Introduccion-concreto Armado (1)

CONCRETO ARMADO I

CONCRETO ARMADO

1.1. INTRODUCCIÓN 1.1.1. CONSUMO DEL CEMENTO EN LATINOAMERICA Y EN EL MUNDO

CONCEPTOS GENERALES Mg. Ing. Roberto Roberto Mosqueira Mosqueira Ramírez Ramírez Mg. Ing. Miguel Miguel Mosqueira Mosqueira Moreno

1.1.2. VENTAJAS

Según Mehta el consumo anual del cemento bordea los 1500 MTn

ROBERTO MOSQUEIRA RAMIREZ

Y

-Fáci -Fácill de conse consegui guirr y transp transport ortar ar -No necesita mano calificada. -Es económico comparado con otros materiales -Su uso no esta limitado en forma (represas, puentes, etc) -Tiene buena durabilidad y bajo costo en mantenimiento. -Resiste al fuego entre 1 a 3 h. -Es manejable a cualquier forma. -Posee monolitismo e hiperestaticidad (redundancia) -Posee masa y rigidez, ello lo hace menos sensible a vibraciones

DESVENTAJAS -Baja -Baja resis resisten tencia cia a la la tracció tracciónn -Es permeable (fisuras y vacíos) -Se necesita encofrados y representa un costo importante -El proceso constructivo puede ser lento, el retraso implica costo -Tiene problemas de contracción de secado si esta restringido. -Problemas de flujo plástico a largo tiempo con cambios en los esfuerzos y deflexiones. -Baja resistencia por unidad de volumen, es poco eficiente

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1.1.3. ALGUNOS EJEMPLOS DE CONCRETO SIMPLE Y CONCRETO ARMADO Manera de medir la eficiencia de un material (Resistencia / Peso específico)

Pantheon (Roma), construido por Agrippa alrededor del año 30 AC Cúpula de 43 m de diámetro, su espesor varia de 6 m en los apoyos a 1.2 m en el lucernario Vista aérea.

Joseph Monier es el creador del concreto armado (Aprox. 1850)

En 1903, se construye el Ingalls Building (Cincinnati-Ohio), el primer edificio íntegramente de concreto armado


1.1.4. CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA En laboratorio se han ensayado probetas con resistencia resistencia de 2100 kg/cm2 Se han construido edificios con concretos de 1300 kg/cm2 En el Perú se han utilizado concretos de hasta 450 kg/cm2 kg/cm2 Lo más común en el Perú son concretos de 175, 210 y 280 kg/cm2

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1.1.5. CODIGOS Y NORMAS DE CONCRETO ARMADO CÓDIGO DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE - ACI -Comenzó sus actividades en 1904, con otro nombre (National Association of Cement Users) y publica el primer código en 1910) -El primer código con el título ACI-318, se publicó en 1941. -El ACI-318, sirve de base para otros códigos, tales como el de: Canadá, Nueva Zelanda, Australia y varios países de Latino América, entre ellos, Perú, Chile, Colombia, Ecuador. -El ACI renueva cada 6 años, el último es del 2002 CÓDIGO O NORMA PERUANA E.060 -La norma E.060 está basada en el código ACI-318 del año 1986 -La norma E.060 se encuentra en revisión por el SENCICO y estará basada en el ACI-318 del 2002 CÓDIGO EUROPEO -La Comunidad Europea de Naciones ha integrado todos los códigos a uno común el CEB-FIP 1990. -Basado en este código nace el EUROCÓDIGO 2 (Parte 1)

1.2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Losas Nervadas en una dirección

Encofrado de una losa nervada

Losas con vigas anchas (banded slab)


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Losa nervada en dos sentidos o losa tipo “ waffle”, frecuente mente se utiliza para salvar grandes luces.

Losas sin vigas

Sistemas estructurales típicos de edificaciones construidas en el Perú

Losa plana sin vigas del tipo Flat Slab

Albañilería confinada

Concreto Armado con Tabiquería

Losa plana sin vigas del tipo Flat Plate

Sistema Aporticado


Sistema Dual

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1.3. PROPIEDADES DEL CONCRETO ARMADO

1.3.2. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA fć

1.3.1. CONCRETO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Los ensayos pueden estar controlados por carga o por deformación. Si es por carga la velocidad es de 2.1 @ 2.8 kg/cm2 por segundo, aproximadamente. Si es por deformación la velocidad es de 0.001 por minuto, aproximadamente.

1.3.3. RESISTENCIA DEL CONCRETO EN LA ESTRUCTURA REAL

Extracción de Testigos


Resistencia del cemento hidratado (matriz) y la resistencia de la interfase matriz - agregado

1.3.7. EFECTO DEL CONFINAMIENTO (Estados triaxiales)

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La resistencia del concreto se incrementa bajo estados triaxiales

1.3.8. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO -Concreto simple es un material frágil -Al aumentar el fć disminuye la deformación -Para concretos de 350 kg/cm2 la deformación es de 0.002 -Al alcanzar fć empieza rama descendente -La curva es lineal hasta 0.4 @ 0.5 fć -La rama ascendente se puede aproximar a una parábola


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1.3.9. MODELOS PARA EL CONCRETO

Modelos del Diagrama Esfuerzo – Deformación del concreto en compresión

Determinación de parámetros k1 y k2

k1

1   ( 3  o  c )  c 2 3  o

El coeficiente de k1 es un porcentaje del área de la parábola con respecto al área del rectángulo fć*c


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Finalmente estos coeficientes k1, k2 nos servirán para evaluar la fuerza resultante generada por los esfuerzos de compresión y la ubicación del punto de aplicación respectivamente.

El coeficiente de k2 es un porcentaje de distancia de la diferencia de c-x = x´ con respecto al valor de la deformación  c

KENT Y PARK

250 200

Confinado

) 2 m150 c / g K ( 100 c f

Modelos del Diagrama Esfuerzo – Deformación Kent - Park con acero de confinamiento

Sin Confinar

50 0 0

0. 003

0. 006

0. 009

0. 012

DeformacionesEc

Modelos del Diagrama Esfuerzo – Deformación Kent - Park para diferentes cuantías


0. 015

0. 018

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1.3.11. CONCRETOS LIVIANOS

Módulo de Elasticidad, coeficiente de Poisson y Diagrama Esfuerzo Deformación en compresión


1.3.12. RESISTENCIA DEL CONCRETO AL FUEGO

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Influencia de las altas temperaturas (incendios) en el concreto

1.4. PROPIEDADES DEL ACERO

Rosado o rojo  gris  amarillo crema o pálido

Los acero A60 pueden o no tener plataforma de fluencia.

Aparato que sirve para detectar acero y otros materiales


Para calcular su fluencia se considera para un A615 grado 60 como 0.5% de la deformación y para un A615 grado 75 como un 0.35% de su deformación

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RESISTENCIA DEL ACERO AL FUEGO

Las mallas electro soldadas tienen una elongación del 1% @ 3%. No tienen eslabón de fluencia y son menos dúctiles

Influencia de las altas temperaturas (Incendio) en el acero

A 450 ºC se puede decir que existe una reducción de resistencia


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1.5. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO

1.5.1. Ductilidad Se tiene diferentes tipos de du ctilidades, tales como: -Ductilidad de sección. -Ductilidad de elemento. -Ductilidad de nudos y conexiones. -Ductilidad global o del sistema.

Para tener una estructura estable, es preferible que las columnas sean más resistentes que las vigas, para que las rótulas plásticas se formen en las vigas

1.5.1.1. Ductilidad de sección


1.5.1.2. Ductilidad de elemento

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Falla de corte en pilar de puente, Kobe 1995.

Falla de flexión en base de las columnas. Columna sin confinamiento

1.5.1.3. Ductilidad de nudos y conexiones

Confinamiento en columnas


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Falla en los nudos

Barras longitudinales de la viga con están confinadas en el nudo (México-1985)

Esfuerzos en nudos ante solicitaciones sísmicas

1.5.1.4. Ductilidad global o del sistema

Falla en nudo. Northridge (1994) Intento de determinar la ductilidad global


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1.6. CAUSAS Y TIPOS USUALES DE FALLAS EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO 1.6.1. Influencia de la forma en planta

MECANISMOS

Mecanismo híbrido muy dúctil: rótulas en vigas y columnas Central de Telecomunicaciones (Mexico 1985)

Edificio Hanga-Roa (Chile 1985). Planta del Primer nivel. Note la configuración en planta irregular

Edificio Hanga Roa de 15 pisos y un sotano.


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Tuvo problemas de agrietamientos en losa, dinteles dañados, daños severos en muros curvos

Edificio Acapulto Chile en Viña del Mar. 15 niveles, con muros de corte longitudinales y oblicuos dispuestos como “ esqueleto de pescado”

Torsión debido a excentricidades de rigidez Daños severos en muro de corte M´ en el Edificio Acapulco

Gran rigidez concentrada lejos del centro de masas


Managua (Nicaragua). Banco de América (Izq.). Banco Central (Der.)

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SOLUCIONES

Banco America Banco Central

Separación de Bloques

Cambiar la forma en planta

Utilizar zonas de transición

1.6.2. Forma en Altura Escalonamiento invertido

Forma escalonada del edificio (Mexico-1985)


Discontinuidad vertical (Kobe-1995)

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SOLUCIONES

1.6.3. Discontinuidad de resistencia y rigidez

Managua (1972). Edificio de concreto armado de 2 pisos. Piso blando en el primer nivel debido a tabiquería en el segundo nivel

San Fernando (California). Hospital Olive View. Edificio de 1 nivel (Izq.), edificio de 5 niveles (Der.)


Hospital Olive View. Se muestra el desplazamiento de entrepiso de 81 cm, en columnas de esquina. La edificación quedó inservible y se demolió

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Imperial Valley (1979). Imperial County Services Building, Edificio de 6 pisos de Concreto Armado.

Muros de corte en la dirección N-S, pero apartir del segundo nivel, es decir que tiene discontinuidad vertical en los extremos.

Severos daños en las columnas

Acción de fuerzas sísmicas, sobre columna de esquina.

SOLUCIONES Loma Prieta (1989). San Francisco. Falla por piso blando en el primer nivel.

Mexico (1985). Falla por piso blando en un nivel intermedio


Eliminar el piso blando, tratando de tener continuidad vertical

Hacer los muros continuos en un mismo plano

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Eliminar pisos blandos intermedios

Alinear muros en un mismo plano vertical

Incremento de resistencia y rigidez en el nivel requerido

1.6.4. Columnas cortas Tracción diagonal en una columna corta

Managua (Nicaragua). Falla de columna corta en edificio de concreto armado de de 2 pisos.


Chile (1985). Edificio Fundación. Falla en columna de esquina debido a efectos de columna corta.

Pese a tener una separación entre tabique y columna se produjo el efecto de columna corta

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Nazca (1996). Locales escolares tuvieron problemas de columna corta.

Columna corta debido a un buen confinamiento de muros laterales. Note que la grieta de la columna continua con grita en el muro

Falla por columna corta en el segundo y tercer nivel, producida la falla la columna pierde rigidez y los desplazamientos laterales crecen considerablemente, finalmente, por efectos de carga axial (P-d), el refuerzo termina pandeándose y la columna corta aplastándose

Junta de espesor insufiente


Juntas realizadas con bolsas de cemento

Falla de columna corta en un estacionamiento de dos niveles.

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SOLUCIONES Juntas de tecnopor bien construidas

Ubicación de puertas a cada lado de la columna

Reducción de la tabiquería

Tabiquería a ambos lados de la columna y en toda su altura.

1.6.5. Influencia de la rigidez

Acelerograma de un suelo rígido (Z=0.4g). Perú (Lima 1970)

Fuerzas sísmicas, para estructuras en suelo rígido Insertar muros de corte en la edificación, para disminuir desplazamientos laterales, otro sistema de reforzamiento puede ser el del pórtico complementario.


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Acelerograma de un suelo blando. México 1985

Fuerzas sísmicas, para estructuras en suelo blando Efecto de amplificación (Convolución)

Edificios rígidos de albañilería armada en Santiago de Chile (1985) Fallas moderadas en edificios rígidos cimentados en suelo duro.


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DESPLAZAMIENTO = DAÑO

Colapso debido al efecto de amplificación en edificaciones de altura considerable. México (1985). Espectro de desplazamiento siempre creciente (Para suelo blando o duro)

1.6.6. Golpeteo y martilleo de Edificios 1.6.6.1. Martilleo de edificios Ocurre cuando una estructura flexible choca o impacta con una rígida.

Colapso de los pisos cobre el 4to nivel por martilleo (México-1985)


Edificio Flexible entre dos edificios rígidos

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1.6.6.2. Golpeteo de edificios

1.7. CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN -Sistemas resistentes en ambas direcciones, con c olumnas y muros de corte adecuados. -La estructura debe ser regular en masa y rigidez, con elementos continuos que transfieran correctamente la fuerza sísmica. -Los sistemas estructurales deben de disponer de redundancia (que sean en lo posible hiperestáticos) y de capacidad de deformación inelástica, que les permitan disipar energía. -Tratar en lo posible que el centro de rigidez y el centro de masa están muy cercanos, para evitar una excentricidad y por ende una torsión excesiva. -Existencia de transmisión de fuerzas mediante un sistema de diafragma rígido.

Golpeteo de estructuras aporticadas de CºAº

Dos edificios altos golpearon a la estructura más baja

1.8. PRE-DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURALES

DE

ELEMENTOS

-Losas aligeradas = L/22 @ L/25 -Losas macizas = Perímetro/180 -Altura de Vigas = L/10 @ L/12; con base b = h/2 -Área de concreto de la columna Ac=P/0.4fć; para obtener P, en condiciones de servicio, se toma w=1 @ 1.2 Tn/m2, para tijerales y arcos metálicos con cobertura liviana w = 0.6 Tn/m2 -Para el dimensionamiento de muros de corte. Se realiza en función del cortante basal V=ZUCSP/R. -Las vigas chatas se dimensionan en función del cortante.


-Evitar que la relación de dimensiones del edificio sea mayor a 4.

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