INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL (42).EXTENSIÓN MATURÍN.

CATEDRA: CONCRETO PRE-TENSADO.

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO Y CONCRETO.

En la ingeniería civil es fundamental comprender el comportamiento de los

materiales usados en la estructura ante ciertos efectos, que son producidos por el ambiente

en casos puntuales donde la situación propicia condiciones adversas para la estructura,

siendo un ejemplo claro de ella la corrosión; o por cargas aplicadas en la estructura, bien

sean estáticas o dinámicas, abriendo paso a una cantidad amplia de esfuerzos los cuales

deben ser previstos, de manera que su consecuencia en la estructura no sea percibida en los

días de vida útil de la misma. En ese punto es donde entra en juego la ciencia de los

materiales, englobando una serie de teorías encargadas de estudiar a profundidad las

propiedades físicas y mecánicas de los materiales, creando de esta forma proporciones y

condiciones aptas para el uso de dicho material, en distintos panoramas y contras distintos

efectos.

A la hora de edificar, la consideración de los conceptos básicos de los materiales, y

de las propiedades que caracterizan a cada uno de ellos, viene a dar criterio a quien realiza

el diseño, dando límites que determinan un rango, en el cual pueda ser trabajado el

material; procurando respuesta a preguntas que se focalizan al inicio de la construcción,

siendo premisa esencial de ellas la capacidad que pueda tener la estructura de soportar las

cargas aplicadas sin producir fallas frágiles o dúctiles, y resistiendo por supuesto, una

variedad de cargas dinámicas que se pueden aplicar a la estructura en situaciones

especiales, generando entonces una falla por fatiga como respuesta al constante cambio

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entre intervalos numéricos, que van desde valores positivos a negativos, o en aumento

progresivo, dependiendo del tipo de carga cíclica.

Con todo esto es importante entender un concepto esencial, y es el de esfuerzo, que

no es más que peso por unidad de área (=P/A), denotando que el peso o fuerza aplicada

debe ser perpendicular al área, y que debe estar bien distribuida sobre la misma para que la

ecuación pueda ser aplicable. Con este esfuerzo se concluirá el comportamiento de un

elemento estructural, en el caso de la ingeniería civil, ante los pesos a soportar (que varían

de acuerdo al tipo de edificación), según sea el material que lo compone. Los resultados

por lo general se representan en una gráfica conocida como diagrama de esfuerzo –

deformación, obtenida en base a pruebas de laboratorio, donde según el comportamiento de

la curva se pueden determinar el límite elástico y plástico del material, cuantificando de

esta forma valores como el módulo de elasticidad.

En este orden de ideas Hooke estudiando el comportamiento elástico longitudinal de

los materiales, estableció que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico

es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo, todo esto con el uso del

módulo de elasticidad, evaluando a dicho material en el rango donde aún no presenta un

comportamiento plástico. El módulo de elasticidad, por otro lado, es un parámetro que

establece el comportamiento de un material en la dirección de la fuerza aplicada, generando

entonces de acuerdo a la microestructura del material variaciones para este valor, que

determinan las propiedades dúctiles del mismo.

Toda esta información abre campo al estudio de dos materiales esenciales en la

ingeniería de construcción, que forman parte de la columna vertebral de la misma, y que

son los materiales principales para las edificaciones de hoy en día, estos materiales son el

acero y el concreto que por poseer forma, propiedades, y comportamientos distintos, al

unirlos, se vuelven totalmente complementarios, dando sus propiedades a los elementos

estructurales para soportar las cargas estáticas o dinámicas aplicadas sobre la estructura,

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generando en condiciones ideales una estructura dúctil capaz de realizar incursiones

alternantes en un rango inelástico sin presentar perdida apreciable de su capacidad

resistente.

El concreto en su concepto más básico, es un material aglomerante, formado por la

unión de agregado grueso, agregado fino, agua y cemento. Este material posee una

propiedad que es esencialmente necesaria para la construcción y no es más que su

resistencia a la compresión; dada principalmente por la configuración de proporciones de

agregado a la hora de realizar la mezcla, obteniendo de esta forma distintas resistencias. La

norma COVENIN establece parámetros para el concreto constructivo usado en Venezuela

donde enmarca los concretos de 210 kg/cm2, 250 kg/cm2, 280 kg/cm2 y 300 kg/cm2,

comerciales, y nombra dos menores como lo son los concretos con resistencia de 180

kg/cm2 y 80 kg/cm2, como concretos pobres.

Muy poco se habla de las otras cualidades del concreto que son visibles y que son

tomadas como menores delante de su resistencia cuan trabaja compresión. Este material

posee una propiedad de adaptabilidad impresionante, dada por su capacidad de tomar la

forma en la cual se encuentra, esto es gracias a que las fuerzas intermoleculares están tan

unidas que permiten, que tome la forma del recipiente que lo contenga. De manera analítica

si se trata hasta cierto punto al concreto como un fluido, se observaría la facilidad para

manejarlo, de igual la manera en la que se deforma cuando se somete a esfuerzos cortantes,

en este estado.

Por otro lado el concreto es un material que al igual que el acero posee ductilidad,

que en este caso viene a ser 70% menor que su resistencia a la compresión, entonces se

dice que su módulo de elasticidad vendrá a depender de su capacidad resistente ante las

cargas compresivas, generando mediante estudios un valor que obedecerá, en tal caso, a la

resistencia del concreto con que se esté trabajando, viniendo a ser igual a 15100(f’c)1/2.

Ahora se dice que si un concreto se somete a grandes tenciones o fuerzas de tracción, se

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generan grietas tomando juego lo que se conoce como módulo de rotura. El concreto en

últimas cuentas es un material que posee características de heterogeneidad y adaptabilidad

tangibles y que dan las propiedades mecánicas que tiene.

Por su parte el acero se convierte en coprotagonista, gracias a su propiedad

mecánica principal que sería la resistencia a la tracción que confiere la propiedad dúctil, tan

importante en el diseño de una estructura. Generalmente cuando se calcula una viga, se dice

que la sección es dúctil, claro, en condiciones ideales, y esta cualidad, proviene del acero.

El comportamiento elástico del acero, le otorga según cálculos un módulo de elasticidad de

2.1x106, bastante grande en comparación con el del concreto. De igual forma se dice en

base a valores medidos en el laboratorio que el acero posee una fluencia elástica con un

valor de fy=4200 kg/cm2.

En un punto focal, siendo la estructura idealmente dúctil, el acero se diseña para

cumplir tres especificaciones básicas, que en primera instancia sería tener valores de

ductilidad aceptables (hasta un alargamiento mayores a 12%), evitar las fallas frágiles (sin

sobre refuerzo), y producir longitud de rotulas plásticas efectivas, que consiste básicamente

en absorber la energía de un sismo y repartirla en la estructura. Todo esto con la idea de

crear estabilidad en la estructura, es decir que las cargas de compresión sean iguales a las

de tracción.

De manera concluyente es importante reconocer la relación existente entre éstos dos

materiales que dadas sus características vienen a ser factiblemente propicios para la

construcción, de tal manera que si no se diseña complementándolos, se generan fallas en la

estructura actuando mal ante las cargas aplicada en la misma. En el caso puntual del

concreto al no adicionársele acero de refuerzo, aparecen grietas, y como se menciona

anteriormente, se habla de un módulo de rotura que es el punto donde el concreto no resiste

fuerzas a tracción. Con todo esto la combinación de ambos en un elemento estructural,

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diseñado con cualquiera de las dos teorías de cálculo bien sea clásica o elástica, genera

beneficios considerables en la estructura.

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