UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANAB Creada mediante Registro Oficial N 261 del 7 de Febrero de 2001 UNIDAD ACADMICA CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIN CARRERA DE INGENIERA CIVIL

Universidad Estatal del Sur de ManabUNIDAD ACADEMICA CIENCIAS TCNICAS

Trabajo grupal: PROPIEDADES MECNICAS DEL HORMIGNCARRERA:INGENIERIA CIVILMATERIA:HORMIGN DOCENTE:Ing.:PROFESIONALES EN FORMACIN:

CURSOQUINTO SEMESTRE A1

HORMIGN

PROPIEDADES MECNICAS DEL HORMIGN:La principal caracterstica estructural del hormign es resistir muy bien los esfuerzos de compresin. Sin embargo, tanto su resistencia atraccincomo alesfuerzo cortanteson relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones por traccin o cortante sean muy bajas. Para determinar la resistencia se preparan ensayos(ensayos de rotura) sobre probetas de hormign.Para superar este inconveniente, se "arma" el hormign introduciendo barras deacero, conocido comohormign armado, o concreto reforzado, permitiendo soportar los esfuerzos cortantes y de traccin con las barras de acero. Es usual, adems, disponer barras de acero reforzando zonas o elementos fundamentalmente comprimidos, como es el caso de lospilares. Los intentos de compensar las deficiencias del hormign a traccin y cortante originaron el desarrollo de una nueva tcnica constructiva a principios del siglo XX, la del hormign armado. As, introduciendo antes del fraguado alambres de alta resistencia tensados en el hormign, este queda comprimido al fraguar, con lo cual las tracciones que surgiran para resistir las acciones externas, se convierten en descompresiones de las partes previamente comprimidas, resultando muy ventajoso en muchos casos. Para el diseo de estructuras de hormign simple, de hormign armado, de hormign preesforzado, de hormign con perfiles laminados en caliente de acero, de hormign con perfiles soldados de acero, etc., se utilizan las propiedades mecnicas del hormign endurecido. Entre las ms importantes se tiene:

Resistencia a la CompresinMdulo de ElasticidadDuctilidad Resistencia a la Traccin Resistencia al Corte Flujo Plstico

RESISTENCIA A LA COMPRESIN:La resistencia a la compresin del hormign se determina en muestras cilndricas estandarizadas de 15 cm de dimetro y 30 cm de altura, llevadas hasta la rotura mediante cargas incrementales relativamente rpidas, que duran unos pocos minutos. Esta resistencia se la mide luego de 28 das de fraguado bajo condiciones controladas de humedad.

La resistencia caracterstica a la compresin de un hormign (f'c), utilizada en diseo estructural, se mide en trminos probabilsticos, definindose que solamente un pequeo porcentaje de las muestras (normalmente el 5%) puedan tener resistencias inferiores a la especificada, lo que da lugar a que la resistencia media de las muestras (fm) siempre sea mayor que la resistencia caracterstica.

Si se asume una distribucin normalizada (campana de Gauss) de los ensayos de rotura de cilindros de hormign, la resistencia caracterstica puede calcularse a partir de la resistencia media y la desviacin estndar ( ), mediante la siguiente expresin:

f 'c fm 1.65

La resistencia a la compresin de hormigones normales (210 - 280 Kg/cm2) y de mediana resistencia (350-420 Kg/cm2) est dominada por la relacin agua/cemento (a menor relacin agua/cemento mayor resistencia) y por el nivel de compactacin (a mayor compactacin mayor resistencia), pero tambin son factores importantes la cantidad de cemento (a mayor cantidad de cemento mayor resistencia) y la granulometra de los agregados (mejores granulometras dan lugar a mayores resistencias).

Todos los hormigones, cuando no estn cargados, presentan un nmero limitado de fisuras de adherencia entre el agregado grueso y el mortero, como producto de la retraccin de fraguado.

Cuando los hormigones de resistencia normal y mediana se someten progresivamente hasta un 70% de su esfuerzo de rotura, se incrementan casi linealmente las fisuras de adherencia tanto en nmero como en longitud, lo que aadido a la deformabilidad de los materiales permite mantener una relativa linealidad entre los esfuerzos y las deformaciones.

Cuando los esfuerzos se aproximan al 90% del esfuerzo de rotura, las fisuras de adhere ncia crecen exponencialmente, y aparecen fisuras de mortero que unen las fisuras de adherencia, lo que conduce a rajaduras continuas que terminan produciendo la rotura total del hormign. Este proceso de fisuracin se traduce en un comportamiento inelstico del hormign en ese rango de esfuerzos.

En hormigones de alta resistencia (fc > 420 Kg/cm2), a ms de los factores antes mencionados, tiene especial importancia la resistencia del material constitutivo de los agregados (roca de origen), ya que este parmetro impone un tope mximo a la resistencia del concreto pues el modo de fisurarse, cuando se aproxima a la rotura, involucra a rajaduras de agregado que lo atraviesan, por lo que el hormign jams podr alcanzar una resistencia superior a la de la roca de origen del agregado grueso.

Las fisuras de agregado reemplazan en una proporcin alta a las fisuras de mortero (no las llegan a reemplazar totalmente), pues requieren recorrer menos longitudes en la masa de hormign cuando se combinan con las fisuras de adherencia para producir la rotura. Estas longitudes menores de fisuras combinadas (adherencia + mortero + agregado, en lugar de adherencia + mortero) para producir el colapso, provocan una rotura violenta de los hormigones de alta resistencia.

MD ULO DE ELASTICIDAD:

Cuando se dibujan las curvas Esfuerzo-Deformacin ( - ) de las muestras cilndricas de hormign, sometidas a compresin bajo el estndar ASTM, se obtienen diferentes tipos de grficos que dependen fundamentalmente de la resistencia a la rotura del material, como se muestra en la siguiente figura.

Los hormigones de menor resistencia suelen mostrar una mayor capacidad de deformacin que los hormigones ms resistentes.

Todos los hormigones presentan un primer rango de comportamiento relativamente lineal (similar a una lnea recta en la curva esfuerzo - deformacin) y elstico (en la descarga recupera la geometra previa a la carga) ante la presencia incremental de solicitaciones de compresin, cuando las cargas son comparativamente bajas (menores al 70% de la carga de rotura), y un segundo rango de comportamiento no lineal e inelstico (con una geometra curva en la curva esfuerzo deformacin) cuando las cargas son altas.

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La pendiente de la curva en el rango de comportamiento lineal recibe la denominacin de Mdulo de Elasticidad del material o Mdulo de Young, que se simboliza Ec.

El Mdulo de Elasticidad puede calcularse mediante la siguiente expresin. Ec cl cl

El Mdulo de Elasticidad es diferente para distintas resistencias a la compresin de los hormigones, e incrementa en valor cuando la resistencia del concreto es mayor. El ACI (American Concrete Institute) propone la siguiente expresin (que tambin es recogida por el Cdigo Ecuatoriano de la Construccin), obtenida experimentalmente, como forma aproximada de calcular el mdulo de elsticidad del hormign, en funcin de la resistencia a la compresin del mismo.

E c 15000 fc Donde:Ec: Mdulo de elasticidad del hormign medido en Kg/cm2.Fc: Resistencia a la compresin del hormign medida en Kg/cm2.

La expresin previa es adecuada para hormigones con agregados de peso normal y resistencias normales y medias.

A continuacin se presenta una tabla que relaciona la resistencia de los hormigones utilizados con ms frecuencia con su mdulo de elasticidad.

Resistencia(Kg/cm2)Mdulo de Elasticidad(Kg/cm2)

210217000

280251000

350281000

420307000

DUCTILIDAD:

Si se define como ductilidad de un material a la capacidad que tiene para continuar deformndose no linealmente a pesar de que los incrementos de carga sean mnimos, nulos e inclusive si existe una disminucin de la carga, una medida cuantitativa de esa ductilidad sera el cociente entre la deformacin de rotura y la deformacin mxima con comportamiento lineal elstico.

D d u e

Donde:

Dd: ndice de ductilidad por deformacinu:Deformacin unitaria de roturae:Deformacin unitaria elstica mxima

Es evidente que los ndices de ductilidad por deformacin del hormign simple decrecen considerablemente cuando aumenta su resistencia a la rotura, como se observa en los grficos previos.

A continuacin se presenta una tabla con valores aproximados de ductilidad por deformacin de los hormigones, en funcin de la resistencia a la compresin. Resistencia a la Compresin(Kg/cm2)ndice de Ductilidad porDeformacin

2104.5 6.0

2803.5 4.5

3503.0 3.5

4202.5 3.0

6302.0 2.5

8401.5 2.0

El ndice de ductilidad por deformacin es un excelente referente de la capacidad del hormign para deformarse por encima de su lmite de fluencia.

Otra manera de medir la ductilidad del hormign consiste en encontrar el cociente entre la energa que se requiere para romper al material y la energa necesaria para llevarle hasta la carga mxima de comportamiento elstico, para cuyo clculo, en lugar de dividir directamente las deformaciones, se dividen las reas bajo la curva Esfuerzo- Deformacin.

A u D edAe

Donde:

Ded: ndice de ductilidad por energa de deformacinAu: Energa de deformacin unitaria de roturaAe: Energa de deformacin unitaria elstica mxima

Los ndices de ductilidad por energa de deformacin son mayores a los ndices de ductilidad por deformacin, y en muchos casos pueden superar valores de ocho.

Resistencia a la Compresin(Kg/cm2)ndice de Ductilidad porEnerga de Deformacin

2108.0 10.0

2806.0 8.0

3505.0 6.0

4204.0 5.0

6303.0 4.0

8402.0 3.0

El ndice de ductilidad por energa de deformacin se emplea como referente de la capacidad del hormign para disipar energa cuando incursiona dentro del rango de comportamiento inelstico, particularmente bajo solicitaciones estructurales por encima del rango normal y eventual de trabajo, como en el caso de sismos de baja probabilidad de ocurrencia que superan ampliamente al sismo de diseo.

Uno de los requisitos ms importantes que debe reunir un hormign en zonas ssmicas es su ductilidad, lo que en nuestro medio limita la utilizacin de hormigones de resistencia media fm superior a 500 Kg/cm2, por ser sumamente frgiles (tienen una rotura muy rpida y explosiva).