7/21/2019 Elasticidad del concreto

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Ni resorte ni goma de mascar, pero se estira. ¿Qué tan elástico es el concreto? Los materiales en general,tienen un comportamiento elástico hasta que alcanzan cierta deformación. Si el esfuerzo que incide sore elmaterial aumenta hasta superar las fuerzas internas de cohesión ! adherencia, el material comienza amicrofisurarse ! termina por fallar.

Elasticidad

La elasticidad, es la propiedad mecánica que hace que los materiales sufran deformaciones re"ersiles por la

acción de las fuerzas e#teriores que act$an sore ellos. La deformación, es la "ariación de forma ! dimensiónde un cuerpo. Un material es elástico cuando la deformación que sufre ante la acción de una fuerza

cesa al desaparecer la misma.

Los materiales totalmente elásticos pueden llegar hasta cierta deformación má#ima, es lo que se conocecomo l%mite elástico. Si se sobrepasa este límite, la deformación del material es permanente y sus

propiedades cambian. Si el esfuerzo que incide sore el material supera las fuerzas internas de cohesión, elmaterial se fisura ! termina por fallar.

&ser"a en la siguiente figura los estados de deformación de un material.

Módulo de elasticidad

'l módulo de elasticidad de un material es la relación entre el esfuerzo al que está sometido el material ! sudeformación unitaria. (epresenta la rigidez del material ante una carga impuesta sore el mismo.

)uando la relación entre el esfuerzo ! la deformación unitaria a que está sometido el material es lineal,constante ! los esfuerzos aplicados no alcanzan el l%mite de proporcionalidad, el material tiene uncomportamiento elástico que cumple con la Ley de Hooe.

Módulo de elasticidad estática del concreto

*l módulo de elasticidad del hormigón representa la rigidez de este material ante una carga impuesta sore elmismo. El ensayo para la determinación del módulo de elasticidad estático del concreto se !ace por

medio de la "orma t#cnica $olombiana %&'( que tiene como antecedente la +S- ) /0 ! tiene comoprincipio la aplicación de carga estática ! de la correspondiente deformación unitaria producida.

La primera fase es la zona elástica, donde el esfuerzo ! la deformación unitaria pueden e#tenderseapro#imadamente entre 12 al 12 ! 32 de la resistencia a la compresión del concreto.

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Una se)unda fase, representa una línea cur*a como consecuencia de una microfisuración que se

produce en el concreto al recibir una car)a, estas fisuras se uican en la interfase agregado4 pasta ! estácomprendida entre el 32 ! 052 de la resistencia del concreto.

'n la figura que comparto a continuación, se oser"anciertas propiedades de la relación esfuerzo4deformación

'n primer lugar, se puede "er que el t#rmino módulo de

elasticidad, puede aplicarse estrictamente en la parte

recta. 'n segundo lugar, el incremento en la deformaciónunitaria, mientras act$a la carga durante el ensa!o, sedee en parte a algo de elasticidad ! en parte a la fluenciadel concreto, en consecuencia se determina que e

concreto no es un material completamente elástico.

+or qu# es importante conocer el módulo de

elasticidad del !ormi)ón-

6. Uno de los *alores más importantes en el diseo

de concreto reforzado es el módulo de elasticidad

puesto que este influye en las defle/iones, deri*as y

ri)idez de una estructura.

7. 'l módulo de elasticidad del concreto estádeterminado por una estrecha relación que e#iste entre el esfuerzo que e#perimenta un material ! lacorrespondiente deformación unitaria. 's un "alor mu! importante para el análisis estructural.

8. 0ener un buen conocimiento del módulo de elasticidad del concreto ba1o condiciones de car)a lenta

podría emplearse en futuras in*esti)aciones acerca del módulo de elasticidad dinámico de concreto

2es decir ba1o car)as rápidas3 lo anterior sería importante para conocer el comportamiento real de

concreto ba1o la acción de un sismo.

. )on el dato del módulo de elasticidad podemos conocer el acortamiento por carga a#ial de un elementoestructural.

3. 'l uso masi"o de concreto como principal material de construcción hacen indispensale conocer todas suspropiedades mecánicas para tener unos dise9os acertados de los pro!ectos de construcción.

/. Un aspecto importante del análisis y diseo de estructuras se relaciona con las deformaciones que

causan las car)as aplicadas a la estructura. &"iamente es importante e"itar las deformaciones grandesque puedan impedir que la estructura cumpla con el propósito para el cual se conciió, pero el análisis dedeformaciones puede a!udarnos tamién para él cálculo de los esfuerzos.

Características de esfuerzo-deformación del concreto

En el concreto presforzado, es tan importante conocer las deformaciones como los esfuerzos.Esto es necesario para estimar la pérdida de presfuerzo en el acero y para tenerlo en cuentapara otros efectos del acortamiento elástico. Tales deformaciones pueden clasicarse en cuatro

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tipos: deformaciones elásticas, deformaciones laterales, deformaciones plásticas, ydeformaciones por contracción.

Deformaciones elásticas

 El término deformaciones elásticas es un poco ambiguo, puesto que la curva esfuerzo-deformacin para el concreto no es una l!nea recta aun a niveles normales de esfuerzo "#igura$%, ni son enteramente recuperables las deformaciones. &ero, eliminando las deformacionesplásticas de esta consideracin, la porcin inferior de la curva esfuerzo-deformacin instantánea

que es relativamente recta, puede llamarse convencionalmente elástica. Entonces es posibleobtener valores para el mdulo de elasticidad del concreto. El mdulo var!a con diversosfactores, notablemente con la resistencia del concreto, la edad del mismo, las propiedades de losagregados y el cemento, y la denicin del mdulo de elasticidad en s!, si es el mdulo tangente,inicial o secante. '(n más, el mdulo puede variar con la velocidad de la aplicacin de la carga ycon el tipo de muestra o probeta, ya sea un cilindro o una viga. &or consiguiente, es casimposible predecir con e)actitud el valor del mdulo para un concreto dado.

  #igura $. *urva t!pica esfuerzo-deformacin para concreto de + g/cm0.

1el solo estudio de las curvas de esfuerzo-deformacin resulta obvio que el conceptoconvencional de mdulo de elasticidad no tiene sentido en el concreto. &or lo tanto, es necesariorecurrir a deniciones arbitrarias, basadas en consideraciones emp!ricas. 's!, se puede denir elmdulo tangente inicial o tangente a un punto determinado de la curva esfuerzo-deformacin yel mdulo secante entre dos puntos de la misma.

El mdulo secante se usa en ensayes de laboratorio para denir la deformabilidad de unconcreto dado. 2a '3T4 "5eferencia 67% recomienda la pendiente de la l!nea que une los puntosde la curva correspondiente a una deformacin de . y al 89 de la carga má)ima.

3e an propuesto mucas relaciones que e)presan el mdulo de elasticidad en funcin de la

resistencia del concreto. &ara concreto tipo ; de peso volumétrico :

 "f<c en g/cm0% "5eferencia 8, art!culo 66.+.+%

Deformaciones laterales

*uando al concreto se le comprime en una direccin, al igual que ocurre con otros materiales,éste se e)pande en la direccin transversal a la del esfuerzo aplicado. 2a relacin entre ladeformacin transversal y la longitudinal se conoce como relacin de &oisson.

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2a relacin de &oisson var!a de .6 a .0 para concreto..

Deformaciones plásticas

2a plasticidad en el concreto es denida como deformacin dependiente del tiempo que resultade la presencia de un esfuerzo.

'si denimos al =u>o plástico como la propiedad de mucos materiales mediante la cual elloscontin(an deformándose a través de lapsos considerables de tiempo ba>o un estado constantede esfuerzo o carga. 2a velocidad del incremento de la deformacin es grande al principio, perodisminuye con el tiempo, asta que después de mucos meses alcanza un valor constanteasintticamente "5eferencia ?%.

3e a encontrado que la deformacin por =u>o plástico en el concreto depende no solamente deltiempo, sino que también depende de las proporciones de la mezcla, de la umedad, de lascondiciones del curado, y de la edad del concreto a la cual comienza a ser cargado. 2adeformacin por =u>o plástico es casi directamente proporcional a la intensidad del esfuerzo. &orlo tanto es posible relacionar a la deformacin por =u>o plástico con la deformacin elásticainicial mediante un coeciente de =u>o plástico denido tal como sigue:

6.7

1nde es la deformacin inicial elástica y es la deformacin adicional en el concretodespués de un periodo largo de tiempo, debida al =u>o plástico Deformaciones por contracción

2as mezclas para concreto normal contienen mayor cantidad de agua que la que se requierepara la idratacin del cemento. Esta agua libre se evapora con el tiempo, la velocidad y la

terminacin del secado dependen de la umedad, la temperatura ambiente, y del tama@o yforma del espécimen del concreto. El secado del concreto viene apare>ado con una disminucinen su volumen, ocurriendo este cambio con mayor velocidad al principio que al nal.

1e esta forma, la contraccin del concreto debida al secado y a cambios qu!micos dependesolamente del tiempo y de las condiciones de umedad, pero no de los esfuerzos.

2a magnitud de la deformacin de contraccin var!a por mucos factores. &or un lado, si elconcreto es almacenado ba>o el agua o ba>o condiciones muy (medas, la contraccin puede sercero. &uede aber e)pansiones para algunos tipos de agregados y cementos. &or otro lado, parauna combinacin de ciertos agregados y cemento, y con el concreto almacenado ba>ocondiciones muy secas, puede esperarse una deformacin grande del orden de .6.

2a contraccin del concreto es algo proporcional a la cantidad de agua empleada en la mezcla.1e aqu! que si se quiere la contraccin m!nima, la relacin agua cemento y la proporcin de lapasta de cemento deberá mantenerse al m!nimo.

2a calidad de los agregados es también una consideracin importante. 'gregados más duros ydensos de ba>a absorcin y alto mdulo de elasticidad e)pondrán una contraccin menor*oncreto que contenga piedra caliza dura tendrá una contraccin menor que uno con granito,basalto, y arenisca de igual grado, apro)imadamente en ese orden.

2a cantidad de contraccin var!a ampliamente, dependiendo de las condiciones individuales.

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&ara propsitos de dise@o, un valor promedio de deformacin por contraccin será de .0 a.7 para las mezclas usuales de concreto empleadas en las construcciones presforzadas.

El valor de la contraccin depende además de las condiciones del ambiente.