PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CONCRETO

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CONCRETO

El concreto es una mezcla de cemento, agregados pétreos (grueso y fino) y agua. El cemento, el agua y la arena forman el aglutinante, la pasta, que une la grava llenando los vacíos que existen entre sus partículas, es aplicada en una mayor concentración para asegurar que no se formen vacíos. Este material pétreo debe ser mezclado en proporciones adecuadas para constituir un material heterogéneo, que cuenta con características tales como la durabilidad, la permeabilidad y la resistencia al fuego, a la abrasión y a la intemperie. El concreto simple es resistente a compresión, sin embargo es débil a la tensión lo que limita su uso, por ello es complementado con las varillas de acero de refuerzo que restringe el desarrollo de las grietas en el concreto originadas por la poca resistencia a tensión.

El peso volumétrico se encuentra entre 1.9 y 2.5 ton/m3 dependiendo del tipo de material que se utilice. Se definen dos clases de concreto: Clase 1 con un peso volumétrico en estado fresco superior a 2.2 ton/m3, y clase 2, cuyo peso volumétrico oscila entre 1.9 y 2.2 ton/m3.

El peso unitario del concreto normal, el fabricado con piedras naturales, varía entre 2250 y 2450 kg/m3, se usa generalmente el valor 2300kg/m3. (¿Especificar concretos pesados y livianos?)

Según la norma ASTM-C-150. Los distintos tipos de cemento que existen son:

Tipo I que es de uso general sin propiedades especiales

Tipo II de moderado calor de hidratación y alguna resistencia al ataque de sulfatos.

Tipo III de resistencia temprana y elevado calor de hidratación

Tipo IV de bajo calor de hidratación

Tipo V de alta resistencia al ataque de sulfatos.

Si a los tres primeros de esta lista se les adiciona incorporadores de aire se agrega el sufijo A, por ejemplo tipo IIIA.

El cemento Portland tipo I ha sido utilizado en una gran mayoría de las construcciones, alrededor del 90% de las edificaciones. Requiere de al menos dos semanas para poder retirar la cimbra que lo sostiene y aguantar cargas razonables, pero no es hasta los 28 días donde alcanza su resistencia de diseño y esta, continúa aumentando conforme pasa el tiempo debido al proceso continuo de hidratación. Para casos donde se necesita acelerar el proceso de construcción, se han desarrollado los cementos de alta resistencia, como los del tipo III, donde alcanzan su resistencia de diseño en periodos más cortos entre los siete y catorce días.

(Características esfuerzo deformación del concreto simple.) Resistencia a la compresión.

Este parámetro es obtenido por medio del ensayo en compresión axial de un cilindro de concreto simple estándar de 15cm de diámetro y 30cm de altura, la relación lado diámetro debe ser siempre igual a dos. Debe permanecer en el molde 24 horas después del vaciado, después debe ser curado a vapor hasta el ensayo, que será efectuado una vez el cilindro cumpla los 28 días. Según el proceso descrito en la norma  (ASTM-C-192M-95) se aplica una carga axial, que va aumentando a través del tiempo. El esfuerzo se obtiene de al dividir esa carga P entre el área de la sección transversal del cilindro. La resistencia obtenida del ensayo de estos ensayos es conocida como resistencia del cilindro f´c y es la principal propiedad especificada para propósitos de diseño. La resistencia de diseño que se necesita para una construcción es f´c.

A pesar que se necesita que en el cilindro la distribución de deformaciones sea uniforme, llevado a la práctica esto no sucede, pero las variaciones no son significativas y pueden ser despreciadas.

[pic 1]

En una curva típica esfuerzo deformación (insertar figura) se aprecia que el concreto no en un material elástico, la primera parte de la curva puede ser considerada recta, las curvas son lineales hasta aproximadamente un  medio de la resistencia a compresión. La curva para un concreto de alta resistencia presenta un pico agudo, en cambio, la curva para un concreto de baja resistencia presenta una cresta plana. La carga máxima se alcanza a una deformación unitaria en el orden de 0.0015 a 0.002 en condiciones típicas. A deformaciones más elevadas, pueden transmitirse esfuerzos, sin embargo se hacen visibles grietas paralelas a la dirección de la carga, la inclinación de las grietas es debida a la fricción que existe entre las dos caras que actúan sobre el cilindro y el concreto, esto se debe a la expansión del cilindro hacia los costados al momento de recibir la carga y ser contenida por las placas de apoyo de la máquina que restringen movimientos laterales. La relación entre la deformación unitaria transversal y la longitudinal se conoce como módulo de Poisson. Para esfuerzos menores a 0.7f´c, la relación de Poisson para el concreto está entre 0.15 y 0.20.

[pic 2]

El concreto no es un material elástico, las grietas se presentan casi siempre en la pasta, en la frontera entre el agregado y esta, rompiendo poco a poco la adherencia, aumentando las grietas conforme lo hace la carga hasta llegar al colapso. La deformación unitaria que alcanza en esta condición oscila en 0.003 y 0.007. Según las condiciones de la máquina de ensaye. A partir de alcanzado el esfuerzo máximo la curva se desploma rápidamente.

Se  han hecho ensayos de cilindros a diferentes velocidades de carga donde se mide el tiempo necesario para alcanzar la resistencia, esta variable tiene un efecto considerable en las curvas esfuerzo deformación, en especial en la carga máxima, si la velocidad de deformación es muy grande, la rama descendente es súbita sin embargo si la deformación se aplica lentamente, la rama descendente es suave (insertar gráfica de efecto de la velocidad de carga)  

Módulo de elasticidad

El módulo de elasticidad Ec, es la pendiente del tramo recto inicial de la curva esfuerzo deformación unitaria, está en función de la resistencia del concreto y de su peso volumétrico. El código ACI proporciona la siguiente ecuación empírica.

[pic 3]

Donde:

Ec Módulo de elasticidad del concreto en kg/cm2

W Peso volumétrico en ton/m3

F’c Resistencia del concreto en kg/cm2.

wc está comprendido entre 1400 y 2480 kg/m3, para concreto de peso normal.

La NTC del DF propone otros módulos de elasticidad para concretos con resistencia menos a 400 kg/cm2

Para concretos clase 1 con agregado grueso y calizo [pic 4]

Para concretos clase 1 cn agregado basáltico [pic 5]

Para concretos clase 2 [pic 6]

Cargas actuantes a largo plazo

Cuando es aplicada una carga al concreto, se produce una deformación inicial, ésta aumenta con el tiempo, aun cuando la carga no se altere. Las deformaciones que ocurren con el tiempo se deben a dos causas, contracción y flujo plástico.

El flujo plástico es la propiedad mediante la cual el material se deforma continuamente en el tiempo al estar sometido a un esfuerzo o carga cortante. Al aplicarse una carga inicial, se obtiene una deformación instantánea, debido al flujo plástico la deformación instantánea seguirá aumentando con el tiempo, si la carga es retirada la mayor parte de la deformación instantánea debería de recuperarse. Los concretos de mayor resistencia muestran menos flujo plástico que los de menor resistencia.(3 fig. 2.7)

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