sábado, 22 de octubre de 2011

Características reologicas del hormigón: Deformaciones y elongabilidad.

La Reología es la rama de la Mecánica que estudia la evolución de deformaciones de un material, producidas por causas tensiónales, a lo largo del tiempo.

Deformaciones.-  Si se analiza una probeta, figura 7.12.

1º.  Se carga y descarga  inmediatamente, al aplicar la carga se presenta una  deformación instantánea OA, al
retirar la carga se mantiene una deformación remanente OO’, siendo entonces  O’A la deformación elástica.

2º.  Si ahora cargamos la misma probeta con una carga menor a la aplicada  en el punto 1º, se
producirá una deformación elástica BC, y si mantenemos la carga  aplicada   a través del tiempo la deformación ira creciendo, al retirar  la carga  se recuperara  la deformación elástica, (BC=CD), y al dejar la probeta descargada esta  ira recuperando una parte creciente de la deformación.



Se pueden ver entonces las 3 deformaciones del Hormigón: la elástica instantánea,  elástica diferida y plástica diferida.

En la tabla 7.6 se clasifican las  deformaciones en las que se han  hecho figurar además las deformaciones térmicas y las de retracción, independientes de las cargas exteriores.

TABLA 7.6  DEFORMACIONES DEL HORMIGON


Elongabilidad del hormigón.-  La deformación por rotura del hormigón en tracción vale  aproximadamente, 0.01 a 0.015%  y es una medida de su elongabilidad, es decir de su  capacidad  para soportar alargamiento sin romperse. Este valor llega hasta 0.04% en hormigones de alta relación  A/C, poco curados y jóvenes.

Resistencia mínima del hormigón en función de la del acero.

Resistencia mínima del hormigón en función de la del acero.- A fin de no usar aceros de resistencia muy alta con hormigones de baja resistencia, la resistencia del proyecto del hormigón, fck, no será menor que la indicada en la tabla siguiente, en función del tipo de acero:

TABLA 7.5  RESISTENCIA MÍNIMA DEL HORMIGÓN EN FUNCIÓN DEL TIPO DE ACERO



OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO DEL HORMIGÓN.

Tipificación.- Los hormigones se tipifican, de acuerdo con su resistencia de proyecto a compresión, a los 28 días, en probetas cilíndricas normales, en la CBH 87, según la siguiente serie: H12.5; H15; H17.5; H20; H25; H30; H35; H40; H45; H50; H55

Esta indica que los tipos H12.5 a H25 se emplean en estructuras de edificación, y los restantes de la serie encuentran su principal aplicación en obras importantes de ingeniería y en prefabricación.

La Norma EHE recomienda utilizar la siguiente serie: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50

En la cual las cifras indican la resistencia característica especificada del hormigón a compresión a 28 días, expresada en MPa; La resistencia de 20 MPa se limita en su utilización a hormigones en masa.


 

DEFINICIONES DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SEGÚN LA CBH 87, EHE Y LA ACI.

Las distintas normas definen, resistencias  nominales, con las que se realizan los cálculos y los controles de calidad de los hormigones. En la tabla 7.4 se hace una comparación entre la diferente nomenclatura que tienen las 3 normas nombradas en este texto.

TABLA 7.4  DEFINICIONES DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SEGÚN LA CBH 87, EHE Y LA ACI.

          * los coeficientes de la norma EHE (γc) se presentan en su articulo 15.3 
    * la ACI 318 presenta los factores de reducción de resistencia (φ)  
            La determinación de X  y fc est se explicara en el capitulo 11, dosificación

FATIGA DEL HORMIGÓN Y MEJORA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA.

Algunos materiales (por lo general los que poseen un punto de fluencia bien definido) tienen lo que se conoce como limite a la fatiga, que es el esfuerzo unitario máximo que se puede repetir un número indefinido de veces, en un rango definido, sin ocasionar daños estructurales. Generalmente, cuando no se especifica ningún intervalo, se entiende que el límite de fatiga es para un ciclo en el que el esfuerzo varía entre esfuerzos de tensión y compresión del mismo valor.
Cuando el hormigón está sometido a cargas fluctuantes en lugar de cargas sostenidas, su resistencia a la fatiga, es considerablemente menor que su resistencia estática. Cuando en hormigones simples se introducen esfuerzos cíclicos de compresión variando desde cero hasta el máximo esfuerzo, el límite de fatiga está entre el 50 y el 60 por ciento de la resistencia a la compresión estática, para 2,000,000 de ciclos. Para otros tipos de esfuerzos aplicados, tales como esfuerzo de compresión por flexión en vigas de hormigón armado o tensión por flexión en vigas no reforzadas o en el lado de tensión de vigas reforzadas, el límite de fatiga parece ser aproximadamente el 55 por ciento de la resistencia estática correspondiente. Sin embargo, estos datos deben usarse únicamente como guías generales. Se  sabe  que  la  resistencia a  la  fatiga  del  hormigón  no  solamente depende  de  su resistencia estática sino también de las condiciones de humedad, de la edad y de la velocidad de aplicación de la carga.

La mayor parte de las fallas por fatiga de las vigas de hormigón armado parecen deberse a la falla del acero de refuerzo, asociada con severo agrietamiento y concentración de esfuerzos y efectos de abrasión posibles. Las vigas con refuerzo longitudinal crítico parecen tener una resistencia a la fatiga del 60 al 70% de la resistencia estática última, para alrededor de un millón de ciclos.

La mayor parte de las fallas por fatiga de las vigas de hormigón preesforzado se deben a la falla por fatiga de los alambres o torones de esfuerzo y están relacionadas con la magnitud y severidad del agrietamiento. Existe cierta evidencia para sugerir que las vigas preesforzadas son superiores a las vigas convencionales para resistir las cargas de fatiga.

MEJORA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA

El diseño de miembros para que resistan cargas repetidas no puede efectuarse con la certeza con la que se diseñan los miembros sometidos a cargas estáticas. Concentraciones de esfuerzos pueden presentarse por una amplia variedad de razones y no es práctico calcular sus intensidades. Sin embargo, a veces es posible mejorar la resistencia a la fatiga de un material o reducir la magnitud de una concentración de esfuerzos por debajo de un valor mínimo que cause una falla por fatiga. A continuación se dan recomendaciones para conseguir dicho efecto:

1.  Evitar   detalles   de   diseño   que   ocasionen   concentraciones  severas   de   esfuerzos   o distribuciones pobres de los mismos.

2.  Proporcionar cambios graduales en las secciones.

3.  Eliminar esquinas y ranuras agudas.

4.  No usar detalles que generen restricciones muy localizadas.

5.  Localizar los elevadores de esfuerzos inevitables en puntos cuyas condiciones de fatiga sean menos severas.

6.  Diseñar las estructuras con trayectorias múltiples de carga o  miembros redundantes, de manera que una grieta por fatiga en cualquiera de los miembros primarios no cause el colapso de la estructura entera.
En general, las propiedades mecánicas de los materiales estructurales mejoran cuando aumenta la rapidez de aplicación de la carga. No obstante, el módulo de elasticidad en el intervalo elástico no cambia. Para el hormigón, la resistencia dinámica última en compresión puede ser mucho mayor que la resistencia estática.

Bajo muchas repeticiones de carga, un elemento o una conexión entre elementos puede fallar por
"fatiga" con un esfuerzo menor qué el límite de fluencia del material.

En general, hay muy poca deformación aparente al comienzo de una falla por fatiga. Se forma una grieta en el punto de alta concentración de esfuerzos. Cuando se repite el esfuerzo, la grieta se extiende poco a poco hasta que se fractura el elemento sin que haya habido fluencia o cedencia mensurables. Aunque el material pueda ser dúctil, la fractura parece ser frágil.