memoria de cálculo estructural

PROYECTO: VIVIENDA UNIFAMILIAR

MEMORIA DE CÁLCULO

UBICACIÓN:COOPERATIVA SANTA ISABELPROPIETARIO:JOEL RODOLFO ROJAS LAGOS

A Ñ O: 2014


INTRODUCCIÓN

El proyecto consta en la construcción de una vivienda unifamiliar

Descripción estructural: consta de varios ambientes distribuidos en 3 niveles y una azotea, estructura tipo pórtico en sentido de análisis del eje “X” y albañilería confinada en el sentido de análisis del eje “Y”, con losa aligerada armada en una dirección de 20cm de espesor, cimentación superficial con zapatas céntricas y excéntricas, cimientos corridos y vigas de cimentación, para evitar los asentamientos diferenciales

La estructuración está compuestos por un sistema de pórticos de concreto armado y muros de albañilería confinada, en las direcciones de análisis: eje x – eje y respectivamente, estructuradas de manera tal que se pueda dar mayor rigidez lateral a la estructura y reduciendo los desplazamientos laterales ante un sismo.

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES:

Sistema estructuralo Dirección X : pórticos de concreto armado.o Dirección Y : albañilería confinada

No de pisos :4 Tipo de cimentación : zapatas aisladas, con cimientos y vigas de cimentación.

ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE CIMENTACIONES Y PORTICOS

La presente información resume las consideraciones técnicas tomadas en cuenta para el análisis y diseño de las cimentaciones, columnas, losas de la edificación a calcular.

Los ambientes de la vivienda unifamiliar han sido analizados y diseñados de manera independiente, considerando las siguientes Normas Técnicas de Edificaciones del Perú (NTP):

E.020 - Normas de Cargas. E.030 - Normas de Diseño Sismo resistente. E.050 - Norma de Suelos y Cimentaciones. E.060 - Norma de Concreto Armado. E.070 – albañilería.

Además de las siguientes normas de American Concrete Institute (ACI):

ACI 318 – Building Code Requirements for Reinforced Concrete. ACI 350 - Environmental Engineering Concrete Structures.

CONFIGURACION ESTRUCTURAL

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL


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Las características estructurales del proyecto que han sido planteadas para el diseño, están en función de la zonificación sísmica del Perú, ubicándose el Departamento De JUNIN en la zona 2, para el dimensionamiento de elementos estructurales se han tenido en cuenta el área tributaria, la consideración de carga muerta, carga viva y envolvente de fuerzas y fuerzas sísmicas. Las columnas planteadas en la arquitectura han variado en un pequeño porcentaje con el fin de que cumpla con los requerimientos mínimos de desplazamientos laterales indicados en la Norma E-030. Para la elección del sistema de cimentación se han tenido en cuenta el estudio de suelos y los factores que en se dan. A continuación se tienen las siguientes características:

La cimentación es superficial convencional, formado zapatas aisladas céntricas y excentricas en cada columnas, de acuerdo a los factores del suelo, rigidez (esfuerzos admisibles y asentamientos máximos) y carga de las estructuras.

Las Vigas, Losa aligerada, columnas se han diseñado con el efecto de la carga viva, carga Muerta y carga sísmica de acuerdo al método de rotura y combinaciones de carga que la Norma E-060 indica, evitando la falla Frágil.

ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN CON EL PROGRAMA DE COMPUTO ETABS 2013

ETABS es un programa de análisis y diseño de sistema de edificaciones, que desde hace más de 30 años ha estado en continuo desarrollo para brindarle al ingeniero una herramienta confiable, sofisticada y fácil de usar.

ETABS 2013 posee una poderosa e intuitiva interfaz gráfica con procedimientos de modelaje, análisis, todos integrados usando una base de datos común. Aunque es fácil y sencillo para estructuras simples, ETABS también puede manejar grandes y complejos modelos de edificios, incluyendo un amplio rango de comportamientos no lineales, haciéndolo la herramienta predilecta para ingenieros estructurales en la industria de la construcción.

ETABS es un sistema completamente integrado. Detrás de una interfase intuitiva y simple, se encajan poderosos métodos numéricos, procedimientos de diseño y códigos internacionales de diseño que funcionan juntos desde una base de datos. Esta Integración significa que usted crea solo un sistema de modelo de piso y sistema de barras verticales y laterales para analizar y diseñar el edificio completo. Las convenciones de entrada y de salida usadas corresponden a la terminología común de edificaciones. Con ETABS , los modelos se definen de forma lógica: piso por piso, viga por viga, columna por columna, tramo por tramo, muros por muros y no como corrientes de puntos y elementos no descritos como lo hacen la mayoría de los programas para fines generales. Así la definición estructural es simple, ordenada y significativa.



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De Los Trabajos realizados:Habiendo establecido el Metrado de cargas gravitantes sobre la estructura, la forma de la misma, los tipos de materiales que intervienen en ellas (concreto, acero, unidades de albañilería etc.), la distribución de pórticos, la altura de los niveles, etc. únicamente nos queda procesarlo por el conocido software DE COMPUTO ETABS 2013, el mismo que nos arroja como resultado de las combinaciones de cargas muerta, carga viva, fuerzas horizontales. Los esfuerzos axiales, normales, cortantes y momentos flectores en cada uno de los elementos confortantes del pórtico de la estructura. Este paquete como entrada de datos exige la sección de cada una de las barras del pórtico (vigas o columnas), el material del que está hecho, y si es de concreto armado y de albañilería confinada, hay que ingresar obligatoriamente las características del acero, los recubrimientos, la orientación de las secciones, etc. En el resultado final, e incluso las barras de acero a utilizar en cada elemento, es calculado por dicho programa. Lógicamente en última instancia, el responsable de los cálculos tiene la opción, para interpretar los resultados y garantizar con criterios ingenieriles (técnico y económicos), la factibilidad de su construcción.

ESPECIFICACIONES DEL ANALISIS

El análisis y diseño estructural, se realizó de acuerdo a lo estipulado en el reglamento Nacional de Edificaciones y sus normas técnicas complementarias, incluidas en dicho reglamento. Fueron consideradas las referencias a las de cimentación, a las de concreto, y a las de diseño por sismo. Todas las especificaciones se complementan con las correspondientes del ACI.

PARAMETROS DE DISEÑO

Factor De Zona



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FACTORES DE ZONAZONA FACTORES DE ZONA

3 0.402 0.301 0.15

Factor De Uso

CATEGORIACATEGORIA DE LAS EDIFICACIONES FACTORDESCRIPCION U

A Hospitales, Centrales de Comunicaciones,1.50Cuarteles de Bomberos, Policía, Reservorios,

Centros Educativos, Edificaciones de Refugio.B Teatros, Estadios, Centros Comerciales, Esta- 1.30

blecimientos Penitenciarios ,Museos, Bibliotecas, Archivos, Depos.de Granos, Almacenes.

C Viviendas, Oficinas, Hoteles, Restaurantes, 1.00Depósitos, Instalaciones Industriales.

D Cercos de menos de 1.50m. de Altura, Depo- *sitos temporales, Pequeñas ViviendasTemporales y Construcciones Similares.

(*)En estas edificaciones a criterio del Proyectista, se podrá omitir el Análisis porFuerzas Sísmicas, pero deberá de proveerse de la Rigidez y Resistencia adecuada para acciones

laterales.Factor De Suelo

PARAMETROS DEL SUELOTIPO DESCRIPCION Tp(s) S

S1Rocas o Suelos muy Rígidos.

0.40 1.00



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S2 Suelos Intermedios. 0.60 1.20S3 Suelos flexibles o con Estratos de gran espesor. 0.90 1.40S4 Condiciones Excepcionales. * *

Factor De Amplificación Sísmica

C=2.5*(Tp/T) ; C es menor o igual que 2.5

Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración del Suelo.

Coeficiente De Reducción Sísmica

SISTEMA ESTRUCTURALR LIMITE DE(*)

(**) ALTURAPORTICOS DE ACERO. 9.50 ILIMITADO.PORTICOS DE CONCRETO ARMADO. 8.00 ILIMITADO.SISTEMAS DUALES. 7.00 ILIMITADO.MUROS DE CONCRETO ARMADO. 6.00 ILIMITADO.ALBAÑILERIA ARMADA O CONFINADA. 3.00 15m.CONSTRUCCIONES DE MADERA. 7.00 8m.

(*)Estos coeficientes se aplicaran únicamente a estructuras en la que los elementos verticales y

horizontales permitan la disipación de energía manteniendo la estabilidad de la estructura.

(**)Para estructuras irregulares, los valores de R deberán ser tomados como los ¾ de los anotados

en la tabla.

ESPECIFICACIONES DE MATERIALESLa calidad de los Materiales se eligió de acuerdo al requerimiento mínimo del Reglamento Nacional de Edificaciones:

Zapatas, Losa Aligerada Vigas : f’c = 210 Kg. /cm2 Columnas y Escaleras : f’c = 210 Kg. /cm2 Columnetas : f’c = 175 Kg. /cm2 Falsos pisos : f’c =140 Kg. /cm2



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El acero deberá garantizar la fluencia y será del tipo corrugado, grado 60, con diámetros variables dependiendo de la función del elemento, y deberá actuar en forma conjunta con el concreto.

Acero Corrugado :fy= 4200 Kg. /cm2

La albañilería utilizada para el diseño de los muros de tabiquería tienen las siguientes características:

o Tipo de ladrillo : pandereta ( muros no portantes): king kong ( muros portantes)

o Dimensiones : (9x13x24)o Mortero : 1:4 (cemento: Arena)o Junta : 1.5 cm Maximo

Los pesos Específicos considerados par el Análisis Según al RNE E.020 cargas, son:

o Concreto Armado : 2400 Kg. /m3o Unidades de albañilería (huecas) : 1350 Kg. /m3

Además para el cálculo del peso de los aligerados, se tuvo en cuenta:

:

COMBINACIONES DE CARGAS

Las combinaciones de carga con las cuales se obtiene la envolvente máxima de esfuerzos en los miembros estructurales, para este caso se tomaron las siguientes, como lo recomienda el Reglamento Nacional de Edificaciones.

Para el diseño de los elementos estructurales de concreto:

CU = 1.4 CM + 1.7 CV

Elementos que cargan sismos.



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CU 1 = 1.4 CM + 1.7 CVCU 2, 3 = 1.25 (CM + CV) ± CSCU 4, 5 = 0.90 (CM) ± CS

Además se realizó el análisis de alternancia de carga viva por la sobre la losa aligerada.

CARGA VIVA QUE SE CONSIDERA

Según RNE. (E.020) indica las cargas vivas mínimas repartidas según su ocupación (centros educativos), se deberá considerar:

vivienda : 200kg/m2.

CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION

Según especificaciones del Estudio de Mecánica de Suelos con fines de cimentación superficial de estructuras (ver E.M.S.).

La cimentación considerada está conformada básicamente por zapatas conectadas y por cimientos corridos. En caso de no encontrar terreno firme se colocaran sub-zapatas, con la finalidad de llegar a este.

Adicionalmente se calculó la capacidad portante admisible por las ecuaciones de TERZAGHI a una altura Df=1.70m



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PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS

El análisis estructural ha sido efectuado para los dos tipos fundamentales de cargas a los que estará sometida esta estructura: 1) cargas de gravedad (viva y muerta); 2) Fuerzas sísmicas de inercia, originadas por los movimientos sísmicos, interactuando con la masa de la estructura. En este análisis se ha utilizado el programa ETABS 2013, en concordancia con los artículos 14 y 18 de la Norma de Diseño sismo resistente NTE-030.

Se procede de la siguiente manera:

1. Metrado de cargas de gravedad2. Pre dimensionamiento de los elementos estructurales.



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3. Modelamiento en el programa de computo4. Análisis del espectro sísmico5. La distribución de las fuerzas sísmicas para las direcciones X e Y. 6. Verificación de los desplazamientos máximos permisibles.7. Diseño de los elementos estructurales.

a) Pre dimensionamiento

EL pre dimensionamiento de las vigas y columnas y losa son obtenidos por cálculos aproximados asumiendo factores y relaciones promedios, por lo que se modificara estas medidas de acuerdo al requerimiento del Análisis Sísmico, principalmente se modificara la dimensión de las Columnas por ser estas las que aportan la mayor rigidez lateral en el sentido de la mayor longitud.

b) determinación de masa de la estructura para las fuerzas sísmicas



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Se consideró:

100% de la carga muerta + 50% de la carga viva.

c) Modelamiento Estructural

EL modelo estructural está compuesto por elementos en tres dimensiones para darle una mayor realidad al comportamiento de la estructura. Se realizó con la ayuda del software ETBAS 2013.

Vista del modelo:

o Vista 3d (PORTICO)

Secciones Finales A Los Elementos

Columnas: C-0.30x0.30:



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C-0.30x0.35:

C-0.30x0.40:

Vigas: V – 0.30x0.40:



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V – 0.30x0.45:

ESPECTRO SISMICO:A partir de los parámetros sísmicos vitos anteriormente, se procede a la construcción del espectro sísmico.



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T C Sa(x) Sa(y) Sa(x)*g Sa(y)*g0.00 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.10 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.20 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.30 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.40 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.50 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.60 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.70 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.80 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57800.90 2.50 0.1750 0.4667 1.7168 4.57801.00 2.25 0.1575 0.4200 1.5451 4.12021.10 2.05 0.1432 0.3818 1.4046 3.74561.20 1.88 0.1313 0.3500 1.2876 3.43351.30 1.73 0.1212 0.3231 1.1885 3.16941.40 1.61 0.1125 0.3000 1.1036 2.94301.50 1.50 0.1050 0.2800 1.0301 2.74681.60 1.41 0.0984 0.2625 0.9657 2.57511.70 1.32 0.0926 0.2471 0.9089 2.42361.80 1.25 0.0875 0.2333 0.8584 2.28901.90 1.18 0.0829 0.2211 0.8132 2.16852.00 1.13 0.0788 0.2100 0.7725 2.06012.10 1.07 0.0750 0.2000 0.7358 1.96202.20 1.02 0.0716 0.1909 0.7023 1.87282.30 0.98 0.0685 0.1826 0.6718 1.79142.40 0.94 0.0656 0.1750 0.6438 1.71682.50 0.90 0.0630 0.1680 0.6180 1.64812.60 0.87 0.0606 0.1615 0.5943 1.58472.70 0.83 0.0583 0.1556 0.5723 1.52602.80 0.80 0.0563 0.1500 0.5518 1.47152.90 0.78 0.0543 0.1448 0.5328 1.42083.00 0.75 0.0525 0.1400 0.5150 1.37344.00 0.56 0.0394 0.1050 0.3863 1.03015.00 0.45 0.0315 0.0840 0.3090 0.82406.00 0.38 0.0263 0.0700 0.2575 0.68677.00 0.32 0.0225 0.0600 0.2207 0.58868.00 0.28 0.0197 0.0525 0.1931 0.51509.00 0.25 0.0175 0.0467 0.1717 0.457810.00 0.23 0.0158 0.0420 0.1545 0.4120



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0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.000.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.5000

Sa(x) Sa(y)

T(SEG)

Sa

Sismo En La Dirección X-X



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Sismo En La Dirección Y-Y

CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS:En concordancia con el artículo 15 de la NTE-030, referido al control de desplazamientos laterales, límites y relativos para cada entrepiso, se estipula:

NIVEL SENTIDO DRIFT DxR 0.75xDxR D max VERIF.Story4 SX Max 0.000749 0.005992 0.004494 0.007 VERDADEROStory4 SX Max 0.00022 0.001760 0.001320 0.007 VERDADEROStory4 SY Max 0.000956 0.002868 0.002151 0.005 VERDADEROStory4 SY Max 0.000554 0.001662 0.001247 0.005 VERDADEROStory3 SX Max 0.000727 0.005816 0.004362 0.007 VERDADEROStory3 SX Max 8.80E-05 0.000704 0.000528 0.007 VERDADEROStory3 SY Max 0.000256 0.000768 0.000576 0.005 VERDADEROStory3 SY Max 0.00021 0.000630 0.000473 0.005 VERDADEROStory2 SX Max 0.001061 0.008488 0.006366 0.007 VERDADEROStory2 SX Max 0.000133 0.001064 0.000798 0.007 VERDADEROStory2 SY Max 0.000229 0.000687 0.000515 0.005 VERDADEROStory2 SY Max 0.000341 0.001023 0.000767 0.005 VERDADEROStory1 SX Max 0.00103 0.008240 0.006180 0.007 VERDADEROStory1 SX Max 0.00013 0.001040 0.000780 0.007 VERDADEROStory1 SY Max 0.000351 0.001053 0.000790 0.005 VERDADEROStory1 SY Max 0.000424 0.001272 0.000954 0.005 VERDADERO

Combinaciones de Diseño:



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1. COMB 01= 1.4D+1.7L

2. COMB 2=1.25(D+L)+SX

3. COMB 3= 1.25(D+L)-SX

4. COMB 4= 1.25(D+L)+SY

5. COMB 5= 1.25(D+L)-SY

6. COMB 6= 0.9D+Sx

7. COMB 7= 0.9D-Sx

8. COMB 8= 0.9D+Sy

9. COMB 9= 0.9D-Sy

10. ENVOL. DE DISEÑO = COMB 1 + COMB 2 + COMB 3 + COMB 4 + COMB 5+ COMB 6+ COMB 7+

COMB 8+ COMB 9

Diseño Por Flexión De Elementos Por Etabs: Momentos Flectores (Tn-M)

Primera planta:



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Segunda planta:



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Tercera planta:



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DISEÑO DE LOSA DE CIMENTACION DE CºAº

PARAMETROS DE DIMENCIONAMIENTO DE CIMENTACION TERRENO:



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γS = 1.486 Tn/m3 σADM= 0.8 kg/cm2 (zapatas) σADM= 0.8 kg/cm2 (cimientos corridos)

Se utilizara una losa de cimentación armada en dos capas, y que deberá ser de un gran volumen

para evitar el volcamiento de la estructura.

S/C= 250.00 Kg/m2 ESFUERZO NETO DEL SUELO

f´c = 210.00 Kg/cm2

fy = 4200.00 Kg/cm2 n =t - Df x prom - S/C

t = 0.80 Kg/cm2 n = 4.51c 2.40 Tn/m3 Tn/m2s 1.41 Tn/m3 prom = (s +c)/2Df = 1.70 m Tn/m2 prom = 1.91



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RECOMENDACIONES

CIMENTACIÓNNo debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, desmonte o relleno sanitario; estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad antes de construir la edificación y ser reemplazados por materiales adecuados debidamente compactados.

Se cimentará sobre terreno de buena calidad, en caso de no encontrar la resistencia requerida, se profundizará con falsas zapatas hasta llegar al estrato apropiado.

Para el concreto de elementos estructurales enterrados, se recomienda el uso de un sellador para impedir la oxidación de la armadura.

ALMACENAMIENTO DE MATERIALES El material cementante y los agregados deben almacenarse de tal manera que se prevenga su deterioro o la introducción de materias extrañas.

Ningún material que se haya deteriorado o contaminado debe utilizarse en la elaboración del concreto.

Para el almacenamiento del cemento se adoptarán las siguientes precauciones: (a) No se aceptarán en obra bolsas de cemento cuyas envolturas estén deterioradas o perforadas. (b) El cemento en bolsas se almacenará en obra en un lugar techado, fresco, libre de humedad, sin contacto con el suelo. Se almacenará en pilas de hasta 10 bolsas y se cubrirá con material plástico u otros medios de protección. (c) El cemento a granel se almacenará en silos metálicos cuyas características deberán impedir el ingreso de humedad o elementos contaminantes.

Los agregados se almacenarán o apilarán de manera de impedir la segregación de los mismos, su contaminación con otros materiales o su mezcla con agregados de características diferentes.

Las barras de acero de refuerzo, alambre, tendones y ductos metálicos se almacenarán en un lugar seco, aislado del suelo y protegido de la humedad, tierra, sales, aceite y grasas.

Los aditivos serán almacenados siguiendo las recomendaciones del fabricante. Se impedirá la contaminación, evaporación o deterioro de los mismos. Los aditivos líquidos serán protegidos de temperaturas de congelación y de cambios de temperatura que puedan afectar sus características. Los aditivos no deberán ser almacenados en obra por un período mayor de seis meses desde la fecha del último ensayo. En caso contrario, deberán reensayarse para evaluar su calidad antes de su empleo. Los aditivos cuya fecha de vencimiento se haya cumplido no serán utilizados.

EL CONCRETO PREPARADO EN OBRA

(a) El concreto deberá ser mezclado en una mezcladora capaz de lograr una combinación total de los materiales, formando una masa uniforme dentro del tiempo especificado y descargando el concreto sin segregación. (b) El mezclado debe hacerse en una mezcladora de un tipo aprobado.



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(c) La mezcladora debe hacerse girar a la velocidad recomendada por el fabricante. (d) El mezclado debe efectuarse por lo menos durante 90 segundos después de que todos los materiales estén dentro del tambor.

(e) El agua empleada en la preparación y curado del concreto deberá ser, de preferencia, potable.

(f) El agua para la mezcla del concreto deberán rechazarse si no cumplen las siguientes condiciones:

PH ≥ 5 Sustancias disueltas ≤ 15 gramos/litro Sulfatos ≤ 1 gramos/litro Hidratos de carbono no debe contener Sustancias orgánicas solubles En éter ≤15 gramos/litro lón cloro ≤6 gramos/litro

COLOCACIÓN DEL CONCRETO

El concreto debe ser depositado lo más cerca posible de su ubicación final para evitar la segregación debida a su manipulación o desplazamiento.

La colocación debe efectuarse a una velocidad tal que el concreto conserve su estado plástico en todo momento y fluya fácilmente dentro de los espacios entre el refuerzo. El proceso de colocación deberá efectuarse en una operación continua o en capas de espesor tal que el concreto no sea depositado sobre otro que ya haya endurecido lo suficiente para originar la formación de juntas o planos de vaciado dentro de la sección.

No se debe colocar en la estructura el concreto que haya endurecido parcialmente o que se haya contaminado con materiales extraños.

No se debe utilizar concreto al que después de preparado se le adicione agua, ni que haya sido mezclado después de su fraguado inicial, a menos que sea aprobado por la Supervisión.

Una vez iniciada la colocación del concreto, ésta debe ser efectuada en una operación continua hasta que se termine el llenado del tramo o paño, definido por sus límites o juntas predeterminadas.

Todo concreto debe ser compactado cuidadosamente por medios adecuados durante la colocación y debe ser acomodado por completo alrededor del refuerzo y de los elementos embebidos y en las esquinas del encofrado. Los vibradores no deberán usarse para desplazar lateralmente el concreto en los encofrados.

Los métodos de vaciados y vibración del concreto deben ser realizados de manera que lo mantengan uniforme y libre de imperfecciones. Esta etapa del trabajo es la más crítica de toda la operación de vaciado de concreto. Los métodos adecuados de vaciado no sólo evitarán las segregaciones y porosidades o cangrejeras, sino que evitarán la adhesión entre las capas; disminuirán las grietas de contracción y producirán estructuras de buena apariencia.

CURADO DEL CONCRETO



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El concreto debe mantenerse a una temperatura por encima de 10º C y permanentemente húmedo por lo menos durante los primeros 7 días después de la colocación (excepto para concreto de alta resistencia inicial).

El concreto de alta resistencia inicial debe mantenerse por encima de 10º C y permanentemente húmedo por lo menos los 3 primeros días.


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