DISEÑO DE CONCRETO CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES SEGÚN E.060 Y ACI 318S14
MODULO I: PRINCIPIOS CONCEPTUALES Y DISEÑOS DE VIGA
TEMA : PRINCIPIOS CONCEPTUALES ING. EDISSON ALBERTO MOSCOSO ALCANTARA
GENERALIDADES NORMAS APLICABLES ACI 318S-14: REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA CONCRETO ESTRUCTURAL NORMA E.060: CONCRETO ARMADO (2009) NORMA E.020: CARGAS (2006) NORMA E.030: DISEÑO SISMORRESISTENTE (2016)
4 1 S 8 1 3 I C A / 0 6 0 . E a m r o N / 0 3 0 . E a m r o N / 0 2 0 . E a m r o N
DEFINICIONES Según Norma E.060 y ACI 318S-14:
CONCRETO: Mezcla de cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos.
CONCRETO ARMADO O REFORZADO: Concreto reforzado con no menos de las cuantías mínimas de refuerzo preesforzado o no preesforzado especificadas en este Reglamento.
b e W : s e n e g á m i e d
MATERIALES Concreto Material que se considera homogéneo e isotrópico, es decir, tiene las mismas propiedades en todas sus direcciones. Este comprende de los siguientes elementos ✓
Elementos activos: Agua y cemento
✓
Elementos inertes: Piedra y arena
✓
Elementos perjudiciales: Vacíos e impurezas
a p i u q e r A s o r e c A e d r o t c u r t s n o c o r t s e a M l e d l a u n a M : s e n e g á m i e d
Acero El concreto es un material que resiste muy bien los esfuerzos a compresión. Sin embargo, es muy débil ante esfuerzos a tracción. Por eso, a una estructura de concreto es necesario incluirle barras de acero con el objetivo de que la estructura tenga resistencia a la tracción. a p i u q e r A s o r e c A e d r o t c u r t s n o c o r t s e a M l e d l a u n a M : s e n e g á m i e d
Acero ( continuación) …
El acero o fierro de construcción se vende en varillas que miden 9 m de longitud. Estas varillas tienen “corrugas” alrededor y a lo largo de toda la barra que sirven para garantizar su adherencia al concreto. Estas varillas son producidas en el país por Aceros Arequipa y Sider Perú principalmente y se venden en diferentes grosores. Las más usadas y de venta comercial en el Perú son las de diámetros de 6 mm, 8 mm, 3/8”, 12 mm, 1/2”, 5/8”, 3/4”, 1” y 1 3/8”.
ú r e P r e d i S o g o l á t a C / a p i u q e r A s o r e c A e d r o t c u r t s n o c o r t s e a M l e d l a u n a M : s e n e g á m i e d
RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACIÓN Resistencia a la compresión del concreto (f’c) Se puede conocer el comportamiento del concreto mediante la relación esfuerzo-deformación.
ACI 318S-14
La Norma E.060 no
b e W : s e n e g á m I / 4 1 S 8 1 3 I C A
Resistencia a la compresión del concreto (f’c) ( continuación) …
f c = Esfuerzo a la compresión del concreto εc = Deformación unitaria del concreto
LEY DE HOOKE: =
Ec = Módulo de Elasticidad del concreto
Resistencia a la fluencia del Acero de refuerzo (fy) Se considera Resistencia a la fluencia al esfuerzo máximo del acero de refuerzo en el intervalo de comportamiento lineal, es decir hasta el punto donde se cumple la ley de Hooke. El ACI y el RNE, considera para el análisis y diseño estructural, el modelo elastoplástico de este.
Modelo Elastoplástico: : ≥ → = : < → =
b e w a l e d s e n e g á m I / 0 6 0 . E a m r o N
Resistencia a la fluencia del Acero de refuerzo (fy) ( continuación) …
El acero de refuerzo se considera de un solo módulo de elasticidad aunque las resistencias a la fluencia sean diferentes. Así también, en cuanto mayor sea la resistencia a la fluencia la ductilidad del acero será menor generalmente. Es común utilizar en el Perú aceros de fy=4200 kg/cm2, sea en acero longitudinal o acero transversal (estribos).
b e w a l e d n e g a m I / 0 6 0 . E a m r o N
Resistencia a la tracción del concreto: Módulo de Rotura
([f’c]=MPa)
([f’c]=kgf/cm2)
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Límite de proporcionalidad El límite de proporcionalidad corresponde hasta el momento donde la viga se comporta linealmente, esto es, cuando cumpla la ley de Hooke. En este caso puede afirmarse que: ✓ ✓
El eje neutro pasa a través del centro de gravedad de la sección transversal. La magnitud de los esfuerzos de flexión normales a la sección aumenta directamente con la distancia desde el eje neutro y es máxima en las fibras extremas. Donde:
= ✓
f: Esfuerzo normal a una distancia “y” medida desde el eje neutro.
M: Momento flector actuante en la sección. I: Momento de Inercia con respecto al eje neutro
El esfuerzo cortante () en cualquier punto de la sección transversal está dado por:
=
Donde: V: Cortante total de la sección Q: Momento Estático con respecto al eje neutro de la porción limitada por el punto y el extremo de la viga I: Momento de Inercia con respecto al eje neutro b: Ancho de la viga en el punto
n o s s l i N . H r u h t r A –
o t e r c n o C e d s a r u t c u r t s E e d o ñ e s i D
PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO ARMADO En el Anexo 1 de la Norma E.020, se encuentra los pesos unitarios de los materiales típicos usados en la construcción, en este puede verificarse que el peso específico del concreto armado es 2400 kg/m3.
= ൗ
b e w a l e d n e g a m I / 0 6 0 . E a m r o N
También, en la Norma E.060, capítulo 8, puede verificarse el Módulo de elasticidad del concreto (Ec) y el módulo de corte (G).
Según la fórmula del Módulo de Corte y la suposición de la Norma E.060 se puede obtener el módulo de poisson (μ). Según ACI 318-14: = 0.4 ⇒ = 0.25 = (+) ⇒ = 0.15
0 6 0 . E a m r o N
Según Norma E.060
Según ACI 318-14
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FLUJO PLÁSTICO (CREEP) ✓
El concreto que este sometido a cargas de compresión a lo largo del tiempo, tendrá una deformación adicional a la instantánea, a esta deformación se llama flujo plástico o Creep.
✓
Esta deformación puede ser aproximadamente 2 o 3 veces la deformación inicial.
✓
Durante el primer año podría obtenerse hasta un 75% del flujo.
✓
Si la carga es retirada, una parte de la deformación plástica es recuperada.
c a m r o C c M –
o d a z r o f e r o t e r c n o C e d o ñ e s i D
FISURACIÓN DEBIDA A LA RETRACCIÓN POR SECADO O FRAGUA Según el capítulo 3 del ACI 224R-01: ✓
La retracción por secado del concreto es la disminución de volumen provocada por la pérdida de agua.
✓
Si no se la controla, la retracción por secado puede provocar problemas de serviciabilidad, tales como deflexiones excesivas, y problemas de durabilidad, tales como deterioro por ciclos de congelamiento y deshielo y corrosión en las fisuras.
✓
Las buenas prácticas de diseño y construcción pueden minimizar la cantidad de fisuración y eliminar o controlar las grandes fisuras visibles minimizando la restricción usando armaduras y juntas de construcción adecuadas.
✓
En la mayoría de las estructuras la fisuración debida a la retracción por secado nunca se puede eliminar.
1 0 R 4 2 2 I C A
Según el capítulo 3 del ACI 224R-01: ✓
La contracción de un componente de concreto de una estructura siempre está sujeta a algún grado de restricción por parte de la cimentación, otra parte de la estructura o las armaduras de acero empotradas en el concreto.
✓
La combinación de retracción y restricción desarrolla tensiones de tracción dentro del concreto. Debido a la baja resistencia a la tracción inherente al hormigón, con frecuencia habrá fisuración.
✓
De la retracción no uniforme surge un grado de restricción adicional. Como el secado ocurre de manera no uniforme desde la superficie hacia el núcleo del concreto, la fisuración creará tensiones de tracción internas próximas a la superficie y compresiones en el núcleo. La retracción diferencial puede provocar alabeo y fisuras superficiales. Con el tiempo, las fisuras superficiales pueden penetrar más profundamente en el miembro de concreto, a medida que la parte interna está sujeta a retracción adicional.
MURO
LOSA Fisuración del concreto en losa maciza provocada por la retracción por secado y
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FACTORES QUE CONTROLAN LA RETRACCIÓN POR SECADO DEL CONCRETO Según el capítulo 3 del ACI 224R-01: ✓
Humedad relativa y tiempo de secado
✓
Influencia de la cantidad y tipo de agregados
✓
Contenido de pasta y relación a/c
✓
Influencia del tamaño del miembro
✓
Efecto del curado sobre la retracción
✓
Efecto de los aditivos
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CONTROL DE LA FISURACIÓN POR RETRACCIÓN ✓
Reducción de la tendencia a la fisuración: La retracción por secado se puede reducir usando menos agua en la mezcla y el mayor tamaño máximo de agregado posible. Se puede lograr un menor contenido de agua usando un agregado bien graduado, una consistencia más rígida y una mayor temperatura inicial del concreto. El concreto puede soportar mayores deformaciones por tracción si la tensión se aplica lentamente; por lo tanto, es recomendable impedir el secado rápido del concreto. El secado rápido del hormigón se puede impedir usando compuestos de curado, aún después de un curado con agua.
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Armaduras: En ACI 318 ó ACI 350R se indica la mínima cantidad y separación de armadura a utilizar en losas de piso, losas de techo y muros estructurales para controlar la fisuración por temperatura y retracción. La cuantía mínima de armadura - comprendida entre 0,18 y 0,20% - normalmente no controla las fisuras manteniéndolas dentro de límites de diseño aceptables. Para controlar las fisuras y mantenerlas en un nivel en general aceptable es necesario que la cuantía requerida sea mayor que alrededor de 0,60%.
✓
Juntas: Emplear juntas es un método efectivo para impedir la formación de fisuras desagradables a la vista.
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EDIFICACIONES CON MUROS DE ALBAÑILERÍA CONFINADA
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EDIFICACIONES CON MUROS DE ALBAÑILERÍA ARMADA
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EDIFICACIONES CON MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA
o c s a l B o c n a l B o i n o t n A . g n I
PROBLEMAS DEL CONCRETO EN MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA POR FALTA DE CONTROL
S O R E I N E G N I M E
