Relaciones Esfuerzo-Deformación Para Concreto y Acero

Tema 1. Relaciones esfuerzo-deformación para concreto y acero. Concreto. Comportamiento Comportamiento a esfuerzo uniaxial.

La resistencia del concreto a compresión se obtiene cargando longitudinalmente cilindros con una relación de altura a diámetro de 2. Las medidas del cilindro estándar son 12 pulgadas de altura y 6 pulgadas de diámetro y el esfuerzo a compresión obtenido a los 28 días usualmente oscila entre 2000 y 8000 psi. En el diagrama esfuerzo-deformación, la punta de la curva de concretos de alta resistencia es relativamente marcada, por otro lado, cuando el concreto es de menor resistencia, la punta de la curva es más suave. La deformación correspondiente al esfuerzo máximo es de 0.002. El módulo de elasticidad del concreto de peso normal puede ser obtenido con la siguiente ecuación:

  √    psi

o

  √    N/mm2.

Cuando la carga es aplicada en un

rango de deformación rápida, el módulo de elasticidad y la resistencia del concreto incrementan. Cuando se aplica gran carga repetida, se produce un efecto de histéresis en l curva esfuerzodeformación. Varios estudios indican que la curva envolvente fue casi idéntica a la curva obtenida con una sola aplicación de carga continua. El esfuerzo a tensión del concreto generalmente menor al 20% de la resistencia a compresión, puede ser obtenido con una prueba directa a tensión, sin embargo por las dificultades que esto representa, esta resistencia se puede medir indirectamente en términos del esfuerzo a tensión calculado de un cilindro en posición horizontal en una máquina de ensayo cargado a lo largo de un diámetro que se dividirá. También se puede obtener el esfuerzo a tensión con una prueba de flexión de vigas. El esfuerzo a tensión en flexión, conocido como el módulo de ruptura es calculado con la fórmula de la flexión M/Z donde M es el momento flexionante al momento de la fractura del espécimen y Z es el módulo de sección. La relación entre la deformación transversal y la deformación en la dirección de la carga aplicada es llamada relación de Poisson, la cual en concreto está en el rango de 0.15 a 0.2 aproximadamente. Comportamiento a esfuerzo combinado.

Cualquier combinación de esfuerzo puede ser reducido a tres esfuerzos normales entre si actuando en tres planos perpendiculares entre sí. Estos esfuerzos normales son los esfuerzos principales donde el esfuerzo cortante en estos planos es cero. Una condición de esfuerzo biaxial ocurre si los esfuerzos principales actúan en solo dos direcciones. Después de investigaciones, se concluyó que el esfuerzo del concreto sometido a esfuerzo biaxial puede ser 27% mayor que el esfuerzo uniaxial. Para esfuerzos biaxiales iguales, la

resistencia incrementa alrededor del 16%. La resistencia bajo tensión biaxial es aproximadamente igual a la resistencia a tensión uniaxial. En otros planos diferentes a los principales, existen esfuerzos cortantes. La teoría de falla de Mohr ha sido usada para obtener una predicción de la resistencia para estos casos, donde la presencia de esfuerzo cortante reduce la resistencia del concreto a compresión. Para casos de esfuerzo a compresión triaxial se observa que la ductilidad y resistencia del concreto aumentan. Esto es debido a que la presión lateral confina al concreto y reduce la tendencia de grietas internas y el vo lumen incrementa justo antes de la falla. Concreto confinado por reforzamiento.

El concreto puede ser confinado con barras transversales en forma helicoidal o en forma de aros o estribos. El concreto se confina cuando los esfuerzos se aproximan al esfuerzo uniaxial, las deformaciones transversales llegan a ser muy altas por el agrietamiento interno progresivo que el concreto se va contra el refuerzo transversal el cual reacciona confinando al concreto. Estudios han demostrado que el refuerzo en forma helicoidal ofrece un mejor confinamiento al concreto comparado con los estribos. Fluencia del concreto.

La relación esfuerzo-deformación del concreto está en función del tiempo. El concreto bajo esfuerzo experimenta un aumento gradual de deformación unitaria con el tiempo debido a las deformaciones ocasionadas por la fluencia del concreto. La deformación final de fluencia puede ser varias veces más grande que la deformación elástica inicial. La fluencia general tiene poco efecto sobre la resistencia de una estructura, pero puede causar una redistribución de la tensión en elementos de concreto armado con carga de trabajo y llevar a un aumento en la carga de servicio. La magnitud de la deformación de fluencia depende de la composición del concreto, el medio ambiente y la historia de esfuerzo-tiempo.