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• Noe Alvarado Torres

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CONCRETO ARMADO I

PRESENTACION DEL DOCENTE

SUMILLA El propósito del curso es permitir al estudiante comprender los conceptos y métodos fundamentales para el análisis y diseño de los elementos estructurales de concreto armado bajo solicitaciones de flexión, corte y fuerza axial, por acción de los diferentes tipos de carga a los que se encuentran sujetos. Los temas principales son: Conceptos generales. Flexión en secciones simplemente reforzadas, flexión de vigas simplemente reforzadas, doblemente reforzadas y vigas T, losas. Diseño por corte, deflexiones. Fisuramiento. Columnas.

REGLAS DE CONVIVENCIA PRESENTACION DEL SILABO DEL CURSO EVALUACIONES

UNIDAD I FLEXION EN SECCIONES SIMPLEMENTE REFORZADAS

LOGRO DE LA UNIDAD Al finalizar la unidad, el estudiante identifica las características de los materiales que conforman el concreto armado resolviendo problemas de comprobación y diseño en elementos de concreto armado reforzadas con acero en tracción e identifica el tipo de falla asociado en función de la cuantía del acero en tracción.

CONCEPTOS GENERALES GENERALIDADES En la Norma Peruana el criterio de Diseño Sismo resistente expresa. Que las edificaciones se comportarán ante los sismos considerando lo siguiente: - Resistir sismos leves sin daños. - Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales leves. - Resistir sismos severos con la posibilidad de daños estructurales importantes con una posibilidad remota de ocurrencia del colapso de la edificación.

FALLAS MAS COMUNES DEBIDAS A SISMOS La observación de las fallas producidas en los sismos en las estructuras dañadas permite llegar a la conclusión general que, en su mayoría, provienen de sectores en que se produce cambios bruscos de las propiedades resistentes y principalmente de las rigideces (columnas cortas) o de problemas de estructuración, diseño o construcción.

Las fallas mas frecuentes en estructuras son: - Daños en tabiquería de ladrillo, vidrios, parapetos, debido a tenerse estructuras muy flexibles, con poca rigidez lateral. - Edificios que han colapsado debido a tener elementos con poca capacidad resistente en una dirección. Como vigas chatas y columnas con poco peralte en la denominada dirección secundaria

- Edificios con aberturas muy importantes en las losas de los pisos y que ocasiona un comportamiento no unitario de la estructura.

- Edificios con formas rectangulares muy alargadas, donde la hipótesis de diagrama rígido para las losas pierde validez.

- Edificios con formas en L donde la asimetría en planta ocasiona esfuerzos importantes debido al giro o torsión..

CONCRETO El concreto es una mezcla de arena, grava, roca triturada u otro agregado unidos en una masa por medio de una pasta de cemento y agua. En ocasiones, uno o mas aditivos (plastificantes y agentes incorporadores de aire) se agregan para cambiar ciertas características del concreto, tales como la ductilidad, la durabilidad y el tiempo de fraguado. Igual que la mayoría de los materiales pétreos, el concreto tiene una alta resistencia a la compresión y una muy baja resistencia a la tensión. El concreto armado es una combinación de concreto y acero en la que el refuerzo de acero proporciona la resistencia a tensión de que carece el concreto. El acero de refuerzo es también capaz de resistir fuerzas de compresión y se usa en columnas así como en otros miembros estructurales.

Ventajas del concreto: 1.-Los miembros de concreto armado se puede construir en cualquier forma deseada mediante el uso de encofrados. 2.-Tiene gran resistencia al agua y al fuego, es el mejor material estructural que existe para los casos en que está presente el agua. Durante incendios de intensidad media, los miembros con un recubrimiento adecuado de concreto sobre las barras de acero, sufren sólo daño superficial sin fallar. 3.-Material que no necesita mantenimiento. 4.-Tiene una larga vida de servicio. Bajo condiciones apropiadas, las estructuras de concreto armado pueden usarse indefinidamente sin merma en sus capacidades de carga. 5.-Se requiere mano de obra de baja calificación para su montaje, en comparación con otros materiales, como el acero estructural.

Desventajas del concreto: 1.-Tiene baja resistencia a la tensión, requiere la ayuda de barras de refuerzo para responder al desarrollo de tensiones en estructuras de concreto. 2.-Requiere encofrados y apuntalamiento. Esta es la mayor desventaja del concreto ya que incrementa el costo de las estructuras de concreto. El apuntalamiento y las obras falsas frecuentemente constituyen mas de la mitad del costo total de la estructura. 3.-Las propiedades del concreto varían ampliamente. Las propiedades mecánicas y físicas del concreto son sensibles y requieren de un adecuado proporcionamiento, mezclado y curado. 4.-Resultan en miembros estructurales pesados. Esto se vuelve muy importante en estructuras de gran luz, donde el gran peso muerto del concreto tiene un fuerte efecto en los momentos flexionantes.

EL DISEÑO ESTRUCTUTRAL La estructura debe concebirse como un sistema o conjunto de partes y componentes que se combinan ordenadamente para cumplir una función dada. El proceso de diseño de un sistema, comienza con la formulación de los objetivos que se pretende alcanzar y de las restricciones que deben tenerse en cuenta. El proceso es cíclico, se parte de consideraciones generales, que se afinan en aproximaciones sucesivas, a medida que se acumula información sobre el problema.

ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO

TIPOS DE CONCRETO: • CONCRETO SIMPLE: Concreto que no tiene armadura de acero, por ejemplo: el concreto usado para solados, solo está compuesto

por cemento y agregado grueso.

• CONCRETO ARMADO: Concreto que tiene armadura de acero por lo que ofrece una gran resistencia a diversos esfuerzos.

Resistente a las compresiones pero débil a la tracción

CONCRETO Proporciona el cuerpo de los elementos estructurales

CONCRETO ARMADO

Brinda aumento a la resistencia a la compresión

ACERO

Da confinamiento lateral a las formas estructurales Proporciona resistencia a la tensión al concreto

Calidad de los materiales Dosificación correcta de los materiales

CALIDAD DEL CONCRETO

Ejecución del mezclado Vaciado y vibrado durante la construcción Curado del concreto colocado

COMPONENTES DEL CONCRETO:

TRABAJABILIDAD

DURABILIDAD

PROPIEDADES DEL CONCRETO

RESISTENCIA

IMPERMEABILIDAD

PROPIEDADES DEL CONCRETO:

• Trabajabilidad: Consiste en la facilidad con la cual

pueden

ingredientes resultante

mezclarse y

pueda

la

los

mezcla

manejarse,

transportarse y colocarse con

poca pérdida de homogeneidad.

• Durabilidad: El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido dentro de su vida útil..

• Impermeabilidad: Es una propiedad importante del concreto que puede mejorarse con

frecuencia,

reduciendo

cantidad de agua en la mezcla..

la

• Resistencia: Es una propiedad del concreto que casi

siempre es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de un probeta en compresión. El concreto

aumenta su resistencia a lo largo del tiempo, por lo que esta propiedad se la mide a los 28 días.

EL ACERO Material compuesto por una aleación de hierro y carbono, en diferentes proporciones, que, según su tratamiento, adquiere especial elasticidad, dureza o resistencia. Se denomina Acero a aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de Carbono está comprendido entre 0,05 y 1,7 %. El Acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil y adaptable. Ampliamente usado y a un precio relativamente bajo, el Acero combina la resistencia y la trabajabilidad, lo que se presta a fabricaciones diversas. El Acero funde entre 1400 y 1500ºC pudiéndose moldear más fácilmente que el Hierro. Resulta más resistente que el Hierro pero es más propenso a la corrosión. Posee la cualidad de ser maleable, mientras que el hierro es rígido.

PROPIEDADES DEL ACERO El diagrama esfuerzo-deformación ofrece información necesaria para entender como se comporta el acero ante una condición de carga determinada.

Diagrama esfuerzo-deformación característico de un acero estructural con bajo contenido de carbono

ACERO CORRUGADO Barras de acero de sección redonda con la superficie estriada, o con resaltes, para facilitar su adherencia al concreto al utilizarse en la industria de la construcción. Se fabrican cumpliendo estrictamente las especificaciones que señalan el límite de fluencia, resistencia a la tracción y su alargamiento. Las especificaciones señalan también dimensiones y tolerancias. se les conoce como barras para la construcción, barras deformadas .Las barras para construcción se identifican por su diámetro, que puede ser en pulgadas o milímetros. Las longitudes usuales son de 9 y 12 metros de largo. El acero corrugado es una clase de acero laminado diseñado especialmente para construir elementos estructurales en una obra civil, se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón está dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daños,. Las barras de acero corrugado se producen en una gama de diámetros que van de 6 a 40 mm, y se identifican además por la sección en cm2 que cada barra tiene, así como por su peso en kg/m.

Las barras de diámetro inferior a 16 mm se pueden suministrar en barras o rollos; para diámetros iguales o mayores a 16 mm siempre se suministran en forma de barras.

EL ACERO EN LA CONSTRUCCIÓN

Cálculo del fierro de construcción El fierro de construcción más usado es el ASTM 615 – G60 o grado 60. Su presentación es de 9 m de longitud. Los diámetros y demás características técnicas se dan en las tablas a continuación: AREA DEL ACERO VARILLA Nº 2 3 4 5 6 8 11 6 mm 8 mm 12mm

DIAMETRO (Ø) AREA

pulg. mm

cm2 kg/ml

1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 1 1 3/8 -

0.32 0.71 1.29 1.99 2.84 5.1 10.06 0.28 0.5 1.13

6.4 9.5 12.7 15.9 19.1 25.4 35.8 6 8 12

Área (cm2)

PESO

2

3

0.25 0.64 0.96 0.56 1.42 2.13 0.994 2.58 3.87 1.552 3.98 5.97 2.335 5.68 8.52 3.973 10.2 15.3 7.907 20.12 30.18 0.222 0.56 0.84 0.395 1 1.5 0.888 2.26 3.39

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1.28 2.84 5.16 7.96 11.36 20.4 40.24 1.12 2 4.52

1.6 3.55 6.45 9.95 14.2 25.5 50.3 1.4 2.5 5.65

1.92 4.26 7.74 11.94 17.04 30.6 60.36 1.68 3 6.78

2.24 4.97 9.03 13.93 19.88 35.7 70.42 1.96 3.5 7.91

2.56 5.68 10.32 15.92 22.72 40.8 80.48 2.24 4 9.04

2.88 6.39 11.61 17.91 25.56 45.9 90.54 2.52 4.5 10.17

3.2 7.1 12.9 19.9 28.4 5.1 100.6 2.8 5 11.3

3.52 7.81 14.19 21.89 31.24 56.1 110.66 3.08 5.5 12.43

3.84 8.52 15.48 23.88 34.08 61.2 120.72 3.36 6 13.56

NOTA: Para saber a que varilla corresponde cuando nos dan como número, entonces hay que dividir el número entre 8, si se puede se simplifica y de allí sale el tipo de acero en pulgadas

USOS DEL ACERO

CODIGOS Y NORMAS DE CONCRETO ARMADO : • Código del AMERICAN CONCRETE INSTITUTE - ACI:

• Código o Norma Peruana E60 • Código Europeo

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN : El valor de f′c (resistencia a la compresión) se utiliza generalmente como indicador de la calidad del concreto. Es claro que pueden existir otros

indicadores más importantes como la durabilidad. La resistencia a la compresión se determina a partir de ensayos de laboratorio en probetas estándar cargadas axialmente. Las probetas deberán ser de 15 cm de diámetro x 30 cm de altura de concreto de 28 días a una velocidad especificada de carga. Durante este tiempo los cilindros suelen mantenerse sumergidos en agua..

En la figura adjunta se muestra curvas esfuerzo-deformación para concretos normales de diversas resistencias a la compresión. Las gráficas tienen una rama ascendente casi lineal cuya pendiente varía de acuerdo a la resistencia y se extiende hasta aproximadamente 1/3 a 1/2 de f’c,

posteriormente adoptan la forma de una parábola invertida cuyo vértice corresponde al esfuerzo máximo en compresión.

Módulo de Elasticidad del concreto: Corresponde a un valor que mide la variación del esfuerzo en relación a la deformación en el rango elástico, para calcular el módulo de elasticidad del

concreto se usará la siguiente fórmula:

W: Peso volumétrico del concreto

Para concretos de peso unitario de aproximadamente 2300 kg/m3 usaremos la

siguiente expresión:

Factores que afectan la resistencia f`c :

Buena resistencia del cemento y agregado. Relación agua : cemento (a/c)

El aire incorporado reduce la resistencia El tipo de cemento que se usará La gradación, textura y origen de los agregados.

Las condiciones de humedad y temperatura durante el curado. La edad del concreto. (7-15-21-28 días) La velocidad de carga o de deformación.

RESISTENCIA A LA TRACCION : La resistencia en tracción directa o en tracción por flexión del concreto, es una magnitud muy variable., varía entre el 8% y el 15% de la resistencia en compresión (f′c).

La resistencia a la tracción del concreto es importante ya que la

resistencia al corte del concreto, la adherencia entre el concreto y el acero y la fisuración por retracción y temperatura, dependen mucho de esta, puede estimarse así:

Módulo de Rotura fr (ensayo de tracción

por flexión): C6”x6”x18” simplemente apoyada, con cargas a los tercios. Para calcular el esfuerzo de rotura fr se asume una

distribución lineal de los esfuerzos internos y se aplica la fórmula de resistencia de materiales:

fr =

6𝑀 𝑏ℎ2

fr = 2,2 𝑓 ′ 𝑐

𝑓 ′ 𝑐 Kg/cm2…(Cº) fr = 1,3 𝑓 ′ 𝑐 Kg/cm2…(Cº)

ACI -02- Norma Peruana: fr = 2

MODULO DE POISSON DEL CONCRETO: Por debajo del esfuerzo crítico (75% a 80% de f′c) el Módulo de Poisson - μ - varía entre 0.11 y 0.21. Normalmente está en el rango de 0.15 a 0.20 y permanece aproximadamente constante bajo cargas sostenidas. En la práctica se suele adoptar μ = 0.15, con lo cual el Módulo de Rigidez al Esfuerzo Cortante es:

ACERO USADO EN LA CONSTRUUCCION: El acero usado en concreto armado en su mayor parte en forma de barras, tiene la

superficie corrugada que garantiza una mejor adherencia entre el concreto y el acero.

Las propiedades más importantes del acero de refuerza son: su módulo de elasticidad

siendo en promedio: