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/ enero-abril 2012
Artículos Técnicos
/
Estructuras de hormigón
Cimbra
Para el hormigón en tracción, la resis-
tencia a la fuerza se crea cuando los poros
se abren. La curva de DIF tiene una parte
plana y una parte más inclinada. Cuando
la tasa de deformación es inferior a 1 s
-1
predominan los efectos viscosos, y cuando
la tasa de deformación es superior a 10 s
-1
las fuerzas de inercia son las dominantes.
Para el hormigón en compresión, las fuer-
zas de inercia predominan en variaciones
de tensión de 60-80 s
-1
; ver Ross y otros [3].
COMPORTAMIENTODE LOS
METALESBAJOCARGA
DINÁMICA
Al igual que ocurre con el hormigón,
las propiedades mecánicas de los metales
también son sensibles a la tasa de defor-
mación y también crecen al aumentar ésta.
Sin embargo, la mejora de las caracterís-
ticas mecánicas responde a razones dis-
tintas que en el caso del hormigón debido
a la composición tan diferente de ambos
materiales. Si en el hormigón la mejora
proviene de la variación en el desarrollo del
proceso de fisuración, en el caso del acero
la explicación está en el desarrollo de las
dislocaciones y su evolución al producirse
las deformaciones a alta velocidad.
Una característica importante de es-
tas imperfecciones, que se superpone a la
acción de la deformación, es su libertad
de movimiento relativo en el interior del
material que determina a escala macros-
cópica (del orden de centímetros) una
mayor o menor rigidez del metal. Ade-
más, para niveles de deformación situa-
dos en el campo plástico, la formación
de nuevas imperfecciones determina las
características de ductilidad del material.
Los efectos positivos que se miden
en la respuesta mecánica de los metales
sometidos a acciones aplicadas con ve-
locidades elevadas de deformación son,
principalmente los siguientes:
– un incremento de la tensión de
plastificación;
– un incremento de la tensión de ro-
tura;
– un incremento de la deformación
última;
– un incremento de la deformación
correspondiente a la carga máxi-
ma;
– un incremento de la ductilidad del
material;
Sin embargo, y a diferencia de lo que
ocurre en el hormigón, el módulo de elas-
ticidad del material no es sensible a la ve-
locidad de carga. Esta circunstancia puede
atribuirse al hecho de que el comporta-
miento elástico del acero viene determi-
nado por la densidad de las dislocaciones
presentes o, a escala mesoscópica (del
orden del milímetro), por las dimensiones
y la forma de los granos que constituyen
la retícula resistente del material, ambos
factores son independientes de la tasa de
deformación [7].
La tasa de deformación influye, sin
embargo, en la extensión de la fase elás-
tica debido a una mayor abertura de las
dislocaciones presentes y en la extensión
de la rama plástica debido al retardo en el
desarrollo de nuevos defectos en el inte-
rior del metal.
Por otra parte, tampoco se pueden
despreciar otros dos fenómenos que con-
dicionan la respuesta de las probetas me-
tálicas a la velocidad de carga:
Aumento de la temperatura
debido a la gran cantidad de
energía desarrollada durante el
ensayo.
El uso de la sección inicial a la hora de
representar la carga tensión-deformación
del acero que no tiene en cuenta que en
la fase plástica se produce una reducción
de la sección del acero (estricción) lo cual
aparece en la curva tensión-deformación
como una reducción ficticia de la tensión
resistida por el acero. La tensión referida
a la sección inicial se denomina en lo que
sigue tensión ingenieril con objeto de dis-
tinguirla de la tensión real o efectiva que
tiene en cuenta la reducción de sección
(ver Figuras 6 y 9).
Una interpretación de los datos experi-
mentales que no tenga en cuenta estos fac-
tores podría dar lugar a conclusiones erró-
neas acerca del comportamiento del acero
sometidos a altas tasas de deformación.
El primer efecto refleja el hecho de
que, si durante el ensayo, la tasa de de-
formación es elevada (del orden de 102
a 103 s
-1
), la probeta está sometida a una
transformación no isoterma debido a la
transformación de energía mecánica en
flujo de calor. Por este motivo, el diagrama
constitutivo presenta dos valores distintos
Figura 5. Tasa de deformación en distintos casos, basado en Bischoff y Perry
Figura 6. Diagrama constitutivo del acero en función de
la velocidad de carga [5]
Figura 4. Vista esquemática del diagrama tensión-
deformación incrementando la presión lateral (de
confinamiento)