CONCEPTOS DE CONCRETO ARMADO

EL CONCRETO:

El concreto es un material durable y resistente. Que se trabaja en forma líquida puede adquirir cualquier forma.

El concreto es una mezcla homogénea de cemento, agua, arena y piedra chancada

El concreto como material estructural se diseña para que tenga una determinada resistencia.

Las características:

Alta resistencia a la comprensión y la durabilidad y la resistencia depende de 3 componentes

- Características y composición de la pasta del cemento - La calidad de los agregados - La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad de trabajar

conjuntamente

DISEÑO DEL CONCRETO

El objetivo de un diseño de concreto es determinar la combinación mas practica y que tenga la resistencia requerida, económica.

ESPECIFICACIONES DEL CONCRETO:

Este es el punto de partida para un diseño de mezcla

- Resistencia a la comprensión - Velocidad de fraguado - Resistencia del concreto

La resistencia del concreto se cuantifica a su 100 % a los 28 dias

VENTAJAS DEL CONCRETO

- Moldeabilidad de adecuarse a cualquier forma - Continuidad de los elementos estructurales - Alta resistencia al fuego - Resistencia a la comprensión - Costo relativamente bajo

ACERO

El acero como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad. TIENE UN COMPORTAMIENTO ELÁSTICO hasta un esfuerzo alto. Se aplican las relaciones lineales entre el esfuerzo y la deformación definidas por la teoría de elasticidad. Los parámetros básicos son el esfuerzo y la deformación definidos por la teoría de elasticidad. Los parámetros básicos son el esfuerzo de fluencia (fY) TIENE UN COMPORTAMIENTO PLASTICO: En la cual el esfuerzo permanece prácticamente constante, pero aumenta continuamente la deformación unitaria.

PUNTO DE FALLA O DE RUPTURA: La deformación unitaria en la falla es de 0,20 (curva inferior de la figura) para el acero estructural usado corrientemente en la construcción de estructuras.

PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO

DUCTIVILIDAD: es la elongación que sufre la barra cuando se carga sin llegar a la rotura Las especificaciones estipulan que el estiramiento total hasta la falla, no sea menor que cierto

porcentaje mínimo que varía con el tamaño y grado de la propia barra. Dureza: se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración de otro material. RESISTENCIA A LA TENSIÓN: Es la máxima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el área de sección inicial de la barra. Se denomina también, más precisamente, carga unitaria máxima a tracción LIMITE DE FLUENCIA, FY: es la tensión a partir por la cual el material pasa a sufrir deformaciones permanentes y si se interrumpe la tracción este volverá a su tamaño original sin presentar ningún tipo de deformación y a esto se llama (ELASTICIDAD) El ing. Utililla el límite de fluencia de la barra con la finalidad de calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y sobrecargas hasta este punto y vuelve a su estado inicial sin deformarce. Si pasa su punto de elasticidad la barra queda fragilizada y comprometida Maleabilidad, es la capacidad que presenta el acero de soportar la deformación, sin romperse, al ser sometido a un esfuerzo de compresión. Tenacidad, viene siendo la conjugación de dos propiedades: ductilidad y resistencia. Un material tenaz será aquel que posee una buena ductilidad y una buena resistencia al mismo tiempo. Fy = 4200 kg/cm2 Fatiga, cuando un elemento estructural se somete a cargas cíclicas, este puede fallar debido a las grietas que se forman y propagan, en especial cuando se presentan inversiones de esfuerzos, esto es conocido como falla por fatiga, que puede ocurrir con esfuerzos menores a la carga de deformación remanente. EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Una estructura puede convertirse como un sistema es decir como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una función dada con un grado razonable de seguridad de manera que tenga un comportamiento adecuado en las condiciones normales de servicio además debe satisfacer otros requisitos tales como mantener el costo tales como mantener el costo dentro de los limites económicos y satisfacer determinadas exigencias estéticas. La elección de una forma estructural dada implica la elección del material con lo que se piensa realizar la estructura lo que es óptima en un conjunto de circunstancias COLUMNAS: al estructurarse buscara que la ubicación de las columnas y vigas tengan la mayor rigidez posible de modo que el sismo a atacar esta soporten dicha fuerzas sin alterar la estructura VIGAS: en el caso de las vigas se colocaran buscando que la viga repose sobre su menor dirección LOSAS: el espesor de la losa estará en función de la separación entre los apoyos CIMENTACIONES: las estructuras a porticadas se caracterizan por que las columnas reposan sobre las zapatas las zapatas aparecen cuando las capacidad de resistencia de la columna no soportan el peso que recibe y es necesario ensanchar a base para que las cargas se transmitan al suelo CONSTRUCCION DE MUROS PORTANTES CONCRETO Se entiende por este tipo de construcción a las edificaciones cuyos elementos estructurales principalmente son muros las cargas de gravedad (pesos) de la edificación estos muros se denominan muros portantes. Serán integrados por ladrillos solidos o elementos de resistencia similar y deberán ser reforzados por columnas de concreto armado o similares denominados columnas de amrre los que sirven como amarre entre muros cimentaciones y techo debiendo asi mismo resistir las deflexiones que pueden introducir las cargas laterales de sismos CRITERIOS DE ESTRUCTURACION SISMORESISTENTE EN EDIFICIOS La forma del edificio, tamaño, naturaleza y localización de los elementos resistentes, es decir: muros, columnas, pisos, núcleos de servicio, escaleras; y elementos no estructurales como: cantidad y tipo de divisiones interiores, la forma en que los muros exteriores se disponen sólidos o con aberturas para iluminación natural y ventilación; es a lo que se denomina configuración. Predominan también: geometría, geología y clima del lugar de construcción, reglamentos de diseño urbano y aspectos arquitectónicos de estilo. ESTRUCTURAS REGULARES.

Las estructuras regulares no tienen discontinuidades físicas considerables en su configuración en planta y configuración vertical o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales. ESTRUCTURAS IRREGULARES Las estructuras irregulares tienen discontinuidades físicas considerables en su configuración o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales

Tipo Definición de irregularidad

1A Irregularidad de rigidez (piso blando) Un piso blando es aquel cuya rigidez lateral es menor del 70% de la rigidez del piso superior o menor del 80% de la rigidez promedio de los 3 pisos superiores al piso blando, en tal caso se considera irregular.

2A Irregularidad de peso (masa) Debe considerarse que existe irregularidad de masa cuando la masa efectiva de cualquier piso es mayor del 150% de la masa efectiva de uno de los pisos contiguos. No es necesario considerar un techo que sea más liviano que el piso inferior.

3A Irregularidad vertical geométrica Se considera que existe irregularidad vertical geométrica cuando la dimensión horizontal del sistema de resistencia a las fuerzas laterales en cualquier piso es mayor del 130% de la de un piso colindante. No es necesario considerar los pisos de azotea de un solo nivel.

4A Discontinuidad en el plano de los elementos verticales resistente a las fuerzas laterales Se considera este tipo de irregularidad, cuando existe un desplazamiento en el plano de los elementos resistentes a las cargas laterales mayor que la longitud de esos elementos.

5A Discontinuidad en capacidad (piso débil) Un piso débil es aquel en que la resistencia del piso es menor del 80% de la resistencia del piso inmediatamente superior, en tal caso se considera irregular. La resistencia del piso es la resistencia total de todos los elementos resistentes a las fuerzas sísmicas que comparten el esfuerzo cortante del piso en la dirección bajo consideración.

Columna Fuerte, Viga Débil En estructuras de edificios a porticados es requisito que los miembros horizontales fallen antes que los verticales, permitiendo de esa manera el retraso del colapso total de una estructura. Las vigas y las losas generalmente no fallan aún después de un daño severo en aquellos lugares que se hayan formado las articulaciones plásticas, en cambio las columnas colapsan rápidamente bajo su carga vertical, cuando haya ocurrido aplastamiento del hormigón. Esto conduce a que las vigas peraltadas sobre columnas ligeras, no son apropiadas en regiones sísmicas.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los sistemas estructurales deben clasificarse como uno de los tipos enunciados en la Tabla 12.7 y se definen es esta sección:

Figura 11.4 Sistemas estructurales

Sistema de muros Portantes Es un sistema estructural sin una estructura espacial de soporte de cargas verticales. Los muros de carga o sistemas de arriostramiento proporcionan el soporte a todas o a la mayoría de las cargas por gravedad. La resistencia a las cargas laterales la proporcionan los muros de corte o las estructuras arriostradas. 11.3.2 Sistemas de Estructuras de Edificación Es un sistema estructural con una estructura espacial esencialmente completa que proporciona soporte a las cargas por gravedad. La resistencia a las cargas laterales la proporcionan los muros de corte o las estructuras arriostradas que no cumplen con los requisitos de un sistema doble. 11.3.3 Sistema de Pórtico Resistente a Momentos Es un sistema estructural con una estructura espacial esencialmente completa que proporciona soporte a las cargas por gravedad. Los pórticos resistentes a momentos proporcionan resistencia a las cargas laterales principalmente por la acción de flexión de sus elementos 11.3.4 Sistema Doble (Dual) Es un sistema estructural con las siguientes características:

1. Estructura espacial esencialmente completa que proporciona apoyo a las cargas por gravedad.

2. La resistencia a las cargas laterales la proporcionan los muros de corte o las estructuras

arriostradas y pórticos resistentes a momentos (SMRF, IMRF, MMRWF, o OMRF en acero). Los pórticos resistentes a momentos deben diseñarse para resistir independientemente por lo menos el 25% del esfuerzo cortante basal máximo admisible de diseño.

3. Los dos sistemas deben diseñarse para resistir el esfuerzo cortante basal máximo

admisible total de diseño en proporción a sus rigideces relativas considerando la interacción del sistema doble en todos los niveles.

(a) Pórtico Resistente a Momentos

(c) Sistema Doble (Dual)

(b) Sistema de Muros Portantes

(d) Sistemas de Estructuras de

Edificación

SISTEMA DE PORTICO RESISTENTE

Es un sistema estructural con una estructura espacial esencialmente completa que proporciona soporte a las cargas por gravedad. Lospórticos resistentes a momentos proporcionan resistencia a las cargas laterales principalmente por la acción de flexión de sus elementos

SIMPLESIDAD Y SIMETRIA

La experiencia ha demostrado repetidamente que las estructuras simples se comportan mejor durante los sismos. Hay dos razones principales para que esto sea así.

- Primero, nuestra habilidad para predecir el comportamiento sísmico de una estructura es marcadamente mayor para las estructuras simples que para las complejas;

- segundo, nuestra habilidad para idealizar los elementos estructurales es mayor para las estructuras simples que para las complicadas. La simetría de la estructura en dos direcciones es deseable por las mismas razones; la falta de simetría produce efectos torsionales que son difíciles de evaluar y pueden ser muy destructivos.

RESISTENCIA Y DUCTILIDAD Las estructuras deben tener resistencia sísmica adecuada por lo menos en dos direcciones ortogonales o aproximadamente ortogonales, de tal manera que se garantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como de cada una de sus elementos.

Las cargas deben transferirse desde su punto de aplicación hasta su punto final de resistencia. La característica fundamental de la solicitación sísmica es su eventualidad; por esta razón, las fuerzas de sismo se establecen para valores intermedios de la solicitación, confiriendo a la estructura una resistencia inferior a la máxima necesaria, debiendo complementarse el saldo otorgándole una adecuada ductilidad. Esto requiere preparar a la estructura para ingresar en una etapa plástica, sin que se llegue a la falla. Otro antecedente importante que debe ser tomado en cuenta en la concepción de estructura aporticadas, es la ubicación de las rótulas plásticas. El diseño debe tender a que estas se produzcan en los elementos que contribuyan menos a la estabilidad de la estructura, por esta razón, es conveniente que se produzcan en las vigas antes que en las columnas. Los criterios de ductilidad deben también extenderse al dimensionamiento por corte, ya que en el concreto armado la falla por corte es de naturaleza frágil. Para lograr este objetivo, debe verificarse en el caso de una viga, que la suma de los momentos flectores extremos divididos por la luz sea menor que la capacidad resistente al corte de la viga; y en general para cualquier elemento, que la resistencia proporcionada por corte sea mayor que la resistencia proporcionada por flexión

HIPERESTATICIDAD Y MONOLITISMO Como concepto general de diseño sismo-resistente, debe indicarse la conveniencia de que las estructuras tengan una disposición hiperestática; ello logra una mayor capacidad resistente. En el diseño de estructuras donde el sistema de resistencia sísmica no sea hiperestático, en necesario tener en cuenta el efecto adverso que implicaría la falla de uno de los elementos o conexiones en la estabilidad de la estructura.

UNIFORMIDAD Y CONTINUIDAD DE LA ESTRUCTURA La estructura debe ser continua tanto en planta como en elevación, con elementos que no cambien bruscamente su rigidez, para evitar la concentración de esfuerzos.

RIGIDEZ LATERAL Para que una estructura pueda resistir fuerzas horizontales sin tener deformaciones importantes, será necesario proveerla de elementos estructurales que aporten rigidez lateral en sus direcciones principales. Las estructuras flexibles tienen la ventaja de ser más fáciles de analizar y de alcanzar la ductilidad deseada. Sus desventajas son: que el pórtico flexible tiene

dificultades en el proceso constructivo ya que puede existir gran congestionamiento de acero en los nudos, que los elementos no estructurales pueden invalidar el análisis ya que al ser difíciles de separar completamente de la estructura es posible que introduzcan una distribución diferente de esfuerzos y que las deformaciones son significativas siendo a menudo excesivas.

Las estructuras rígidas tienen la ventaja de no tener mayores problemas constructivos y no tener que aislar y detallar cuidadosamente los elementos no estructurales, pero poseen la desventaja de no alcanzar ductilidades elevadas y su análisis es más complicado.

Actualmente es práctica generalizada la inclusión de muros de corte en edificios

aporticados a fin de tener una combinación de elementos rígidos y flexibles. Con esto se consigue que el muro limite la flexibilidad del pórtico, disminuyendo las deformaciones, en tanto que el pórtico le confiere la hiperestaticidad al muro, otorgándole mejor posibilidad de disipación de energía sísmica

EXISTENCIA DE LOSAS QUE PERMITEN CONSIDERAR A LA ESTRUCTURA COMO UNA UNIDAD ( Diafragma rígido ) En los análisis es usual considerar como hipótesis básica la existencia de una losa rígida en su plano, que permite la idealización de la estructura como una unidad, donde las fuerzas horizontales aplicadas pueden distribuirse en las columnas y placas de acuerdo a su rigidez lateral, manteniendo todas una misma deformación lateral para un determinado nivel.

MATERIALES: usualmente los materiales utilizados en la parte estructural debe cumplir otro tipo de funciones, tales como aislantes térmico, acústico, impermeabilidad de vicion de ambientes y otros propios dentro de una estructura además, dentro de otras funciones que cumple los elementos dentro del diseño estructural

TIPOS DE ESTRUCTURAS

Tipos de estructura

Las tipologías de estructuras se pueden dividir atendiendo a diferentes aspectos:

1.- Espaciales o planas

2.- Materiales: acero, hormigón, madera, mixtas...

3.- Isostáticas, hiperestáticas, hipostáticas.

4.- Uso industrial o residencial: arquitectónico, monumental, artístico...

Para su desarrollo se debe atender la normativa legal en cada país que establece unos mínimos de modo que se puedan establecer responsabilidades penales en caso de accidente (por derrumbe o rotura). En España la norma se engloba dentro del código técnico de la edificación y normas adicionales

ETAPAS EN EL PROCESO DEL DISEÑO

Proceso creativo mediante el cual se le da forma a un sistema estructural para que cumpla una función determinada con un grado de seguridad razonable y que en condiciones normales de servicio tenga un comportamiento adecuado. Es importante considerar ciertas restricciones que surgen de la interacción con otros aspectos del proyecto global; las limitaciones globales en cuanto al costo y tiempo de ejecución así como de satisfacer determinadas exigencias estéticas. Entonces, la solución al problema de diseño no puede obtenerse mediante un proceso matemático rígido, donde se aplique rutinariamente un determinado conjunto de reglas y formulas.

a) Etapa de estructuración Es probable la etapa mas importante del diseño estructural pues, la optimización del resultado final del diseño depende de gran medida del acierto que se haya obtenido en adoptar la estructura esqueletal mas adecuada para una edificación específica.

En esta etapa de estructuración se seleccionan los materiales que van a constituir la estructura, se define el sistema estructural principal y el arreglo y dimensiones preliminares de los elementos estructurales mas comunes. El objetivo debe ser el de adoptar la solución optima dentro de un conjunto de posibles opciones de estructuración. b)Estimación de las solicitaciones o acciones En esta segunda etapa del proyecto, se identifican las acciones que se consideran que van a incidir o que tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil. Entre estas acciones se encuentra, por ejemplo, las acciones permanentes como la carga muerta, acciones variables como la carga viva. Acciones accidentales como el viento y el sismo. Cuando se sabe de antemano que en el diseño se tienen que considerar las acciones accidentales es posible seleccionar en base a la experiencia la estructuración mas adecuada para absorber dichas acciones. c) Análisis estructural Procedimiento que lleva la determinación de la respuesta del sistema estructural ante la solicitación de las acciones externas que puedan incidir sobre dicho sistema. La respuesta de una estructura o de un elemento es su comportamiento bajo una acción determinada; está en función de sus propias características y puede expresarse en función de deformaciones, agrietamiento, vibraciones, esfuerzos, reacciones, etc. Para obtener dicha respuesta requerimos considerar los siguientes aspectos

- idealización de la estructura. - determinar las acciones de diseño

METODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL

- MÉTODO DE LOS ESFUERZOS DE TRABAJO O DE ESFUERZOS PERMISIBLES O TEORÍA ELÁSTICA

Los elementos mecánicos producidos en los distintos elementos por las solicitaciones de servicio o de trabajo se calculan por medio de un análisis elástico. Se determinan después los esfuerzos en las distintas secciones debido a los elementos mecánicos, por métodos también basados en hipótesis elásticas. Los esfuerzos de trabajo así calculados, deben mantenerse por debajo de ciertos esfuerzos permisibles que se consideran aceptables, el método es razonable en estructuras de materiales con un comportamiento esencialmente elástico. MÉTODO DE LA RESISTENCIA O MÉTODO DE FACTORES DE CARGA Y DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA O TEORÍA PLÁSTICA Los elementos mecánicos se determinan por medio de un análisis elástico-lineal. Las secciones se dimensionan de tal manera que su resistencia a las diversas acciones de trabajo a las que puedan estar sujetas sean igual a dichas acciones multiplicadas por factores de carga, de acuerdo con el grado de seguridad deseado o especificado. La resistencia de la sección se determina prácticamente en la falla o en su plastificación completa. Métodos basados en el análisis al limite En este criterio se determinan los elementos mecánicos correspondientes a la resistencia de colapso de la estructura. (Formación de suficientes articulaciones plásticas para llegar a la falla total de la estructura). Se hace un análisis estructural plástico.

MÉTODOS PROBABILISTICOS Las solicitaciones que actúan sobre las estructuras, así como las resistencias de estas son cantidades en realidad de naturaleza aleatoria, que no pueden calcularse por métodos deterministicos como se supone en los criterios de diseño anteriores. Esto nos conduce a pensar en métodos basados en la teoría de las probabilidades. Las principales limitaciones que se tienen en la actualidad son que no se tiene suficiente información sobre las variaciones tanto de las solicitaciones que deben de considerarse como la resistencia de los materiales y de las estructuras construidas con ellos.

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