martes, 26 de abril de 2011

Concreto, Concreto Reforzado y Concreto Preesforzado.


El concreto es un material  semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado,  y agua; después, esta mezcla se endurece en formaletas  con la forma y dimensiones deseadas. El cuerpo del material  consiste en agregado  fino y  grueso. 

El cemento y el agua interactúan  químicamente para unir  las partículas de agregado y conformar una masa sólida. Es necesario agregar agua, además de aquella que se requiere para la reacción química, con el fin de darle a la mezcla la trabajabilidad adecuada que permita llenar  las formaletas y rodear el acero de refuerzo embebido, antes de que inicie el endurecimiento. Se pueden obtener concretos en un amplio rango de propiedades ajustando apropiadamente las proporciones  de  los materiales  constitutivos. Un  rango aún más amplio de propiedades puede obtenerse mediante  la utilización de cementos especiales (cementos de alta resistencia  inicial), agregados especiales (los diversos agregados ligeros o pesados), aditivos (plastificantes y agentes incorporadores  de aire, microsílice  o cenizas volantes) y mediante métodos especiales de curado (curado al vapor).

Estas propiedades dependen en gran medida de las proporciones de la mezcla, del cuidado con el cual se mezclan los diferentes materiales constitutivos, y de las condiciones de humedad y temperatura bajo las cuales se mantenga  la mezcla desde  el momento  en que se coloca en la formaleta hasta que se encuentra totalmente  endurecida. El proceso de control de estas condiciones se conoce como curado. Para evitar la producción de concretos de bajos estándares  se requiere un alto grado de  supervisión y  control por parte de personas  con experiencia  durante todo el proceso, desde el proporcionamiento en peso de los componentes, pasando por el mezclado y el vaciado, hasta la terminación del curado.

Los  factores que hacen del concreto  un material de construcción  universal son tan evidentes que ha sido utilizado de diversas maneras por miles de años; probablemente  se comenzó a usar en el antiguo Egipto. Uno de estos  factores  consiste en la facilidad  con la cual, mientras  se encuentra en estado plástico, puede depositarse y llenar las formaletas y moldes de cualquier forma. Su alta resistencia  al  fuego y al clima son ventajas  evidentes. La mayor parte de los materiales constitutivos, con la excepción del cemento y los aditivos, están disponibles  a bajo costo, localmente o muy cerca del sitio de construcción. Su resistencia  a  la compresión,  similar a  la de  las piedras naturales, es alta lo que lo hace apropiado para elementos sometidos principalmente a compresión, tales como columnas o arcos. Asimismo, de nuevo como en las piedras.naturales, el concreto es un material relativamente  frágil, con una baja resistencia a la tensión comparada con  la resistencia a  la compresión. Esto  impide su utilización económica en elementos estructurales sometidos  a tensión ya sea en toda su sección (como el caso de elementos de amarre) o sobre parte de sus secciones transversales (como en vigas u otros elementos sometidos a flexión).

Para contrarrestar esta limitación, en la segunda mitad del siglo XIX se consideró factible utilizar acero para reforzar el concreto debido a su alta resistencia a la tensión, principalmente  en aquellos  sitios donde la baja resistencia a la tensión del concreto limitaría la capacidad portante del elemento. El  refuerzo, conformado usualmente por barras circulares  de acero con deformaciones superficiales apropiadas para proporcionar adherencia, se coloca en las formaletas antes de vaciar el concreto. Una vez las barras estén completamente rodeadas por la masa de concreto endurecido,  comienzan a  formar parte  integral del elemento. La combinación  resultante de  los  dos materiales, conocida como concreto reforzado, combina muchas de las ventajas de cada uno:  el costo relativamente  bajo, la buena resistencia al clima y al fuego,  la buena resistencia  a la compresión y la excelente capacidad de moldeo del concreto con la alta resistencia a la tensión y la aún mayor ductilidad  y tenacidad del acero. Es precisamente esta combinación la que permite el casi ilimitado rango de usos y posibilidades del concreto reforzado en la construcción de edificios, puentes, presas, tanques, depósitos y muchas otras estructuras.

En tiempos más recientes se ha logrado la producción  de aceros  cuya resistencia  a  la  fluencia es del orden de  cuatro y más veces  que  la de  los  aceros  comunes de refuerzo,  a costos  relativamente bajos. Asimismo, ahora es posible producir concretos con resistencias a la compresión cuatro a cinco  veces mayores  que los concretos  comunes. Estos materiales  de alta resistencia ofrecen ventajas que incluyen la posibilidad de emplear elementos con secciones transversales más pequeñas disminuyendo las cargas muertas y  logrando  luces más largas. Sin embargo, existen límites en las resistencias  de  los materiales  constitutivos, por encima de  los cuales surgen ciertos problemas. En efecto, la resistencia del elemento se  incrementa aproximadamente  en proporción a aquélla de  los materiales. Sin embargo, las altas deformaciones unitarias que resultan de los altos esfuerzos darían como resultado altas deformaciones  y deflexiones de estos elementos bajo condiciones normales de carga.

Igualmente importante es que las grandes deformaciones unitarias en los aceros  de refuerzo de alta resistencia inducirían amplias grietas en el concreto, de baja resistencia a la tensión de sus alrededores, lo cual no sólo sería estéticamente inadmisible, sino que expondría el acero de refuerzo a la corrosión por humedad y otras acciones químicas.

Esto  limita  la resistencia a la fluencia útil de los aceros de alta resistencia a aproximadamente 80 Klb/pulg2,  de acuerdo con muchas normas y especificaciones;  el de 60 Klb/pulg2 es el más común.

A pesar de  lo anterior, se ha encontrado una manera especial para combinar aceros  y  concretos de muy alta resistencia. Este tipo de construcción se conoce como concreto preesforzado. El acero, usualmente en forma de alambres,  cables o barras, se embebe en el concreto sometiéndolo a una tensión alta, la cual se equilibrará con esfuerzos de compresión en el concreto después del endurecimiento. Debido a esta precompresión, el concreto de un elemento a flexión se agrietará en la zona  de  tensión  para cargas mucho más altas que cuando no está  precomprimido. El preesfuerzo reduce de manera significativa  las deflexiones y las grietas de  flexión para cargas normales, y de esta manera permite la utilización efectiva de materiales de alta resistencia. El concreto preesforzado ha extendido  significativamente el rango de  luces posibles  del concreto estructural y los tipos de estructuras para los cuales es adecuado.

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