DISEÑO EN CONCRETO ARMADO 3188 − 20 2014 14 Según Código ACI 31 Curso de nivelación y actualización
CONCRETO ARMADO Generalidades
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO El es un material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado, y agua; después, esta mezcla se endurece en formaletas o encofrados con la forma y dimensiones deseadas. El cuerpo del material consiste en agregado fino (arena) y grueso (piedra picada). El cemento y el agua agua inte intera ract ctúa úan n quím químic icam amen ente te para para unir unir las las part partícu ícula las s de agre agrega gado do y conf confor orma marr una una masa masa sólida.
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Variaciones en las propiedades: propiedades:
Cementos Especiales Agregados Especiales Aditivos
Estas propiedades dependen en gran medida de las proporciones de la mezcla, del cuidado con el cual se mezclan los diferentes materiales materiales constitutivos, constitutivos, y de las condiciones condiciones de humedad y temperatura bajo las cuales se mantenga la mezcla desde el momento en que se coloca en el encofrado hasta que se encuentra totalmente endurecida. El proceso de control de estas condiciones se conoce como
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO La reacción que se produce al combinar el agua y el cemento es exotérmica, es deci decirr la temp temper erat atur ura a de la mezc mezcla la aume aument nta. a. En la cons constr truc ucci ción ón de estr estruc uctu tura ras s de gran grande des s masa masas s de concr concret eto o (rep (repre resa sas s por por ejem ejempl plo) o) es necesario disminuir la cantidad de calor que se genera durante el vaciado, lo que se logra con: Mezclas pobres (en relación a su contenido de cemento) cemento) Agua en forma de Hielo Cementos especiales especiales de bajo desarrollo de calor
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO El concreto posee una alta resistencia a la compresión, pero no es así a tracción por lo que a partir del siglo XIX se consideró factible la combinación con barras de acero que partiendo de una adecuada adherencia, da paso a un material combinado, eficiente ante esfuerzos de tracción como de compresión. Este nuevo material recibe el nombre de Concreto Reforzado.
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Ventajas del Concreto Armado o Concreto Reforzado:
Costo relativamente bajo. Buena resistencia al clima y al fuego Buena resistencia a la compresión Excelente capacidad de moldeo del concreto con la alta resistencia a la tensión y la aún mayor ductilidad y tenacidad del acero.
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es el esfuerzo que mejor soporta el concreto. Es esfuerzo máximo en compresión axial medido a los 28 días de vaciado el concreto, se denota como ′ . Para determinar la resistencia a compresión del concreto se somete a una probeta estandarizada a un ensayo de carga axial hasta hacer fallar el cilindro.
En la práctica, comúnmente se emplean concretos de ′ entre 350 pudiendo alcanzar resistencias mayores.
150
y
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Factores que aumentan el valor de ′ :
Disminución de la relación agua cemento ( / ) en la mezcla de concreto. La cantidad mínima de agua requerida es de 0.20 litros por kilogramo de cemento, es decir: / ≅ 0.20 al peso. En edificaciones se tienen relaciones típicas / de entre 0.40 y 0.60 al peso.
Calidad y dosificación adecuada de la arena y la piedra.
El control sobre el mezclado, transporte compactación o vibrado.
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/′ 1.2
500
1.0 2
400
/ 300
0.7
′
200 0.3 100
0 0.4
0.6
/
0.8
Influencia de la relación / en la resistencia del concreto ′ Adaptado de Ersay (2000)
1.0 1
3
7
28 Días
2 Años Tiempo
Relación aproximada entre la edad del concreto y la resistencia del cilindro (El eje de las → en escala logarítmica)
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también conocido como el modulo de Young, se refiere a la pendiente de la curva Esfuerzo-Deformación en el concreto. Usualmente se establece como la pendiente de una recta entre el origen y un punto con esfuerzo de 0.45 ∙ ′ puede calcularse como:
= 15100 ∙ ′ con ′ en P
DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION UNITARIA
′ 0.8 0.9 ∙ ′
P
0.002
0.003 0.004
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/
′ = 420 /
400
′ = 350 / ′ = 280 /
300
′ = 210 / 200
′ = 140 /
100
0.001
0.002
0.003
Curvas de Esfuerzo- deformación para concretos de distinta calidad
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es bastante pequeña en comparación con su resistencia a la compresión, en general puede decirse que
= 0.10 ∙ ′ también llamado modulo de ruptura, puede calcularse como,
= 2 ∙ ′ es la relación que existe entre el ensanchamiento de la sección transversal ′ y su acortamiento longitudinal cuando es aplicada una fuerza a compresión sobre el cilindro. En el concreto la relación de Poisson ′ / varia entre 0.15 y 0.20
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P
′
P
= ′ /
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO para el concreto, el valor del esfuerzo cortante unitario último cuando ocurre en combinación con flexión ha sido típicamente asumido como,
= 0.53 ∙ ′ es el fenómeno relacionado con las deformaciones bajo cargas que permanecen aplicadas durante un periodo de tiempo largo.
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FLUJO PLÁSTICO EN EL CONCRETO Entre y la carga es constante En ocurre la descarga
= Deformación
instantánea al aplicar la carga el día 28, para la figura.
′
debido a la carga aplicada el día 28.
28 d 2m
= Deformación a largo plazo bajo
3m
′
′ =
′ = Deformación que se recupera a
Deformación recuperada inmediatamente al retirar la carga.
largo plazo.
= Deformación plástica que no se recupera .
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO el concreto se contrae al perder humedad, disminuyendo de volumen; este fenómeno se conoce como retracción. Por el contrario si el concreto seco se humedece aumenta de volumen. Para minimizar la perdida de humedad el concreto posterior al vaciado debe “curarse”, protegiéndolo así de la acción del viento y de los rayos solares durante los primeros días y “regándolo” con agua para mantener la humedad en la superficie.
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO el concreto se dilata o se contrae cuando la temperatura aumenta o disminuye, causando esfuerzos que pueden ser grandes cuando se trata de elementos estructurales de dimensiones considerables debiéndose colocar en ellos juntas de dilatación a distancias adecuadas. En edificaciones es recomendable mantener las dimensiones de los elementos estructurales por debajo de los 40 .
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO el peso por unidad de volumen del concreto podrá tomarse como sigue:
Tipo En masa
2300
Armado
2500
En edificaciones de concreto armado se recomienda usar: = para el calculo del peso propio.
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Las barras (cabillas, redondos o varillas) de acero para el refuerzo se obtienen de la combinación del hierro con pequeñas cantidades de carbón (entre 0.05% y 2%). Se incluyen además pequeñas cantidades de otros minerales como Magnesio, Sílice y Azufre. A mayor contenido de carbón se alcanzan mayores resistencias pero menor ductilidad, es decir la barra pierde capacidad de deformación en el rango plástico. la sección transversal de las barras es de forma circular y alcanza diámetros de hasta 2.25”. Se designan por su diámetro (3/8”) o por el numero de octavos de pulgada de su diámetro, por ejemplo #4, #6, #7 para barras de 1/2”, 3/4” y 7/8” respectivamente.
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Las barras corrugadas no tienen un diámetro único debido a la presencia de corrugaciones, por lo que se usa un que es aquel de una barra lisa equivalente que tenga el mismo peso de la barra corrugada. El tipo de barra mas usado es el − 60 con un esfuerzo de cedencia nominal de = 4200 / . En algunos países se usan barras − 40 con = 2800 / principalmente como estribos.
Modulo de elasticidad:
= 2.1 ∙ 10 /
Peso Específico:
= 7850 / Tipo
/
− 60
4200
0.00206
− 40
2800
0.00137
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Adicionalmente el refuerzo se podrá encontrar en forma de , para la construcción de pavimentos, losas de entrepiso o techo. Se designan por el calibre o diámetro de la barra y por su separación.
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Teoría de la Línea Recta o de los Esfuerzos de Trabajo
• Investigada por EMPERGER, Talbot, Melan, Morsch, Marcus, Probst, Hennebique y otros. • Es la teoría aun válida para la verificación de deflexiones en elementos de concreto armado.
• Investigada por Suenson, Whitney, Pasternak,
Teoría de Rotura
Loleit. • Es la teoría que actualmente se emplea en el diseño del concreto armado.
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a) Diseño por esfuerzos admisibles:
Los elementos se dimensionan de manera que los esfuerzos en el acero y en el concreto resultantes de cargas normales de servicio, estén dentro de unos límites especificados. Estos límites, conocidos como son apenas fracciones de los esfuerzos de falla de los materiales. Los elementos pueden diseñarse con base en métodos elásticos siempre y cuando los esfuerzos para las cargas de servicio permanezcan por debajo de estos límites.
• En la práctica se establecen valores para los esfuerzos admisibles, que para el concreto son de aproximadamente la mitad de su resistencia a la comprensión, y para el acero, la mitad de su esfuerzo de fluencia.
() > ()
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b) Diseño por resistencia o estados limites:
La resistencia real debe ser mayor que la resistencia requerida bajo ciertas combinaciones de cargas hipotéticas. Para estructuras de concreto reforzado sujetas a cargas cercanas a las de falla, uno o los dos materiales, el concreto y el acero, estarán inevitablemente en su rango inelástico no lineal. Un elemento diseñado por el método de la resistencia debe también demostrar un comportamiento satisfactorio bajo las cargas normales de servicio.
ñ ≥ ∅ ≥
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El acero se colocará en la zona adecuada para resistir:
La totalidad de los esfuerzos de tracción. Una parte de los esfuerzos de compresión corte y torsión. es aquella que resiste tracción o parte de la compresión. Se coloca a lo largo del eje longitudinal del elemento. En ocasiones se denomina armadura longitudinal. es aquella dispuesta para resistir corte por flexión o torsión en forma de “estribos” en vigas y las “ligaduras” en columnas. Se colocan enmarcando las barras principales a separaciones pequeñas. El refuerzo transversal soporta el corte y confina el concreto incrementando su resistencia y capacidad de deformación última.
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en losas se emplea para mantener en posición a las barras principales. Distribuir las cargas y resistir esfuerzos producidos por cambios de temperatura, retracción, y flujo plástico.
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Es la capa exterior del concreto que recubre las barras, el mismo se obtiene durante el vaciado del elemento estructural (viga, columna, losa, etc.). Los frisos con mortero aunque protegen del fuego y la oxidación no se consideran como parte del elemento estructural. La dimensión del recubrimiento se escoge según:
Exposición del elemento estructural. Tipo de vaciado. Riesgo de incendio. Calidad del ambiente.
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el concreto puede estar en contacto con el fuego unas 3 horas sin necesidad de utilizar recubrimientos anti-fuego. minimiza vibraciones y desplazamientos laterales ante un sismo. poseen vidas útiles muy largas y no necesitan de gran mantenimiento. Los materiales que forman el concreto, la arena, piedra, agua, cemento y acero se consiguen fácilmente en grandes cantidades.
El proceso constructivo requiere el uso de encofrados y apuntalamiento. Gran parte de la resistencia de una estructura de concreto armado es destinada a soportar su propio peso.
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Contiene requisitos mínimos para:
Materiales Diseño y detallado de edificaciones de concreto estructural. Sistemas estructurales, miembros y conexiones. Concreto construido en obra, prefabricado, concreto simple, no preesforzado y preesforzado. Diseño y construcción para resistencia, funcionamiento y durabilidad. Combinaciones de caga, factores de carga y de minoración de resistencia. Métodos de Análisis estructural, limites de deflexiones, anclaje mecánico y por adherencia. Información sobre los documentos de construcción, inspección en obra y ensayos de los materiales. Métodos para evaluar estructuras existentes.
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Cap.
Contenido
Cap.
Contenido
1
Generalidades
11
Muros
2
Notación y terminología
12
Diafragmas
3
Normas citadas
13
Cimentaciones
4
Requisitos para sistemas estructurales
14
Concreto Simple
15
Nudos viga-columna y losa-columna
5
Cargas
16
Conexiones entre miembros
6
Análisis Estructural
17
Anclaje al concreto
7
Losas en una dirección
18
Estructuras sismorresistentes
8
Losas en dos direcciones
9
Vigas
19
Concreto: requisitos de diseño y durabilidad
10
Columnas
20
Refuerzo de acero: propiedades, durabilidad y embebidos.
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Cap. 21
Contenido Factores de reducción de resistencia
-
Contenido Referencias del Comentario
Apéndice A
Información acerca del acero de refuerzo.
Apéndice B
Equivalencia de las ecuaciones no homogéneas en el reglamento en sistema métrico SI, sistema métrico MKS, y unidades usuales en USA
22
Resistencia de las secciones de los miembros
23
Modelos Puntal-Tensor
24
Requisitos de funcionamiento
25
Detalles del Refuerzo
26
Documentos de construcción e inspección
-
Glosario de términos usados en el reglamento
27
Evaluación de la resistencia de estructuras existentes
-
Índice
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Exposición del Concreto
Miembro
Refuerzo
Recubrimiento especificado (cm)
Construido contra el suelo y permanentemente en contacto con el.
Todos
Todos
7.50
Barras iguales o mayores a 3/4”
5
Hasta Barras de 5/8”
4
Losas, Nervios y muros
Barras mayores a 1 y 3/8”
4
Hasta barras de 1 y 3/8”
2
Vigas, columnas y pedestales
Armadura principal, estribos, espirales y estribos cerrados para confinamiento.
4
Expuesto a la intemperie o en contacto con el suelo
No expuesto a la intemperie ni en contacto con el suelo
Todos
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http://aulaseproinca.blogspot.com/2016/05/codi go-asce-7-10.html
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http://aulaseproinca.blogspot.com/2016/04/aci-352rs-02diseno-de-conexiones-viga.html
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Permanentes
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Permanentes
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Permanentes
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Permanentes
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DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Variables
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