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• Emanuel Romero

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Nuevos Reglamentos Inti Cirsoc Conceptos de diseño Módulo I- Parte A Ministerio de Infraestructura Planeamiento y Servicios Públicos Provincia de Chubut

Ministerio de Infraestructura , Planeamiento y Servicios Públicos

Introducción Módulo I Evolución de los Reglamentos y Conceptos de diseño estructural

Los Reglamentos de Seguridad para las Obras Civiles Los Reglamentos de Seguridad para las Obras Civiles establecen los requerimientos mínimos para el diseño y construcción de las estructuras, las que deben ser capaces de resistir las acciones previstas durante los períodos de construcción y de servicio, ofreciendo la seguridad adecuada al uso al que se destinen durante su período de vida útil. LA SOCIEDAD EXIGE ESTRUCTURAS

SEGURAS

CONFORTABLES

QUE NO FALLEN = RESISTENCIA

ECONOMICAS Y APTAS = BUEN SERVICIO

Ing Rodolfo Orler

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Situación actual del Reglamento en el país

•Categorías en el proyecto y construcción de estructuras: 1) Construcción “clandestina”. 2) Albañiles, capataces y constructores. 3) La cantidad de obras ejecutadas en las que no se presenta la documentación completa de la estructura y su diseño es importante. 4) La cantidad de m2 proyectados “reglamentariamente” es reducida.

Ing Rodolfo Orler

y

construidos

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Preocupación por la seguridad

Ing Rodolfo Orler

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Preocupación por la seguridad

Ing Rodolfo Orler

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Tal como lo expresa en su libro el Profesor Ing Giovambattista

…los reglamentos de seguridad estructural son , en definitiva , un acuerdo social sobre el nivel o grado de seguridad que la Sociedad está dispuesta a aceptar y exigir…

E indica : El Reglamento es un documento de orden público que debe ser cumplido por el conjunto de la Sociedad…

Ing Rodolfo Orler

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



La Argentina tiene una larga historia de reglamentos de seguridad para estructuras de hormigón. El primer antecedente fue el Código de Edificación de Buenos Aires de 1930. Estaba basado en la norma DIN 1045 e inició la tendencia basada en la escuela europea. A principios de 1960 se crea el CINEH dependiente del INTI, en el que los Ings. Bignoli, Fava y Guzmán elaboran el Proyecto de Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón (PRAEH) del año 1964.



Tuvo como base de diseño el Comité Europeo del Hormigón y los conocimientos más avanzados de la época.



En lo que respecta a materiales y tecnología del hormigón, se basaba en la norma ACI 318, entre otras.

Ing Rodolfo Orler

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El primer cuerpo de Reglamentos que surge en 1980 se encomienda a varios asesores de reconocido prestigio, y en el caso del Reglamento 201, a los Ings. Bignoli, Burgoa, Colina, Fava, Öfele y al Ing. Machado.

Ing Rodolfo Orler

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La base de dimensionado del CIRSOC 201-82 fue la norma DIN 1045, y en lo que corresponde a materiales y procesos constructivos, las normas ACI. Como nuestro país es federal, las provincias y los municipios debieron adherir a este cuerpo reglamentario a través de la incorporación en sus pliegos de especificaciones. Ing Rodolfo Orler

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Alternativas planteadas MANTENER LA SITUACIÓN ACTUAL IMPONER EL ACTUAL CIRSOC 201 OPCIONES POSIBLES DESARROLLAR UN NUEVO REGLAMENTO

ADOPTAR UN REGLAMENTO DE OTRO PAÍS Ing Rodolfo Orler

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Situación de los Reglamentos en América

Situación previa

Ing Rodolfo Situación actual Orler

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Situación de los Reglamentos en América

Situación previa

Ing Rodolfo Orler Situación actual

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Filosofía de los Reglamentos

-

Modelo Europeo EUROCÓDIGOS

Modelo Norteamericano ACI-318

De origen académico Base de Reglamentos Poco práctico Sólida base teórica Es nuevo Poco soporte de software Menor literatura Poco uso fuera de Europa Racional Conjunto reglamentario

- De consenso - Inercia para modificar - Práctico - Sólida base experimental - Probado mucho tiempo - Soporte de software - Literatura de apoyo - Uso en Latinoamérica y conocimiento en Europa - Empírico - Empatía con sísmica Ing Rodolfo Orler

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En discusión Pública Nuevos Reglamentos de Estructuras de Hormigón y de Puentes

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Reglamentos CIRSOC e INPRES-CIRSOC aprobados por Resolución N° 247/2012, publicada en el Boletín Oficial del 4 de Julio de 2012 en vigencia legal desde el 1 de enero de 2013                     

Área 100 – Acciones sobre las estructuras CIRSOC 101-2005 CIRSOC 102-2005 CIRSOC 104-2005 CIRSOC 108 INPRES-CIRSOC 103 | Parte II - Parte IV - 2005 Área 200 – Estructuras de hormigón CIRSOC 201-2005 Área 300 – Estructuras de acero CIRSOC 301-2005 CIRSOC 302-2005 CIRSOC 303-2005 CIRSOC 304-2005 CIRSOC 305-2007 CIRSOC 308-2007 Área 500 – Mampostería CIRSOC 501-2007 CIRSOC 501-E-2007 Área 700 – Estructuras de aluminio CIRSOC 701-2010 CIRSOC 704-2010

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Reglamentos de acciones

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Reglamento sin antecedentes previos de su temática en la vieja línea de ex reglamentos

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Aplicación del reglamento Cirsoc 108/07

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Nuevo enfoque de los Reglamentos Modernos

Se considera la estructura sometida a cargas mayoradas (últimas)

Se evalúa el diferente grado de conocimiento según el tipo de cargas

Se consideran diagramas tensiones – deformaciones “reales” de los materiales componentes, acero y hormigón

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Resistencia de Diseño: producto del factor de reducción de resistencia () por la resistencia nominal. Factor de Reducción de Resistencia () factor que considera: - la probabilidad de que un elemento esté por debajo de la resistencia debido a variaciones en la resistencia de los materiales y en las dimensiones, - inexactitudes en las ecuaciones de diseño, - el grado de ductilidad y la confiabilidad requerida para el elemento bajo los efectos de la carga y - la importancia del elemento en la estructura. Resistencia Requerida (U): producto de los factores de carga por los efectos de las cargas de servicio.

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Métodos de diseño Se calcula la capacidad de carga de la estructura o sus elementos

Se calculan los efectos que producen las cargas máximas en las estructuras o sus elementos

Se reduce por: - Propiedades de los materiales - Dimensiones de los elementos - Aproximación de los modelos

Se incrementan por: Incertidumbres en los valores de las cargas en la vida útil de la estructura

RESISTENCIA FACTORIZADA O MINORADA

EFECTOS DE CARGAS FACTORIZADOS O MAYORADOS  . Rn   . Qn

Factor de resistencia Factor de carga

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Verificar la estructura en estado de servicio Ambos consideran no linealidades: - Geométricas - De materiales 23 - Imperfecciones

Los elementos estructurales se dimensionarán para obtener:

RESISTENCIA (de diseño)

Se obtiene con las dimensiones de las secciones

RESISTENCIA NECESARIA (requerida)



Se calculan con las cargas mayoradas combinadas de la forma establecida por el Reglamento Cirsoc 201/05

Deben verificarse otros requerimientos que aseguren el correcto funcionamiento de la estructura bajo condiciones de servicio Ing Rodolfo Orler

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• U = 1,4 (D + F) (9-1) • U = 1,2 (D + F + T) + 1,6 (L + H) + 0,5 (Lr ó S ó R) (9-2) • U = 1,2 D + 1,6 (Lr ó S ó R) + (f1 L ó 0,8 W) • U = 1,2 D + 1,6 W + f1 L + 0,5 (Lr ó S ó R) (9-4) • U = 1,2 D + 1,0 E + f1 (L + Lr) + f2 S • U = 0,9 D + 1,6 W + 1,6 H • U = 0,9 D + 1,0 E + 1,6 H siendo:

(9-3) (9-5) (9-6) (9-7)

f1 = 1,0 para lugares de concentración de público donde la sobrecarga sea mayor a 5,00 KN/m² y para playas de estacionamiento y garajes. f1 = 0,5 para otras sobrecargas. f2 = 0,7 para configuraciones particulares de cubiertas (tales como las de dientes de sierra), que no permiten evacuar la nieve acumulada. f2 = 0,2 para otras configuraciones de cubierta.

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Determinar las acciones sobre la estructura

Será “determinar” la palabra correcta??

Evaluar ?

Estimar responsablemente ?

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Supongamos estar diseñando un techo cubierto en nuestra zona patagónica cordillerana

Con qué certeza conocemos la máxima nevada que ocurrirá durante la vida útil sobre nuestro techo ?

?

Con qué certeza conocemos o estimamos las máximas Solicitaciones de viento que afectarán el mismo ?

Con que certeza podemos evaluar las máximas solicitaciones Originadas por una intensa nevada acompañada de fuertes vientos?

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Naturaleza de los fenómenos a estudiar

Los fenómenos a considerar para el dimensionamiento de estructuras en general y en particular para las estructuras de hormigón , son de naturaleza aleatoria, tanto en lo referente a las solicitaciones como así también a las resistencias de los distintos elementos estructurales.

Una variable aleatoria es aquella cuyo valor no puede ser fijado con precisión en el momento de tomar una decisión

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Variación de las cargas o solicitaciones

La carga máxima que se va a presentar en una estructura durante su vida útil no resulta posible determinarla con precisión, puede considerarse una variable aleatoria. A pesar de ello el ingeniero debe diseñar la estructura con un adecuado margen de seguridad. Se puede plantear por ejemplo , una curva de frecuencia para un tipo particular de carga, en un depósito.

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El área bajo la curva entre abscisas Q1 y Q2 , representa la probabilidad de ocurrencia de cargas Q de magnitud Q1 < Q < Q2. Para el diseño se selecciona en forma conservadora una carga de servicio especificada Qd , en la zona superior de Q. Esta carga Qd es considerablemente mayor que la carga media Qm que se estima actúa sobre la estructura.

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Se puede realizar una clasificación de carácter muy general respecto de las cargas actuantes diferenciándolas en : Cargas de naturaleza permanente Cargas vivas o sobrecargas

Las sobrecargas están vinculadas con el uso u operación de la estructura , o bien, son producto de ciertos fenómenos tales como acciones del medio ambiente tal como : la nieve, lluvia, granizo, de viento , acciones sísmicas, explosiones, ectr

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El grado de indeterminación en el valor actuante más probable sobre el elemento en estudio es naturalmente mayor con las sobrecargas , y aún mayor con aquellas derivadas de las acciones de la naturaleza

Se “corrigen” flechas excesivas con incrementos de contrapisos (!)

No obstante ,acerca de la certidumbre respecto de las cargas de peso propio debe mencionarse que relevamientos realizados en construcciones existentes encontraron diferencias de hasta un 20 % entre las cargas “previstas” por peso propio y las cargas “actuantes”

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•Resulta frecuente en proyectos de mediana envergadura , •que al momento de efectuar el análisis de cargas, el proyectista estructural no cuente con el plano de arquitectura definitivo

•En ocasiones, no se encuentran definidas con precisión la totalidad de los muros internos, tanto en posición como en longitud.

Aún cuando ello ocurra , no resulta poco frecuente que los planos de arquitectura con que se trabajó para realizar el análisis de cargas sufran luego modificaciones en la etapa constructiva, o bien, durante la vida útil de la estructura

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Frente a determinadas acciones , tales como la verificación al vuelco de una estructura o las solicitaciones en las columnas de los pisos inferiores de una estructura aporticada con acciones horizontales,

Deben evaluarse con criterio la mínima carga de peso propio asociada con las cargas horizontales.

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La carga a considerar puede ser

La máxima ( para superponer con la carga permanente)

La sobrecarga media ( para evaluar deformaciones en vigas)

La mínima ( para estudiar la estabilidad al vuelco de una estructura).

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A modo de ejemplo , para un tanque elevado, a fin de verificar su estabilidad y las solicitaciones más desfavorables en columnas, debe evaluarse la posibilidad de tanque vacío junto a la acción máxima de viento Deformada bajo cargas de viento

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Los reglamentos especifican para un determinado tipo de sobrecarga un solo valor y modifican las restantes posibilidades con adecuados factores de carga. Respecto de la variación en extensión , a medida que el área cargada en edificios es más extensa, disminuye la posibilidad que toda la superficie esté sometida a su máximo valor ,con excepción de locales tales como depósitos, estacionamiento de autos, tribunas de fútbol, ectr.

La evaluación de las cargas permanentes y de las sobrecargas mínimas a considerar en edificios se tratan en el CIRSOC 101 / 05.

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Propiedades del material Hormigón Armado Generalidades

Propiedades del material compuesto 

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El hormigón armado es un material compuesto, en donde sus elementos componentes conservan sus propiedades, realizando cada uno de ellos su aporte estructural.

El hormigón por su parte aporta resistencia a la compresión , masa y durabilidad, mientras que el acero aporta resistencia a la tracción y adecuadamente ubicado en posición y cantidad aporta ductilidad.

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El hormigón es una roca artificial que se obtiene de la mezcla en proporciones previamente determinadas de un ligante ( cemento) , agregados y agua.

Hormigón

cemento

agua

arena

Agregado grueso

En diferentes casos se añaden aditivos que tienden a mejorar las características básicas de la mezcla, ya sea en estado fresco , o bien en estado endurecido , mejorando en tal caso su durabilidad y / o su resistencia. Ing Rodolfo Orler

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El cemento y el agua constituyen la pasta que llena los vacíos de los agregados y genera el efecto ligante entre ellos. La pasta es justamente el componente que una vez fraguado genera los fenómenos reológicos en el hormigón : Contracción de frague, Hinchamiento, Fluencia lenta

Se incorpora para darle trabajabilidad al hormigón fresco mayor cantidad de agua que la requerida para combinarse químicamente con el cemento

Poros

Tanto la resistencia del elemento de hormigón como la durabilidad del mismo están vinculados con la estructura interna de poros y en que grado están interconectados estos entre sí y con el exterior Ing Rodolfo Orler

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Una estructura simple de edificio de hormigón armado estará compuesto por múltiples elementos lineales (vigas, columnas, tensores) bidimensionales tales como : tabiques, losas , vigas de gran altura, ectr Formando un conjunto altamente hiperestático

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Si bien para su estudio , distinguiremos elementos tipo viga, o tipo columna, losa, ectr, para las estructuras de hormigón in situ , existe una monoliticidad que genera un funcionamiento en conjunto, observar por ejemplo , la zona del nudo y viga preparada para hormigonar

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•No resulta posible establecer una única ley para fundamentar el comportamiento del hormigón frente a las diferentes solicitaciones a las cuales estará sometido en una estructura.

La resistencia del mismo será función de :

La forma del elemento

•La naturaleza de las fuerzas o solicitaciones : dinámicas, estáticas, localizadas , distribuidas Del tiempo de acción de las cargas, de la “historia” de las cargas sobre la estructura Ing Rodolfo Orler

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Dada la complejidad del problema , A los fines prácticos del diseño, se recurre al estudio del hormigón y su comportamiento frente a ciertas solicitaciones aisladas : Tales como : Compresión - Tracción evaluadas sobre elementos tipo de dimensiones preestablecidas mediante metodologías normalizadas a fin de hacerlas comparables.

Probetas - Ensayos normalizados

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Resistencia del hormigón a compresión 

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

Para evaluar la resistencia del hormigón colocado en la estructura, se han desarrollado distintos tipos de probetas ( cilíndricas, prismáticas, cúbicas) La utilizada en nuestro país es la probeta cilíndrica de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura , esbeltez = h / d = 2

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Tamaño de Probetas 

En el caso de hormigones con tamaños máximos de agregado mayores ( Hormigón masivo) , se utilizan probetas cilíndricas de mayor diámetro , hasta 45 cm x 90 cm ( obra represa Piedra del Aguila) , o bien de 30 cm x 60 cm (Presa de Pichi Picún Leufú) En estos casos se utilizan coeficientes de corrección para compararlas con la probeta standar.

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Para probetas de relaciones semejantes (h/l = 2) Pero de distinto tamaño, la resistencia disminuye dentro de ciertos límites en tanto mayor sea el tamaño de la probeta Arbitrariamente se fijo como 100 % a la probeta con diámetro de 15 cm Ing Rodolfo Orler

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Factores de correlación por tamaño de probetas

Relaciones l/d < 2 - Extracción de Probetas “testigo” de la estructura Ing Rodolfo Orler

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La resistencia obtenida del ensayo se denomina “Resistencia Potencial” dado que es aquella capaz de desarrollar el hormigón medida en una probeta de las dimensiones establecidas en condiciones de curado de laboratorio , a 23 °C de temperatura y más de 90 % de humedad relativa , ensayada a la edad de diseño

Es la que se adopta como Resistencia de Referencia del hormigón posible de alcanzar en condiciones ideales de curado La Resistencia Especificada , es la Potencial a la edad de Diseño

En la obra , la resistencia del hormigón que se desarrollará será función del proceso de colocación , compactación y curado que efectivamente a tenido y la denominamos Resistencia efectiva

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Proceso de elaboración del hormigón

Referida al hormigón

Resistencia de los elementos estructurales Proceso de colocación del hormigón

Proceso de curado del hormigón

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Proceso de curado La resistencia del hormigón se incrementa con un curado adecuado luego de colocado el mismo en los encofrados y debe continuar luego de que éstos son retirados Por curado , se entiende suministrar humedad y mantener una temperatura apropiada para asegurar que el cemento continúe su proceso de hidratación , con lo cuál seguirá el proceso de ganancia de resistencia del hormigón

Se considera una buena práctica mantener el hormigón con temperaturas entre 5°C y 20°C , particularmente durante las primeras horas después del colado ( 24 horas) El curado debe durar varios días y depende además del tipo de cemento utilizado para elaborar el hormigón, el Cemento Puzolánico requiere mayor tiempo de curado ( del orden de un 30% más) Ing Rodolfo Orler

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Se consideran en general más eficaces los Métodos de Curado que aportan agua , que aquellos que tienden a impedir su evaporación La duración e intensidad del curado dependerá , entre otros factores de : Temperatura ambiente, humedad, intensidad del viento, asoleamiento, tipo de cemento, ectr

Sólo como una idea general, para condiciones ambientales medias y Cemento Portland común, se sugiere un período de curado no menor a los 7 días Para climas más desfavorables incrementar dicho período en un 30%

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Probetas curadas en laboratorio que pertenecen a la misma muestra de hormigón y ensayadas a diferentes edades Ing Rodolfo Orler

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Aclarado la diferencia entre “Resistencia Potencial” y “Resistencia efectiva”

Evaluaremos algunos aspectos relacionados con el ensayo a Compresión de probetas de hormigón y la curva que arroja el mismo.

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 

Sometida una probeta a una carga creciente de compresión, se llega a un valor que se denomina carga última para la cuál se produce la rotura.

Medimos deformaciones específicas (acortamientos)

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Para trazar la curva Tensión – Deformación , obtendremos los valores de tensión sobre la base de dividir la carga aplicada P por el área de la sección transversal de la probeta de ensayo Esto representa el valor de tensión “promedio” suponiendo que la distribución de deformaciones es uniforme y las características del hormigón son constantes en toda la sección

Se considerará el valor medio ƒ = P / A Ing Rodolfo Orler

Dado que el hormigón es un material heterogéneo Lo anterior es sólo una idealización del fenómeno Según la distribución de pasta y agregados en la masa, Los esfuerzos considerados sobre un área diferencial Variarán de un punto a otro de la sección 57

Tensión

Deformación específica En forma independiente de la resistencia característica del hormigón , se observa que la máxima tensión se localiza aproximadamente para una deformación específica del 0,002.

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Resistencia a tracción

Aunque como veremos, se desprecia la capacidad de tomar tracciones por parte del hormigón en estado de rotura Determinar su capacidad frente a esta solicitación es importante para evaluar el comportamiento frente a la fisuración , el cálculo de deformaciones, ambas bajo el nivel de cargas de servicio e indirectamente el fenómeno de adherencia de las armaduras y las definiciones de las longitudes de anclaje y empalmes Y asimismo nos permite definir en elementos traccionados o flexionados las cuantías mínimas Es una variable importante también en el comportamiento al corte y punzonado El valor , al igual que el de la resistencia a compresión , es un tanto convencional, dado que depende del tipo de ensayo

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Resistencia a Tracción

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Los resultados experimentales muestran una gran dispersión, es muy dificil evitar la presencia de tensiones debidas a cambios de temperatura , contracción de frague, ectr

Su variación pude extenderse al intervalo de 0,70 ƒctm a 1,30 ƒctm con ƒctm como valor medio. Según el Método de Ensayo , cabe distinguir entre Resistencia axil a la tracción Resistencia a tracción por compresión diametral Resistencia a la tracción por flexión Ing Rodolfo Orler

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El ensayo de tracción por compresión diametral es el utilizado con más frecuencia dado que resulta simple su ejecución y se utilizan las mismas probetas que se moldean para compresión Ing Rodolfo Orler

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Resistencia a la tracción por compresión diametral : La resistencia a la tracción por compresión diametral se determina sobre una probeta cilíndrica apoyada sobre una generatriz y cargada en la opuesta. En general la resistencia a tracción obtenida por éste ensayo es algo mayor que la axial , dado que la fisuración debe comenzar en el interior de la probeta.

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Resistencia a la tracción por flexión : Se determina rompiendo por flexión una probeta tipo viga , depende de las dimensiones de la probeta y de la ubicación de la carga, se la utiliza principalmente en pavimentos. En general se ensaya una probeta de 15 cm x 15 cm x 70 cm de longitud con cargas concentradas en los tercios. La resistencia a tracción se obtiene partiendo de la hipótesis de una repartición lineal de tensiones. La máxima tensión se produce sólo en las fibras más alejadas del eje neutro , las que descargan en las adyacentes que colaboran.

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Este valor es mayor al determinado con probetas de igual hormigón mediante el ensayo de tracción directa Dado que no todas las fibras están sometidas a la máxima tensión, las menos solicitadas pueden “ayudar” a sus vecinas , generando previo a la rotura un cierto volumen de material plastificado 

De tal forma se obtiene que :

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ƒct = Mr / W = Mr / ( bh2 / 6)

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

Ensayando una serie de probetas elaboradas con el mismo hormigón, obtendremos distintos valores de resistencia , motivadas fundamentalmente en la heterogeneidad del hormigón y en menor medida del método de ensayo utilizado

Para definir la resistencia a la compresión del hormigón se utiliza su valor característico ƒck, el cuál se define de manera diferente según el reglamento o Código utilizado.

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Resistencia característica : Según el Cirsoc 201 / 05 es aquel cuya probabilidad de ser superado es del 90 % del total de la muestra. Este será el parámetro que caracterice al hormigón de acuerdo a su resistencia.

•Según el Cirsoc 201 / 82 la resistencia característica es aquel valor cuya probabilidad de ser superado es del 95 % del total de la muestra.

•Por su parte el Cirsoc 201 / 05 define como “Edad de diseño” a aquella a la cuál se debe verificar la resistencia especificada ( usualmente 28 días), pero puede definirse a otra edad Ing Rodolfo Orler

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Se permite definir como “Edad de diseño” otra diferente , considerando el tipo de estructura, el momento de su puesta en servicio y el tipo de cemento a utilizar. Cuando los documentos de diseño no establezcan una edad diferente de diseño, se debe adoptar para la misma 28 días. Si por ejemplo proyectáramos un puente en donde se utiliza cemento puzolánico ( que como sabemos tiene una curva de crecimiento de resistencia más lenta) y dicho puente no entrara en servicio hasta los 60 días y no se presentaran situaciones comprometidas en la etapa constructiva, podríamos definir en tal caso como edad de diseño 60 días.

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El Cirsoc 201 / 05 define a los distintos tipos de hormigones en clases en la tabla Nº 2.7 se los clasifica según un subíndice H seguido de un número que indica la resistencia de diseño en MPa. Por ejemplo H-20 implica un hormigón de resistencia característica de diseño ƒck = 20 Mpa El hormigón estructural de menor calidad permitido por el Cirsoc 201 / 05 es el H -15 y sólo para hormigón simple. Para hormigón armado la resistencia más baja permitida es H-20 ( el mismo equivaldría aproximadamente a un H-17 del Cirsoc 201 / 82). Para estructuras más comprometidas y estructuras de hormigón pretensado el hormigón de menor calidad permitido es H- 25. Respecto del Cirsoc 201 / 82 , el hormigón armado de menor calidad permitido es el H-13. Ing Rodolfo Orler

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Según Cirsoc 201 / 05

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Resistencia a compresión del hormigón de la estructura

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Es claro que las particulares condiciones de curado y de humedad y temperatura normalizadas bajo las cuales se encuentran las probetas a ensayar no van a coincidir con las del hormigón colocado en la estructura , ni así tampoco el cuidado en la colocación y compactación del hormigón en los distintos elementos estructurales difiere del dado a una probeta. El hormigón colocado en una estructura debería tener a igual edad , menor resistencia que el de la probeta moldeada. La resistencia del hormigón de una estructura puede evaluarse mediante probetas extraidas de la misma ( testigos) o bien, mediante ensayos no destructivos ( impacto , rebote , acústicos, ectr)

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Módulo de elasticidad ( Ec) Según el Cirsoc 201 / 05 , el módulo de elasticidad del hormigón de densidad normal se puede determinar con la siguiente expresión :

Ec = 4700 √ ƒ´c (MPa) Asimismo , el módulo de Elasticidad del hormigón con valores de Densidad ( Ɣ ) entre 1.500 Kg / m3 y 2500 Kg / m3, Se puede determinar con la expresión :

Ec = Ɣ1,5 0,0043 √ ƒ´c (MPa) Ing Rodolfo Orler

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Como es posible apreciar en el diagrama tensión – deformación , el hormigón no mantiene una relación lineal entre tensiones y deformaciones , no cumple con la Ley de Hooke y además no se comporta como un material elástico.

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Debido a la curvatura del diagrama se podrían definir diferentes módulos de elasticidad : A ) Módulo tangente en el origen ( Eoi ) B ) Módulo secante , se define en general como la pendiente de la recta que une la curva tensión – deformación para un valor aproximado del 40 al 45 % de ƒc. C ) Módulo tangente en un punto de la curva ( Ecj )

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Ec = 4700 √ ƒ´c (MPa)



El Cirsoc 201 / 05 define el módulo de elasticidad del hormigón como la pendiente de la línea trazada desde el origen del diagrama tensión – deformación hasta el punto correspondiente a una tensión de compresión del 45 % de ƒc

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Acero Estructural Las barras de acero incorporadas en la masa de hormigón , se encontrarán solicitadas por esfuerzos axiles de tracción principalmente y de compresión en algunos elementos. Otro tipo de solicitación tal como flexión , torsión o corte no resultan en general posibles en las armaduras , dado que el hormigón transmite los esfuerzos a las barras por adherencia , no recibiendo las barras cargas directas. Por ello se estudiarán fundamentalmente las propiedades del acero solicitado a tracción , su módulo de elasticidad y su deformabilidad.

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Características mecánicas del acero 

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Los parámetros más importantes a evaluar para definir un determinado tipo de acero estructural son :

Las dos primeras características permiten calificar al acero desde el punto de vista resistente. La relación entre ƒu

/ ƒy evalúa la ductilidad del acero.

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El alargamiento del acero en rotura está asociado con el mismo parámetro y permite cuantificar las características plásticas del mismo. Respecto de la aptitud al doblado es la propiedad que permite verificar la plasticidad que debe poseer para evitar roturas frágiles durante los trabajos de preparación de armaduras , su transporte y colocación en los encofrados.

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Módulo de Elasticidad del Acero 

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Según el Cirsoc 201 / 05 , se adopta Es = 200.000 Mpa Tipos de armaduras : Las armaduras correctamente dispuestas son los elementos que toman los esfuerzos de tracción y le dan ductilidad al hormigón. También se utilizan para tomar esfuerzos de compresión en conjunto con el hormigón (columnas) y para reducir las deformaciones diferidas en vigas. Se utiliza como armadura la sección circular porque es la que opone menor resistencia al doblado en cualquier dirección, a igual sección , asimismo mejora el comportamiento frente a la adherencia porque tiene una mayor relación perímetro / sección.

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En general, el acero utilizado en nuestro pais es el acero nervurado ADN -420 con una tensión de fluencia de ƒy = 420 Mpa. Para las estructuras de dos dimensiones predominantes tales como : Losas y tabiques , suelen utilizarse mallas soldadas , formando una cuadrícula ortogonal de barras circulares ( ver figura) Sólo se permite la utilización de barras lisas para la ejecución de espirales o zunchos.

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Aceros definidos en el Cirsoc 201 / 05

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Diagrama Tensión – Deformación del acero. A los fines prácticos se utiliza para el diseño un diagrama simplificado bilineal ignorando la resistencia por encima del escalón de fluencia.

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Variación de Resistencias de la estructura y sus elementos

La resistencia de un elemento estructural es función de la resistencia de los materiales que la conforman

Resistencia del hormigón (probetas)

Resistencia de las barras (acero)

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Por ello al diseñar una estructura dada se especifican resistencias mínimas para el hormigón a utilizar ( resistencia de diseño) y tipo de acero a utilizar Ni las resistencias reales de los materiales y menos aún del elemento del que forman parte se pueden conocer en forma precisa , constituyen variables aleatorias.

Se define así una resistencia de diseño menor a la resistencia media teórica ( Rd < Rm) .

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•Si a modo de ejemplo quisiéramos evaluar la resistencia de un hormigón elaborado in situ a colocar en un elemento estructural ( por ejemplo una losa) , tomaremos la cantidad de probetas que corresponda y las ensayaremos bajo las condiciones de la norma IRAM correspondiente a la edad de diseño especificada, esto nos permitirá graficar los distintos valores obtenidos.

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•En general , por motivos de sencillez y por brindar resultados razonablemente aproximados se recurre para representar las curvas de distribución de resultados a la campana de Gauss, que resulta una curva simétrica respecto de un eje vertical.

El valor que tomará en él la variable aleatoria se expresa de la siguiente manera: ( Xm + / - ∆x) Pudiendo variar ∆x entre un valor nulo e infinito.

Tenemos entonces para evaluar el grado de seguridad en un elemento estructural , dos variables fundamentales: a ) Cargas o solicitaciones producidas por ellas. b ) Resistencias de los elementos. La estructura tiene un adecuado margen de seguridad si se verifica que para todos sus elementos componentes: Rd > Sd Ing Rodolfo Orler

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Debe ser la resistencia de diseño ( Rd) mayor que las solicitaciones de diseño ( Sd). Dado que tanto R como S son variables aleatorias , el margen de seguridad también lo es.

Tenemos : S + / - ∆s

R + / - ∆r

Se intenta reducir la probabilidad de falla a un valor suficientemente pequeño : ( Sm + ∆s) δm = Sk δm = Sd ( Rm - ∆r ) / δr = Rk / δr = Rd Sd = Sk δm < /= Rk / δr = Rd

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Se intenta reducir la probabilidad de falla a un valor suficientemente pequeño :

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Cumplimentando los requerimientos especificados para el diseño en el CIRSOC 201 / 05 se tiende a obtener probabilidades de falla del orden de 1 / 100.000 , en los comentarios del Cirsoc 201 / 05 se indica textualmente :

“La aplicación conjunta de los factores de reducción de resistencias y de los factores de mayoración de cargas , está dirigida a obtener en forma aproximada , probabilidades de bajas resistencias del orden de 1/ 100 y probabilidades de sobrecargas de 1 / 1.000. Esto resulta en una probabilidad de falla estructural del orden de 1 / 100.000”

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Los coeficientes de seguridad no consideran: - Errores humanos groseros -Criterios equivocados

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El Ex Reglamento Cirsoc 201 / 82 , basado en la norma alemana DIN 1045 / 78 ( hoy inexistente en su país) , utiliza un único coeficiente de seguridad el que depende del tipo de rotura de la pieza, para roturas dúctiles , donde el acero más traccionado llega a una deformación específica de 5 / 1.000 el valor del coeficiente de seguridad es mínimo e igual a 1,75. Para roturas netamente frágiles ( compresión , columnas) , el valor es máximo e igual a 2,10 Para situaciones intermedias el coeficiente de seguridad variaba en forma lineal. Es de destacar que por ejemplo para un caso simple de diseño de una viga subarmada, el coeficiente era 1,75 , sin discriminar el tipo y o naturaleza de las cargas actuantes.

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•Naturalmente , la incertidumbre en la determinación del peso propio y cargas permanentes es mucho menor que la que se presenta en la determinación de las sobrecargas que pudieran actuar sobre el elemento.

•Por ello , si como habitualmente ocurre en estructuras de edificios, la carga permanente era predominante , el coeficiente de seguridad adoptado frente a otros reglamentos más modernos era demasiado conservador.

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El planteo del CIRSOC 201 / 05 es conceptualmente diferente y más racional, introduce el factor de seguridad en el diseño límite a través de dos mecanismos:

•Por un lado mayora a las cargas de servicio con coeficientes diferentes según sea la naturaleza y precisión en la evaluación de las mismas

y plantea una serie de combinaciones de estados de carga con coeficientes de mayoración para cada tipo de carga o solicitación según sean las posibilidades de simultaneidad de las mismas.

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•Por otra parte calcula la resistencia teórica del elemento ( denominada resistencia nominal) y la afecta de un coeficiente menor a la unidad , denominado “Factor de Reducción” el que entre otros aspectos tiene en cuenta el tipo de rotura , las posibles imperfecciones constructivas , las inexactitudes en las ecuaciones de diseño, el grado de compromiso estructural, ectr.

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Por tanto para todas las posibles acciones a determinar sobre el elemento estructural, debe cumplirse: Flexión Esfuerzos axiales Corte Torsión Combinaciones de ellas.

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Resistencia del elemento : Dado que este valor de resistencia de falla es obtenido a partir del planteo de ciertas hipótesis y simplificaciones , el Cirsoc 201 / 05 no lo denomina “último” sino “Resistencia Nominal”

Esta “Resistencia Nominal” es afectada por un coeficiente menor a la unidad que se denomina “Factor de Reducción” Ø , el que considera diversos factores tales como el tipo y naturaleza de la probable falla del elemento estructural y la precisión en su determinación según el estado del conocimiento. Se define entonces como “Resistencia de Diseño” al producto de la “Resistencia Nominal” por el “Factor de Reducción”

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Factor de reducción S/ Cirsoc 201/ 05 Secciones controladas por tracción

 = 0,90

Secciones controladas por compresión a) elementos armados con zunchos

 = 0,70

b) elementos con otro tipo de armadura

 = 0,65

Corte y torsión Aplastamiento en el hormigón excepto para zonas de anclaje de postesado y modelos de bielas

 = 0,75

Zonas de anclaje de postesado

 = 0,85

Modelos de bielas, puntales, tensores, zonas nodales y de apoyo de estos modelos

 = 0,75

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 = 0,65

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Resumen

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Acciones sobre la estructura

Respuesta de la Estructura

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Proceso de diseño

Proyecto Estructura

1 ) Predimensionado

2 ) Análisis de cargas y sus combinaciones

3 ) Cálculo de las solicitaciones

5) Planos, Memoria de cálculo Especificaciones técnicas

4 ) Dimensionado Ing Rodolfo Orler

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Gracias por su atención Módulo I Ministerio de Infraestructura , Planeamiento y Servicios Públicos Ing Rodolfo Orler