Método para
Estándar
de
Ensayo
MÓDULO DE ELASTICIDAD ESTÁTICO Y RELACIÓN DE POISSON DEL CONCRETO EN COMPRESIÓN 1. Alcance 1.1 Este método de ensayo cubre la determinación de (1) el módulo de elasticidad secante (de Young) y (2) la relación de Poisson en cilindros de concreto moldeados y núcleos de concreto taladrados cuando son sometidos a esfuerzos de compresión longitudinal. Las definiciones de módulo de elasticidad secante y módulo de Young se encuentran en Terminología E 6. 1.2 Los valores establecidos en unidades libras-pulgadas son considerados como los estándar. 1.3 Esta norma no pretende dar todas las direcciones de seguridad, si alguna, asociada con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma, establecer la seguridad apropiada y prácticas de salud así como determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras antes de su uso.
2. Documentos Referenciados 2.1 Estándares ASTM C 31 Práctica para Elaboración y Curado en el Campo de Especímenes de Concreto para ensayo. C 39 Método de Ensayo para Resistencia a la Compresión de Especímenes Cilíndricos de Concreto C 42 Método de Ensayo para Obtención y Ensayo de Núcleos
Taladrados y Vigas Aserradas de Concreto. C 174 Método de Ensayo para Medida de la Longitud de Núcleos de Concreto C 192 Práctica para Elaboración y Curado en el Laboratorio de Especímenes de Concreto para Ensayo. C 617 Práctica para Cabeceado de Especímenes Cilíndricos de Concreto E 4 Práctica para Verificación de Carga en Máquinas de Ensayo E 6 Terminología Relativa a Métodos de Ensayos Mecánicos E 83 Práctica para verificación y Clasificación de Extensómetros E 177 Práctica para Uso de los Términos Precisión y Desviación en los Métodos de Ensayo ASTM.
3. Significado y uso 3.1 Este método de ensayo proporciona un valor de la relación esfuerzo a deformación y una relación de deformación lateral a longitudinal para el concreto endurecido a cualquier edad y condiciones de curado que pueden ser establecidas. 3.2 Los valores del módulo de elasticidad y relación de Poisson, aplicables dentro del rango de esfuerzos de trabajo (0 a 40% de la resistencia última del concreto), puede ser usada en el dimensionamiento de miembros estructurales reforzados y no reforzados para establecer la cantidad del refuerzo y calcular los esfuerzos para las deformaciones observadas.
3.3 Los valores del módulo de elasticidad obtenido serán usualmente menores que el módulo derivado de aplicación de carga rápida (por ejemplo, ratas dinámicas o sísmicas), y usualmente serán mayores que los valores obtenidos bajo aplicación de carga lenta o extendiendo la duración de la carga, manteniendo las otras condiciones de ensayo.
4. Aparatos 4.1 Máquina de Ensayo—Puede ser usada cualquier tipo de máquina de ensayo capaz de imponer una carga en la rata y de la magnitud establecida en el numeral 6.4. La máquina debe adecuarse a los requerimientos de la Práctica E 4 (sección Máquinas de Ensayo del Tipo CRT Constant-Rate ofTransverse). La cabeza esférica y los bloques de apoyo estarán conforme con la Sección Aparatos del Método de Ensayo C 39. 4.2 Compresómetro – Para determinar el módulo de elasticidad, se debe disponer de un dispositivo sensible unido o no a la probeta, para medir con una aproximación de 5 millonésima la deformación promedio de dos marcas de referencia diametralmente opuestas, cada una paralela al eje y centradas hacia la mitad de la altura del especimen. La longitud efectiva de cada marca de referencia no deberá ser menor que tres veces el tamaño máximo del agregado en el concreto ni mayor que 2/3 la altura del especimen; la longitud preferida de las marcas de referencia es la mitad de la altura del especimen. Las marcas de referencia pueden ser embebidas o adheridas al especimen y la
deforma-ción de las dos líneas leídas independientemente; o puede ser usado un Compresómetro (tal como el mostrado en la Fig. 1) consistiendo en dos anillos, uno de los cuales (ver B en la Fig.1) está rígidamente ligado al especimen y el otro (ver C en la Fig.1), ligado en dos puntos diametralmente opuestos de tal forma que está libre para rotar. En un punto de la circunferencia del anillo o yugo, a mitad entre los dos puntos de soporte, deberá ser usado un vástago pivotado (ver A en la Fig. 1) para mantener una distancia constante entre los dos anillos. En el punto opuesto en la circunferencia del yugo rotativo, el cambio de distancia entre los dos anillos (esto es la lectura del deformímetro), sea igual a la suma del desplazamiento debido a la deformación del especimen y el desplazami-ento debido a la rotación del yugo sobre el pivote (ver Fig. 2).
4.2.1 La deformación puede ser medida por un dial usado directamente o por un siste-ma multiplicador de palanca, por un deformímetro de alambre o por un
transformador diferencial lineal variable. Si la distancia del vástago pivotado y el medidor del plano vertical que pasa a través del punto de soporte del yugo rotativo son iguales, la deformación del espécimen es igual a un medio la lectura del dial. Si estas distancias no son iguales, la deformación deberá ser calculada como sigue:
g = Lectura del dial, (pulg., m)
er
= La distancia perpendicular,
(pulg., mm), con aproximación de 0.01 pulg. (0.254 mm) desde el vástago pivotado al plano vertical que pasa por los dos puntos de soporte del yugo rotativo.
eg
= La distancia perpendicular,
(pulg., mm), con aproximación de 0.01 pulg. (0.254 mm) desde el dial a al plano vertical que pasa por los dos puntos de soporte del yugo rotativo. Los procedimientos para calibración de aparatos medidores de deformación están dados en la Práctica E 83 Nota 1—Aunque las marcas de referencia son satisfactorias en los especímenes secos, puede ser difícil, si no imposible, montarlas en especímenes de curado húmedo continuo, antes de ser ensayados.
d=
g er (1) ( er + e g)
Donde: d = Deformación total del especimen a lo largo de la longitud efectiva de la línea de referencia, (pulg., m)
4.3 Extensómetro -- Si se desea la relación de Poisson, la deformación transversal puede ser determinada (1) mediante un Extensómetro no adherido, capaz de medir con una aproximación de 25 pulg. (0.635 m) el cambio del diámetro en la altura media del especimen o (2) mediante dos líneas de referencia adheridas (Nota 1) montadas circularmente en puntos diametralmente opuestos a media altura del especimen y capaz de medir deformación circunferencial con una aproximación de 5 millonésima. Un apa-rato que combine Compresómetro y Extensómetro (Fig. 3) es conveniente. Este conten-drá un tercer yugo o anillo (consistiendo de dos segmentos iguales)
localizados entre los dos anillos del Compresómetro y fijados al especimen en dos puntos diametralmente opuestos. Entre estos dos puntos se ubica una barra de pivote corta (A´, ver Fig. 3) adyacente a la barra de pivote larga, que debe ser usada para mantener una distancia constante entre los anillos inferior y medio. El anillo medio debe ser articulado en el punto de pivote para permitir la rotación de los dos segmentos del anillo en el plano horizontal. En el punto opuesto a la circunferencia, los
d '=
g ' e 'r (2) Ispécimen (e ' h + e ' g)
(pulg., m) g`= Lectura del deformímetro transversal (pulg., m) e`h = La distancia perpendicular (medida en pulg. O mm) con una precisión de 0.01 pulg. (0.254 mm) desde la articulación al plano vertical pasando por los puntos de soporte en la mitad del yugo e`g = La distancia perpendicular, medida en pulg. O mm, con una precisión de 0.01 pulg. (0.254 mm) desde el medidor al plano vertical pasando a través de los puntos de soporte en la mitad del yugo. 4.4 Balanza o Báscula, de ser necesario debe suministrarse una balanza con precisión de 0.1 lb (0.045 Kg) 5. Especímenes de Ensayo
dos segmentos deben estar conec tados a través de un dial u otro aparato sensible, capaz de medir deformación transversal con una aproximación de 50 pulg. (1.27 m). Si las distancias de la articulación y el punto del plano vertical que pasan a través de los puntos soportados en el anillo medio son iguales, la deformación transversal del diámetro del especimen es igual a la mitad en la lectura del medidor. Si estas distancias
no son iguales, la deformación transversal del diámetro del especimen puede ser calculada de acuerdo con la ecuación 2.
5.1 Especímenes Cilíndricos Moldeados – Los cilindros para ensayo serán moldeados de acuerdo con los requisitos para ensayo de probetas a compresión de la Práctica C 192, ó la Práctica C 31. Los especímenes estarán sujetos a las condiciones de curado especificado y ensayados a la edad para la cual se desea la información de elasticidad. Las probetas serán ensayadas dentro de 1 hora después de removerlos del curado o sala de almacenamiento. Las probetas sacadas del cuarto húmedo para ensayo, serán mantenidas húmedas mediante una tela húmeda que las cubra durante el intervalo de tiempo entre la remoción y el ensayo. 5.2 Núcleos Taladrados—Los
núcleos deben cumplir con los requerimientos para taladrado y condiciones de humedad aplicables a especímenes a compresión del Método de Ensayo C 42, excepto que solamente se deben usar núcleos taladrados con broca de diamante que posean una relación longitud a diámetro mayor que 1.5. Los requerimientos relativos a almacenamiento y condiciones ambientales previas al ensayo serán las mismas que para especímenes cilíndricos moldeados 5.3 Los extremos de los especímenes de ensayo serán perpendiculares a su eje (con tolerancia de 0.5º) y planos (dentro de 0.02 pulg., 0.05 mm). Si el Ispécimen no reúne los requisitos de plano, lo plano será realizado mediante un cabeceado de acuerdo con la Práctica C 617, cubriendo parcialmente o por esmerilado. Los agregados salientes que ocurren en los extremos de la probeta pueden ser reparados con tal que el área total de los salientes no exceda el 10% del área del Ispécimen y las reparaciones sean hechas antes de completar el cabeceado o esmerilado (Nota 2). Será considerado plano dentro de la tolerancia, cuando una lamina calibrada de 0.002 pulg. (0.5 mm) no pase entre la superficie del Ispécimen y una lamina recta apoyada contra la superficie. Nota 2--- Las reparaciones pueden ser hechas pegando los agregados sueltos de nuevo en su lugar o llenando los vacíos con material de cabeceo y permitiendo un tiempo adecuado para su endurecimiento. 5.4 El diámetro del Ispécimen de ensayo será medido por calibrado
con aproximación de 0.01 pulg. (0.25 mm) promediando dos diámetros medidos en ángulo recto entre sí, cerca del centro de la longitud del Ispécimen. Este diámetro promedio será usado para calcular el área de la sección transversal. La longitud del Ispécimen moldeado, incluyendo su cabeceado será medida y reportado con una aproximación de 0.1 pulg. (2.54 mm). La longitud de los especímenes taladrados será medida de acuerdo con el Método de Ensayo C 174; la longitud, incluyendo el cabeceado, será reportada con una aproximación de 0.1 pulg. 6. Procedimiento 6.1 Durante el ensayo, mantenga la temperatura ambiente y la humedad tan constante como sea posible. Registre alguna fluctuación inusual de la temperatura o humedad en el informe. 6.2 Use el Ispécimen compañero para determinar la resistencia a la compresión de acuerdo al Método de Ensayo C 39, previo al ensayo para módulo de elasticidad. 6.3 Coloque el Ispécimen, con el equipo medidor de deformaciones unido, en la platina inferior o bloque de apoyo de la máquina de ensayo. Cuidadosamente alinear el eje del Ispécimen con el centro de empuje del bloque de carga superior con asiento esférico. Anote la lectura del deformímetro. A medida que el bloque de asiento esférico es llevado lentamente a asentarse sobre la probeta, rotar la parte móvil del bloque suavemente con las manos hasta que se obtenga un apoyo uniforme.
6.4 Cargue el Ispécimen al menos dos veces. No registre ningún dato durante la primera carga. Los cálculos se basarán en el promedio de los resultados de las subsecuentes cargas. Nota 3 – Por lo menos dos cargas subsecuentes son recomendadas para que la repetitividad del ensayo pueda ser notada. Durante la primera carga, la cual es primeramente para ajustar los deformímetros, observar el comportamiento de estos (Nota 4) y corregir cualquier comportamiento inusual previo a la segunda carga. Obtener cada conjunto de lecturas como sigue: Aplique la carga continuamente y sin golpe. Las maquinas de ensayo tipo tornillo con cabezal móvil viajan a una rata de alrededor 0.05 pulg. (1.25 mm)/ minuto cuando la maquina esta corriendo libre. En maquinas operadas IspécimenImente, aplique la carga a una rata constante dentro del rango 35 5 psi (241 34 Kpa)/segundos. Sin interrupción de carga, registre la carga aplicada y la deformación longitudinal en el punto (1) cuando la deformación longitudinal es 50 millonésima y (2) cuando la carga aplicada es igual al 40 % de la carga ultima (ver sección 6.5). La deformación longitudinal es definida como el total de la deformación longitudinal dividida por la longitud efectiva del patrón. Si se va a determinar la relación de Poisson, registre la deformación transversal en los mismos puntos. Si se desea la curva esfuerzodeformación tome lecturas en dos o más puntos intermedios sin interrupción de la carga; o use un instrumento que haga un registro continuo. Inmediatamente se
alcance la carga máxima, excepto en la carga final, reduzca la carga a cero a la misma rata que fue aplicada. Si el observador falla en obtener una lectura, complete el ciclo de carga y repítalo. Registre el ciclo extra en el informe. Nota 4 – Donde un deformímetro de carátula sea utilizado para medir la deformación longitudinal, es conveniente ajustarlo antes de cada carga, de tal manera que el indicador pase por el punto cero cuando la deformación longitudinal sea 50 millonésima. 6.5 El módulo de elasticidad y la resistencia pueden ser obtenidos en la misma carga suministrada, aun cuando los deformímetros sean prescindibles, removibles o adecuadamente protegidos para cumplir con los requerimientos de carga continua dados en el Método de Ensayo C 39. En este caso, registrar varias lecturas y determinar el valor de la deformación al 40 % de la carga última por interpolación. 6.6 Si se toman lecturas intermedias, dibujar los resultados de cada una de los tres ensayos con la deformación longitudinal en las abscisas y el esfuerzo de compresión en las ordenadas. Calcúlese el esfuerzo de compresión dividiendo el valor de la carga en la maquina de ensayo por el área de la sección transversal del Ispécimen determinada de acuerdo con la sección 5.4. 7. Cálculos 7.1 Calcúlese el modulo de elasticidad, próximo a 50,000 psi (344.74 Mpa) como sigue:
E=
(S2−S 1) ( ∈2 −0.000050)
(3)
8.1.2 Dimensiones del especimen, en pulg. o mm 8.1.3 Historia del curado y medio ambiente del espécimen
Donde:
8.1.4 Edad del espécimen
E = módulo secante, psi
de
elasticidad
S 2 = esfuerzo correspondiente al 40 % de la carga última
S1
= esfuerzo correspondiente a
la deformación longitudinal, 1, de 50 millonésima, y
∈2
= deformación longitudinal
producida por el esfuerzo S2 7.2 Calcúlese la relación de Poisson próximo a 0.01 como sigue:
8.1.5 Resistencia del concreto, si ha sido determinada 8.1.6 Peso unitario del concreto, si ha sido determinado 8.1.7 Curva esfuerzo-deformación, si son dibujadas 8.1.8 Módulo secante, y
de
elasticidad
8.1.9 Relación de Poisson, si ha sido determinada 9. Precisión y Desviación
media altura del especimen, producida por el esfuerzo S1.
9.1 Precisión – La precisión maquina multirrevoltura –un solo operador es 4.25% (R1S%) máximo, como de define en la Práctica E 177, sobre el rango de 2.5 a 4 x 10º psi (17.3 a 27.6 x 10º Pa); entonces los resultados de ensayos de cilindros duplicados desde diferentes revolturas no saldrá en más del 5% del promedio de las dos. 9.2 Desviación—Este método de ensayo no tiene desviación porque los valores determinados pueden únicamente ser definidos en términos del método de ensayo mismo.
8. Informe
10. palabras clave
μ=
(e t 2−et 1 ) (∈2−0.000050)
(4)
donde: = relación de Poisson
e t 2 = deformación transversal a media altura del especimen, producida por el esfuerzo S2, y
e t 1 = deformación transversal a
8.1 Reportar información:
la
siguiente
8.1.1 Número de identificación del especimen
10.1 ensayos de compresión; concreto; módulo de elasticidad; coeficiente de Poisson
