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UNIDAD N° 1 : PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE USO ESTRUCTURALSemana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 Semana 6Semana 7 Semana 8 Semana 9 Semana 10 Semana 11 Semana 12Semana 13 Semana 14 Semana 15 Semana 16 Semana 17

Conocimiento 1 Propiedades y características del hormigón.

Conocimiento 2 Resistencia a compresión en probeta cúbica y cilíndrica.

Conocimiento 01Propiedades y características del hormigón.EL HORMIGÓN ARMADOSe conoce como hormigón armado al material compuesto de hormigón reforzado con barras de acero. Estos componentes, diseñados, detallados yconstruidos de una manera adecuada, se unen con la intención de que desde el punto de vista mecánico se logre un sólido único. El materialresultante posee propiedades mucho más ventajosas de las que poseen sus componentes si actuaran en forma aislada. Debe quedar muy en claroque, salvo en el caso de hormigón armado prefabricado, cuyo uso en nuestro medio es aún muy limitado, los componentes individuales se unen en lamisma obra de la que formarán parte, por lo cual el comportamiento final del elemento compuesto dependerá no solamente de cómo se diseñó sinotambién de cómo se construyó. Por ejemplo, el curado del hormigón durante el endurecimiento es otro factor de alta incidencia en el producto final.

La razón fundamental de la unión del hormigón con las armaduras es tomar ventaja, desde el punto de vista mecánico, funcional y económico, de laspropiedades y características que presentan ambos materiales. Por ejemplo, desde el punto vista mecánico, nos interesan las características de rigidez,resistencia y ductilidad. En una estructura cualquiera y si su diseño global es bueno, depende solamente de la respuesta en tracción y en compresión de sus elementoscomponentes: esto es así porque la flexión, el corte y la torsión pueden (y de hecho en el hormigón armado se hace) analizarse como componentesde tracción y compresión. En rigidez, resistencia y ductilidad nadie puede discutir la bondad del acero tanto en tracción como en compresión. Sinembargo, en elementos esbeltos el acero presenta problemas de inestabilidad en compresión, por lo cual la rigidez, la resistencia y la ductilidadse ven seriamente comprometidas. Por el contrario, el hormigón ofrece, como las piedras naturales que son parte de su composición, muy buenaresistencia a compresión, pero muy limitada (del orden del décimo de aquella) en tracción. Cuando los materiales son inteligentemente distribuidosresulta una unión con muy buena respuesta ante esfuerzos combinados de tracción y compresión. El típico ejemplo de la efectiva combinación deambos materiales está en una viga de luz considerable, o con relación altura / luz relativamente pequeña, con apoyos simples, donde losesfuerzos de compresión por flexión pueden ser tomados por el hormigón y los de tracción por flexión por las armaduras. Algunos autoresdefinen al hormigón armado como la piedra artificial que puede absorber esfuerzos de flexión, lo cual no es posible con los áridos naturales.Desde el punto de vista funcional, el material compuesto ofrece ventajas que, en general, no las poseen sus componentes: por ejemplo, la versatilidadde las formas finales que en obra pueden obtenerse a costos y dimensiones razonables.

La densidad del hormigón simple varia entre los 2.350 y 2.550 Kg. /m3 mientras que la del acero es de 7.850 kg. /m3. En el Hormigón armado esusual tomar una densidad promedio de 2.400Kg. /m3, las barras de acero que se suelen utilizar en el material combinado varían para los casosmás comunes entre 6 mm a 32 mm de diámetro, y la sección total de barras suele oscilar entre el 0.2 % y el 3% de la sección total. Esto implica índicesde consumo que varían entre 15 a 250 Kg. /m3 de hormigón.

Propiedades del hormigón.A los efectos del diseño y construcción en hormigón armado, es necesario conocer las características y el comportamiento de sus materialescomponentes, es decir, el hormigón y el acero, primero por separado y luego en conjunto como sólido único.

ASIGNATURA ACTIVIDADES CONTENIDOSRECURSOS DE APOYO

Respuesta del Hormigón y de sus componentes en compresión.

(a) Las respuestas en compresión de los elementos constituyentes, agregados y pasta de cemento, son lineales. La del hormigón lo es sólo al inicioresultando luego ser francamente no lineal hasta la rotura.

(b) Los agregados tienen mayor rigidez y mayor resistencia (valores típicos pueden ser de 100 a 200 MPa; los ensayos se hacen normalmente sobremuestras obtenidas de rocas).

(c) La pasta de cemento es la que tiene menor rigidez y resistencia. Los ensayos generalmente no se hacen en probetas de pasta de cemento puro(dificultad para moldeo de probetas y dispersión de resultados) sino sobre testigos de cemento y arena, en proporción 1:3.

Los componentes principales del hormigón son el cemento Pórtland, el agua y los agregados. El hormigón endurece gracias a la reacción química quese produce entre el agua y el cemento. Generalmente las características mecánicas del hormigón quedan especificadas a partir de su comportamientoen compresión uniaxial, para lo cual se utilizan probetas de control cilíndricas de 15 cm. de diámetro y 30 cm. de alto, o cúbicas de 15 cm. y 20 cm. delado. Las resistencias a compresión se designan como resistencia cilíndrica y cúbica respectivamente.

Para los efectos de relacionar las resistencias entre las probetas cúbicas y cilíndricas se deberá usar la Nch 430 Of.2007. y referencia R 5.1.2 del ACI318.

La respuesta no lineal del hormigón a ciertos rangos (0,50 f´c) es debida a la interacción entre la pasta y los agregados. A tensiones relativamentebajas se producen microfisuras en las interfaces de ambos componentes. Éstas se propagan con el incremento de la deformación, lo cual “ablanda” larespuesta. El resultado es una curva tensión vs. deformación “redondeada” con franca tendencia a falla después de haber alcanzado la tensiónmáxima. Antes de la falla se produce una considerable expansión lateral que se traduce en tracciones transversales y fallas longitudinales muyvisibles.

Variando la proporción y calidad de los componentes se obtienen distintas características mecánicas en el hormigón. Las Fig. 2.6a y 2.6b muestracurvas típicas de tensión vs. deformación en un rango de resistencias máximas de 20 a 80 MPa en la primera; en la segunda, el cambio de escala hacever mejor las características salientes para los hormigones de mayor uso en nuestro medio. Se puede observar que a medida que la resistenciamáxima se incrementa:

(a) La rigidez inicial aumenta.(b) Mayor rango de comportamiento lineal.(c) Menor deformabilidad total (no se puede hablar de ductilidad), y en particular más rápida es la caída de la tensión una vez que se supera ladeformación para la máxima tensión.

(d) La deformación, , para la máxima tensión aumenta.

RELACIÓN DE POISSON.La relación entre la deformación en la dirección de la carga axial aplicada y la deformación transversal se conoce como cuociente de Poisson, la cual seencuentra generalmente en el rango de 0.15 a 0.20. Usualmente se considera que el cociente de Poisson es menor para hormigones de altaresistencia.A valores altos de tensión de compresión las deformaciones transversales se incrementan rápidamente, lo cual obedece a la fisuración que en elinterior de la probeta de ensayos tiene lugar en las fibras paralelas a la dirección de carga. La Fig. 2.21 muestra las deformaciones medidas en una

probeta ensayada en compresión hasta la rotura. Durante la mayor parte del rango de cargas el volumen del espécimen decrece, pero cuando sealcanzan tensiones elevadas cerca de la resistencia a compresión las deformaciones transversales se vuelven tan altas que el volumen de la probetacomienza a crecer, lo cual es un indicador de que la resistencia a compresión está siendo vencida.

La falla de una probeta cargada uniaxialmente en compresión generalmente va acompañada por separaciones de las fibras paralelas cargadas y unincremento de volumen. Este tipo de falla es el que ha inspirado a la concepción del hormigón armado confinado a través de armadura transversal queactúa como zuncho ante la expansión en esa dirección lo cual, tal cual más adelante se verá, modifica substancialmente la respuesta.

FLUENCIA LENTA DEL HORMIGÓN.La respuesta de tensión­deformación del hormigón depende de la velocidad y de la historia de cargas. Si la tensión se mantiene constante por algúnlapso de tiempo se produce un incremento de la deformación, fenómeno conocido como fluencia lenta (creep). Si es la tensión la que se mantieneconstante por cierto tiempo, las tensiones decrecen, lo cual se conoce como relajación.

La Fig. 2.11 ilustra el fenómeno de fluencia del hormigón bajo tensión constante.Cuando se lleva a cabo un experimento para evaluar la fluencia la tensión se aplica al hormigón a una cierta edad ti (pueden ser varios días despuésde la colocación), y luego se mantiene constante a lo largo del tiempo.

La deformación debido a la carga inicial se llama deformación elástica, mientras que la sucede a continuación manteniendo la carga constante se llamadeformación de fluencia. La relación entre la deformación por fluencia y la deformación elástica a los ti días después de colocado el hormigón que fuepuesto en tensión (inicio de deformación elástica) a los ti días después del colocado se llama coeficiente de fluencia, (t,ti). Ref. [1] da esta expresiónpara calcular este coeficiente:

Conocimiento 02Resistencia a compresión en probeta cúbica y cilíndrica.

Equivalencia entre probetas cúbicas y cilíndricas.

Alternativamente se pueden usar los siguientes valores.

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