▶ Propiedades del concreto reforzado (Resistencia a la Compresión)

▶ Propiedades del concreto reforzado

Para diseñar estructura es importante conocer las propiedades del concreto antes de iniciar el diseño estructuras de concreto reforzado. En esta sección conocerás las propiedades mas importantes del concreto a base al ACI 318-19.

Contenido de este Articulo

Resistencia a  la compresión

• 1.¿Cómo se determina?
• 2. Resistencias comunes de compresión 
• 3. Ensayos con especímenes de concreto en forma de cubo
• 4. Curva esfuerzo - deformación 
• 5. Resistencia a la compresión y el ACI 318-19

Resistencia a la compresión 

1. ¿Cómo se determina la resistencia a la compresión?

La manera de medir la capacidad del concreto para resistir la fuerza de compresión es a través de ensayos que involucran la falla de cilindros de concreto de 6 pulgadas por 12 pulgadas de diámetro (15.24 cm x 30.48 cm) estos han sido curados durante 28 días, en la prueba de aplica una velocidad específicada de carga. 

Durante el periodo de 28 días, los cilindros de concreto suelen mantenerse sumergidos en agua o en un local con temperatura constante y humedad de 100%.

Por lo general los concretos con resistencias últimas a los 28 días, pueden alcanzar una resistencia  de 2 500 lb/plg2 (PSI) hasta 10 000 a 20 000 lb/plg2

Comúnmente los concretos usados en la práctica tienen una resistencia de entre 3 000 y 7 000 lb/plg2

2. Resistencias comunes de compresión 

• Para aplicaciones comunes se usan concretos de 3 000 y 4 000 lb/plg2
• Para construcción presforzada se emplean los de 5 000 y 6 000 lb/plg2
• En columnas de pisos inferiores de edificios altos, se han utilizado concretos con resistencia de hasta 9 000 o 10 000 lb/plg2 que son suministrados por empresas de concreto premezclado.

3. Ensayos de resistencia con especímenes de concreto en forma de cubo

Es algunos países es común usar especímenes de prueba ques sean cubos de 200 mm (7.87 plg) por lado. A continuación se mencionan ventajas y desventajas.

Al emplear cubos:

•Se puede manipular de manera mas fácil los especímenes debido al empleo de una menor cantidad de concreto en la elaboración de las muestras, traducido en un mayor rendimiento físico del personal.

•Se puede optimizar el uso de espacios en áreas de curado, ya sean piletas o cuartos, debido a que los especímenes cúbicos son de menor volumen.

•En general, implica un ahorro sustancial de tiempo.

Desventaja en el uso de cubos

Su principal limitación, y que no siempre aplica en todos los casos, es la necesidad de tener máquinas de ensayo con mayor capacidad, debido a los altos niveles de resistencia a la compresión que se suelen obtener, ya que se tiene una mayor área de contacto en el espécimen. Además, se necesita un aditamento que funciona como aumento de altura.

A partir de estos se ensayos se ha encontrado, que para lotes de concreto con cubos, la prueba de cilindros de 6 plg por 12 plg proporciona resistencias a compresión de sólo aproximadamente el 80% de los valores en lb/plg² obtenidos con los cubos. En otras palabras, si la resistencia a la compresión de un lote de concreto se mide con cilindros, los resultados obtenidos serán significativamente inferiores a los resultados que se obtendrían si se midiera la resistencia con cubos de las mismas proporciones.

Por otra parte existe la posibilidad de aumentar la resistencia a la compresión del concreto sin tener que agregar demasiado trabajo o cemento adicional. En particular, es posible aumentar la resistencia de un concreto de 3,000 lb/plg2 a otro de 5,000 lb/plg2 con un aumento razonable en el costo de alrededor del 15 a 20%. Esto significa que el costo de producir concreto con una resistencia mayor no es excesivamente alto en este rango.

Sin embargo para lograr una resistencia aún mayor, como más de 5,000 lb/plg2 o incluso 6,000 lb/plg2, se requiere una atención cuidadosa en la mezcla, el colado y el curado del concreto. Esto implica un costo adicional relativamente mayor, ya que se necesitan procesos más cuidadosos y específicos para garantizar que el concreto tenga la resistencia deseada.

Aumentar la resistencia a la compresión del concreto implica un costo adicional que varía dependiendo del nivel de resistencia que se desea alcanzar y de la atención que se preste al proceso de mezcla, colado y curado.

4. Curvas Esfuerzo - deformación Unitaria

Las curva esfuerzo deformación representan los resultados obtenidos en los ensayos  de compresión con cilindros estándares, de una resistencia particular o varias, a los 28 días.

Las curvas de resistencia del concreto inicialmente son aproximadamente rectas (Deformación elástica), la carga aumenta de cero a más o menos entre un tercio y un medio de la resistencia última del concreto.

Después de este intervalo, el comportamiento del concreto no es lineal. La falta de la linealidad de las curvas esfuerzo-deformación unitaria del concreto a esfuerzos mayores ocasiona algunos problemas en el desarrollo del análisis de las estructuras de concreto porque el comportamiento de éstas también es poco lineal bajo esfuerzos mayores.

Es  importante mencionar el  hecho de que todos los concretos, independientemente de sus resistencias, alcanzan sus resistencias últimas o máxima bajo deformaciones unitarias de aproximadamente 0.002.

Se resalta que el concreto no tiene una resistencia a la fluencia plástica definida; más bien, las curvas tienen un comportamiento suave hasta sus puntos de ruptura bajo deformaciones unitarias de entre 0.003 y 0.004.

Para suposiciones de diseño la normativa ACI 318-14, Sección 22.2.2.1 supone que para efectos de cálculo el concreto falla a 0.003 .

El importante mencionar que este valor es conservador para concretos de resistencia normal, pero no lo es para concretos de resistencia superior, es decir, en un intervalo  mayor a 8 000 lb/plg.

Se ha observado  que en los concretos de bajo grado son menos frágiles que los de grado alto, o sea, que mostrarán deformaciones unitarias mayores antes de romperse.

Módulo estático de Elasticidad

El módulo de elasticidad del concreto no es fijo y puede variar en función de diversos factores como la resistencia del concreto, su edad, el tipo de carga que se aplique sobre él, así como también las propiedades y proporciones de los materiales que se hayan utilizado para su fabricación, como el cemento y los agregados. 

Por lo tanto, no es posible definir un valor único y preciso para el módulo de elasticidad del concreto, sino que este valor puede fluctuar dependiendo de las condiciones específicas en las que se encuentre el material

• El módulo inicial es la pendiente del diagrama de esfuerzo-deformación en el origen de la curva.

• El módulo por tangente es la pendiente de una tangente a la curva en algún punto de ésta, por ejemplo, en 50% de la resistencia última del concreto.

• A la pendiente de una línea trazada del origen a un punto en la curva entre 25 y 50% de su resistencia última a compresión, se le llama módulo por secante.

• Otro módulo, llamado módulo aparente o módulo a largo plazo, se determina usando los esfuerzos y deformaciones unitarias obtenidas después de que la carga se ha aplicado durante cierto periodo.

Según el Aci 318-14 establece la siguiente expresión puede usarse para calcular el módulo de elasticidad de concretos que pesen entre entre 1440 y 2560 kg/m3

 para Mpa

• Ec es el módulo de elasticidad en kg/m2
• wc es el peso del concreto en kilogramo por metro cubico 
• f′c  resistencia a la compresión especificada a los 28 días en N/mm2 o Mpa

.

5. Resistencia a la compresión y el ACI 318-19

^{Para asegurar que la resistencia a la compresión del concreto en la estructura debe ser al menos tan fuerte como el valor especificado, f′c , es decir el diseño de la mezcla de concreto debe apuntar a un valor mayor denominado ( f′cr)}

^{La Sección 4.2.3.3 del Código ACI 301 requiere que las resistencias de compresión del concreto usadas como base para seleccionar las proporciones de éste deben exceder las resistencias de 28 días especificadas por valores bastante más grandes.}

^{Para satisfacer el nivel de resistencia de una mezcla de concreto, En la Sección 26.12.3.1 del ACI  318-19, se especifica los siguientes requisitos de construcción a cumplir:}

^{(1) La resistencia a la compresión promedio de tres pruebas consecutivas sea igual o superior a f′c} 

⁽²⁾

Condición	Cuando
Ningún resultado del ensayo de resistencia esta es menor de 500 lb/pulg2 (3.5 Mpa)	Cuando el es f`c 5000 lb/pulg2 (35 Mpa)  o menos
Ninguna prueba de resistencia deberá estar situada por debajo de 0.10 f′c	Para valores de f′c que sobrepasen a 5 000 lb/pulg2 (35 Mpa)