Tema: II Estructura III Resistencia del Concreto Desde el momento en que los granos del cemento inician su proceso de hidratación comienzan las reacciones de endurecimiento, que se manifiestan inicialmente con el “atiesamiento” del fraguado y continúan luego con una evidente ganancia de resistencias, al principio de forma rápida y disminuyendo la velocidad a medida que transcurre el tiempo.
En la mayoría de los países la edad normativa en la que se mide la resistencia mecánica del concreto es la de 28 días, aunque hay una tendencia para llevar esa fecha a los 7 días. Es frecuente determinar la resistencia mecánica en periodos de tiempo distinto a los de 28 días, pero suele ser con propósitos meramente informativos. Las edades más usuales en tales casos pueden ser 1, 3, 7, 14, 90 y 360 días. En algunas ocasiones y de acuerdo a las características de la obra, esa determinación no es solo informativa, si no normativa, fijado así en las condiciones contractuales.
Fraguado del concreto
Otro factor que afecta la resistencia del concreto es la velocidad de endurecimiento que presenta la mezcla al pasar del estado plástico al estado endurecido, es decir el tiempo de fraguado. Por tanto es muy importante su determinación.
Edad del concreto
En general, se puede decir que a partir del momento en que se presenta el fraguado final del concreto, comienza realmente el proceso de adquisición de resistencia, el cual va aumentando con el tiempo. t iempo.
Con el fin de que la resistencia del concreto sea un parámetro que caracterice sus propiedades mecánicas, se ha escogido arbitrariamente la edad de 28 días como la edad en la que se debe especificar el valor de resistencia del concreto.
Tema: II Estructura III Se debe tener en cuenta que las mezclas de concreto con menor relación agua cemento aumentan de resistencia más rápidamente que las mezclas de concreto con mayor relación agua-cemento.
Curado del concreto
El curado del concreto es el proceso mediante el cual se controla la pérdida de agua de la masa de concreto por efecto de la temperatura, sol, viento, humedad relativa, para garantizar la completa hidratación de los granos de cemento y 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 hidratación del cemento; pues si está no se completa la resistencia final del concretos se disminuirá.
Temperatura
La temperatura es otro de los factores externos que afecta la resistencia del concreto, y su incidencia es la siguiente:
Durante el proceso de curado, temperaturas más altas aceleran las reacciones químicas de la hidratación aumentando la resistencia del concreto a edades tempranas, sin producir efectos negativos en la resistencia posterior.
Temperaturas muy altas durante los procesos de colocación y fraguado del concreto incrementan la resistencia a muy temprana edad pero afectan
negativamente
la
resistencia
a
edades
posteriores,
especialmente después de los 7 días, debido a que se da una hidratación superficial de los granos de cemento que producen una estructura físicamente más pobre y porosa.
Resistencia a la compresión del concreto
La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica principal del concreto. Se define como la capacidad para soportar una carga por unidad
Tema: II Estructura III de área, y se expresa en términos de esfuerzo, generalmente en kg/cm2, MPa y con alguna frecuencia en libras por pulgada cuadrada (psi).
El ensayo universalmente conocido para determinar la resistencia a la compresión, es el ensayo sobre probetas cilíndricas elaboradas en moldes especiales que tienen 150 mm de diámetro y 300 mm de altura. Las normas NTC 550 y 673 son las que rigen los procedimientos de elaboración de los cilindros y ensayo de resistencia a la compresión respectivamente.
Es de vital importancia que se cumpla con todos los requerimientos presentes en las normas mencionadas, pues como hemos visto la resistencia del concreto se encuentra influenciada por muchas variables tanto internas como externas, por tanto es indispensable que los procedimientos de elaboración de los cilindros y ensayo de los mismos sean estándares para evitar incluir otra variable más a los resultados de resistencia. A continuación se presentan los aspectos más importantes a tener en cuenta durante los procesos de elaboración, curado y ensayo de los especímenes, de acuerdo con la NTC673, NTC 550 y NTC 1377:
Se debe garantizar que los moldes para la elaboración de los cilindros produzcan especímenes con las dimensiones establecidas en la norma.
Antes de colocar el concreto en los moldes, estos se deben impregnar en su interior con un material que evite que el concreto se adhiera a la superficie del molde.
Los cilindros se deben confeccionar en tres capas iguales, apisonando cada capa de acuerdo con los requerimientos de la norma.
Los cilindros recién elaborados deben permanecer en reposo en un sitio cubierto y protegido de cualquier golpe o vibración, para ser desencofrados a las 24 horas +/- 8 horas.
Una vez desencofrados, los cilindros se deben curar a una temperatura de
23oC+/-2oC y a una humedad relativa >95%, hasta el día del ensayo.
Las tapas del cilindro se deben refrendar para garantizar que la superficie del cilindro sea totalmente plana, de lo contrario se pueden
Tema: II Estructura III presentar concentraciones de esfuerzos que disminuyen la resistencia del cilindro.
La carga se debe aplicar a una velocidad que se encuentre dentro del intervalo de 0.14 MPa/s a 0.34 MPa/s y la velocidad escogida se debe mantener al menos durante la última mitad de la fase de carga prevista del ciclo de ensayo.
Acero de Refuerzo
El acero de refuerzo, es un importante material para la industria de la construcción utilizado para el refuerzo de estructuras y demás obras que requieran de este elemento, de conformidad con los diseños y detalles mostrados en los planos y especificaciones. Por su importancia en las edificaciones, debe estar comprobada y estudiada su calidad. Los productos de acero de refuerzo deben cumplir con ciertas normas que exigen sea verificada su resistencia, ductilidad, dimensiones, y límites físicos o químicos de la materia prima utilizada en su fabricación.
Colocación:
Las barras de refuerzo se doblarán en frío de acuerdo con los detalles y dimensiones mostrados en los planos. No podrán doblarse en la obra barras que estén parcialmente embebidas en el concreto, salvo cuando así se indique en los planos o lo autorice el interventor en la obra. Todo el acero de refuerzo se colocará en la posición exacta mostrada en los planos y deberá asegurarse firmemente, en forma aprobada por el Interventor, para impedir su desplazamiento durante la colocación del concreto. Para el amarre de las varillas se utilizará alambre y en casos especiales soldadura. La distancia del acero a las formaletas se mantendrá por medio de bloques de mortero prefabricados, tensores, silletas de acero u otros dispositivos aprobados por el Interventor.
Tema: II Estructura III El uso del acero de refuerzo ordinario es común en elementos de concreto pres forzado. Este acero es muy útil para:
Aumentar ductilidad
Aumentar resistencia
Resistir esfuerzos de tensión y compresión
Resistir cortante
Resistir torsión
Restringir agrietamiento
Reducir deformaciones a largo plazo
Confinar el concreto
El acero de refuerzo suplementario convencional (varillas de acero) se usa comúnmente en la región de altos esfuerzos locales de compresión en los anclajes de vigas pos tensados. Tanto para miembros pos tensados como pretensados es usual proveerlos de varillas de acero longitudinal para controlar las grietas de contracción y temperatura. Finalmente, a menudo es conveniente incrementar la resistencia a la flexión de vigas pres forzadas empleando varillas de refuerzo longitudinales suplementarias.
Las varillas se pueden conseguir en diámetros nominales que van desde 3/8 pulg. Hasta 13/8 pulg., con incrementos de 1/8 de pulg. Y también en dos tamaños más grandes de más o menos 13/4 y 21/4 pulg de diámetro.
Grados de acero
Acero de refuerzo de grados de 40 y 60 ksi (2800 y 4200 kg/cm2) son usados en la construcción de trabes cajón de concreto.
Aún cuando el refuerzo de grado 60 tiene mayor rendimiento y resistencia última que el de grado 40, el módulo de elasticidad del acero es el mismo y aumentar los esfuerzos de trabajo también aumenta el número total de grietas en el concreto. A fin de superar este problema, los puentes generalmente
Tema: II Estructura III tienen separaciones menores entre barras. El refuerzo de grado 60 no es tan dúctil como el de grado 40 y es más difícil de doblar.
Tipo de acero de refuerzo
Las armaduras empleadas en hormigón armado son, generalmente, barras lisas de acero ordinario, barras corrugadas de acero de alta resistencia y mallas electro soldadas. El empleo de armaduras de otros tipos, como los perfiles metálicos laminados, requiere estudios especiales que han de ser particularmente cuidadosos en lo relativo a la adherencia y anclaje de los elementos metálicos.
Las tres primeras características mencionadas se determinan mediante el ensayo de tracción que consiste en someter una barra bruta, sin mecanizar, a un esfuerzo axil de tracción hasta su rotura (Euronorm 2-57, Recomendación ISO-R82 y Norma UNE 7 010). La aptitud al doblado se determina a través del ensayo correspondiente (Norma UNE 7 051).
a) Resistencia o carga unitaria de rotura. Es la máxima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el área de la sección inicial de la probeta. Se expresa en kp/cm2, se denomina también, más precisamente, carga unitaria máxima a tracción. b) Limite elástico, es la máxima tensión que puede soportar el material sin que se produzcan deformaciones plásticas o remanentes. Según el tipo de acero, puede tratarse de límite elástico aparente o de límite elástico convencional. c) Alargamiento de rotura es el incremento de longitud de la probeta correspondiente a la rotura. d) Ensayo de doblado tiene por objeto comprobar la plasticidad del acero, necesaria para prevenir roturas frágiles durante las manipulaciones de concreto y transporte. El fenómeno de rotura frágil, es decir, sin absorción importante de energía, se presenta cuando el acero se ve sometido a tensiones multidireccionales aplicadas rápidamente.
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Barras lisas de acero ordinario:
El acero ordinario es de bajo contenido en carbono (del orden del 0,1 por 100). Su proceso de fabricación se efectúa a partir de lingotes o Semi productos identificados por coladas o lotes, de materia prima homogénea y controlada. El diagrama tensión-deformación de los aceros ordinarios consta de un primer tramo rectilíneo OP cuya pendiente es 2.100.000 kp/cm2 (módulo de elasticidad).
Este punto marca el fin de validez de la Ley de Hooke, es decir, de la Proporcionalidad entre tensiones y deformación.
Barras de adherencia mejorada
Los aceros de alta resistencia nacen de la idea de elevar el límite elástico del Acero ordinario, ganando resistencia, a igualdad de peso, en mayor proporción de lo que aumenta el costo de fabricación.
Al aumentar la tensión de trabajo del acero se incrementa la amplitud de la fisuración en el hormigón. Para conseguir que ello se efectúe a costa del número de fisuras y no de su ancho –que es lo peligroso- es necesario aumentar la adherencia entre las barras y el hormigón. Por ello, la idea de alto límite elástico va unida siempre a la idea de adherencia mejorada. Las barras de adherencia mejorada o barras corrugadas están normalizadas en España por la Norma UNE 36 088.
Se estudian a continuación los distintos tipos de aceros de alta resistencia; sus características geométricas, adherentes y mecánicas; su soldabilidad y su comportamiento a la fatiga.
Tipos De Aceros de Alta Resistencia
Tema: II Estructura III La elevación del límite elástico se puede conseguir por dos procedimientos distintos: mediante una adecuada composición química del acero o mediante tratamiento físicos posteriores a la laminación.
En el primer caso se eleva la proporción de carbono lo que aumenta las resistencia- a la vez se añaden cantidades pequeñas de otros elementos, fundamentalmente manganeso y silico. La fabricación se efectúa en horno eléctrico. Se obtienen así los llamados acero de dureza natural, que se laminan en caliente igual que los ordinarios, pero imprimiéndoles en los cilindros de laminación unos resaltos o corrugaciones para mejorar su adherencia.
En el segundo caso, se estiran y retuercen en frío barras de acero ordinario, o de acero de dureza natural, controlando cuidadosamente las variables del proceso.
Este trabajo mecánico produce una elevación de las características resistentes (límite elástico y tensión de rotura) y una disminución de las plásticas alargamiento y aptitud al doblado). Se obtienen así los aceros endurecidos por deformación en frío.
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