CONCRETO ARMADO I

1) PROPIEDADES FUNDAMENTALES DEL CONCRETO ENDURECIDO

Es aquel que tras el proceso de hidratación ha pasado del estado plástico al estado
rígido. Después de que el concreto ha fraguado empieza a ganar resistencia y se
endurece.
Las propiedades más importantes del concreto al estado endurecido incluyen las
resistencias mecánicas, durabilidad, propiedades elásticas, cambios de volumen,
impermeabilidad, resistencia al desgaste, resistencia a la cavitación, propiedades
térmicas y acústicas, y apariencia.

 ELASTICIDAD

Es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación

permanente. El concreto no es un material elástico estrictamente hablando, ya que
no tiene un comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama cara vs
deformación en compresión, sin embargo, convencionalmente se acostumbra
definir un “Módulo de elasticidad estático” del concreto mediante una recta
tangente a la parte inicial del diagrama, o una recta secante que une el origen del
diagrama con un punto establecido que normalmente es un % de la tensión última.
Conceptualmente, las mezclas más ricas tienen módulos de Elasticidad mayores y
mayor capacidad de deformación que las mezclas pobres. La norma que establece
como determinar el Módulo de elasticidad estático del concreto es la ASTM C- 469.

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 RESISTENCIA

Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento

en compresión en comparación con la tracción, debido a las propiedades
adherentes de la pasta de cemento. Depende principalmente de la concentración
de la pasta de cemento, que se acostumbra expresar en términos de la relación
Agua/Cemento en peso.

 EXTENSIBILIDAD

Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse. Se define en función de

la deformación unitaria máxima que puede asumir el concreto sin que ocurran
fisuraciones.
Depende de la elasticidad y del denominado flujo plástico, constituido por la
deformación que tiene el concreto bajo carga constante en el tiempo.
El flujo plástico tiene la particularidad de ser parcialmente recuperable, estando
relacionado también con la contracción, pese a ser dos fenómenos nominalmente
independientes.

2) ACERO DE REFUERZO
El acero de refuerzo en concreto armado son varillas de sección redonda, las cuales
tienen corrugaciones cuyo fin es restringir el movimiento longitudinal de las varillas
relativo al concreto que las rodea. A continuación damos una tabla con varillas de
producción común en nuestro medio.

FIG 2.1 TAMAÑO DE VARILLAS PRODUCIDAS EN NUETRO MEDIO

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Las especificaciones del ASTM requieren que las corrugaciones tengan un

espaciamiento promedio que no sea mayor que 0.7 del diámetro nominal de la varilla y
una altura mínima de 0.04 al 0.05 del diámetro nominal de la varilla; deben además
encontrarse distribuidas por lo menos en un 75% del perímetro nominal de la varilla.
Las corrugaciones se insertan de manera que el ángulo al eje de la varilla no sea menor
que 45º. Por lo general también hay costillas longitudinales presentes en la superficie
de la varilla.
Las varillas corrugadas de acero se producen en tamaños que van de los números 3 al
18 en que el número de la varilla significa el número de octavos de pulgada (1/8
plg=3.18mm) incluidos en el diámetro nominal de la varilla. Las dimensiones nominales
de una varilla corrugada equivalen a las de una varilla simple que tiene el mismo peso
por longitud unitaria que la varilla corrugada. La tabla 2.2 indica las varillas corrugadas
producidas siguiendo las especificaciones del ASTM.

FIG 2.2 TAMAÑO DE VARILLAS CORRUGADAS DE ACERO QUE EXISTEN

En las losas de refuerzo, cascarones y pavimentos es común utilizar tela de alambre
fabricada de alambres de acero que corren en dos direcciones perpendiculares y están
soldados en sus intersecciones, así como otros tipos de refuerzos de alambre.
Generalmente el tipo de acero se caracteriza por el límite o esfuerzo de fluencia, entre
estos tipos tenemos los de grado 40,50 y 60 que corresponden a los límites de fluencia
de 2800, 3500 y 4200 kg/cm2.
Las curvas esfuerzo deformación del acero muestran una porción inicial elástica lineal,
una plataforma de fluencia (es decir donde la deformación continua sin aumento del

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esfuerzo, a este valor del esfuerzo se le llama esfuerzo de fluencia), una región de
endurecimiento por deformación, y finalmente una zona donde el esfuerzo decae
hasta ocurrir la fractura.

FIG 2.3 CURVA ESFUERZO-DEFORMACION DEL ACERO

2.1. Módulo de elasticidad del acero

El módulo de elasticidad del acero está dado por la pendiente de la proporción

elástica lineal de la curva esfuerzo-deformación, el valor del módulo de elasticidad
de los distintos tipos de acero cambian muy poco y generalmente se toma igual 2.1
x 106 kg/cm2.

2.2. Comportamiento monotomico de esfuerzos

Curvas típicas esfuerzo-deformación para varillas de acero utilizadas en la

construcción del concreto reforzado (fig. 2.4) se obtuvieron de varillas de acero
cargadas monotónicamente a tensión. Las curvas exhiben una porción inicial
elástica lineal, una plataforma de cedencia (es decir una zona más allá de la cual la
deformación aumenta con poco o ningún aumento del esfuerzo), una región de
endurecimiento por deformación en la que el esfuerzo nuevamente aumenta con
la deformación, y finalmente una región en la que el esfuerzo decae hasta que
ocurre la fractura.
El módulo de elasticidad del acero está dado por la pendiente de la porción elástica
lineal de la curva.

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FIG. 2.4. CURVAS TÍPICAS ESFUERZO DEFORMACIÓN PARA EL REFUERZO DE ACERO.

Una propiedad muy importante del refuerzo de acero es el esfuerzo en el punto de

cedencia, conocido como la resistencia de cedencia. Ocasionalmente a la cedencia
le acompaña una disminución abrupta en el esfuerzo, de manera que un diagrama
esfuerzo-deformación tiene la forma que aparece en la figura 2.5.

FIG. 2.5. CURVA ESFUERZO-DEFORMACIÓN QUE ILUSTRA LOS PUNTOS SUPERIOR E INFERIOR DE
CEDENCIA.

En tal caso, a los esfuerzos en A y en B se les conoce como las resistencias de

cedencia superior e inferior respectivamente. La posición del punto superior de
cedencia depende de la velocidad de la prueba, la forma de la sección y la forma
del espécimen. Por lo general se considera que la resistencia de cedencia inferior

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es la verdadera característica del material y se denomina simplemente como la

resistencia de cedencia. Para los aceros que no tienen una plataforma bien definida
de cedencia, generalmente se considera la resistencia a la cedencia como (Figura
2.6):

FIG. 2.6. PUNTO DE CEDENCIA DE UN ACERO SIN PLATAFORMA DE CEDENCIA BIEN DEFINIDA

Por lo general, la longitud de la plataforma de cedencia es función de la

resistencia del acero. Los aceros de alta resistencia con alto contenido de carbono
generalmente tienen una plataforma más corta de cedencia que los aceros de
menor resistencia y menor contenido de carbono. En forma semejante, el
trabajado en frio del acero puede producir un acortamiento de la plataforma de
cedencia, a grado tal que el endurecimiento por deformación comienza
inmediatamente después de principiar la cedencia. Los aceros de alta resistencia
también tienen una elongación previa a la fractura más pequeña que los aceros de
baja resistencia.

Para los aceros que carecen de un punto de cedencia bien definido, se considera
que su resistencia de cedencia es el esfuerzo que corresponde a una deformación
de 0.005 para los grados de 40,50 y 60.

Los alambres de acero normalmente tienen resistencias de cedencia y ultima en

la parte superior de los rangos recién dados. La deformación mínima a la fractura
del acero también está definida en las especificaciones, ya que es esencial para la
seguridad de la estructura que el acero sea suficientemente dúctil para que pueda
sufrir grandes deformaciones antes de fracturarse.

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La resistencia especificada de cedencia normalmente se refiere a un mínimo

garantizado. Por lo general la resistencia de cedencia real de las varillas es algo
mayor que este valor especificado. En algunos casos es indeseable tener una
resistencia de cedencia mucho mayor que la considerada en el diseño. Esto se
debe a que la resistencia a flexión incrementada de un miembro por ejemplo,
produce mayores fuerzas cortantes actuando en el miembro bajo carga ultima, lo
que puede producir una falla cortante frágil del miembro en vez de una falla a
flexión dúctil.

2.3. RELACIONES ESFUERZO – DEFORMACION

Por lo general, se supone que las curvas esfuerzo-deformación para el acero a

tensión y compresión son idénticas. Las pruebas han demostrado que esta es una
suposición razonable.

En el diseño es necesario idealizar el perfil de la curva esfuerzo-

deformación. Por lo general la curva simplificada idealizándola como dos líneas
rectas, como en la figura 2.7, ignorando la resistencia superior de cedencia y el
aumento en el esfuerzo-deformación que supone el código ACI para el acero.

FIG.2.7. IDEALIZACIONES DE LA CURVA ESFUERZO-DEFORMACIÓN PARA, EL ACERO EN

TENSIÓN O COMPRESIÓN.

Si la deformación plástica, que ocurre a un esfuerzo casi constante después de la

cedencia, es mucho mayor que la extensión elástica máxima, esta curva supuesta
da muy buena exactitud. Esta simplificación es especialmente exacta para el acero
que tiene una baja resistencia de cedencia.

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Si el acero se endurece por deformación poco después del inicio de la cedencia,

esta curva supuesta subestima el esfuerzo del acero a deformaciones elevadas. En
algunos casos puede ser necesario evaluar el esfuerzo del acero a deformaciones
mayores que la de cedencia, y así poder calcular con mayor exactitud la resistencia
de los miembros bajo estas deformaciones. Esto es especialmente cierto en el
diseño sísmico en que los requerimientos de ductilidad pueden implicar
posibilidad de alcanzar deformaciones muchas veces más grandes que la
deformación de cedencia. En la figura 2.8 y 2.9 se muestran idealizaciones más
exactas utilizables para la curva esfuerzo-deformación. Para utilizar estas
idealizaciones son necesarios los valores de:

 Los esfuerzos y deformaciones al inicio de la cedencia

 Los esfuerzos y deformaciones al endurecimiento por deformación
 Los esfuerzos y deformaciones a la ruptura

Estos puntos se pueden determinar en las curvas esfuerzo-deformación obtenida

en pruebas.

FIG2.8. APROXIMACIÓN ELÁSTICA PERFECTAMENTE PLÁSTICA

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FIG2.9. APROXIMACIÓN TRILINEAL

2.4. Comportamiento bajo esfuerzos repetidos

La figura 2.10 es la curva esfuerzo-deformación para una muestra de acero

cargada en tensión o en compresión axial hasta la falla en una sola corrida de
carga. Si se quita la carga antes de la falla, la muestra se recupera a lo largo de
un camino esfuerzo-deformación paralelo a la porción elástica original de la curva.
Si se carga de nuevo, la muestra sigue el mismo camino hasta la curva original,
como en la figura 2.11, quizás con una pequeña deformación histérica y/o un
efecto de endurecimiento por deformación. Se sigue entonces de cerca la curva
virgen, tal como su no hubiera ocurrido la descarga. En consecuencia, la curva
monotómica esfuerzo-deformación da una buena idealización para la curva
envolvente para cargas repetidas del mismo signo.

FIG. 2.10. DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACION DEL ACERO

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FIG 2.11. CURVA ESFUERZO DEFORMACIÓN PARA EL ACERO BAJO CARGAS REPETIDAS

2.5 Comportamiento bajo esfuerzos alternados

Si se aplica carga axial alternada (tensión-compresión) a una muestra de

acero en el rango de cedencia, se obtiene una curva esfuerzo-deformación del
tipo presentado en la figura 2.12a. La figura muestra el efecto Bauschinger,
en que la curva esfuerzo-deformación bajo cargas alternadas deja de ser lineal a
un esfuerzo mucho más bajo que la resistencia inicial de cedencia. Este
comportamiento del acero está fuertemente influido por la historia precia de
deformación; el tiempo y la temperatura también lo afectan. El camino de la
descarga sigue la pendiente elástica inicial. L a idealización frecuentemente
usada rama elástica-rama perfectamente plástica para las cargas alternadas (Fig.
2.12b) es solamente una aproximación. Las curvas de carga alternadas son
importantes al tener en cuenta los efectos de las cargas sísmicas de alta
intensidad en los miembros.
.

(a) (b)

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FIG 2.12. (a)EFECTO BAUSCHINGER PARA EL ACERO BAJO CARGAS ALTERNADAS (b) IDEALIZACIÓN
ELASTICA-PERFECTAMENTE PLASTICA PARA EL ACERO BAJO CARGAS ALTERNADAS

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