Propiedades Mecánicas de los Materiales

Briceño, A. – Carrasco, A.Guíñez, G. – Sepúlveda, C.

RESUMEN: En el siguiente trabajo se obtiene la resistencia de dos probetas de hormigón, ambas de distinto tamaño y sometidas a esfuerzos respectivamente distintos para cada una. En la primera probeta, se obtienen valores para resistencia a la compresión; en la segunda, se obtiene información sobre la resistencia que ofrece el elemento a la flexión. Ambos valores permiten determinar la tensión de rotura de cada elemento.

Palabras clave: Hormigón, Compresión, Flexión, Tensión de Rotura.

1. Introducción

Al momento de fabricar un hormigón, éste se debe realizar según la dosificación entregada en las especificaciones técnicas del proyecto, y según las normas correspondientes para cada calidad de hormigón, según las características de resistencias a la tracción y a la compresión que se requieren para el uso en servicio que se le dará al material. Desde pavimentos hasta elementos estructurales, siendo ambos a base de hormigón, reciben cargas por efecto de elementos externos o también por su propio peso, lo que debe ser considerado al momento de establecer la condición que se le dará al material.

Para lograr verificar de forma práctica dichas resistencias, se realizaron, para esta investigación, dos probetas de hormigón, según las especificaciones, metodologías y procedimientos indicados en la NCh. 1037 Of.77 y NCh 1038 Of.77, respectivamente para las dos probetas siguientes: La primera es un cubo que se someterá a compresión mediante una máquina bajo carga de ensayo constante; la segunda es una viga que será sometida a esfuerzos de flexotracción. Previamente, las probetas deberán ser pesadas y medidas, para establecer con mayor precisión los valores específicos que entrega este ensayo en particular.

Estos ensayos tienen como objetivo obtener la tensión de rotura, por medio de la carga máxima que soportó cada probeta por separado, siguiendo los valores y tolerancias establecidos por norma.

Imagen 1. Probetas de Hormigón

2. Definiciones

Para ayudar a la comprensión del texto al lector, se definen a continuación los siguientes términos:

Carga: Fuerza aplicada en cualquier instante del ensayo.

Curado del hormigón: Proceso de protección del hormigón que hace posible el endurecimiento de la mezcla en condiciones óptimas. El trabajo del curado del hormigón es sencillo de realizar y con un buen curado podrá esperarse un buen comportamiento físico y mecánico.

Compresión: es el esfuerzo de presión que se somete a un sólido deformable, que conduce a una reducción de volumen o acortamiento en alguna dirección determinada.

Flexión: deformación que presenta un elemento estructural alargado (viga) en dirección perpendicular a su eje longitudinal.

Hormigón: Masa constituida por Cemento, agua, arena y grava, con dosificación según Norma, el cual puede contener aditivos para obtener distintas características físicas o químicas.

Probeta: trozo de material destinado a ser sometido a tracción, torsión, entre otros esfuerzos, hasta llegar a la fractura, con tal de conocer sus características mecánicas.

3. Resultados y discusión

3.1. Modelo de Cálculo

Para los procedimientos de cálculo de tensión de rotura para las probetas de hormigón, se utilizarán las siguientes fórmulas:

a) Ensayo a compresión del cubo

σ=FA [ Nmm2 ]

Donde

= Tensión de Rotura [N/mm2].F = Carga máxima aplicada [N].A = área de la sección [mm2].

b) Ensayo a Tracción por flexión de la Viga

R flexo=P×Lb×h2 [ kgcm2 ]

Donde

Rflexo = Tensión de Rotura [kg/cm2].P = Carga máxima [kg].L = Luz de ensayo [cm].b = Base de la sección [cm].h = Altura de la sección [cm].

3.2. Modelo Experimental

El procedimiento previo al ensayo para la probeta cúbica es el siguiente:

a) Se ubica el cubo con la cara de llenado en un plano vertical frente al operador.

b) Se miden los anchos de las cuatro caras laterales del cubo, aproximadamente en el eje horizontal de cada cara

c) Se establece la sección de ensayo según la fórmula siguiente:

S=(a1+a2 )2

⋅( b1+b2 )2

d) Se miden las alturas de las cuatro caras laterales del cubo, aproximadamente en el eje vertical de cada cara.

e) Se expresan las medidas en mm.

f) Se determina la masa de la probeta.

El procedimiento previo al ensayo para la probeta “Viga” es el siguiente:

a) Se repite el procedimiento para la probeta cúbica hasta el punto f).

b) Se deberá delimitar la luz de ensayo, que se debe determinar marcando hacia adentro de las caras más largas un margen igual o mayor a 2,5 cm. Luego, la distancia entre esos márgenes es la luz. Se debe dividir la luz en tres partes iguales, trazando rectas finas sobre las cuatro caras mayores que marquen las secciones de apoyo y de carga en forma indeleble y que no alteren el tamaño, forma y características estructurales de la probeta.

Luego del ensayo, se obtuvieron los valores siguientes:

ENSAYO COMPRESIÓN CUBO

ENSAYO FLEXIÓN VIGA

KN N/mm2 KN Mpa

609 15,23 16,36 0,175

Tabla 1. Valores entregados por Máquinas utilizadas para cada ensayo.

Los datos de la tabla anterior pueden ser usados para obtener la tensión de rotura de ambas probetas.

a) Ensayo Compresión Cubo

Sea

σ=FA [ Nmm2 ]

y la sección horizontal del cubo

S=(20 ,4+20 ,6 )

2⋅(20 ,8+20 ,7 )

2

S=425 ,375 cm2

Entonces,

σ=609kN42537 ,5

=14 ,31[ Nmm2 ]Nota: [1k N = 1000 N]

b) Ensayo Flexión Viga

Sea

R flexo=P×Lb×h [ kgcm2 ]

L=45 cmb=50 cmh=15 ,2 cmP=16 ,36 kN=1668 ,26 kg

entonces

R flexo=1668 ,26×4550×15 ,2

=98 ,77 [ kgcm2 ]R flexo=0 ,098 MPa

De los resultados anteriores, se puede extraer que la probeta utilizada para este ensayo, sabiendo que poseía leves diferencias con las dimensiones para las cuales estaba calibrado cada equipo de medición, resistieron menos de lo indicado por las máquinas al finalizar el ensayo, y a lo exigido por norma. Esto se debió, principalmente, al proceso de curado del hormigón, que no obtuvo óptimos resultados en lo que refiere a resistencia. Frente a otros ensayos realizados por investigaciones paralelas a ésta, el resultado comparativo entre cinco muestras fue el cuarto mejor resultado, en ambos ensayos.

4. Conclusiones y limitaciones

Es posible, a partir de lo anterior, determinar experimentalmente las propiedades físico-mecánicas del hormigón expuesto a ensayo en laboratorio, establecer numéricamente las resistencias a compresión y tracción por flexión de dichas probetas, y observar la deformación producida en el material al aplicar determinadas cargas.

Sin embargo, los resultados se vieron alterados por el uso de moldajes de madera de pino, la cual se deforma con mayor facilidad, y absorbe agua, lo que claramente influye en las dimensiones y características de la probeta ensayada. Lo ideal para realizar las probetas, entonces, es un encofrado de un material que no absorba el agua del hormigón, como el fierro, por ejemplo.

5. Bibliografías

- NCh1037.Of1977. Hormigón - Ensayo a compresión de probetas cúbicas y cilíndricas.

- NCh1038.Of1977. Hormigón - Ensayo de tracción por flexión.