Contenidos: Principales características mecánicas de los aceros para armaduras.- Concepto y cálculo de la compresión y la tracción. Concepto y cálculo de resistencia característica. Diagramas de tensión deformación.- Módulo de elasticidad.- Comportamiento ante las solicitaciones de compresión y tracción. Resistencia a la tracción.- Alargamiento a la rotura.- Curvas de tensión- Diagrama simplificado de tensión deformación de los aceros para hormigón armado.-. Estados I, II y III.. Seguridad de las estructuras. Coeficientes de seguridad. Deformaciones y fisuración.
APUNTES DADO POR EL PROFESOR
Principales características mecánicas de los aceros para armaduras
El hormigón armado es un material compuesto donde acero y hormigón interactúan recíprocamente, aportando cada uno sus propiedades específicas esenciales para el desempeño estructural.
La conjunción Hormigón – Acero que constituye el hormigón armado es posible gracias a:
• La sencilla tecnología de construcción
• La buena adherencia entre hormigón y acero, que permite la trasmisión de esfuerzos entre ambos materiales, logrando igual deformación.
• Los coeficientes de dilatación térmica, que son aproximadamente similares en ambos materiales.
• La elevada resistencia del Hormigón a compresión y la elevada resistencia del acero a tracción.
• La adecuada protección que brinda el hormigón para evitar la oxidación de las barras de acero.
Las primeras construcciones de Hº Aº se realizaron con barras redondas lisas, pero con el tiempo, los avances tecnológicos mejoraron las propiedades de los aceros, en especial su capacidad resistente y también su adherencia mediante el conformado superficial: muescas, nervurado, torsionado con nervios longitudinales.
Los aceros de alta resistencia pueden obtenerse mediante dos procesos diferentes: • Aceros ADM - dureza mecánica: se logran con tratamientos mecánicos de deformación en frío, estirado o torsionado, posterior al proceso de laminación. • Aceros ADN - dureza natural: se logran con la composición química, mediante el ajuste de la proporción de carbono y la incorporación de elementos químicos.
Se muestra a continuación una tabla de barras de acero para Hº Aº, provista por la empresa fabricante15, de donde se pueden obtener datos tales como los diámetros de las barras, peso, secciones, etc.
Uno de los principales riesgos que corre la armadura dentro del hormigón es el de la corrosión, por ello, entre otros muchos cuidados, el Reglamento exige recubrimientos mínimos de hormigón para protección de las barras de acero.
Concepto y cálculo de la compresión y la tracción.
Concepto y cálculo de resistencia característica
La resistencia característica a compresión del hormigón, que se designa f’c, es el valor utilizado como base para los cálculos. Como ya mencionamos, se obtiene a partir de ensayos en probetas normalizadas, que permiten confeccionar los gráficos de tensión/deformación y determinar estadísticamente los valores de estas resistencias.
Los diagramas de tensión/deformación para diferentes resistencias de hormigones muestran que la resistencia máxima se alcanza con una deformación que está entre el 2 y el 3 ‰.
Por otra parte, cada tipo de hormigón tiene su correspondiente módulo de elasticidad Ec que se determina mediante la expresión:
El CIRSOC 201 clasifica los hormigones para el proyecto y construcción de las estructuras en la siguiente tabla:
Con respecto a la resistencia a tracción, es mucho menor que la resistencia a compresión, menos del 10% de ésta, por lo que en general, no se considera la capacidad resistente a tracción del hormigón, que debe ser suplantada por las armaduras de acero (hormigón armado).
Estados I, II y III
ESTADO I → Estado Elástico Las tensiones producidas por las solicitaciones no superan la resistencia a tracción del Hº. Diagrama de tensiones es similar al de un material homogéneo. Las deformaciones específicas llegan sólo hasta el 0,15 ‰, sin fisuración. Siendo ℇs la deformación del acero (s de Steel, acero en inglés) y ℇc la del hormigón (c de concrete, Hormigón en inglés)
Cuando se va aumentando la carga, y la fibra más traccionada alcanza la rotura por tracción, aparecen fisuras en el borde traccionado. Aquí termina el Estado I. Hasta aquí el material se ha comportado como un material homogéneo y las deformaciones específicas sólo llegan hasta el 0,15 o/oo.
ESTADO II → Estado de Fisuración Si seguimos aumentando la carga sobre la viga, las fisuras aumentan su tamaño, el hormigón ya no resiste tracciones y es el acero quien la soporta, las tensiones aumentan, comienzan a aparecer fisuras, que se van agrandando y ascendiendo hacia el plano neutro. En la sección fisurada es el acero el que soporta las tracciones. Mientras la tensión de compresión en el Hº no supere la mitad de su resistencia a compresión (f´c) el diagrama de tensiones del Hº se puede considerar lineal.
ESTADO III → Estado límite último Si continuamos incrementando la carga más aún, las fisuras se acercan al eje neutro y la deformación del acero llega a fluencia, las tensiones siguen aumentando, el Hº se mantiene en estado fisurado y el acero alcanza la tensión de fluencia. El H° alcanza la máxima deformación por compresión del 3 ‰ (0,003) y el diagrama de tensiones ya no es lineal, sino que es un diagrama parabólico. El estado III es el fundamento del cálculo en “estados límites últimos”, en que se basa el Reglamento CIRSOC 201/2005.
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