CONTENIDO INTRODUCCION ...................................................................................................................... 2 OBJETIVOS ............................................................................................................................... 3 ELEMENTOS ESTRUCTURALES ............................................................................................ 4 Elementos lineales ................................................................................................................... 4 Elementos bidimensionales ...................................................................................................... 4 Elementos tridimensionales ..................................................................................................... 5 Columna.................................................................................................................................. Columna.................................................................................................................................. 5 Viga ........................................................................................................................................ 6 Viga de arriostre...................................................................................................................... arriostre ...................................................................................................................... 8 Cimientos ................................................................................................................................ 8 Cimentaciones superficiales ..................................................................................................... 9 Cimentaciones ciclópeas ...................................................................................................... 9 Zapatas ................................................................................................................................ 9 Cimientos corridos............................................................................................................. corridos ............................................................................................................. 10 Zapatas com binadas binadas........................................................................................................... ........................................................................................................... 11 Losas de cimentación......................................................................................................... cimentación ......................................................................................................... 11 Cimentaciones semiprofundas ............................................................................................... 13 Cimentaciones profundas....................................................................................................... profundas....................................................................................................... 13 Cimentaciones de máquinas................................................................................................... máquinas ................................................................................................... 14 Solera.................................................................................................................................... Solera .................................................................................................................................... 15 Pedestal ................................................................................................................................. 15 Contrafuerte .......................................................................................................................... 15 Losa plana Losa plana ............................................................................................................................. 18 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 20 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 21 Li bros bros.................................................................................................................................... .................................................................................................................................... 21 Sitios de internet.................................................................................................................... internet .................................................................................................................... 21
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INTRODUCCION Una estructura es un sistema en el cual cada una de sus partes cumple con una función. función. Estas partes son los elementos estructurales. estructurales . El fin de toda estructura es soportar las distintas binaciones posi bles bles de cargas y transmitirlas al suelo, esto sin que la estructura falle. com binaciones falle. Si la estructura falla, lo que se requiere de ella es que no lo haga a bruptamente bruptamente para que los ocupantes pueda ponerse a salvo antes que colapse. colapse. Para que cada elemento estructural cumpla con la función que se le requiere, de be b e poseer ciertas características geométricas, constructivas y de diseño. diseño. Este documento se enfocará en las propiedades constructivas de los elementos estructurales, específicamente se ha blará blará de las características del armado y su comportamiento dentro de la estructura. estructura .
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OBJETIVOS El principal o bjetivo es introducirse en el mundo de las estructuras en concreto, investigar el comportamiento y las características de la armadura de los distintos elementos estructurales. Todo esto acompañando la información con una serie de fotografías que den una clara idea gráfica de lo que se expone. Además se requiere: 1. Esta blecer en que puntos de los distintos elementos se concentra la mayor cantidad de refuerzo y por qué. 2. Definir la función de los estri bos y zunchos, y descri bir las diferencias entre ellos. 3. Identificar cinco características que definen la calidad de un buen armado estructural.
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ELEMENTOS ESTRUCTURALES Un elemento estructural es cada una de las partes diferenciadas aunque vinculadas en que puede ser dividida una estructura a efectos de su diseño. El diseño y compro bación de estos elementos se hace de acuerdo con los principios de la ingeniería estructural y la resistencia de materiales. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres criterios principales: 1. Pos sus dimensiones: unidimensionales (vigas, arcos, pilares, etc.), bidimensionales ( placas, láminas, mem branas) o tridimensionales. 2. Por su forma geométrica y/o posición. 3. Por los esfuerzos predominantes: tensión (mem branas y ca bles), compresión ( pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas) o torsión (e jes de transmisión, etc.).
Elementos lineales Los elementos lineales o unidimensionales o prismas mecánicos, están generalmente sometidos a un estado de tensión plana con esfuerzos tensiones grandes en la dirección de línea central (que puede ser recto o curvo). Su largo suele ser mucho mayor que el alto y ancho. Estos elementos se pueden clasificar asi: 1. Verticales, comprimidos y rectos: columnas, pilote y pedestales. 2. Horizontales, flexionados y rectos: vigas, dinteles, cimientos corridos, tensores de techo. 3. Diagonales y rectos: arriostres, barras diagonales de una celosía o entramado triangulado, 4. Flexionados y curvos: arcos continuos o vigas en voladizo.
Elementos bidimensionales En estos elementos el grosor es mucho menor que las otras dos dimensiones. Pueden dividirse según la forma que tengan en elementos, así: 1. Horizontales, flexionados y planos: losas de cimentación y zapatas. 2. Verticales, flexionados y planos: muros de contención. 3. Verticales, comprimidos y planos: muros de carga y ta biques. 4. Flexionados y curvos: placas de revolución, depósitos cilíndricos y esféricos. 5. Tensados y curvos: mem branas elásticas , muros de depósitos con fluidos a presión.
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Elementos tridimensionales Los elementos tridimensionales o volumétricos son elementos que en general presentan estados de tensión biaxial o triaxial, en los que no predomina una dimensión so bre las otras. Además estos elementos suelen presentar tensiones y compresiones simultáneamente en diferentes direcciones, por lo que el estado de sus esfuerzos es complicado. Entre este tipo de elementos están: 1. Mensulas de sustentación. 2. Zapatas que presentan compresion en direcciones cerca de la vertical y tensión en direcciones cerca de la horizontal.
Columna Una columna es un elemento vertical y de forma alargada que sirve, en general, para sostener el peso de la estructura, aunque tam bién puede tener fines decorativos. De ordinario, su sección es circular; cuando es cuadrangular suele denominarse pilar, o pilastra si está adosada a un muro. Cuando las columnas se encuentran dentro de muros de mampostería se les llama mochetas. En este caso además de tra ba jar según lo explicado en el párrafo anterior, sirven como elementos de amarre para la mampostería. El armado de una columna posee una serie de barras longitudinales corridas o parciales (hasta cierta altura de la columna) y refuerzo por corte, éste ultimo puede ser de dos tipos: 1. Estri bos: se utilizan por lo general en columnas rectangulares y sirven para confinar el núcleo de la columna y contrarrestar los esfuerzos de corte producido por el pandeo y las fuerzas perpendiculares al e je de la columna. Los ganchos donde se cierran los estri bos de ben ir alternándose en forma de espiral. 2. Zunchos: son estri bos en forma de espiral (continuos), se utilizan casi exclusivamente en columnas circulares o elípticas. Proporcionan un mayor confinamiento de bido a su continuidad. En el caso de los estri bos se puede decir que entre los mismos hay una carencia de refuerzo a corte. Los zunchos tienen el largo de las barras con que se disponga en el proyecto, esto implica que de be ha ber traslape entre barras para ³zunchar´ una columna, estos traslapes de ben ser como mínimo de 1.5 vueltas.
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Columna con estribos, solera de amarre y zapata.
Columnas circulares con zunchos, al centro se ve las formaletas metálicas utilizadas para fundirlas.
Viga Una viga es un elemento estructural que se somete a cargas que actúan transversalmente a su e je longitudinal. Las cargas originan esfuerzos internos en forma de fuerzas cortantes y momentos flexionantes, además deforman el e je longitudinal en una línea curva. Los momentos flexionantes provocan tensiones y compresión, en el borde inferior y superior respectivamente. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes. Tam bién pueden producirse tensiones por torsión, so bre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de una losa. 6
El armado de una viga consta de: 1. Barras corridas que sirven para contrarrestar los esfuerzos de tensión y compresión axiales. 2. Bastones y/o tensiones que se colocan donde están los cam bios de concavidad en la elástica de la viga, siempre van en el lado donde hay esfuerzo a tensión. 3. Estri bos que sirven para confinar el núcleo y contrarrestar los esfuerzos de corte, se 1
suelen confinar en las partes de la viga que presentan mayor esfuerzo de corte. El ACI recomienda colocar los primeros dos estri bos (es decir los más próximos al apoyo en am bos extremos) a una separación de cinco centímetros entre ellos.
Detalle
de una viga de concreto. Véase que los bastones (líneas punteadas) se encuentran en los
puntos de cambio de concavidad de la elástica y siempre en el lado sometido a tensión.
Armadura de vigas. 1
Colocar los estri bos a una separación varia ble en distintos lugares del elemento según lo requiran la variación de los esfuerzos de corte. 7
Viga
de arriostre
Teóricamente este elemento de bería tra ba jar ba jo esfuerzos axiales. Su función es arriostrar los ciminetos de columnas y otros elementos. Se coloca por lo general a poca distancia por de ba jo del suelo (unos veinte centímetros aproximadamente) cerca de las coronas de pedestales o en las bases de columnas. El armado es muy simple, incluye barras longitudinales que por lo general tra ba jan a tensión o compresión simple y estri bos. Los estri bos de ben cumplir con los mismos requisitos que en las columnas y no se suelen confinar .
Viga de arriostre entre predestales.
Cimientos Se denomina cimentación al con junto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. De bido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados.
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Cimentaciones
superficiales
Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente valor soporte2 o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas. En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se produzcan deterioros. Las cimentaciones superficiales se clasifican en: 1. Cimentaciones ciclópeas. 2. Zapatas. 3. Cimientos corridos. 4. Zapatas com binadas. 5. Losas de cimentación.
Cimentaciones ciclópeas En terrenos cohesivos donde la zan ja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo (hormigón) es sencillo y económico. El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zan ja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte el concreto, procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras, de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas. Este es un sistema que ha quedado prácticamente en desuso, se usa ba en construcciones con cargas poco importantes. Precauciones: 1. Tratar que las piedras no estén en contacto con la pared de la zan ja. 2. Que las piedras no queden amontonadas. 3. Alternar en capas el hormigón y las piedras. 4. Cada piedra de be quedar totalmente envuelta por el hormigón. Z apatas
Las zapatas son un tipo de cimentación que sirve de base a un único elemento estructural puntual como columnas. Su función es ampliar la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin pro blemas la carga que le transmite. Cuando el momento flector en la base de la columna es
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Es la capacidad de carga que posee el suelo (k g/m^2)
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excesivo no son adecuadas y en su lugar de ben emplearse zapatas com binadas o cimientos corridos en las que se asienten más de una columna. Las zapatas según la relación entre su largo y ancho, pueden clasificarse en: rígidas o poco deforma bles y flexi bles o deforma bles. Y según la posición de la columna en la zapata se distinguen como: centradas, excéntricas e irregulares.
Cimientos corridos Se emplean para cimentar muros de carga o hileras de columnas. Estructuralmente funcionan como viga flotante que reci be cargas lineales o puntuales separadas. Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Estos cimientos tam bien funcionan como arriostres, puede reducir la presión so bre el terreno y puede puentear defectos y heterogeneidades en el terreno. Otro caso en el que resultan útiles es cuando se requerirían muchas zapatas próximas. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisi ble so bre el terreno. Su armado consta de barras longitudinales que funcionan como refuerzo secundario y tam bién sirven para conectar el refuerzo primario que va en la dirección perpendicular al cimiento. El refuerzo primario puede ser de dos tipos:
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1. Barras simples, como en las zapatas, que de ben estar colocadas de ba jo del refuerzo secundario. 2. Esla bones, como en las mochetas, éstos de ben ir con los ganchos hacia arri ba. En am bos casos este refuerzo tra ba ja a flexión.
Cimiento corrido durante la fundición, veáse armadura en la parte inferior izquierda. Z apatas combinadas
Una zapata com binada es un elemento que sirve de cimentación para dos o más columnas. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se com binan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento más esta bilizado y sometido a un menor momento resultante. Losas
de cimentación
Una losa de cimentación es una placa flotante apoyada directamente so bre el terreno. Como toda losa está sometida principalmente a esfuerzos de flexión. El grosor de la losa será proporcional a los momentos flectores actuantes so bre la misma. El refuerzo de las losas de cimentación funciona como en una enorme zapata com binada, so bre la cual se apoya varios elementos. Básicamente se trata de barras longitudinales en am bos sentidos, muchas veces en do ble cama, según el peralte y las cargas que soporte.
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Piso de un sótano.
Pila de el Puente Gemelo Agua Caliente, en el Progreso. Este proyecto nunca se terminó.
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Cimentaciones
semiprofundas
Algunos tipos de cimentaciones semiprofundas son: 1. Pozos de cimentación: son en realidad soluciones intermedias entre las superficiales y las profundas. Algunas veces estos de ben hacerse ba jo agua, cuando no puede desviarse el río, en ese caso se tra ba ja en cámaras presurizadas. 2. Arcos de ladrillo so bre machones de hormigón o mampostería. 3. Muros de contención ba jo rasante que no necesitan anclarse al terreno. 4. Micropilotes: son una variante basada en la misma idea del pilote.
Cimentaciones
profundas
Se basan en el esfuerzo cortante o fricción vertical entre el terreno y la cimentación para soportar las cargas aplicadas. De ben
tener una gran área so bre la cual distri buir un esfuerzo
suficientemente grande para soportar la carga. Algunos métodos utilizados en cimentaciones profundas son: 1. Pilotes: son elementos de cimentación es beltos que se hincan ( pilotes de desplazamiento prefa bricados) o construyen en una cavidad previamente a bierta en el terreno ( pilotes de extracción e jecutados in situ). Antiguamente eran de madera, hasta que alrededor de 1940 comenzó a emplearse el concreto.
Armadura de pilotes con zunchos.
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Detalle
de pilote para soportar una columna metálica.
2. Pantallas que no necesitan anclarse al terreno. a. pantallas isostáticas: con una línea de ancla jes. b. pantallas hiperestáticas: dos o más líneas de ancla jes.
Cimentaciones
de máquinas
A diferencia de las cimentaciones de edificios, que generalmente están sometidas a cargas estáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas o bliga a considerar el estado límite de servicio de vi braciones y el
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estado límite último de fatiga. Algunos tipos de cimentación usados para maquinaria son: tipo bloque, tipo celdas, de muros, porticadas, con pilotes, so bre apoyos elásticos y de soporte.
Solera Es un elemento estructural que se coloca horizontalmente en los muros. Sirve como: conector entre columnas o mochetas, remate de muros, sillar, dintel, y arriostre entre columnas aisladas. Puede ser de concreto armado, para soportar la flexión.
Pedestal Se denomina pedestal al soporte prismático destinado a sostener otro soporte mayor, conformando la parte inferior de una columna. Suele utilizarse mucho en estructuras metálicas para conectar las zapatas con las columnas de acero, y además aíslan estas últimas del suelo para protegerlas de la humedad. El pedestal es como una columna corta y su armado es muy similar como se o bserva en la fotografía.
Armado de un pedestal sobre una zapata excéntrica.
Contrafuerte Un contrafuerte, tam bién llamado estri bo, es un engrosamiento puntual de un muro, normalmente hacia el exterior . Se usan para transmitir las cargas transversales a la cimentación y así permiten al muro resistir empu jes.
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El origen de los contrafuertes se de be a la necesidad de soportar la componente horizontal de la carga que origina una bóveda o una cu bierta a dos aguas. Estas estructuras de cu bierta, además de su carga vertical, tienden a a brirse y empu jar transversalmente al muro que la sustenta. Por ese motivo, dicho muro de be reforzarse en esa misma dirección para no volcar . La sección transversal de un contrafuerte suele ser varia ble, ya que este tra ba ja como una viga en voladizo o ménsula. Suele armarse como una columna de peralte varia ble con barras continuas a todo lo largo, bastones adicionales y estri bos confinados en la base. Esto se de be a que justamente en la base es donde se da la mayor concentración de esfuerzos de corte y flexionantes de bidos al momento de volteo a que se ven sometidos.
Armadura de un contrafuerte prefabricado para bodega de Expogranel en Puerto Quetzal.
Contrafuertes ya colocados y sometidos a cargas en Expogranel. 16
Detalle
de armado de un contrafuerte.
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Losa
plana
Losa plana.
Pineado
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Muro
tilt up
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CONCLUSIONES 1. Reforzar un elemento de concreto no consiste simplemente en colocar mucho acero por todos lados (o en cualquier parte). Todo el elemento de be contar con el acero minimo ( por requerimientos de los códigos) y en algunos casos con acero por temperatura. Los puntos donde se concetra la mayor cantidad de acero de refuerzo son aquellos donde hay concentración de esfuerzos (tensión, compresión, corte y momentos) o ya sea donde hay cam bio de concavidad en la elástica del elemento. 2. Tando estri bos como zunchos sirven confinar el núcleo de la columna y contrarrestar los esfuerzos de corte producido por el pandeo y las fuerzas perpendiculares al e je de la columna. Los estri bos se utilizan en columnas rectangulares se puede decir que entre los mismos hay una carencia de refuerzo a corte . Los zunchos son estri bos en forma de espiral (continuos), se utilizan casi exclusivamente en columnas circulares o elípticas. Proporcionan un mayor confinamiento de bido a su continuidad. 3. Cinco de las muchas características que definen una armadura de calidad y que cumplirá con su función son: a. Se de be colocar el acero donde los esfuerzos lo requieran y en la justa cantidad. b. Cumplir con los recu brimientos especificados en la sección 7.7 del ACI. c.
Cumplir con las especificaciones de desarrollo y empalmes del Capítulo 12 de ACI.
d. Hacer un amarre correcto entre los componentes de la armadura. e. No utilizar soldadura a menos que se cumpla con lo esta blecido en la sección 3.5.2 del ACI.
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BIBLIOGRAFIA Libros Castillo Juárez, Antonio He berto y He berto Castillo Martínez. Análisis y Diseño de Estructuras. Tomo 1: Resistencia de Materiales. México: Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V., 1997.
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Sitios
de internet
Wik ipedia.
Elementos Estructurales.
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