INTRODUCCION
En el presente trabajo que a continuacin desglosaremos sobre los
temas fundamentales y especficos para el desarrollo y mejora de la
construccin en Venezuela, como lo es el diseo de elementos
estructurales de concreto armado por teora de estados tanto limite
o de rotura; desglosando as fundamentos, aplicabilidad y
limitaciones del mismo donde tambin aplicaremos el mtodo del diseo
ACI, influencia sobre dichas normas de Venezuela, factores de
mayoracin de carga, coeficiente de reduccin de capacidad, la
ductilidad en elementos de concreto armado, fases de agrietamiento,
cedencia y agotamiento, diagrama momento-curvatura.Como segundo
tema y haciendo nfasis en la importancia de estos temas ya que
gracias a las normas existentes de nuestro pas al ser aplicadas
correctamente tendremos xito como ingenieros.El anlisis, la revisin
de diseos de secciones de miembros de concreto armados sometidos a
flexin, sus fundamentos, secciones simplemente armadas y doblemente
armadas, entre pisos, diseos de losas nervadas y macizas, diseo de
escaleras y muros.
DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO POR TEORIA
DE ESTADOS LIMITES O DE ROTURA.
Fundamentos, aplicabilidad y limitaciones. Mtodo de diseo del
A.C.I. Fundamentos e influencias sobre las normas de diseo
venezolanas. Factores de mayoracin de cargas y sus distintas
combinaciones. Coeficientes de reduccin de capacidad. La ductilidad
en elementos de concreto armado. Fases de agrietamiento cedencia y
agotamiento resistente en elementos de concreto armado. Diagramas
momento-curvatura y ductilidad de curvatura.
FUNDAMENTOS, APLICABILIDAD Y LIMITACIONES.
Fundamentos: En el anlisis y diseo de losas hay una gran
cantidad de conceptos y fundamentos tericos involucrados que se ha
considerado pertinente mencionarlos para facilitar el entendimiento
de los procedimientos que se llevan a cabo durante dicho
proceso.Durante muchos aos el clculo estructural estuvo basado en
la teora de Lnea Recta tambin conocida como teora de los Esfuerzos
Admisibles, en la que los elementos se diseaban para soportar un
esfuerzo admisible menor al de rotura (mximo), rango en el cual las
relaciones esfuerzos deformacin pueden considerarse lineales (Ley
de Hooke, de all el nombre de Lnea Recta ).
Materiales Concreto. . . . . . adm = 0,4 f cEsfuerzosAdmisibles
Acero. . . . . . . . . adm = 0, 55 0,6 fy
Cargas Cargas Reales: Cargas a las cuales estar sometida las
estructuras cuando entre en servicio: Por ejemplo el peso propio de
los elementos, Personas, Objetos, Etc.Esta teora conllevaba a la
obtencin de dimensiones muy grandes de los elementos debido a que
solo se les permita trabajar a un porcentaje de su resistencia
mxima y no dejaba un rango de seguridad debido a la incertidumbre
que existe en el clculo de algunas de las cargas que actan sobre
una estructura.En la actualidad se ha adoptado la Teora de Rotura
como patrn de trabajo en el mbito de la Ingeniera Estructural, En
esta los materiales se disean en base a su mxima capacidad (a la
Rotura) pero para cargas ya no reales, sino mayoradas, lo que le
aporta un rango de seguridad ms amplia al clculo estructural.
Material Concreto. . . . . . . . = f` cEs100 % Acero. . . . . .
. . . . . = fy
Cargas Cargas mayoradas (ultimas): Cargas reales multiplicadas
por un cierto factor de mayoracin determinados en forma
probabilstica.
Los factores de mayoracin de cargas y de minoracin de
resistencias dependern del estado lmite para el que se est
diseando, Y de los efectos que se consideran en el clculo
estructural, los mismos estn contenidos en la NORMA COVENIM 1753
2006 donde se incluyen ms adelante.
Aplicabilidad: Se establece de acuerdo a la distribucin de las
acciones con relacin al tiempo: Acciones Permanentes: Son las que
actan continuamente sobre la edificacin y cuya magnitud puede
considerarse invariable en el tiempo, como las cargas debidas al
peso propio de los componentes estructurales y no estructurales:
Pavimentos, Rellenos, Paredes, Tabiques, Frisos, Instalaciones
fijas, Etc. Igualmente el empuje esttico de lquidos y tierras que
tengan un carcter permanente, las deformaciones y los
desplazamientos impuestos por el efecto de pretensin, los debidos a
movimientos diferenciales permanentes de los apoyos, las acciones
geolgicas y de temperatura permanente, etc. Acciones Variables: Son
aquellas que actan sobre la edificacin con una magnitud variable en
el tiempo y que se deben a su ocupacin y su uso habitual, como las
cargas de personas, objetos, vehculos, ascensores, maquinarias,
gras mviles, sus efectos de impacto, as como las acciones variables
de temperatura y reologicas, y los empujes de lquidos y tierras que
tengan un carcter viable. Acciones Accidentales: Son las acciones
que en la vida til de la edificacin tienen una pequea probabilidad
de ocurrencia solo durante lapsos breves de tiempos, como las
acciones debidas al sismo, al viento, etc. Acciones
Extraordinarias: Son las acciones que normalmente no se consideran
entre las que actan en la vida til de una edificacin y que, sin
embargo, pueden presentarse en casos excepcionales y causar
catstrofes, como las acciones debidas a las explosiones, incendios,
etc. Limitaciones: Se definen a continuacin los estados lmites
establecidos por la NORMA COVENIM MINDUR 2002 88. Estados Lmites:
La situacin ms all de la cual una estructura, miembro o componente
estructural queda intil para su uso previsto, sea por su falla
resistente, deformaciones y vibraciones excesivas, inestabilidad,
deterioro, colapso o cualquier otra causa.En estas normas se
considera lo siguiente: Estado Lmite de Agotamiento: Se alcanza
este estado cuando se agota la resistencia de la estructura o de
alguno de sus miembros. Estado Lmite de Seguridad: Se alcanza
cuando las deformaciones, vibraciones, agrietamiento, o deterioros
afectan el funcionamiento previsto de la estructura pero no su
capacidad resistente. Estado Lmite de Tenacidad: Se alcanza cuando
la disipacin de energa es incapaz de mantener un comportamiento
histeretico estable. Estado Lmite de Estabilidad: Se alcanza cuando
el comportamiento de la estructura o una parte importante de ella
se afecta significativamente ante nuevos incrementos de las
acciones y que podran conducirla al colapso o desplome.
METODO DE DISEO DEl A.C.I. : Este procedimiento considera nueve
pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal,
incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la correccin a
las mezclas de prueba.1. El primer paso, contempla la seleccin del
slump, cuando este no se especifica el informe del A.C.I incluye
una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de slump de
acuerdo con el tipo de construccin que se requiera. Los valores son
aplicables cuando se emplea el vibrado para compactar el concreto,
en caso contrario dichos valores deben ser incrementados en dos y
medio centmetros.2. Se determina la resistencia promedio necesaria
para el diseo, la cual est en funcin al f`c, la desviacin estndar,
el coeficiente de variacin. Los cuales son indicadores estadsticos
que permiten tener una informacin cercana de la experiencia del
constructor.Cabe resaltar tambin que existen criterios propuestos
por el A.C.I para determinar el fcr, los cuales se explican a
continuacin:*Mediante las ecuaciones del A.C.I.Fcr = fc +1.34 s
IFcr = fc +2.33 s..IIDe I y II se asume la de mayor valor.Donde s
es la desviacin estndar, que viene a ser un parmetro estadstico que
demuestra la performancia o capacidad del constructor para elaborar
concretos de diferente calidad.Teniendo en cuenta el grado de
control de calidad en la obra.Para determinar el f`cr propuesto por
el comit europeo del concreto.Dnde:V= coeficiente de variacin de
los ensayos de resistencia a las probetas estndar.T= coeficiente de
probabilidad de que 1 de cada 5,1 de cada 10, 1 de cada 20 tengan
un valor menor que la resistencia especificada.V entonces es un
parmetro estadstico que mide la performancia del constructor para
elaborar diferentes tipos de concreto.La eleccin del tamao del
agregado, debe considerarse la separacin de los costados de la
cimbra, el espesor de la losa y el espacio libre entre varillas
individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones econmicas es
preferible el mayor tamao disponible, siempre y cuando se utilice
una trabajabilidad adecuada y el procedimiento de compactacin
permite que el concreto sea colocado sin cavidades o huecos. La
cantidad de agua que se requiere para producir un determinado slump
depende del tamao mximo, de la forma y granulometra de los
agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de aire
incluido y el uso de aditivos qumicos. En conclusin se requiere
estudiar cuidadosamente los requisitos dados en los planos
estructurales y en especificaciones de obra3. Como tercer paso, el
informe presenta una tabla con los contenidos de agua recomendables
en funcin del slump requerido y el tamao mximo del agregado,
considerando concreto sin y con aire incluido.4. Como cuarto paso,
el A.C.I proporciona una tabla con los valores de la relacin
agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresin a los 28
das que se requiera, por supuesto la resistencia promedio
seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen
suficiente para mantener dentro de los limites especificados las
pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los
valores de la relacin agua/cemento para casos de exposiciones
severa.5. El contenido de cemento se calcula con la cantidad de
agua, determinada en el paso nmero tres, y la relacin agua/cemento,
obtenida en el paso nmero cuatro, cuando se requiera un contenido
mnimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen,
la mezcla se deber basar en un criterio que conduzca a una cantidad
mayor de cemento, esta parte constituye el quinto paso del mtodo.6.
Para el sexto paso, del procedimiento el A.C.I maneja una tabla con
el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto,
los valores dependen del tamao mximo nominal de la grava y del
mdulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en
metros cbicos con base en varillado en seco para un metro cubico de
concreto, El volumen se convierte a peso seco del agregado grueso
requerido en un metro cubico de concreto, multiplicndolo por el
peso volumtrico de varillado en seco.7. Hasta el paso anterior se
tienen estimados todos los componentes del concreto, excepto el
agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para este
sptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos
procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.8. Se
debe ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que
se aade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad
libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos
absorcin.9. Este ltimo paso se refiere a los ajustes a las mezclas
de prueba, en las que se debe verificar el peso volumtrico del
concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada
mediante el slump y la ausencia de segregacin y sangrado, as como
las propiedades de acabado. Para correcciones por diferencias en el
slump, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto
el informe A.C.I 2011 1 91 proporciona una serie de recomendaciones
que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades
especificadas en el concreto.
CRITERIOS GENERALES DEL DISEO DE MEZCLAS POR EL METODO DE A.C.I
(AMERICAN CONCRETE INSTITUTE):
Tabla de revenimientos recomendados para diversos tipos de
construccin:
TIPOS DE CONSTRUCCION REVENIMIENTO, CM
MAXIMO*MINIMO
Muros de cimentacin y zapatas, cajones de cimentacin y muros de
sub-estructura sencillos 7.5 2.5
Vigas y muros reforzados 10 2.5
Columnas para edificios 10 2.5
Pavimentos y losas 7.5 2.5
Concreto masivo 7.5 2.5
Nota: pueden incrementarse en 2.5 cm cuando los mtodos de
compactacin no sean mediante vibrado
Tabla de requisitos aproximados de agua de mezclado y contenido
de aire para diferentes revenimientos y tamaos mximos nominales de
agregados:
Agua, kg/m3 concreto para TMG, mm
Revenimiento, cm 9,512,51925385075150
Concreto sin aire incluido
De 2.5 a 5.0 207199190179166154130113
De 7.5 a 228216205193181169145124
De 15 a 17.5 243228216202190178160----
Cantidad aprox, aire atrapado 32.521.510.50.30.2
Concreto con aire incluido
De 2.5 a 5.0 181175168160150142122107
De 7.5 a 10 202193184175165157133119
De 15 a 17.5 216205197174174166154---
Promedio recomendado de aire por incluir por exposicin
Exposicin ligera 4.54.03.53.02.52.01.51.0
Exposicin moderada 6.05.55.04.54.54.03.53.0
Exposicin severa 7.57.06.06.05.55.04.54.0
Tabla: a) correspondencia entre la relacin agua / cemento y la
resistencia a la compresin del concreto
Relacin agua / cemento por peso
Resistencia a la compresin a los 28 das kg / cm3 Concreto sin
aire incluidoConcreto con aire incluido
4200.41----
3500.480.40
2800.570.48
2100.680.59
1400.820.74
Tabla: b) relaciones agua / cemento mximas permisibles para
concreto sujeto a exposiciones severas
Tipo de estructuraEstructura continua o frecuentemente mojada y
expuesta a congelacin y deshieloEstructura expuesta al agua de mar
o sulfatos
Secciones esbeltas y secciones con menos de 3 cm0.450.40
Todas las dems estructuras0.500.45
Tabla volumen de agregado grueso por volumen unitario de
concreto
Tamao mximo de agregado, mmVolumen de agregado grueso varillado
en seco, por volumen unitario de concreto para distintos mdulos de
finura de la arena
2.402.602.803.00
9.5 (3/8)0.500.480.460.44
12.5 (1/2)0.590.570.550.53
19 (3/4)0.660.640.620.60
25 (1)0.710.690.670.65
37.5 (1 )0.750.730.710.69
50 (2)0.780.760.740.72
75 (3)0.820.800.780.76
150 (6)0.870.850.830.81
Tabla calculo tentativo del peso del concreto fresco
Calculo tentativo del peso del concreto, kg/m3
Tamao mximo de agregados, mmConcreto sin aire incluidoConcreto
con aire incluido
9.5 (3/8)22802200
12.5 (1/2)23102230
19 (3/4)23452275
25 (1)23802290
37.5 (1 )24102350
50 (2)24452345
75 (3)24902405
150 (6)25302435
Para disear una mezcla de concreto es necesario conocer las
caractersticas fsicas de los materiales a emplear en la elaboracin
del concreto:1 peso especfico del cemento. . . . . . . . . . 3.152
mdulo de finura de la arena. . . . . . . . . 2.70%3 peso especfico
de la arena. . . . . . . . . . 2.364 absorcin de la arena. . . . .
. . . . . . . . . . 5.28%5 humedad de la arena. . . . . . . . . . .
. . . . 8.00%6 peso especfico de la grava. . . . . . . . . . .
2.337 tamao mximo de la grava. . . . . . . . . . .19 mm.(3/4)8 peso
volumtrico de la grava. . . . . . . . . . 1450 kg/m39 absorcin de
la grava. . . . . . . . . . . . . . . 4.50%10 humedad de la grava.
. . . . . . . . . . . . . . 2.70% FUNDAMENTOS E INFLUENCIA SOBRE
LAS NORMAS DE DISEO VENEZOLANA.
Viendo los diferentes movimientos ssmicos de categora de leve
hasta moderado. Donde ha tenido magnitudes de 5.4 en adelante,
causando mucha alarma en diferentes poblaciones de las ciudades y
pueblos cercanos al epicentro.
Esta actividad ssmica ha hecho que la colectiva se motive a
preguntarse cuan seguro esta la sociedad ante estas acciones
naturales y si las viviendas construidas como para evitar posibles
daos que causen prdidas de vidas y la ruina de las edificaciones.Al
respecto puede decirse que en el pas, los ingenieros que se dedican
a proyectos y construccin de estructuras de todo tipo, cuentan con
una normativa que se puede catalogar al da.La norma sismo
resistente cuya ltima revisin y actualizacin fue en el 2001. Las
otras normas ms que sirven de apoyo para efectos de terminar cargas
permanentes y variables, o como detallar el acero de refuerzos,
hacer concreto o verificar la calidad de este al igual que el acero
estructural.La norma venezolana COVENIM 1756:2001 edificaciones
sismorresistente, donde la parte 1: requisitos y parte 2:
comentarios, puede considerarse al da con relacin a los criterios y
conceptos empleados mundialmente para la estimacin de las demandas
de rigidez y resistencia de las estructuras, segn la amenaza de la
zona, el suelo donde est ubicado, el tipo de estructura y sus
irregularidades, y el nivel de diseo. Esta norma se ir mejorando en
la medida que se realice estudios de microzonificacin ssmicas
conduzcan a un mejor conocimiento de la amenaza de las
ciudades.
Esta norma al igual que la de acero tiene como objetivo poder
disear las estructuras de estos materiales con una capacidad en
rigidez, resistencia y disipacin de energa mayor e igual a la
demanda ssmica.La norma venezolana FONDONORMA 1753 -06, Proyecto y
Construccin de obras de concreto estructural, est basada en el
cdigo del AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, ACI 318-05 como as todas las
normas de concreto estructural latinoamericana y con algunas
consideraciones que toman en cuenta el conocimiento y la practica
constructiva de los ingenieros de cada pas.Esta norma al igual que
la norma COVENIM 1618:1998 estructuras de acero para
edificaciones.La nueva normativa del sistema de calidad ha
introducido cambios en cuanto al uso de las normas que pueden
confundir al usuario.Donde cabe resaltar que las normas COVENIM son
de estricto cumplimiento, y las normas FONDONORMA son
referenciales.
FACTORES DE MAYORACION DE CARGAS Y SUS DISTINTAS
COMBINACIONES.
Factor de carga es el nmero por el cual hay que multiplicar el
valor de la carga real o de servicio para determinar la carga ltima
que puede resistir un miembro en la ruptura.Generalmente la carga
muerta en una estructura, puede determinarse con bastante exactitud
pero no as la carga viva cuyos valores el proyectista solo los
puede suponer ya que es imprevisible la variacin de la misma
durante la estructuras; es por ello, que el coeficiente de
seguridad o factor de carga para la carga viva es mayor que el de
la carga muerta. Los factores que en el reglamento del ACI se
denominan U, son los siguientes:
A) Para combinaciones de carga muerta y carga viva:U = 1.4D +
1.7LDnde: D = Valor de la carga muerta y L = Valor de la carga
viva
B) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y carga
accidental:U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.7W) oU = 0.75 (1.4D + 1.7L +
1.87E)Dnde: W = Valor de la carga de viento y E = Valor de la carga
de sismoCuando la carga viva sea favorable se deber revisar la
combinacin de carga muerta y carga accidental con los siguientes
factores de carga:U = 0.90D + 1.30WU = 0.90D + 1.30E
COEFICIENTES DE REDUCCION DE CAPACIDADEs un nmero menor que 1,
por el cual hay que multiplicar la resistencia nominal calculada
para obtener la resistencia de diseo.Al factor de reduccin de
resistencia se denomina con la letra : los factores de reduccin son
los siguientes:
Para:
Flexin...................................................0.90Cortante
y
Torsin..................................0.75Adherencia.............................................0.85Compresin
con o sin flexinColumnas con refuerzo
helicoidal...........0.75Columnas con
Estribos..........................0.70
El factor de reduccin de resistencia toma en cuenta las
incertidumbres en los clculos de diseo y la importancia relativa de
diversos tipos de elementos; proporciona disposiciones para la
posibilidad de que las pequeas variaciones adversas en la
resistencia de los materiales, la mano de obra y las dimensiones
las cuales, aunque pueden estar individualmente dentro de las
tolerancias y los lmites pueden al continuarse, tener como
resultado una reduccin de la resistencia.
LA DUCTILIDAD EN ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADOLa ductilidad en
las estructuras es absolutamente esencial para el buen desempeo de
stas durante un terremoto, especialmente en estructuras
aporticadas, ya que stas tienen poca resistencia lateral. Para
lograr una mayor ductilidad en los elementos de concreto armado se
debe evitar que los elementos fallen por cortante, esto se logra
aumentando el requerimiento de acero transversal. La deformacin del
acero absorbe la energa ssmica y aplaza el dao absoluto de la
estructura. El metal se dobla pero no se rompe y as sigue
resistiendo las solicitaciones impuestas, aunque con algo menos de
efectividad.
La ductilidad es la capacidad de un elemento cualquiera en
sufrir deformaciones plsticas sin perder su resistencia. Esta
deformacin o distorsin disipa energa del terremoto. Con este
concepto se puede explicar porque es mucho ms difcil romper una
cuchara metlica antes que una de plstico. Ya que despus de doblar
la cuchara para adelante y detrs en varios ciclos, el metal
permanecer intacto, aunque algo distorsionado. En cambio, la
cuchara plstica se romper en los primeros ciclos. Por esto se
deduce que el metal es mucho ms dctil que el plstico.
Los edificios son diseados de tal forma que, en un raro caso de
que las fuerzas ssmicas sean ms altas que las que indican las
normas, los elementos se deformen pero no se rompan. De esta forma
la estructura disipar la energa del terremoto por medio de las
grietas, y el edificio aunque posiblemente quede inhabitable, al
menos no colapse.
En general, un edificio con gran resistencia es poco deformable,
y el desplazamiento que sufre un edificio de poca resistencia es
alto. Por lo tanto, se deber proporcionar resistencia suficiente a
un edificio con poca ductilidad y se deber proporcionar ductilidad
suficiente a un edificio con poca resistencia. A continuacin
examinaremos los mecanismos esenciales para la obtencin de altas
capacidades de ductilidad en los sistemas estructurales
corrientes.Estructuras de acero. A diferencia del concreto, el
acero es un material por naturaleza dctil. Sin embargo, las grandes
demandas de ductilidad impuestas por los sismos hacen necesario el
asegurar algunas medidas especiales en los elementos estructurales.
La ms importante de ellas reside en el diseo adecuado de las
conexiones viga-columna. Las conexiones viga-columna son el punto
ms vulnerable de las estructuras de acero sometidas a sismos. La
falla ms comn es la que ocurre por pandeo local en los patines y en
el alma, y tiende a suceder en la columna en su unin con la viga,
debido a las fuerzas trasmitidas por sta. El diseo de la unin debe
realizarse de tal suerte que la rotacin inelstica tenga lugar
preferentemente en las vigas y no en la unin. Para ello puede
requerirse el uso de atiesadores horizontales y/o inclinados en el
alma de la columna con el fin de controlar la transferencia de
esfuerzos de un elemento al otro.Estructuras de concreto reforzado.
El concreto reforzado se caracteriza por su escasa ductilidad,
debido a su comportamiento frgil ante grandes deformaciones. En el
diseo de estructuras de concreto deben detallarse con cuidado los
mecanismos de ductilidad en los diferentes elementos, de una manera
ms exigente que en el caso del acero. Los siguientes son los
criterios bsicos para ello: Confinamiento. El confinamiento del
concreto garantiza la preservacin del material ante la alternacin
de esfuerzos dada en los terremotos y, en consecuencia, permite el
desarrollo de deformaciones inelsticas mayores que las posibles en
una estructura en la que el concreto se deteriore. Control de falla
a cortante. La falla a cortante es una falla que compromete
seriamente la integridad de la seccin de un elemento cualquiera de
concreto reforzado. Por esta razn los cdigos de diseo generalmente
obligan a un diseo a cortante tal que garantice que la resistencia
a cortante sea superior a la resistencia a flexin. Esto se logra
utilizando como cortante de diseo un valor que sea como mnimo el
correspondiente a la plastificacin por flexin en los nudos
extremos. Control de la reduccin de la ductilidad disponible debido
a la carga axial. La carga axial de compresin reduce drsticamente
la ductilidad de desplazamiento disponible en un elemento de
concreto sometido a ella. El fenmeno, que es ms fuerte en columnas
que en muros estructurales generalmente, se debe a que a mayores
cargas de compresin se reduce el trabajo a tensin del acero, el
cual puede darse con valores del esfuerzo de trabajo menores del
esfuerzo de fluencia, lo que implica un uso insuficiente del acero
para efectos de desarrollar grandes deformaciones inelsticas y
disipar energa por ese medio. Sin embargo, no siempre es posible
disear las secciones de columnas de manera que haya esfuerzos altos
de traccin en el acero, por razones arquitectnicas y econmicas.
FASES DE AGRIETAMIENTO CEDENCIA Y AGOTAMIENTO RESISTENTE EN
ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO
RecubrimientoEl refuerzo debe de tener recubrimiento adecuado
cuyo fin es el de protegerAl acero de dos agentes: La corrosin y el
fuego.La magnitud del recubrimiento debe fijarse por lo tanto, segn
la importanciaDe estos agentes agresivos.Por lo tanto, debe
proveerse de un recubrimiento suficiente para tales fines,Aunque un
recubrimiento demasiado grande, provocar demasiadas grietas.El
agrietamiento se debe a las deformaciones causadas por los
cambiosVolumtricos y los esfuerzos ocasionados por fuerzas de
tensin, por momentosFlexionantes, o por las fuerzas cortantes.El
recubrimiento se mide desde la superficie del concreto hasta la
superficieExterior del acero, a la cual, se aplica el
recubrimiento. Cuando se prescriba unRecubrimiento mnimo para una
clase de elemento estructural; ste debe medirse:Hasta el borde
exterior de los estribos, anillos espirales, si el
refuerzoTransversal confina las varillas principales hasta la capa
ms cercana de varillas, siSe emplea ms de una capa sin estribos o
anillos, hasta los dispositivos metlicosDe los extremos o los
ductos en el acero de pre esfuerzo potenzado. ElReglamento del
A.C.I. 318-04 recomienda un recubrimiento mnimo de 4 cm.
paraVigas.
En cuanto a la separacin de las varillas en vigas, el reglamento
del A.C.I. 318-04Recomienda lo siguiente:_ La distancia libre entre
barras paralelas no debe ser menor que: El dimetroNominal de las
barras: 1.3 veces el tamao mximo del agregado grueso 2.5 cm._
Cuando el refuerzo paralelo se coloque en dos o ms capas, las
varillas deLas capas superiores, deben colocarse exactamente arriba
de las que estnEn las capas inferiores, con una distancia libre
entre ambas; no menor de2.5 cm.
AGRIETAMIENTO EN VIGASDebido a la baja resistencia a la tensin
del concreto, los elementos de esteMaterial tienden a
agrietarse.Son diversas las causas que conducen al agrietamiento
del concreto,Siendo las fundamentales, las deformaciones debidas a
cambios volumtricos yLos esfuerzos ocasionados por fuerzas de
tensin, por momentos flexionantes, oPor las fuerzas cortantes.Son
las dos razones por las que se requiere controlar el agrietamiento:
LaApariencia y el riesgo de corrosin del refuerzo.Muchas
estructuras diseadas por el mtodo de los esfuerzos de trabajo(Teora
plstica) y con bajos esfuerzos en el acero cumplieron con las
funciones aLas que se les destin con un agrietamiento muy pequeo
debido a la flexin.Cuando se usan aceros de refuerzo de alta
resistencia bajo esfuerzos altosDebidos las cargas de servicio, es
de suponer que aparezcan grietas visibles, y esNecesario tomar
precauciones para detallar el refuerzo, con objeto de controlar
lasGrietas. Para asegurar la proteccin del refuerzo contra la
corrosin, y por razonesEstticas, son preferibles muchas grietas muy
finas, capilares que pocas grieteasAnchas.El control de
agrietamiento es particularmente importante cuando es
utilizaRefuerzo con resistencia ala fluencia superior a 2810 kg/cm.
Las buenas prcticasActuales de detallado de refuerzo generalmente
conducirn a un control adecuadoDel agrietamiento aun cuando se
utilice un refuerzo de 4220 kg/cm de resistenciaDe fluencia. Con
una cuidadosa atencin de los detalles del acero, se hanConstruido
estructuras totalmente satisfactorias con resistencia ala fluencia
deDiseo que exceden al lmite de 5,625 kg/cm.A travs de estudios
experimentales se han determinado los factores queMayor influencia
tiene ancho de las grietas y se han encontrado que dicho ancho:Es
mayor cuando se utilizan barras lisas que con barras corrugadas.Es
directamente proporcional al espesor, siendo esta variable la
msImportante.Depende del rea de concreto que rodea a las barras en
la zona deTensin disminuyendo cuando mejor se encuentre distribuido
el refuerzoEn dicha zona.
DIAGRAMAS MOMENTO-CURVATURA Y DUCTILIDAD DE CURVATURA.
DIAGRAMAS MOMENTO-CURVATURA:
La relacin momento-curvatura M es utilizada para calcular la
rigidez y laDuctilidad de curvatura en las secciones de concreto
reforzado, Rodrguez et al (2005).Por tal motivo cuando se realiza
el diseo ssmico de una estructura, a maneraDe evaluar si su
comportamiento ante la demanda de diseo ser satisfactorio,
esNecesario conocer la relacin momento-curvatura M, mediante las
cuales serPosible conocer la capacidad de ductilidad de curvatura ,
la mxima capacidad aFlexin y las rigideces inicial y de pos
fluencia de las secciones y comparar estosValores con los que sern
demandados, Aguiar, (1996)
OTRAS APLICACIONES DE LA RELACION MOMENTO-CURVATURA:
Las principales aplicaciones de la relacin momento curvatura M
se encuentran orientadas al diseo ssmico, pero tambin es comnmente
utilizadaPara calcular la rigidez de un elemento que est trabajando
en el rango no lineal.Es decir una vez que se tiene la relacin
momento-curvatura de una seccin, sePuede encontrar la rigidez a la
flexin E I, para las diferentes condiciones a las quePuede estar
sujeto el elemento estructural, es decir se puede obtener la
rigidez enLas diferentes ramas del diagrama M Hernndez, (2009).As
el diagrama M se puede considerar como una envolvente del
diagramaHisteretico, sin embargo el diagrama momento-curvatura M
presenta alObtenerlo menor dificultad, comparado con el
histeretico. Por lo que ya seMencion, este es utilizado para
conocer la rigidez de un elemento en cualquiera de las ramas del
diagrama M, tambin es requerido para definir la no linealidad del
material, tema que no ser tratado en este trabajo de tesis, Aguiar,
(2009).
DUCTILIDAD DE CURVATURA:La ductilidad de curvatura _, relaciona
a la curvatura ltima _u, con laCurvatura de fluencia _y, tambin
denominada comnmente como la capacidad deDuctilidad de una seccin,
esta definicin es muy utilizada en la Ingeniera ssmica,Blume et al
(1961).Con la finalidad de que una estructura sea capaz de disipar
la mayor cantidadDe energa posible ante un sismo de gran
intensidad, en el diseo ssmico seDesea una ductilidad de curvatura,
_ lo ms grande posible.Para un elemento estructural, la ductilidad
de curvatura, calculada de un diagramamomento-curvatura, es:_
=____Dnde:_u y _y son las curvaturas ltimas y la de fluencia, en la
seccin considerada.
La ductilidad de un elemento estructural se puede definir como
su aptitud deDesarrollar deformacin progresiva bajo carga constante
o ligeramente creciente,Sin presentar disminucin alguna en su
resistencia. La ductilidad corresponde a unComportamiento inelstico
del material que implica la fluencia del mismo, por loQue es
necesario distinguir entre la ductilidad que tiene el material y la
que tiene laSeccin del elemento, Hernndez, (2009).La ductilidad de
curvatura de una seccin se ve modificada de la siguienteManera:La
ductilidad disminuye si aumenta el acero a tensin, La ductilidad
aumenta si se incrementa el acero a compresin, _.La ductilidad
disminuye al aumentar el esfuerzo de fluencia del acero, __.A mayor
resistencia del concreto mayor ductilidad.A mayor deformacin mayor
curvatura.El confinamiento aumenta la ductilidad.La ductilidad se
reduce conforme se incrementa la carga axial.
ANALISIS REVISION Y DISEO DE SECCIONES DE MIEMBROS DE CONCRETO
ARMADO SOMETIDOS A FLEXION.
FUNDAMENTOS DEL COMPORTAMIENTO A FLEXION PURA SECCIONES
SIMPLEMENTE ARMADAS, REVISION Y DISEO SECCIONES DOBLEMENTE ARMADAS,
REVISION Y DISEO. SISTEMA DE ENTRE PISO. DISEO DE LOSAS NERVADAS.
DISEO DE LOSAS MACIZAS. DISEO DE FUNDACIONES AISLADAS Y CORRIDAS.
DISEO DE ESCALERAS Y MUROS.
FUNDAMENTOS DEL COMPORTAMIENTO A FLEXION PURA.
VIGAS
Las vigas al formar parte de sistemas estructurales como son los
prticos, los puentes y otros, se encuentran sometidas a cargas
externas que producen en ellas solicitaciones de flexin, cortante y
en algunos casos torsin.A continuacin se analizan en este captulo
los esfuerzos y deformaciones que se producen sobre una viga cuando
esta se encuentra en flexin pura, biaxial o asimtrica. As mismo se
analizan los esfuerzos y deformaciones causados cuando se presenta
simultneamente flexin y cortanteSeguidamente se estudiaran los
elementos prismticos sometidos a partes iguales y opuestos M y M
que actan en el mismo plano longitudinal. Para demostrar que
elementos estn sometidos a flexin pura.A dems se examinaran los
esfuerzos y deformaciones que existen en los elementos homogneos
que poseen un plano de simetra. Despus de establecer que las
secciones transversales permanecen planas durante las deformaciones
por flexin, se desarrollan ecuaciones para determinar los esfuerzos
normales y los radios de curvatura en elementos sometidos a flexin
pura dentro del rango elstico.Por otra parte superpondremos los
esfuerzos debidos a flexin pura y los debidos a carga cntrica para
analizar casos de carga excntrica
FLEXION PURA
La flexin pura se refiere a la flexin de un elemento bajo la
accin de un momento flexionante constante. Cuando un elemento se
encuentra sometido a flexin pura, los esfuerzos cortantes sobre l
son cero.
SECCIONES SINPLEMENTE ARMADAS, REVISION Y DISEO:VIGAS
RECTANGULARES SIMPLEMENTE ARMADAS
Una viga de concreto es rectangular, cuando su seccin
transversal encompresin tiene esa forma.Es simplemente armada,
cuando slo tiene refuerzo para tomar la componente de tensin del
par interno.En general, en una viga la falla puede ocurrir en dos
formas:Una de ellas se presenta cuando el acero de refuerzo alcanza
su lmite elstico aparente o lmite de fluencia Fy; sin que el
concreto llegue an a su fatiga de ruptura 0.85 F`c. La viga se
agrietar fuertemente del lado de tensin rechazando al eje neutro
hacia las fibras ms comprimidas, lo que disminuye el rea de
compresin, aumentando las fatigas del concreto hasta presentarse
finalmente la falla de la pieza. Estas vigas se llaman
Subreforzadas y su falla ocurre ms menos lentamente y va precedida
de fuertes deflexiones y grietas que la anuncian con anticipacin.El
segundo tipo de falla se presenta cuando el concreto alcanza su
lmite 0.85 F`c mientras que el acero permanece por debajo de su
fatiga Fy. Este tipo de falla es sbita y prcticamente sin anuncio
previo, la cual la hace muy peligrosa. Las vigas que fallan por
compresin se llaman Sobre reforzadas.Puede presentarse un tipo de
vida cuya falla ocurra simultneamente para ambos materiales, es
decir, que el concreto alcance su fatiga lmite de compresin 0.85
Fc, a la vez que el acero llega tambin a su lmite Fy. A estas vigas
se les daEl nombre de Vigas Balanceadas y tambin son peligrosas por
la probabilidad de la falla de compresin.Para evitar las vigas
sobre reforzadas y las balanceadas, el reglamento del ACI 318-04
limita el porcentaje de refuerzo al 75% del valor correspondiente a
las secciones balanceadas.
SECCIONES DOBLEMENTE ARMADAS, REVISION Y DISEO:
Las secciones de las vigas doblemente reforzadas tienen acero de
refuerzo tanto en la cara de tensin como en la de compresin, por lo
general nicamente donde existe un apoyo en la viga. Las vigas
doblemente reforzadas son necesarias cuando se restrinja el peralte
de stas, debido a limitaciones arquitectnicas en el centro del
claro o porque la seccin en el centro del claro, no es suficiente
para soportar el momento negativo que se presenta en el apoyo, aun
cuando se aumente de manera suficiente el acero de tensin en dicho
apoyo. As la mayora de las varillas inferiores en el centro del
claro se prolongan y anclan de manera apropiada en los apoyos para
que acten como refuerzo a compresin y reforzar adecuadamente en la
cara de tensin (arriba) de la viga en el apoyo con el rea de acero
necesaria.
SISTEMA DE ENTREPISO:
Constituido por paneles nervados pretensados, comoElementos
resistentes a la flexin, utilizados tanto enConstrucciones
industriales como comerciales. Los bordes de los paneles se
vinculan entre s, y en sitio se hormigona una carpeta superficial,
logrando de este modo la uniformidad horizontal. Diferentes alturas
de nervios y espesores de carpetas permiten cubrir un amplio rango
de luces a salvar y de sobrecargas admisibles. Estos paneles se
apoyan sobre vigas de diferentes tipos en funcin de las necesidades
de alturas libres de la construccin: vigas rectangulares, vigas T,
vigas L.Los pilares de apoyo presentan diferentes niveles de
mnsulas segn los requerimientos del proyecto.
DISEO DE LOSAS NERVADAS:
Son un tipo de cimentaciones por losa que, como su nombre lo
indica, estn compuestas por vigas a modo de nervios que trabajan en
colaboracin ofreciendo gran rigidez y enlazan los pies de los
pilares del edificio. Para modelar las losas nervadas se debe
utilizar el anlisis matricial de estructuras tradicional, para
estructuras conformadas por barras rectas espaciales bajo la
hiptesis de que el efecto de flexin es dominante sobre las
deformaciones de cortantes y torsin.Las tablas para las losas
nervadas constituyen una novedad importante con respecto a otras
publicaciones similares. Las deformaciones y los momentos flectores
que se obtienen en el modelo de losas nervadas son generalmente
mayores que los valores obtenidos en losas macizas, debido a que
los momentos torsores en las placas se transforman en momentos
flectores en los nervios.En las tablas publicadas a continuacin se
presentan tres tipos genricos de condiciones de borde:El
EMPOTRAMIENTO:
Se lo emplea para modelar la continuidad de la losa en el borde
seleccionado, usualmente proporcionada por otra losa contigua de
dimensiones comparables, proporcionada por un muro extremo
integrado a la losa como los que se tienen en los subsuelos de las
edificaciones, o proporcionada por una viga de borde de gran
rigidez torsional (de gran seccin y dimensiones transversales).
EL APOYO CON ROTACION ALREDEDOR DE UN EJE:
Se utiliza para modelar la presencia de una viga de borde de
dimensiones normales (de peralte mayor al de la losa, pero no una
viga de gran peralte ni una viga de gran seccin transversal) sin
losa contigua, o para modelar la presencia de un muro no integrado
a la losa (usualmente muros de otro material).
EL BORDE LIBRE:
Modela la inexistencia de una viga de borde de mayor peralte que
la losa, la inexistencia de una losa contigua, y la inexistencia de
un muro de hormign integrado a la losa, que provean apoyo y
continuidad.
DISEO DE LOSAS MACIZA:
Sustentadas perimetralmente en vigas de mayor peralte que las
losas (de este modo nos aseguramos que las deflexiones en las vigas
no tienen gran influencia sobre el comportamiento de las losas),
sometidas a cargas uniformemente distribuidas. El tipo de
sustentacin est definido por las condiciones de borde de las losas.
Para el modelamiento de las losas macizas se ha utilizado el Mtodo
de los Elementos. Finitos basado en la Teora de Placas, el mismo
que se recomienda para analizar losas macizas de geometras, estados
de carga o condiciones de borde especiales, que no aparezcan en las
tablas. Otra alternativa de anlisis podra ser el uso del Mtodo de
las Diferencias Finitas.
DISEO DE FUNDACIONES AISLADAS Y CORRIDAS:
ZAPATAS AISLADAS Y CORRIDAS:
Este tipo de cimentacin somera (superficial) se usa cuando las
descargas de la estructura son suficientemente pequeas y existen a
poca profundidad estratos de suelo con la capacidad de carga y
rigidez necesarias para aceptar las presiones transmitidas por las
zapatas sin que ocurran fallas o hundimientos excesivos. Se suele
recomendar que cuando el rea del terreno cubierta por las zapatas
se acerca a la mitad de la total, conviene buscar otra solucin para
la cimentacin.
Conviene que las zapatas aisladas bajo columnas sean cuadradas
en planta, ya que esta es la forma para la cual los momentos
flexionantes son menores; se recurrir a forma rectangular solo
cuando las condiciones del predio impidan extenderse en alguna
direccin o cuando la columna transmita, adems de carga axial,
momentos flexionantes importantes. A este respecto hay que sealar
que la zapata no es un elemento eficiente para transmitir al suelo
momentos flexionantes de consideracin, ya que ello implica aumentos
importantes en el tamao de zapatas lo cual las hace
ineficientes.
Cuando el suelo de apoyo no tiene gran rigidez, la distribucin
excntrica de presiones ocasiona giros en la zapata quedan lugar
generalmente a deformaciones indeseables de la construccin o a
condiciones de continuidad diferentes supuestas en el anlisis. En
estas situaciones resulta casi siempre conveniente unir dos zapatas
formando una zapata combinada en que la resultante de la carga
coincide con el centroide de la zapata, o recurrir a ligar dos
zapatas con una contra trabe que tome los momentos flexionantes, o
finalmente, el empleo de pilotes.
En zonas de riesgo ssmico moderado o grande es conveniente unir
las zapatas de una construccin por medio de trabes de liga, cuya
funcin es lograr que la estructura se mueva como una sola unidad
ante la accin de un desplazamiento horizontal del terreno; no se
pretende que estas vigas absorban momentos flexionantes de
consideracin, sino solamente fuerzas axiales y por ello suelen
disearse para que su capacidad ante una carga axial de tensin sea
igual al 10 por ciento de la carga mxima transferida por las
columnas que se unen .
Las zapatas corridas bajo muros de carga sern de preferencia
simtricas, excepto bajo muros de lindero en cuyo caso hay que
considerar en el diseo el efecto de la excentricidad. Estas zapatas
estn sujetas generalmente a una descarga uniforme en toda su
longitud, por lo cual basta analizar un tramo de longitud unitaria.
(Piraya, 2004) ZAPATAS AISLADAS:
Este tipo de cimentacin es apropiado para terrenos de gran
resistencia, se emplea como base de columnas y son por lo general
cuadradas. Son poco recomendables para suelos de baja resistencia y
columnas con cargas considerables, ya que puede sufrir
asentamientos diferenciales de acuerdo a la calidad del terreno
sustentante, en general, este tipo de cimentacin requiere de una
cadena, trabe de liga o contra trabe que ayude a rigidizar la
infraestructura. En el clculo de este tipo de cimentacin debe
rectificarse el esfuerzo de penetracin que ejerce la columna sobre
la zapata y esta sobre el terreno: as mismo su diseo estar regido
de acuerdo a las fatigas del terreno, esfuerzos de flexin,
adherencia, etc. Pude darse el caso de que el clculo nos de
secciones muy pequeas para zapatas aisladas de concreto armado, por
lo cual puede omitirse en este caso el acero y hacer un nuevo
clculo para zapatas aisladas de concreto simple, siempre y cuando
el talud de sus caras forme un ngulo con la horizontal entre 45 y
60; as mismo la altura mnima en las orillas ser de 15 cm y las
varillas de las columnas debern penetrar hasta la base de la zapata
con el objeto de lograr continuidad.
ZAPATAS CORRIDAS: Las cimentaciones con zapatas corridas se
emplean bajo muros de carga o columnas en las cuales el clculo haya
dado secciones muy grandes para zapatas aisladas, quedando muy
prxima una a otra, el clculo debe estar regido por la resistencia
del terreno, los esfuerzos flexionantes, adherencia, etc. La forma
de este tipo de cimentacin es variable, para cargas iguales las
dimensiones son uniformes, para cargas asimtricas puede hacerse la
zapata corrida en forma trapezoidal, para que las fatigas lleguen
al terreno lo ms uniformemente posible, tiene esta forma la
desventaja de que el fierro sufre muchos cortes de diferentes
longitudes, por lo cual es conveniente elaborar una zapata corrida
con ampliaciones rectangulares, facilitando as el sistema
constructivo. (Plazola, 1981) Una zapata es una ampliacin de la
base de una columna o muro, que tiene por objeto transmitir la
carga al subsuelo a una presin adecuada a las propiedades del
suelo. Las zapatas que soportan una sola columna se llaman
individuales o zapatas aisladas. La zapatas que se construye bajo
un muro se llama zapata corrida o zapata continua. Si una zapata
soporta varias columnas se llama zapata combinada. Una forma
especial de zapata combinada que se usa comnmente en el caso de que
una de las columnas soporte un muro exterior es la zapata en
voladizo o cantiliver. En las zonas fras, las zapatas se desplantan
comnmente a una profundidad no menor que la penetracin normal de la
congelacin. En los climas ms calientes, y especialmente en las
regiones semiridas, la profundidad mnima de las zapatas puede
depender de la mayor profundidad a que los cambios estacionales de
humedad produzcan una contraccin y expansin apreciable del suelo.
La elevacin a que se desplante una zapata, depende del carcter del
subsuelo, de la carga que debe soportar, y del costo del cimiento.
Ordinariamente, la zapata se desplanta a la altura mxima en que
pueda encontrarse un material que tenga la capacidad de carga
adecuada. En algunos casos, si se encuentra un estrato
especialmente firme a mayor profundidad, puede ser ms econmico
desplantar la zapata a una elevacin menor, debido a que el rea
necesaria para la zapata es menor. La excavacin para una zapata de
concreto reforzado debe mantenerse seca, para poder colocar el
refuerzo y sostenerlo en su posicin correcta mientras se cuela el
concreto.
ZAPATAS COMBINADAS: Si las cargas de varias columnas se
trasmiten a una misma zapata, las dimensiones de esta deben ser
tales que su centroide coincida con el de las cargas de las
columnas, bajo condiciones normales, y de manera que la presin
mxima debajo de la zapata no exceda la presin de seguridad del
suelo bajo las cargas ms severas. Se acostumbra usar las zapatas
combinadas a lo largo de los muros de los edificios en los linderos
de la propiedad, donde las zapatas corridas no pueden prolongarse
fuera de los lmites de la estructura. Bajo estas circunstancias,
las zapatas corridas se combinan usualmente con las zapatas
interiores empleando alguno de los tres mtodos mostrados. (Peck,
1993) Las zapatas aisladas consisten generalmente en un cuerpo
regular de concreto colocado a poca profundidad bajo el nivel
superficial del terreno, y sirven para sostener una columna de
edificio. Las zapatas aisladas son el tipo ms comn de cimentaciones
para edificios. La superficie inferior de la zapata debe ser tan
firme como el mismo suelo en el que se apoyan, hasta una
profundidad mnima de 1.5 veces la anchura de las zapatas. Las
zapatas corridas: tales como las de muros y las continuas, as como
las cimentaciones con trabes, son zapatas asiladas alargadas, a la
longitud suficiente para recibir un muro una hilera de varias
columnas. Las zapatas corridas tienen la ventaja que sirven como
puentes sobre las zonas blandas locales. Por consiguiente ofrecern
un apoyo ms uniforme para un muro o una hilera de columnas que las
zapatas individuales. (Fletcher, et. al, 1991).
Una zapata corrida es simplemente una ampliacin de la parte
inferior de un muro, cuya finalidad es distribuir adecuadamente la
carga sobre el suelo de la cimentacin. Las zapatas corridas se usan
normalmente en el permetro de un edificio y a veces bajo los muros
interiores. Una zapata aislada: se usa para soportar la carga de
una sola columna. stas son zapatas ms comnmente usadas,
particularmente cuando las cargas son relativamente ligeras y las
columnas no estn muy cercanas entre s. (McCormic, 2002). Las
zapatas aisladas son losas rectangulares o cuadradas que sirven de
apoyo a columnas. Tiene peralte constante o variable, disminuyendo
hacia los bordes. Tambin pueden ser escalonadas. En este caso, el
elemento debe vaciarse integralmente y no por escalones. El peralte
efectivo mnimo en el borde de una zapata de seccin variable es 15
cm. Las zapatas aisladas son el tipo ms usual de cimentacin pues
son las ms econmicas. La columna puede ser centrada o excntrica,
aunque el primer caso es el ms comn. Si la cimentacin se ubica en
el lmite de propiedad, la excentricidad de las cargas aplicadas
puede ser tan elevada que la capacidad portante del suelo es
superada.
Las zapatas de muros pueden ser de concreto simple o de concreto
armado, dependiendo de la magnitud de los esfuerzos a los que se
encuentran sometidas. Por lo general, los muros de albailera no
portante tienen cimentacin de concreto simple mientras que los
muros portantes, de concreto o albailera, utilizan zapatas de
concreto armado, sobre todo en terrenos de mala calidad. Las
zapatas de muros son elementos que trabajan bsicamente en una
direccin. Presentndose los esfuerzos principales perpendicularmente
al muro. En este tipo de cimentacin, slo se analiza la flexin en
esta direccin y no se chequea corte por punzonamiento.
DISEOS DE ESCALERAS Y MUROS:
La escalera consiste en la unin de dos o ms niveles desiguales
en altura con peldaos colocados sobre losas o vigas capaces de
resistir flexin y con la particularidad de colocarse de manera
inclinada, siendo un elemento constructivo indispensable en
construcciones que requieren ms de un nivel. Generalmente estn
hechas de hormign armado, madera o solo de acero. La escalera se
conforma por la huella y la contrahuella, la primera se caracteriza
por ser el componente horizontal y la segunda la pieza vertical que
unidos conforman un escaln o peldao, los cuales a su vez conforman
tramos unidos entre s por descansos. Los tramos cuentan con un
mximo de 16 escalones con dimensin constante por tramo.En cuanto al
proceso constructivo se refiere, usualmente se acostumbra a colocar
peldaos sobre vigas previamente colocadas sobre especies de zancas
o miembros laterales apoyados en vigas que a su vez se apoyan en
una estructura principal o muro de carga. Existen por igual mtodos
de construccin con cermicas para los cuales se requiere elevar un
elemento abovedado con ladrillos que transmitan las cargas a los
muros y pueda resistir los empujes. Otro mtodo de colocacin de
estas, consiste en empotrar los escalones en un elemento vertical o
muro, quedando los peldaos en voladizo.
ESCALERAS:
Las escaleras pueden ser diseadas con trazados curvos o lneas
rectas. Los muros curvos lateralmente dan una apariencia ms suave y
natural. Los muros rectos y esquinas ofrecen un estilo preciso y
tradicional; Sin embargo necesitan la utilizacin de bloques AB
Esquineros y requieren ms tiempo para su construccin.El labio
frontal patentado de las piezas de Allan Block provee un canto
funcional cuando se instala el material de la huella de la
escalera. Las tapas Allan Block, los adoquines, el hormign vaciado,
la roca triturada, las mezclas orgnicas, y losas prefabricadas son
buenos ejemplos para la formacin de huellas de escalera. Asegure
que las huellas del escaln sean colocadas con seguridad. Recordar
siempre consultar las normativas locales antes de su construccin.
Para obtener una proporcin adecuada entre la huella y la
contrahuella nos valeos de la siguiente ecuacin: H + 2C = 63 cm.
Dnde: C= contrahuella H= huella La inclinacin de la escalera va a
depender tanto de su uso como del terreno y lugar de colocacin,
dicha inclinacin varia de 15 hasta 45, aunque las inclinaciones ms
cmodas se encuentran entre los 25 para edificaciones pblicas y los
35 en viviendas. Existe un trmino conocido como altura de paso que
no es ms que una longitud libre medida en perpendicular desde
cualquier punto con la particularidad de nunca ser menor que
2m.
Las escaleras pueden ser:Integradas: son aquellas que no estn
aisladas de las circulaciones horizontales y cuyo objetivo es
satisfacer las necesidades de transito de las personas entre pisos
de manera fluida y visible.De evacuacin: son aquellas que son a
prueba de fuego y humos y pueden ser:Con vestbulo previo ventilado;
sus caractersticas son las siguientes: Las cajas de las escaleras
debern ser protegidas por muros de cierre. No debern tener otras
aberturas que las puertas de acceso. El acceso ser nicamente a
travs de un vestbulo que separe en forma continua la caja de la
escalera del resto de la edificacin. Los escapes, antes de
desembocar en la caja de la escalera debern pasar forzosamente por
el vestbulo, el que deber tener cuando menos un vano abierto al
exterior de un mnimo de 1.5 m2. La puerta de acceso a la caja de la
escalera deber ser puerta corta fuego con cierre automtico En caso
el vestbulo previo este separado de las reas de circulacin
horizontal, la puerta corta fuego deber ubicarse en el acceso al
vestbulo ventilado. En este caso, la puerta entre el vestbulo y la
caja de escalera podr no ser contrafuego, pero deber cortar con
cierre automtico. En caso que se opte por dar iluminacin natural a
la caja de la escalera se podr utilizar un vano cerrado con bloques
de vidrio el cual no exceder de 1.50 m2.
Presurizadas: sus caractersticas son las siguientes: Contaran
con un sistema mecnico que inyecte aire a presin dentro de la caja
de la escalera siguiendo los parmetros trmicos requeridos para
estos sistemas. Deben estar cerradas al exterior. Este tipo de
escaleras no est permitido en edificaciones residenciales.
Abiertas: sus caractersticas son las siguientes: Estn abiertas
al exterior en uno de sus lados con una superficie de al menos 1 m2
de cada piso. El vano abierto al exterior estar a una distancia de
3 metros o ms de un vano de la edificacin a la que sirve. Esta
separacin deber tener una resistencia al fuego no menor de 1 hora.
La separacin de 3 metros deber ser medida horizontal y
perpendicular al vano. Esta escalera es solo aceptada para
edificaciones residenciales no mayores de 5 niveles medidos sobre
el nivel de la calle.
Cerradas: sus caractersticas son las siguientes: Cuando todos
sus lados cuentan con un cerramiento corta fuego con una
resistencia no menor a 1 hora, incluyendo la puerta. Sern aceptadas
nicamente en edificaciones no mayor de 4 niveles y protegidas 100%
por un sistema de rociadores segn estndar NFPA13.
El tipo de escalera se provea depende del uso y de la altura de
la edificacin, de acuerdo con la siguiente tabla:
INTEGRADA: DE EVACUACION
ViviendaHasta 5 niveles Ms de 5 niveles
hospedajeHasta 3 nivelesMs de 3 niveles
educacinHasta 4 niveles Ms de 4 niveles
SaludHasta 3niveles Ms de 3 niveles
ComercioHasta 3 nivelesMs de 3 niveles
OficinasHasta 4 nivelesMs de 4 niveles
Serv comunalesHasta 3 nivelesMs de 3 niveles
Recreacin y deporteHasta 3 nivelesMs de 3 niveles
Transporte y comunicacionesHasta 3 niveles Ms de 3 niveles
La ventilacin al exterior puede ser a un pozo de luz, cuya
dimensin medida perpendicularmente a la superficie abierta no debe
ser menor que un 5to de la altura total del parmetro ms abajo del
pozo, medido a partir del alfeizar del vano ms bajo de la
escalera.Las dimensiones del pozo no debern ser menores que 2.20 m
por lado
ANEXOS
LOSA NERVADA
FUNDACIONES AISLADAS Y CORRIDAS
DISEO DE ESCALERAS Y MUROS
CONCLUSIONEl diseo de elementos estructurales de concreto armado
por teora de estado limites o de rotura, encontramos una gran
cantidad de conceptos y fundamentos tericos involucrados que nos
han servido o nos han facilitado para as entender los
procedimientos que se deben llevar a cabo.A nosotros nos pareci
interesante esta investigacin ya que durante muchos aos el clculo
estructural se basaba en una teora llamada lnea recta o esfuerzo
admisible donde se diseaban para poder reportar un esfuerzo
admisible, debido a la obtencin de dimensiones muy grandes de
elementos y que solo se poda trabajar un porcentaje, la teora fue
cambiada por teora de rotura, como patrn de trabajo en nuestro
mbito.Dentro de estos fundamentos tenemos la aplicabilidad y
limitaciones donde, la aplicabilidad se va a establecer dependiendo
de sus acciones y la limitacin regido por la norma COVENIM MINDUR
2002 88; sus estados lmites. El mtodo de diseo del ACI,
conjuntamente con sus 9 pasos que nos proporcionan las mezclas de
concreto normal ya incluido el ajuste por humedad de los agregados
y correccin de dichas mezclas, donde encontraran los criterios de
este mtodo en tablas bien especificadas y su informacin obtenida es
base fundamental para el crecimiento como ingenieros.Los diseos de
losas tanto nervadas como macizas, como su nombre lo indica son un
tipo de cimentaciones por losas; que estn compuestas por vigas a
modos de nervios y que su funcin va a ser la de colaborar
ofreciendo gran rigidez y as enlazarse a los pies del pilar del
edificio en construccin.Para finalizar podemos decir que dichos
temas han sido y debern ser de gran ayuda para todo aquel
estudiante y ya graduando que este ejerciendo el rol de ingeniero,
ya que es una gran responsabilidad tanto moral como tica a ser de
nuestra carrera conjuntamente con los conocimientos obtenidos
luchadores y transformadores de nuestro pas.
BIBLIOGRAFIA1 ) Reglamento nacional de edificaciones. Ttulo III.
1 arquitectura. Norma 010: condiciones generales del diseo. Captulo
VI. Escaleras.2) Elementos de concreto reforzado, conforme al ACI
318-04.3) Relaciones M-Y como herramienta en la evaluacin y diseo
ssmico de estructura de concreto reforzado. Momento curvatura