El objeto principal del estudio del comportamiento del concreto es la obtención de las relaciones acción-respuesta del material, bajo la gama total de solicitaciones a que puede quedar sujeto.

JUSTIFICACION

La estimación de la resistencia del concreto por la capacidad de endurecimiento respecto a tiempos es una técnica sencilla que está siendo muy utilizada como herramienta adicional a los métodos de control de calidad.

MARCO TEORICO

RESISTENCIA MECÁNICA DEL CONCRETO Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Desde el momento en que los granos del cemento inician su proceso de hidratación comienzan las reacciones de endurecimiento, que se manifiestan inicialmente con el “atiesamiento” del fraguado y continúan luego con una evidente ganancia de resistencias, al principio de forma rápida y disminuyendo la velocidad a medida que transcurre el tiempo.

En la mayoría de los países la edad normativa en la que se mide la resistencia mecánica del concreto es la de 28 días, aunque hay una tendencia para llevar esa fecha a los 7 días. Es frecuente determinar la resistencia mecánica en periodos de tiempo distinto a los de 28 días, pero suele ser con propósitos meramente informativos. Las edades más usuales en tales casos pueden ser 1, 3, 7, 14, 90 y 360 días. En algunas ocasiones y de acuerdo a las características de la obra, esa determinación no es solo informativa, si no normativa, fijado así en las condiciones contractuales.

¿POR QUÉ 28 DÍAS?

La edad de 28 días se eligió en los momentos en que se comenzaba a estudiar a fondo la tecnología del concreto, por razones técnicas y prácticas. Técnicas porque para los 28 días ya el desarrollo de resistencia está avanzado en gran proporción y para la tecnología de la construcción esperar ese tiempo no afectaba significativamente la marcha de las obras. Prácticas porque 28 días es un múltiplo de los días de la semana y evita ensayar en día festivo un concreto que se vació en días laborables. Pero las razones técnicas han cambiado sustancialmente porque con los métodos constructivos actuales 28 días puede significar un decisivo adelanto de la obra por encima de los volúmenes de concreto cuya calidad no se conoce.

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OBJETIVOS:

El concreto es una masa endurecida que por su propia naturaleza es discontinua y heterogénea.  Las

propiedades de cualquier sistema heterogéneo dependen de las características físicas y químicas de los

materiales que lo componen y de las interacciones entre ellos. Con base en lo anterior, la resistencia del

concreto depende principalmente de la resistencia e interacción de sus fases constituyentes:

-         La resistencia de la pasta hidratada y endurecida (matriz).

-         La resistencia de las partículas del agregado.

-         La resistencia de la interfase matriz-agregado.

Influencia de los materiales:

De todos los materiales utilizados, es obvio que el que más influye es el cemento Pórtland, ya que a igualdad de todas las demás condiciones (materiales, operación, clima, etc.), un cemento CP 40 dará más resistencia al hormigón que un CP 30, ya que está probado experimentalmente que la resistencia del mortero de Cemento Pórtland Normal está relacionada en forma directa con el hormigón que con él se elabora, como puede apreciarse en la figura 1.

Relación entre la Resistencia del Mortero de cemento Pórtland Normal y la Resistencia de Hormigón(Para una misma relación agua/cemento).

Cómo influye la dosificación:

La resistencia aumenta si se aumenta la cantidad unitaria de cemento y queda igual todo lo demás.

No obstante, se llega a un punto en el cual, por más que se siga aumentando la cantidad de cemento, la resistencia se mantiene sin variar, es decir se estabiliza en un techo de resistencia del cual no se puede pasar, dependiendo la mayor o menor altura de ese techo de las características de los otros materiales, condiciones de temperatura y humedad, etc.

Dosificar con asentamientos en Cono de Abrams superiores a 15 cm. Sin recurrir a un superfluidificante, con el sólo arbitrio de tratar de mantener la resistencia compensando el exceso de agua con más cemento para mantener la relación agua/cemento, es un error, ya que si bien es muy probable que la resistencia en la probeta sea la correcta, en la estructura, especialmente en la parte superior de columnas y vigas, se producirá una gran exudación y el agua -al emigrar hacia la superficie del hormigón-; formará infinitos canales capilares, especie de "perforaciones verticales" que debilitarán la estructura.

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Otro elemento que contribuye a la elevación de la resistencia -siempre manteniendo las demás condiciones - es la reducción de la relación agua/cemento. Hay una tendencia generalizada en las obras a trabajar con hormigones más fluidos que lo realmente necesario. Es obvio que esto significa menor trabajo para la cuadrilla y menos posibilidad de aparición de nidos de abeja, armaduras de refuerzo mal recubiertos, etc. Pero este aumento de la cantidad de agua de mezclado, disminuye inexorablemente la resistencia del hormigón.

La dosificación de los agregados y las mezclas de estos que contribuyan a lograr una curva granulométrica continua y bien ubicada, dará un volumen mínimo de vacíos y por lo tanto una superficie específica menor, lo cual elevará la resistencia para la misma cantidad unitaria de cemento.Cómo influyen la operación de mezclado y la puesta en obra del hormigón:

Un mezclado demasiado breve, incompleto, contribuirá a la segregación de la mezcla, y aparte de disminuir la resistencia, afectará a la variabilidad del hormigón de un mismo pastón.

Un exceso de mezclado o una demora en la descarga fuera de los límites normalizados en IRAM 1666 -Hormigón elaborado - Parte I- perjudicará la resistencia, y una demora importante puede comprometerla seriamente.

Influencia de las condiciones de curado:

Entendemos por condiciones de curado a las condiciones de humedad y temperatura en que es "mantenido" el hormigón a través del tiempo.

Remarcamos entonces que la edad de las reacciones de hidratación del cemento, y la temperatura y humedad a las que estuvieron sometidas tienen una definitiva influencia en la resistencia del hormigón.Un curado deficiente o la falta total de curado puede reducir la resistencia del hormigón de la estructura, comparada con la de las probetas con curado normalizado, hasta en un 50%, como puede apreciarse en la figura 2.

Influencia del Curado Húmedo en la Resistencia.

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Estas características acción-respuesta pueden describirse claramente mediante curvas esfuerzo-deformación de especímenes ensayados bajo distintas condiciones.

El esfuerzo es comúnmente una medida de la acción ejercida en el espécimen, y la deformación, una medida de la respuesta.

La resistencia aumenta con la edad del hormigón, y la temperatura hace variar los tiempos de fraguado según puede apreciarse en las figuras 3 y 4.

Desarrollo de la Resistencia en el Tiempo de un Hormigón con Cemento Pórtland Normal

.Curvas de Fraguado de Mortero de Cemento Pórtland Normal para Distintas Condiciones de Temperatura.

Acciones interiores Características del elemento

Respuesta

Carga axial Tipo de concreto Deformación

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Flexión Tipo de refuerzo Agrietamiento

Torsión Tamaño Durabilidad

Cortante Forma restricción Vibración

Para conocer el comportamiento del concreto simple es necesario determinar las curvas esfuerzo-deformación correspondiente a los distintos tipos de acciones a que se puede estar sometido.

Para esto, se han hecho estudios experimentales sobre el comportamiento del concreto sujeto a estados uniaxiales de compresión y tensión, a estados triaxiales de compresión.

ETAPAS DE LA CURVA ESFUERZO-DEFORMACIÓN

Al considerar el voladizo que se muestra en la figura siguiente sujeto a la carga vertical P, que varía desde un valor nulo hasta aquel que produce el colapso. La característica acción-respuesta más inmediata es la curva carga-deflexión presentada también en la figura.

En términos de esta característica es posible definir cuatro etapas en el comportamiento de la curva esfuerzo-deformación.

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MODOS DE FALLA Y CARACTERÍSTICAS ESFUERZO-DEFORMACIÓN BAJO COMPRESIÓN AXIAL

MODOS DE FALLA O FRACTURAS:

Falla en compresión de un cilindro de concreto:

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Muestra un cilindro de concreto simple ensayado en compresión axial. La falla suele presentarse a través de planos inclinados respecto a la dirección de la carga.

CURVA ESFUERZO-DEFORMACIÓN

Los valores de esfuerzo resultan de dividir la carga total aplicada, P, entre el área de la sección transversal del prisma, A, y representan valores promedio obtenidos bajo la hipótesis de que la distribución de deformaciones es uniforme y de que las características esfuerzo-deformación del concreto son constantes en toda la masa.

El valor de la deformación unitaria, ξc, es la relación entre el acortamiento total, а, y la longitud de medición, ℓ.

CARACTERÍSTICAS DE LA CURVA TÍPICA BAJO CARGA DE CORTA DURACIÓN

De acuerdo a la figura anterior:

La curva que se presenta corresponde a un ensaye efectuado en un tiempo relativamente corto, del orden de unos cuantos minutos desde la iniciación hasta el colapso.

Se puede apreciar que el concreto no es un material elástico y que la parte inicial de estas curvas no es rigurosamente rectas.

Sin gran error puede considerarse una porción recta hasta 40 % de la carga máxima.

La carga llega a un máximo y después tiene una rama descendiente.

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CONCLUSIÓN

El ensaye de prismas o cilindros de concreto simple, la carga máxima se alcanza a una deformación unitaria del orden de 0.002, si la longitud de medición es del mismo orden de magnitud que el del lado del espécimen.

Se ha propuesto varias ecuaciones para representar analíticamente la curva esfuerzo-deformación. El problema es complejo porque influyen muchas variables, algunas inclusive ajenas a las propiedades intrínsecas del material, como la rigidez relativa de la máquina de ensaye.

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