, que
tienen un inters prctico menorDebido a la baja resistencia a la
tensin del concreto, los elementos de este material tienden a
agrietarse. Son diversas las causas que conducen al agrietamiento
del concreto, siendo las fundamentales las deformaciones debidas a
cambios volumtricos y los esfuerzos ocasionados por fuerzas de
tensin, por momentos flexionantes, o por las fuerzas cortantes.Los
cambios volumtricos ocasionados por variaciones en la temperatura y
por contraccin producen esfuerzos de tensin en los elementos
estructurales cuando existe algn tipo de restriccin. Cuando estos
esfuerzos son superiores a los que soporta el concreto se presentan
agrietamientos. Estos agrietamientos pueden controlarse ya sea por
medio de refuerzo apropiadamente distribuido, generalmente
especificado por los reglamentos con bases empricas, o ya sea
disponiendo juntas de control que hacen que el agrietamiento
aparezca en lugares definidos.d. AgrietamientoLas fuerzas axiales
de tensin, los momentos flexionantes o las combinaciones de estas
acciones producen grietas normales a los ejes de los elementos
estructurales. Este tipo de agrietamiento puede ser crtico cuando
se utiliza acero de refuerzo con valores del esfuerzo de fluencia
iguales o superiores a 4000 kg/cm2 o cuando las cuantas de acero
son excepcionalmente altas. Aunque el agrietamiento no puede
eliminarse por completo, en estructuras adecuadamente diseadas con
un detallado conveniente del refuerzo, las grietas son de ancho
pequeo, generalmente del orden de 0.1 mm y raras veces superiores a
0.5 mm, de manera que no afectan a la resistencia ni a la
durabilidad de los elementos. La presencia de fuerzas cortantes y
de las tensiones diagonales ocasionadas por stas da origen a
grietas inclinadas. El desarrollo excesivo de estas grietas se
contrarresta por medio de refuerzo en el alma dimensionado de
acuerdo con los principios establecidos. El agrietamiento por
tensin diagonal ha sido menos estudiado que el debido a flexin o a
fuerzas de tensin, y an no se cuenta con mtodos prcticos para
estimar el ancho y la separacin de grietas.Son dos las razones por
las que se requiere controlar el agrietamiento: la apariencia y el
riesgo de corrosin del refuerzo. El tratamiento del problema en el
diseo de estructuras de concreto tiene un doble aspecto.Por una
parte, debe contarse con mtodos para predecir la separacin y, en
particular, el ancho de las grietas. Este aspecto, como podr
apreciarse en incisos posteriores, parece estar satisfactoriamente
resuelto para efectos prcticos. Por otra parte, es necesario
establecer lmites aceptables del ancho de grietas. Esto presenta
dificultades por los factores subjetivos que intervienen en la
determinacin de anchos aceptables desde un punto de vista esttico y
las incertidumbres existentes en cuanto a la influencia del ancho
en la corrosin del refuerzo. Las dos causas bsicas por las que se
producen grietas en el concreto son: Esfuerzos debidos a cargas
aplicadas. Esfuerzos debidos a contraccin por secado o a cambios de
temperatura en condiciones de restriccin. La contraccin por secado
es una propiedad inherente e inevitable del concreto, por lo que se
utiliza acero de refuerzo colocado en una posicin adecuada para
reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predetermine y
controlen la ubicacin de las grietas. Los esfuerzos provocados por
las fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos,
especialmente en edades tempranas. Las grietas por contraccin del
concreto ocurren debido a restricciones. Si no existe una causa que
impida el movimiento del concreto y ocurren contracciones, el
concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser provocadas por
causas diversas. La contraccin por de secado siempre es mayor cerca
de la superficie del concreto; las porciones hmedas interiores
restringen al concreto en las cercanas de la superficie con lo que
se pueden producir agrietamientos. (Ruiz, 2010)1.6. Prueba de
deformacin del concretoLa deformacin del concreto se mide con una
prueba de resistencia utilizando un cilindro de 28 das de edad. El
resultado de esta prueba va a determinar el fc (resistencia a
compresin) como se indica en la grfica de esfuerzo-deformacin. Los
factores importantes a analizar son el tiempo de aplicacin de la
carga, la velocidad, el a/c, y la esbeltez del espcimen. En cuanto
al tiempo, por lo general se aplica solo por unos minutos. La
velocidad es directamente proporcional, es decir, entre ms rapidez
existe mayor resistencia. Por otra parte el a/c funciona de manera
contraria, entre mayor a/c hay menor resistencia. Por lo tanto,
entre menor resistencia haya, la deformacin es mayor.
1.7. Deformacin Progresiva (Creep) del Concreto.Cuando el
concreto es sometido a un estado de esfuerzos sostenido, ste se
deforma progresivamente en funcin del tiempo, la deformacin se
puede concebir como un acortamiento del elemento. La deformacin
final del concreto depende del tiempo, pero est integrada por dos
partes, una, la que corresponde a la deformacin elstica, la otra,
corresponde a la deformacin progresiva propiamente dicha (creep),
la Figura 9.17 ilustra este concepto.
Figura 9.17. Deformacin Progresiva del Concreto en
Compresin.
Algunas de las causas que se presentan ya sean en forma aislada
o conjunta y que influyen en la deformacin progresiva del concreto
simple son:1. La deformacin (flujo) de los agregados empleados en
el concreto, esto depende del tipo deroca original, por ejemplo los
agregados provenientes de areniscas y los que poseen mica son
susceptibles de provocar deformaciones progresivas mayores.2. La
deformacin o flujo de la pasta de cemento que rodea los agregados.
Cuando los agregados son muy estables como es el caso de las
calizas densas o el cuarzo, las deformaciones se deben
fundamentalmente a la calidad de la pasta de cemento. Pastascon
relaciones agua-cemento altas favorecen deformaciones mayores.3. La
expulsin del agua de gel debido a las cargas externas favorece las
deformaciones.4. Disminucin de la porosidad del concreto.5. La edad
del concreto, los concretos jvenes que no han desarrollado su mxima
resistencia tienden a presentar un flujo mayor.6. Las condiciones
climticas, un ambiente hmedo tiende a disminuir la deformacin
progresiva en el concreto.
Modelos Se han ideado modelos, por medio de los cuales se
pretende evaluar la magnitud de la deformacin final producida por
el fenmeno, esto debido a que es poco prctico el elaborar pruebas
en las que se tenga que esperar por aos para conocer los
resultados. Uno de estos modelos es el de D. Mc Henry cuya ecuacin
se presenta enseguida:
El comit ACI-209 sugiere que la deformacin progresiva se puede
calcular con la frmula:
Por otro lado el coeficiente de contraccin diferida se debe
calcular con la expresin:
El modelo sugerido por el ACI-209 resulta ser muy prctico para
predecir el nivel de deformacin progresiva que se puede esperar en
el concreto simple. El creep o deformacin progresiva resulta de
vital importancia en el concreto presforzado, para estimar las
prdidas de presfuerzo que se pueden presentar debido el fenmeno,
tambin es de importancia en otros tipos de construcciones como
presas y cimentaciones industriales.(Constructor Civil, 2011)
1.8. Tipos de deformacin en el hormign:
El hormign como todo cuerpo slido, se deforma al cargarse, y
esta deformacin depende de la magnitud de la carga y del tiempo que
esta dure.1.8.1. Deformacin elstica o reversible:La podemos
comparar con un resorte al cual le aplicamos una carga deformndose,
pero al retirar la carga, este retorna a su posicin original. Estas
deformaciones son imperceptibles a la vista y por lo tanto estas
deformaciones provocan acortamientos o alargamientos en el sentido
longitudinal del esfuerzo y ensanchamiento o adelgazamiento en el
sentido transversal del esfuerzo cuando los elementos estn a
compresin o a traccin.1.8.2. Deformacin plstica o
irreversible:Consiste en una deformacin instantnea e irreversible
que aumenta con la magnitud de la carga y el tiempo que esta dure.
La deformacin plstica sumada a la deformacin por retraccin se
detiene prcticamente al cabo de 3 aos y es directamente
proporcional a la carga que se le aplica, siempre y cuando esta
carga sea menor que 1/3 de la carga necesaria para la
rotura.(Pinto, 2013)
2. Diferentes formas de resistir del concreto
2.1. Concreto de alta resistencia Para la fabricacin de los
concretos de alta resistencia, es necesario reducir la relacin c/a
a valores menores de 0.40, pudiendo llegar hasta 0.30. En el rango
de a/c 0.40 - 0.70, el componente ms dbil del concreto es el
cemento y la interface cemento-agregado; pero cuando se va
reduciendo el a/c, stos dejan de ser los ms dbiles del sistema,
incrementndose la resistencia. En los concretos de alta resistencia
con relaciones a/c < 0.40, el factor ms dbil y limitante est
constituido por los agregados, cuyo comportamiento dependen de sus
caractersticas mineralgicas, su forma y resistencia mecnica propia
de los agregados. Estos parmetros deben optimizarse para alcanzar
altas resistencias. En el proceso de obtener altas resistencias del
concreto para relaciones a/c < 0.45, los aditivos supe
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 slice (humo de slice) que por su propiedad
puzolnica contribuye a incrementar la resistencia del concreto. En
cada etapa de desarrollo se debe maximizar los resultados, de tal
forma que cada producto incorporado al concreto alcance su mayor
eficiencia. Rol de la Microslice y de los Aditivos
Superplastificantes en la obtencin de los Concretos de Alta
Resistencia
2.1.1. Actividad Fsico-Qumico de la Microslice La obtencin de
resistencias a la compresin del orden de los 1,000 Kg/cm2 son
posibles con la adicin de microslice en la mezcla; esto por su
accin fsica y qumica, incrementa los slidos en la pasta de cemento,
colocndose en los espacios vacos e incrementando la cohesividad y
por su propiedad puzolnica, reacciona con el C2(OH)2 libre,
formando silicatos de calcio, con lo que se incrementa la
resistencia a la compresin. La microslice posee la propiedad de una
puzolana altamente activa, numerosos autores han venido
investigando su reactividad qumica en las pastas cementicias
encontrndose que se produce una significativa aceleracin en la
formacin de silicatos de calcio hidratado al mismo tiempo que se
produce la disminucin del Ca(OH)2. El mecanismo de accin qumica de
la microslice consiste en que las partculas finas de SiO2
reaccionan con la cal liberada por la hidratacin del cemento
produciendo Silicatos de Calcio: Ca(OH)2 + SiO2 + H20 ~ Silicatos
de Calcio (C-S-H)La velocidad a la cual la cal puede ser removida
por la microslice puede ocurrir desde las 4 horas de la hidratacin
o hasta despus de 28 das, su comportamiento est directamente
relacionado con la cantidad de SiO2 presente, su tamao, sus
componentes, la disponibilidad de slice activa, al parecer no
influye el rea superficial de sus partculas, sin embargo, se ha
observado que la presencia excesiva del carbn sobre la superficie
de las partculas de la microslice retarda la reaccin con la cal por
reducir el rea superficial disponible para reaccionar con el agua.
Esto es aparentemente generado por componentes voltiles
provenientes de carbono o astillas de madera depositados despus de
la formacin de las microesferas. Cuando la alita C3S se forma,
libera Ca(OH)2, la cual reacciona con la microslice; en diversos
ensayos realizados al respecto se concuerda en que la presencia de
la microslice acelera la velocidad de reaccin de la fase de la
alita. En ensayos realizados con componentes puros se ha observado
que la microslice tambin acelera la reaccin de la estringita con la
consiguiente conversin a monosulfatos.En solucin acuosa la
microslice desarrolla un gel rico en slice en tiempos de 15 minutos
a 1 hora, el cual posee propiedades aglomerantes consumindose la
mayora del agua disponible. Los silicatos de calcio anhidros son
rodeados por el gel de slice el cual reacciona variablemente desde
diversas horas a diversos das, reaccionando con el Ca(OH)2 formando
ms silicato de calcio. Como resultado se obtiene la formacin de una
estructura ms rgida a tempranas edades que en las pastas normales.
A causa de la extrema finura de sus partculas tienen la capacidad
de colocarse en los espacios vacos formados en las interfaces
pasta-agregado, pasta-acero y los vacos entre las partculas de
cemento con lo que se incrementa la densidad de la pasta. 2.1.2.
Actividad de los aditivos reductores de agua sobre el concreto El
primer efecto fsico que se da al variar la relacin a/c por la
adicin de un aditivo, es la fluidez de la mezcla al estado plstico,
por efecto de variar la viscosidad de la pasta de cemento. Entre
las partculas de cemento y los productos resultantes de su
hidratacin existen fuerzas de atraccin y repulsin, las fuerzas de
atraccin, dan lugar a la formacin de grumos. La adicin de pequeas
cantidades de productos orgnicos, reduce la atraccin entre
partculas y reduce a su vez la cantidad de agua en la mezcla. La
accin de los aditivos se presenta de la siguiente manera: Los
aditivos reductores de agua reaccionan con los productos hidratados
formando una capa alrededor de cemento aislndolo de otras partculas
de cemento con lo cual se reduce la fuerza de atraccin. En general
los aditivos reductores de agua son aninicos y confieren una carga
negativa a las partculas de cemento, rechazndose mutuamente. Los
aditivos que se utilizaren son: Sales de Formaldehido
Naftaleno-Sulfanato. Son polmeros que tienden a reducir la tensin
superficial de su fase acuosa. Su uso est dirigido a producir
aditivos supe plastificantes porque incrementan la trabajabilidad y
reducen la relacin a/c. Sales Formaldehido-Melamina-Sulfonato. Son
polmeros de alto poder plastificante y reductores de agua, se le
usa para producir aditivos supe fluidificantes. 2.1.3. PROGRAMA DE
TRABAJO Los ensayos se realizaron en la ciudad de Lima (UNI,
CISMID, Ministerio de Transporte), entre los meses de agosto 97 a
marzo de 1999. Los materiales utilizados en la elaboracin de los
concretos de alta resistencia fueron: Cemento: Tipo I Tipo V
Agreados Agregado Grueso, de origen gneo intrusivo, con un 90%
Dioritas + 10% Andesitas a) Tamao nominal mximo de 3/4" (pasa toda
la malla 1") Mdulo de finura 7.60 Peso especfico 2.75 b) Tamao
nominal mximo de 1/2" (pasa toda la malla 3/4") Mdulo de finura
6.90 c) Agregado Grueso, de orgen cuarctico Tamao nominal mximo de
1/2" (pasa toda la malla 3/4") Mdulo de finura 6.90 Peso especfico
2.58 d) Agregado Fino, de mdulo de finura 3.14 Aditivos Los
aditivos utilizados fueron superplastificantes de alto rango,
retardantes tipo G, de dos marcas, las cuales se comportaron de
forma muy similar y satisfactoriamente para la elaboracin del
concreto de alta resistencia siendo la dosificacin en promedio de 9
lt/m3 de cemento de ambos aditivos, estos fueron: Euco 537 y
Sikament 10. Microslica La microslica densificada en polvo fueron
de dos marcas, con las dosificaciones del 10% al 15% en peso del
cemento, se estudi la compatibilidad con los tipos de cementos y
con los superplastificantes, retardantes de alto rango tipo G, lo
que permiti alcanzar las altas resistencias a la compresin. La
micra slice No. 1 tiene un 98.38% de SiO2, y la muestra No. 2 tiene
93.22% de SiO2. Las propiedades determinadas en el concreto fueron:
a) En Estado Endurecido - Resistencia a la Compresin en las edades
de 7, 28, 42, 90, 180, 360 das. - Resistencia a la traccin por
compresin diametral b) En Estado Fresco - Peso Unitario -
Trabajabilidad - Tiempo de Fraguado - Exudacin - Consistencia c) El
nmero de probetas ensayadas son del orden de 500 probetas.
2.1.4. CONCLUSIONES Los concretos sin adicin de aditivos y
microslica alcanzaron una resistencia a la compresin de 500-550
Kg/cm2.1. Los concretos con aditivos supe plastificantes
retardantes de alto rango alcanzaron una resistencia a la compresin
del orden de 650 Kg/cm2 a los 28 das, el incremento aproximado es
del 18% con respecto al concreto sin aditivo. 2. El cemento con
aditivo y microslica alcanz una resistencia a la compresin del
orden de 1,000 - 1,100 Kg/cm2, a los 42 das, el incremento de
resistencia es aproximadamente del 80% con respecto al concreto
simple. 3. Las resistencias alcanzadas a los 360 das, es del orden
de los 1,450 Kg/cm2, el incremento es del orden de los 260%. 4. Las
caractersticas del diseo fueron: Relacin a/c = 0.36 asentamiento =
2 3 Cemento = 600 Kg/m3 de concretoAditivo supe plastificante: 9
lt/m3 de concreto Adicin de microslice: 10-15 % del cemento5. El
uso del cemento tipo V, en la fabricacin de los .concretos de alta
resistencia, tuvo un comportamiento similar a los cementos tipo I,
su utilizacin fue una opcin para incrementar la durabilidad del
concreto y lograr una economa en el diseo.
(G.)
2.2. Resistencia mecnica La resistencia mecnica del concreto
endurecido ha sido tradicionalmente la propiedad ms identificada
con su comportamiento como material de construccin. En trminos
generales, la resistencia mecnica, que potencialmente puede
desarrollar el concreto, depende de la resistencia individual de
los agregados y de la pasta de cemento endurecida, as como, de la
adherencia que se produce en ambos materiales. En la prctica, habra
que aadir a estos factores el grado de densificacin logrado en la
mezcla ya que, como ocurre con otros materiales, la proporcin de
vacos en el concreto endurecido tiene un efecto decisivo en su
resistencia. Cuando las partculas de los agregados son duras y
resistentes, la resistencia mecnica 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 dbiles, la resistencia intrnseca de estos se
convierte en una limitacin para la obtencin de altas resistencias,
lo cual no quiere decir que el concreto no pueda ser ms resistente
que las partculas individuales de los agregados. La adquisicin de
la resistencia mecnica de la pasta de cemento conforme endurece es
una consecuencia inmediata del proceso de hidratacin de los granos
de cemento.Considerando el trabajo conjunto de los agregados y la
pasta de cemento en el concreto endurecido puede suponerse que, si
las resistencias individuales de los agregados y de la pasta no son
restrictivas, la resistencia ltima del concreto debe depender
sensiblemente de la adherencia entre ambos componentes. Sin embargo
sta es una situacin cambiante con la edad, pues aunque tanto la
resistencia de la pasta como la adherencia progresan con la
hidratacin del cemento, su evolucin no necesariamente es igual, y
as, hay evidencia de que en el concreto a edad temprana la
resistencia por adherencia suele ser menor que la resistencia de la
pasta, en tanto que a edades avanzadas tiende a ocurrir lo
contrario. En los concretos de baja resistencia (menos de 200
Kg/cm2), a la edad de servicio (ms de 28 das) es frecuente que la
resistencia propia de la pasta sea el factor predominante, mientras
que en los niveles altos (ms de 500 Kg/cm2) tiende a predominar la
adherencia pasta / agregado como factor determinante de la
resistencia del concreto. En los niveles intermedios que son los ms
usuales en las estructuras ordinarias, la resistencia del concreto
puede ser limitada indistintamente por la resistencia de la pasta,
la adherencia pasta /agregado, o una combinacin de ambas,
dependiendo significativamente de las caractersticas de forma,
textura superficial y tamao mximo de los agregados.
2.3. El concreto como material compuesto Ha sido muy conocido
que las propiedades de materiales multifsicos pueden ser muy
superiores a las caractersticas de las fases individuales tomadas
por separado, particularmente cuando estos vienen de las fases
dbiles o quebradizas. Quizs la ms antigua informacin escrita de un
material compuesto, ocurre en el xodo cuando se habla de ladrillos
de arcilla reforzados con paja. Hoy, sabemos que ni la roca, ni la
pasta del cemento pura han determinado los materiales de
construccin tiles, la roca porque es demasiado quebradiza, y el
cemento porque se quiebra en la sequedad. Sin embargo, juntos se
combinan para formar quizs el ms verstil de todos los materiales de
construccin. Podemos definir un material compuesto como la
combinacin tridimensional de por lo menos dos materiales
qumicamente y mecnicamente distintos con una interfase definida que
separa los componentes. Este material polifsico tendr diversas
caractersticas de sus componentes originales. A un nivel
macroscpico, el concreto consiste en porciones de agregado grueso
embutidos en una matriz de mortero; en una escala algo ms fina, el
mortero en s mismo consiste en partculas de arena embutidas en una
matriz de pasta hidratada de cemento. A una escala microscpica, la
pasta hidratada de cemento consiste en C-S-H y Hidrxido de Calcio,
conteniendo una red extensa de los poros capilares, que pueden
encontrarse secos o llenos de agua, ms algunos granos de cemento
inmvil no hidratado.En una escala ms fina, sub. - microscpica
inmvil, el C-S-H es una mezcla de partculas mal cristalizadas de
una variedad de tamaos y composiciones qumicas, rodeado por un
sistema ms o menos continuo de poros de gel, que tambin se pueden
encontrar secos, llenos parcial o totalmente de agua. Finalmente,
los agregados mismos son generalmente materiales compuestos,
consistiendo en una mezcla de diversos minerales con una porosidad
bien definida. La estructura interna del concreto es muy compleja.
Sin embargo, si hacemos algunas simplificaciones, podremos entonces
construir un modelo matemtico que permita que determinemos el lazo
entre la estructura del concreto y sus caractersticas fsicas.
Esencialmente se puede modelar la pasta endurecida de cemento como
un compuesto que consiste en C-S-H homogneo y Hidrxido de Calcio,
conteniendo un sistema continuo de poros capilares; (se pueden
ignorar los detalles de la estructura C-S-H). Similarmente podemos
modelar el concreto como un material bifsico, con las partculas de
los agregados embutidas en una matriz de pasta del cemento. Es
decir, para los propsitos de este modelo, se asume que la fase del
agregado y la fase de la pasta son cada uno homogneas e isotpicas.
La experiencia ha mostrado que este modelo puede proporcionar
aproximaciones muy buenas al comportamiento mecnico del concreto,
si las caractersticas de los dos componentes se conocen. Factores
que afectan el comportamiento compuesto del concreto. Antes de
aplicar este modelo al concreto, es importante primero considerar
el comportamiento del compuesto en general ms detalladamente. Para
describir un sistema con una o ms fases de dispersin (partculas)
embutidas en una matriz continua, deben ser considerados los
siguientes parmetros: Distribucin de tamao de las partculas.
Concentracin y distribucin de las partculas. Orientacin de las
partculas. Distribucin espacial (o topologa) de las partculas.
Composicin de la fase dispersa. Composicin de la fase contina.
Enlace entre las fases continuas y las dispersas. Simplemente
describiendo la geometra del sistema en trminos de estos parmetros
sera muy difcil. Adems, puede ser difcil determinar si una fase es
continua o dispersa. Por lo tanto, puede ser provechoso considerar
dos arreglos para las dos fases, los sistemas: en paralelo y en
serie. Estos sistemas, y otros como ellos, se pueden utilizar para
calcular los parmetros elsticos del sistema compuesto, si se
conocen los parmetros elsticos de las fases individuales. El
sistema en paralelo, en el cual las dos fases se sujetan a las
tensiones uniformes, proporciona la solucin del lmite superior para
el parmetro elstico de inters. El sistema en serie, en el cual las
fases se sujetan a las tensiones uniformes, proporciona la solucin
de un lmite ms bajo para el parmetro elstico de inters. Usando
estos dos modelos para calcular el mdulo de elasticidad de los
sistemas, se puede mostrar lo siguiente: Para el modelo en
paralelo: Es = E1V1 + E2V2 (1.1) Para el modelo en serie:
Donde: Es = Mdulo de elasticidad del sistema. E1 E2 = Mdulo de
elasticidad de los dos componentes. V1 V2 = Volumen de las
fracciones de los dos componentes.
2.4. Mdulo de Elasticidad del ConcretoEstos modelos de sistemas
compuestos simples anteriormente vistos se han aplicado al
concreto. Las ecuaciones (1.1) y (1.2) se pueden rescribir como: Ec
= EpVp + EaVa (1.3)
Donde: Ec = Mdulo de elasticidad del concreto. Ep, Ea = Mdulo de
la elasticidad de la pasta y del agregado, respectivamente. Vp, Va
= Fracciones del volumen de la pasta y del agregado,
respectivamente.
Sin embargo, se ha sugerido que un material compuesto como el
concreto que consiste en partculas de agregados dispersadas en una
matriz de pasta de cemento, puede tener dos estructuras fundamental
diversas. Los concretos hechos con agregados naturales (es decir,
partculas duras en una matriz suave) se comportan ms de cerca al
modelo de un enlace ms bajo, es decir Sistema en Serie (esfuerzo
uniforme) por otra parte, los concretos hechos con los agregados
ligeros (es decir, partculas suaves en una matriz dura) se
conforman ms de cerca al modelo del enlace superior, es decir
Sistema en Paralelo (tensin uniforme) De hecho, ningn modelo es
absolutamente correcto, puesto que el concreto bajo carga no exhibe
esfuerzo uniforme ni tensin uniforme. Para los concretos hechos con
agregados naturales, el modelo de esfuerzos uniformes, subestima la
Ec alrededor de 10%; el modelo de tensin sobrestima la Ec a una
mayor cantidad.
Tabla 1.2 Mdulo de elasticidad de concretos de diferentes
resistencias de acuerdo con la British Code of Practice CP 110:1972
para el uso estructural del concreto. 2.5. Relacin de Poisson del
Concreto La relacin entre la deformacin lateral que acompaa una
deformacin axial aplicada y la deformacin final se utiliza en el
diseo y anlisis de muchos tipos de estructuras. La relacin 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 medicin de la deformacin,
tanto para el concreto normal como para el concreto ligero, aunque
puede ser que este ltimo enlace valores cercanos a la parte
superior del rango. Una determinacin dinmica proporciona valores ms
altos, con un promedio del orden de 0.24. Para este ltimo mtodo se
requiere la medicin de la velocidad de pulso,V, y tambin la de la
frecuencia fundamental de resonancia de la vibracin longitudinal de
una viga de longitud l. La relacin de Poisson, , se puede calcular
por medio de la expresin.
Puesto que E/ =(2nL)2, donde = Densidad del concreto. No se
cuenta con informacin confiable respecto a la variacin de la
relacin de Poisson con relacin a la edad, resistencia u otras
propiedades del concreto pero generalmente se piensa que la relacin
de Poisson es menor en el concreto de alta resistencia.
(Biblioteca, s.f.)
3. Solicitaciones estticas, repetidas y dinmicas
La extensa investigacin tuvo como objetivo analizar los avances
en el diseo de mezclas asflticas para carpetas de carreteras. Esto
representa un aspecto muy importante desde el punto de vista
socioeconmico tanto para el pas como en el mbito internacional.Se
estudiaron los nuevos criterios de diseo desarrollados en diversas
instituciones del extranjero, principalmente los del Strategic
Highway Research Program, SHRP, de Estados Unidos, as como el mtodo
emprico Marshall, que hasta la fecha es el ms empleado en el mundo
a pesar de sus limitaciones tericas.El principal logro del SHRP ha
sido el desarrollo de un criterio de diseo de concretos asflticos
para carretera identificado como Superpave, el cual ha despertado
inters internacional, y que est en proceso de verificacin y
realizacin de modificaciones.En el extenso programa desarrollado en
el Instituto de Ingeniera de la UNAM se analizaron los resultados
de dicho programa. Se decidi analizar nicamente la fase uno del
criterio Superpave ya que las fases dos y tres se consideraron
inadecuadas.El experimento realizado fue muy extenso, con 96
niveles y 16 especmenes de concreto alfstico para una de las
pruebas dinmicas de traccin y compresin. Las variables principales
son:Tipo de asfalto, un nivel: AC-30.Origen del agregado, cuatro
niveles: basalto triturado; caliza triturada con finos de arena de
mina, grava de ro triturada; y grava de ro sin triturar.Tipo de
granulometra, con tamao mximo nominal de 19 mm, con tres niveles:
1) curva gruesa, 2) curva fina y 3) curva que pasa por la zona
restringida del criterio Superpave.Mtodo de diseo del concreto
asfltico, dos niveles:Superpave y Marshall.Tipo de ensaye mecnico,
dos niveles: prueba esttica y prueba dinmica cclica.Tipo de
solicitacin en el ensaye, dos niveles: traccin a 25 C y compresin a
40 C.Para la realizacin del estudio se establecieron parmetros que
se mantuvieron constantes durante toda la investigacin:El tamao
mximo nominal del agregado igual a 19 mm.El programa experimental
se concentr en el tipo de concreto ms empleado en Mxico, que es el
concreto denso, de granulometra continua. Se estudian tres tipos de
granulometra dentro de normas ASTM: la primera con predominio de
agregado grueso (grava) y poca proporcin de arena; la segunda es la
inversa, con predominio de la fraccin fina (arena), y menor
proporcin de grava; la tercera curva de distribucin de tamaos
atraviesa la zona restringida del mtodo Superpave.Para la
fabricacin de todos los especmenes Superpave y Marshall, de tensin
y compresin, el cemento asfltico se mezcl con los agregados a 153
C, y el tiempo de curado fue de cuatro horas a 135 C La elaboracin
de las probetas se realiz a 143 C.Ninguno de los dos mtodos de
diseo, Superpave o Marshall, contiene actualmente especificaciones
para caracterizar los materiales. Al inicio de la investigacin el
criterio Superpave recomendaba pruebas muy complejas para las
etapas de diseo intermedia y completa, etapas dos y tres, las
cuales se consideraron tericamente inadecuadas para los fines del
presente estudio del Instituto de Ingeniera. Por lo tanto se decidi
utilizar los ensayes de traccin indirecta y de compresin, ambos
sujetos a solicitaciones estticas y dinmicas repetidas de acuerdo
con normas ASTM. Los dos procedimientos de caracterizacin sealados
se aplicaron a los especmenes tipo Superpave y tipo Marshall.Los
especmenes de traccin se fabricaron en el compactador giratorio
SHRP y las probetas de compresin se elaboraron en el compactador
por amasado de Hveem.Los resultados de la investigacin desarrollada
permitirn mejorar los diseos de los concretos y mezclas asflticos,
con avances tericos significativos y un alto impacto socioeconmico,
tanto en el pas como en el mbito internacional. Algunas de las
conclusiones obtenidas, que justifican ampliamente el estudio,
son:Como se indic al principio, en la investigacin se decidi
analizar nicamente la fase uno del criterio Superpave ya que las
fases dos y tres se consideraron inadecuadas, como lo han
reconocido los estudios posteriores realizados en el programa
SHRP.La zona restringida del criterio Superpave debe
eliminarse.Debe comprobarse en el campo la validez del nmero de
giros de compactacin recomendados para el compactador SHRP en
relacin con la vida esperada del pavimento en condiciones normales
de servicio.Los anlisis de varianza muestran que las variables ms
significativas son el tipo de agregado y la granulometra.En las
pruebas de comportamiento bajo traccin indirecta cclica y en los
ensayes de deformacin permanente acumulada no se encontr diferencia
significativa entre los especmenes hechos con las caractersticas de
los mtodos Marshall y Superpave, los cuales tenan diferencias
significativas en su composicin volumtrica.El carcter intuitivo y
emprico del mtodo Marshall lo pone en desventaja con el criterio
Superpave, modificado con los resultados de la presente
investigacin.Para fines de diseo de concretos y mezclas asflticos
se recomienda utilizar el compactador giratorio SHRP y los
lineamientos del criterio Superpave con las modificaciones y
recomendaciones obtenidas en esta investigacin.(Caballero)
4. Resistencia a la compresin
4.1. Ensayo para determinar la resistencia a la compresin NTP
339.034 (1999).
Mtodo de ensayo para el esfuerzo a la compresin de muestras
cilndricas de concreto. Objeto: La presente Norma establece el
procedimiento para determinar la resistencia a la compresin de
probetas cilndricas, moldeadas con hormign o de testigos
diamantinos extrados de concreto endurecido. Se limita a concretos
que tienen un peso unitario mayor de 800 kg/cm2. Resumen del Mtodo
Este mtodo de ensayo consiste en aplicar una carga axial en
compresin a los moldes cilndricos o corazones en una velocidad tal
que est dentro del rango especificado antes que la falla ocurra. El
esfuerzo a la compresin de la muestra est calculado por el cociente
de la mxima carga obtenida durante el ensayo entre el rea de la
seccin transversal de la muestra.Tolerancias de Tiempo Las probetas
a ser ensayadas, estarn sujetas a las tolerancias de tiempo
indicadas:
4.1.1. Velocidad de Carga La carga deber ser aplicada en forma
continua, evitando choques. Para mquinas de Tornillo, el
desplazamiento del cabezal mvil ser de aproximadamente 1,3 mm/min,
cuando lo hace libremente. Para mquinas operadas hidrulicamente la
velocidad de la carga estar en el rango de 0,14 a 0,34 MPa/s. Se
aplicar la velocidad de carga continua y constante desde el inicio
hasta producir la rotura de la probeta.
4.1.2. Expresin de resultados La resistencia a la compresin de
la probeta se calcula con la siguiente frmula: Rc = 4 G / d2 Donde:
Rc Es la resistencia de rotura a la compresin, en kilogramos por
centmetro cuadrado. G La carga mxima de rotura en kilogramos. d Es
el dimetro de la probeta cilndrica, en centmetros. Informe El
informe incluye los siguientes datos: Identificacin de la probeta.
Dimetro y longitud de la probeta, en centmetros. Carga mxima en
kilogramos. Resistencia de rotura.Edad de ensayo de la probeta.
Defectos observados en la probeta, si los hubiera. Tipo de
fractura, en el caso que no sea en forma de cono. Peso de la
muestra sin capa de terminado.
4.2. Ensayo para determinar la resistencia a la traccin por
compresin diametral. NTP 339.084 HORMIGN (CONCRETO). Mtodo de
ensayo normalizado para la determinacin de la resistencia a la
traccin simple del hormign, por compresin diametral de una probeta
cilndrica. Objeto: Esta Norma Tcnica Peruana establece el
procedimiento para la determinacin de la resistencia a la traccin
por compresin diametral de especmenes cilndricos de hormign
(concreto), tales como cilindros moldeados y testigos
diamantinos.
Resumen del Mtodo Este mtodo de ensayo consiste en aplicar una
fuerza de compresin diametral a toda la longitud de un especimen
cilndrico de hormign (concreto), a una velocidad prescrita, hasta
que ocurra la falla. Velocidad de Carga La carga se aplicar 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
especimen por el esfuerzo de traccin por comprensin diametral.
Expresin de Resultados La resistencia a la traccin por comprensin
diametral de la probeta se calcula con la siguiente frmula: T = 2P
/ l d Donde: T = Resistencia a la traccin por comprensin diametral,
kPa. P = Mxima carga aplicada indicada por la mquina de ensayo, kN.
l = longitud, m. d = Dimetro, m.Informe Registrar la siguiente
informacin: Nmero de identificacin. Dimetro y longitud, m . Carga
mxima kN . Resistencia a la traccin por comprensin diametral,
aproximada a 35 kPa. Proporcin estimada del agregado grueso
fracturado durante el ensayo. Edad del especimen. Historia del
curado. Defectos del especimen. Tipo de fractura. Tipo de
especimen. Para este ensayo se prepararon 3 probetas para ser
ensayadas a los 28 das. Todas estas probetas se repitieron para el
concreto patrn y de alta densidad para las relaciones a/c = 0,50;
0,55 y 0,60.
4.3. Ensayos para determinar la resistencia a la flexin NTP
339.078 HORMIGN (CONCRETO). Mtodo de ensayo para determinar la
resistencia a la flexin del hormign en vigas simplemente apoyadas
con carga a los tercios del tramo. Objeto: La Norma Tcnica Peruana
establece el procedimiento para determinar la resistencia a la
flexin de probetas en forma de vigas simplemente apoyadas,
moldeadas con hormign o de probetas cortadas extradas de hormign
endurecido y ensayadas con cargas a los tercios de la luz. Resumen
del mtodo Este mtodo de ensayo consiste en aplicar una carga a los
tercios de la luz en una probeta de ensayo en forma de vigueta,
hasta que la falla ocurra. El mdulo de rotura, se calcular, segn
que la grieta se localice dentro del tercio medio o a una distancia
de ste, no mayor del 5% de la luz libre. Para este ensayo se
prepararon 3 vigas para ser ensayadas a los 28 das para el concreto
patrn y de alta densidad para las relaciones a/c = 0,50; 0,55 y
0,60.
4.3.1. Velocidad de carga Aplicar la carga a una velocidad que
incremente constantemente la resistencia de la fibra extrema. Entre
0,86 MPa/min y 1,21 MPa/min, hasta producir la rotura de la viga.
Expresin de Resultados Si la falla ocurre dentro del tercio medio
de la luz, el mdulo de rotura se calcula mediante la siguiente
frmula:Mr = P L / b h2En donde: Mr : Es el mdulo de rotura, en
kg/cm2. P : Es la carga mxima de rotura, en kilogramos. L : Es la
luz libre entre apoyos, en centmetros. b : Es el ancho promedio de
la probeta en la seccin de falla, (cm) h : Es la altura promedio de
la probeta en la seccin de falla, (cm) Si la falla ocurre fuera del
tercio medio y a una distancia de ste no mayor del 5% de la luz
libre, el mdulo de rotura se calcula mediante la siguiente frmula:
Mr = 3 P a / b h2 En donde: a : Es la distancia entre la lnea de
falla y el apoyo ms cercano, medida a lo largo de la lnea central
de la superficie inferior de la viga. Si la falla ocurre fuera del
tercio medio y a una distancia de ste mayor del 5% de la luz libre,
se rechaza el ensayo.Informe El informe incluye los siguientes
datos: Identificacin de la probeta. Ancho promedio con aproximacin
de 1 mm . Altura promedio con aproximacin de 1 mm . Luz libre entre
apoyos, en mm . Carga mxima en kilogramos. Mdulo de rotura
calculado con una aproximacin de 0,5 kg-f / cm2 (0,05 MPa). Edad de
ensayo de la probeta. Historia del curado y condiciones de humedad
de la probeta en el momento del ensayo. Defectos observados en la
probeta, si los hubiere. Tipos de recubrimientos usados.
4.4. Ensayo de mdulo de elasticidad Mediante este ensayo sirve
para determinar el Mdulo de Elasticidad de especmenes de concreto
endurecido. En general, es la capacidad del concreto de deformarse
bajo carga, sin tener deformacin permanente. El concreto es un
material elstico estrictamente hablando, ya que no tiene un
comportamiento lineal en ningn tramo de su diagrama carga versus
deformacin en compresin, sin embargo, convencionalmente se
acostumbra a definir un "Mdulo de elasticidad Esttico" del concreto
mediante una recta tangente a la parte inicial del diagrama, o una
recta secante que une el origen del diagrama con un punto
establecido que normalmente es un porcentaje de la tensin ltima.
Los mdulos de Elasticidad normales oscilan entre 250,000 a 350,000
Kg/cm2. y estn en relacin directa con la resistencia en compresin
del concreto y por ende la relacin agua/cemento. Conceptualmente,
las 247 CAPTULO VI mezclas ms ricas tienen mdulos de elasticidad
mayores y mayor capacidad de deformacin que las mezclas pobres. La
norma que establece como determinar el Mdulo de elasticidad esttico
del concreto es la ASTM C-469-02.
Equipos y Materiales a. Mquina de Compresin. Utilizada para
realizar el ensayo de resistencia a la compresin b. Compresmetro.
Utilizado para medir el Mdulo de Elasticidad, consta de dos
especies de anillos, uno de los cuales est rgidamente sujeto al
especimen (B) y otro sujeto por dos puntos diametralmente opuestos,
libre de rotacin (C) En la circunferencia del anillo de rotacin, en
la mitad entre los dos puntos de soporte, hay una varilla pivote
(A), que ser usada para mantener la distancia constante entre los
dos anillos. La deformacin es medida por un dispositivo usado
directamente.c. Especmenes de Ensayo. Deben ser adecuadamente.
Debern estar sujetos a las condiciones de curado especificadas y
ensayados a la edad para la cual la informacin de elasticidad es
deseada. Los especmenes debern ser ensayados dentro de 1 hora
despus que se retiran de los tanques de curado. Ejecucin del Mtodo.
a. Medicin. Medir dos dimetros perpendiculares entre s en la zona
central de la probeta con una aproximacin de 0.25 mm. Calcular el
dimetro de la probeta promediando los dos dimetros medidos. Medir
la longitud del espcimen moldeado incluyendo capas de refrentado
con una aproximacin de 2.5 mm. b. Mantenga constante, como sea
posible, la temperatura y humedad durante la prueba, registre 1as
fluctuaciones inusuales. c. Use un espcimen hermano para determinar
su resistencia a la compresin, previamente al ensayo del mdulo de
elasticidad, con lo cual se registrar su carga ltima a compresin.d.
Coloque el especimen con el equipo medidor de deformacin ajustado,
sobre el bloque inferior de la mquina de ensayo y cuidadosamente
alinear los ejes del especimen con el centro del bloque superior.
Antes de aplicar alguna carga, retire las barras sujetadoras de los
yugos. Anote las lecturas de los indicadores de deformacin e.
Cargar el especimen por lo menos 2 veces. No registrar ningn dato
durante la primera carga. Durante la primera carga que es
principalmente para la fijacin de los calibradores, observar el
desempeo de los calibradotes y corregir algn comportamiento
irregular previamente a la segunda carga. f. Despus de haber hecho
las pruebas de fijacin (sin registro) recin realizar el ensayo y
obtener dos conjuntos de lecturas como sigue: Aplique la carga
continuamente y sin choque, a una velocidad constante en un rango
de 0.241 0.034 Mpa/seg. (2.45 0.35 Kg/cm2). Registre sin
interrupcin las lecturas de cargas aplicadas y la deformacin
longitudinal en el punto (1) cuando esfuerzo longitudinal es de 50
millonsimas y (2) cuando la carga aplicada es igual al 40% de la
rotura. La deformacin longitudinal se define como la deformacin
total dividida entre la longitud efectiva del calibrador. g. El
Mdulo de elasticidad y la resistencia pueden ser obtenidas de la
misma carga previendo que los dispositivos de medicin sean
expandibles, removibles o adecuadamente protegidos. En este caso
registrar varias lecturas y determinar el valor de deformacin al
40% de la carga ltima por Interpolacin. h. S se tornan lecturas
intermedias, dibujar los resultados de cada tres ensayos con la
deformacin longitudinal como abcisa y la resistencia a la compresin
como ordenada Clculo. Se calcula el mdulo de elasticidad con una
aproximacin de 50 000 psi. (344.74 MPa.) de la siguiente
manera.
Donde E = Mdulo de elasticidad en Kglcm2. S2 = Esfuerzo
correspondiente al 40% de la carga ltima Kglcm2 S1 = Esfuerzo
correspondiente a una deformacin longitudinal e1 de 0.000050mmimm.
e2 = Deformacin longitudinal producida por el esfuerzo S2
(Cybertesis, 2008)4.5. Datos brindados por Aceros Arequipa para
la resistencia:A lo largo de la historia, los constructores siempre
han buscado perfeccionar los procesos de construccin y utilizar
materiales de alta resistencia, siendo el concreto uno de los ms
preferidos.Como sabemos, el concreto hoy cumple un papel importante
en la estructura de casi todas las obras. Justamente, porque una de
sus principales propiedades es su alta capacidad para soportar
diversas cargas de compresin. (Figura 1).
La resistencia a la compresin que requiere un determinado tipo
de concreto la podemos encontrar en los planos estructurales con el
smbolo: fc, acompaado de un nmero que el ingeniero estructural
siempre coloca (ejemplo: fc = 210 kg/cm2), y que seala la
resistencia que debe alcanzar el concreto a los 28 das de su
elaboracin en obra.El ingeniero usualmente da por hecho que el
concreto colocado en la estructura alcanzar la resistencia
especificada, pero eso no ocurre siempre. Son varios los factores
(forma de preparacin, cantidad de materiales utilizados, calidad de
los agregados, etc.) que afectan positiva o negativamente esta
importante propiedad del concreto. Por eso debemos realizar una
verificacin para estar completamente seguros de su calidad. Todos
los profesionales de la construccin (grande, mediano o pequeo)
deben tener presente esta recomendacin.Norma de
verificacinPrecisamente, la Norma E-060: Concreto Armado, en sus
Artculos 4.12 y 4.15, nos recomienda, en su Captulo "Requisitos de
construccin", aplicar lo siguiente en todas nuestras obras:"La
verificacin del cumplimiento de los requisitos para fc, se basar en
los resultados de probetas de concreto preparadas y ensayadas de
acuerdo a las Normas. Se considera como un ensayo de resistencia,
al promedio de los resultados de dos probetas cilndricas preparadas
de la misma muestra de concreto y ensayadas a los 28 das de
moldeadas las probetas". Esto quiere decir que la verificacin de la
resistencia a la compresin del concreto se realiza mediante ensayos
de probetas en laboratorios de estructuras, las probetas son
elaboradas previamente en obra de acuerdo a simples procedimientos
normalizados que explicamos en la seccin Capacitndonos.Vaciando las
columnas: Una parte de la mezcla se usa para verificar la
resistencia a la compresin del concreto.Los planos estructurales
(fc); de esta manera, se establece con absoluta precisin si el
concreto cumpli con lo indicado. Si el resultado fuera positivo, la
estructura tendr un comportamiento adecuado, tal y como planific el
ingeniero estructural; caso contrario, la edificacin tendr
problemas en el futuro.Otro factor importante a considerar, es que
segn la Norma E-060, deben ser dos probetas las que se ensayen como
mnimo y ambas obtenidas de la misma muestra de concreto.Para
entender mejor lo explicado hasta aqu, veamos una de las
experiencias de Juan Seguro:Al maestro Juan Seguro, el sbado
30/07/11, le toc vaciar 20 columnas en la obra que est realizando.
l ya decidi preparar y vaciar sucesivamente tres tandas exactamente
iguales (forma de preparacin, dosificacin, transporte, colocacin,
compactacin, etc.).Antes de preparar el concreto, Juan revisa el
plano estructural a fin de ver la especificacin all escrita y
encuentra lo siguiente:Concreto de columnas: fc = 210 kg/cm2Con
este dato y muy cuidadosamente, Juan Seguro brinda las
instrucciones precisas a su personal sobre la forma de preparacin,
dosificacin, transporte, colocacin, compactacin, etc., a fin que,
una vez endurecido el concreto (28 das), cumpla con dicha
especificacin. Con estos cuidados, Juan ordena empezar con la
preparacin del concreto en obra para luego hacer el vaciado.Pero
Juan quiere estar seguro de hacer lo correcto y despejar cualquier
duda, por eso, consider adems elaborar dos probetas con el concreto
de las columnas para realizar los ensayos que recomienda la Norma
E-060. Para ello, procedi de la siguiente manera:Como las tres
tandas las prepar exactamente de la misma manera, seleccion la
segunda para sacar un poco de mezcla, con la cual hizo sus dos
probetas. (Figura 2 y 3).
Esper cuidadosamente que los das transcurrieran y con el
tratamiento correspondiente, su concreto vaciado cumpli los 28 das
al igual que sus probetas, as todo qued preparado para la
verificacin de la resistencia a la compresin.El mismo da que las
dos probetas cumplieron 28 das (27/08/11), Juan las llev a un
Laboratorio de Estructuras de una reconocida universidad, solicit
la realizacin de 2 ensayos de compresin (uno por cada probeta), a
un costo muy bajo (7.00 soles por probeta, precio referencial en
Lima), se hicieron las pruebas solicitadas y le entregaron los
siguientes resultados: Promedio = 215.6 + 232.4 = 224 kg/cm2 2Como
vers, la cifra es mayor que lo especificado en el plano estructural
(fc = 210 kg/cm2), este resultado es positivo y le dice al maestro
lo siguiente:a. La calidad del concreto est garantizada.b. Juan
Seguro respeta las indicaciones de los planos estructurales.c. La
estructura se comportar bien ante fuerzas externas (sismos).d. La
forma como trabaja Juan Seguro es la correcta, pues le brinda
buenos resultados.e. Juan trabajar en el futuro con mucha
seguridad.f. Juan se sentir bien y aumentar su prestigio y
autoestima como maestro.(Aceros Arequipa, 2014)5. Ensayos
destructivos del concretoEl propsito fundamental de medir la
resistencia de los especmenes de pruebasde concreto es estimar la
resistencia del concreto en la estructura real. El nfasis est en la
palabra estimar, y realmente no es posible obtener ms que una
indicacin de la resistencia del concreto en una estructura puesto
que la mima depende, entre otras cosas, de lo adecuado de la
compactacin y del curado.La resistencia de un espcimende prueba
depende de su forma, proporciones y tamao, de modo que un resultado
de prueba no da el valor de la resistencia intrnseca del
concreto.Los corazones tambin pueden utilizarse para descubrir
separacin por acumulacin de agregado o para verificar la adherencia
en lasjuntas de construccino para verificar el espesor del
pavimento.Los corazones se cortan por medio de una herramienta
giratoria de corte con broca de diamante. De esta manera se obtiene
un espcimen cilndrico, que contienen algunas veces fragmentos
empotrados deacero de refuerzo, y que tiene normalmente superficies
terminales que estn lejos de ser planas y a escuadra.Tanto las
normas britnicascomo lasASTM especifican un dimetro mnimo de 100mm,
con el requisito de que el dimetro sea al menos tres veces el tamao
mximo del agregado; sin embargo, lanorma ASTMC 42-90 permite, como
un mnimo absoluto, que la relacin de los dos tamaos sea 2. (IMCYC,
1999)Corazones de concretoSi se confirma labaja resistencia, se
extraern tres corazones por cada resultado abajo de fc en ms de
35k/C2(para la referencia 6: en ms de 50k/c2). La relacin
longitud/dimetro del cilindro o corazn ser de preferencia y como
mximo de 2:1. Los tamaos ms usuales son de 15 x7.5 cm o de 20x10
cm, pudindoseaceptarcomo mnimo hasta 1:1, multiplicado la
resistencia obtenida por un factor de correccin (norma NMX -169).el
dimetro debe ser por lo menosdos veces (de preferencia tres veces)
el tamao mximo del agregado grueso.Debe tenerse cuidado que al
hacer la perforacin la mquinano sedetenga hasta terminar para
evitar que la broca forme escalones o muescas en lasuperficie
cilndricadel corazn, que podran ocasionar concentraciones de carga
durante la prueba.
Prueba de compresin de corazonesSi la estructura va a estar en
un ambiente seco durante su vida de servicio, los corazones
extrados para la prueba debern secarse al aire durante siete das y
probarse en seco. Si la estructura va a trabajar dentro de un
ambiente hmedo se sumergirn los corazones de agua saturada de cal
durante 48 horas (segn la norma NOM: 40 horas) y probarse en
hmedo.Resultado de la prueba de corazonesEl concreto se considerar
adecuado si el promedio de resistencia a la compresin de los tres
corazones es mayor o igual que un 85% de fc especificada y si ningn
corazn tiene una resistencia menor del 75% de la fc. Si hay alguna
duda se puede repetir la prueba una sola vez.Si se confirma la baja
resistencia, el supervisor decidir, tomando en cuanta los criterio
del undcimo prrafo de la introduccin, si el elemento deber
demolerse o si proceder slo una penalizacin econmica al
contratista.Deber corregirse la causa revisando el contenido de
cemento, el proporcionamiento, los agregados, la relacin A/C,
unmejor controlo la reduccin del revenimiento, el mezclado, la
transportacin, una reduccin en el tiempo de entrega, el control del
contenido de aire, colocacin en los moldes y sobre todo la
compactacin y el curado.Si los corazones resultan persistente de
mayor resistencia que los cilindros, se revisarn los procedimientos
de fabricacin de cilindros y el equipo de laboratorio, y sobre todo
el curado, la trasportacin de los cilindros, el cabeceado y
calibracin de la prensa (Federico, 2004)(Construestruconcreto)
6. Factores que influyen en la resistencia mecnica del concreto
Contenido de cementoEl cemento es el material ms activo de la
mezcla de concreto, por tanto sus caractersticas y sobre todo su
contenido (proporcin) dentro de la mezcla tienen una gran
influencia en laresistencia del concretoa cualquier edad. A mayor
contenido de cemento se puede obtener una mayor resistencia y a
menor contenido la resistencia del concreto va a ser menor. Relacin
agua-cemento y contenido de aireEn el ao de 1918 Duff Abrams formul
la conocida Ley de Abrams, segn la cual, para los mismos materiales
y condiciones de ensayo, laresistencia del concretocompletamente
compactado, a una edad dada, es inversamente proporcional a la
relacin agua-cemento.Este es el factor ms importante en la
resistencia del concreto:Relacin agua-cemento = A/CDonde:A=
Contenido de agua en la mezcla en kgC= Contenido de cemento en la
mezcla en kgDe acuerdo con la expresin anterior, existen dos formas
de que la relacin agua-cemento aumente y por tanto laresistencia
del concretodisminuya: aumentando la cantidad de agua de la mezcla
o disminuyendo la cantidad de cemento. Esto es muy importante
tenerlo en cuenta, ya que en la prctica se puede alterar la relacin
agua-cemento por adiciones de agua despus de mezclado el concreto
con el fin de restablecerasentamientoo aumentar el tiempo de
manejabilidad, lo cual va en detrimento de laresistencia del
concretoy por tanto esta prctica debe evitarse para garantizar la
resistencia para la cual el concreto fue diseado.Tambin se
debetener en cuentasi el concreto va a llevar aire incluido
(naturalmente atrapado ms incorporado), debido a que el contenido
de aire reduce la resistencia del concreto, por lo tanto para que
elconcreto con aire incluidoobtenga la misma resistencia debe tener
una relacin agua-cemento ms baja. Influencia de los agregados- La
distribucin granulomtrica juega un papel importante en
laresistencia del concreto, ya que si esta es continua permite la
mxima capacidad del concreto en estado fresco y una mayor densidad
en estado endurecido, lo que se traduce en una mayor resistencia.-
La forma y textura de los agregados tambin influyen. Agregados de
forma cbica y rugosa permiten mayor adherencia de la interfase
matriz-agregado respecto de los agregados redondeados y lisos,
aumentando la resistencia del concreto. Sin embargo este efecto se
compensa debido a que los primeros requieren mayor contenido de
agua que los segundos para obtener la misma manejabilidad.- La
resistencia y rigidez de las partculas del agregado tambin influyen
en la resistencia del concreto.
Tamao mximo del agregadoAntes de entrar a mirar cmo influye el
tamao mximo en laresistencia del concreto, se debe mencionar el
trmino eficiencia del cemento el cual se obtiene de dividir la
resistencia de un concreto por su contenido de cemento.Recientes
investigacionessobre la influenciadeltamao mximo del agregadoen la
resistencia del concreto concluyen lo siguiente:- Paraconcretos de
alta resistencia, mientras mayor sea la resistencia requerida,
menor debe ser el tamao del agregado para que la eficiencia del
cemento sea mayor.- Para concretos de resistencia intermedia y
baja, mientras mayor sea el tamao del agregado, mayor es la
eficiencia del cemento.- En trminos de relacin agua-cemento, cuando
esta es ms baja, la diferencia enresistencia del concretocon tamaos
mximos, menores o mayores es ms pronunciada.
Agregados gruesos. Foto: Argos. Fraguado del concretoOtro factor
que afecta laresistencia del concretoes la velocidad de
endurecimiento que presenta la mezcla al pasar del estado plstico
al estado endurecido, es decir el tiempo de fraguado. Por tanto es
muy importante su determinacin. Edad del concretoEn general, se
puede decir que a partir del momento en que se presenta elfraguado
final del concreto, comienza realmente el proceso de adquisicin de
resistencia, el cual va aumentando con el tiempo.Con el fin de que
laresistencia del concretosea un parmetro que caracterice sus
propiedades mecnicas, se ha escogido arbitrariamente la edad de 28
das como la edad en la que se debe especificar el valor de
resistencia del concreto.Se debe tener en cuenta que las mezclas de
concreto con menorrelacin agua-cementoaumentan de resistencia ms
rpidamente que las mezclas de concreto con mayor relacin
agua-cemento.
Curado del concretoElcurado del concretoes el proceso mediante
el cual se controla la prdida de agua de la masa de concreto por
efecto de la temperatura, sol, viento, humedad relativa, para
garantizar la completahidratacin de los granos de cementoy por
tanto garantizar la resistencia final del concreto. El objeto del
curado es mantener tan saturado como sea posible el concreto para
permitir la total hidratacin del cemento; pues si est no se
completa la resistencia final del concretos se disminuir.
TemperaturaLa temperatura es otro de los factores externos que
afecta laresistencia del concreto, y su incidencia es la
siguiente:- Durante el proceso de curado,temperaturas ms altas
aceleran las reacciones qumicas de la hidratacinaumentando la
resistencia del concreto a edades tempranas, sin producir efectos
negativos en la resistencia posterior.- Temperaturas muy altas
durante los procesos de colocacin y fraguado del concreto
incrementan la resistencia a muy temprana edadpero afectan
negativamente la resistencia a edades posteriores, especialmente
despus de los 7 das, debido a que se da una hidratacin superficial
de los granos de cemento que producen una estructura fsicamente ms
pobre y porosa.(Sandoval, 2004)
Trabajos citadosAceros Arequipa. (01 de Mayo de 2014). Aceros
Arequipa. Obtenido de
http://www.acerosarequipa.com/maestro-de-obra/boletin-construyendo/edicion_17/mucho-ojo-al-reglamento-resistencia-a-la-compresion-del-concreto.htmlBiblioteca.
(s.f.). Biblioteca. Obtenido de
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Tareas. (s.f.). Obtenido de
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Civil. (Enero de 2011). Constructor Civil. Obtenido de
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