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• Jonatan Ramos

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CENEVAL

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO

Objetivos del diseño Criterios que debe satisfacer una estructura:  Apariencia, cumplir con espacios, claros, accesos, flujo de tránsito, etc.  Economía, no exceder el presupuesto del cliente.  Capacidad de mantenimiento, sólo requiera la menor cantidad de manteamiento durante su periodo de vida.  Vida útil, el mayor número de años de servicio posible

Además, Suficiencia estructural: 1. 2.

Suficientemente fuerte para soportar las diversas cargas que actúan en la misma. No debe deflectarse, vibrar, inclinarse o quebrarse de una manera que afecte su funcionamiento.

Objetivos del diseño

1. ¿Cuál de los siguientes aspectos no debe ser tomado en cuenta para llevar a cabo el diseño arquitectónico de la estructura? a)

b) c) d)

Definición de las necesidades y requerimiento del cliente Cargas de viento y sísmica Desarrollo del concepto de proyecto Diseño de sistemas individuales

ductos tanto de ventilación, agua potable, drenaje, luz, etc.; las propiedades o material de los elementos.

Particularidades 2. ¿Cuál de los siguientes no forma parte del acero de refuerzo en una estructura? a) Varilla corrugada b) Conector c) Alambrón d) Silletas

Varillas corrugadas en México

A) UNIÓN SOLDADA (BULBO) B) MUFA (PRENSADO) C) UNIÓN CADWELL (BULBO FUNDIDO) D) UNIÓN ROSCADA CONICA (CONECTOR ROSCADO CONICO)

Particularidades 3. El concreto es una mezcla base de: a) Cemento, grava y agua b) Cemento, arena y agua c) Cemento, aditivo y agua d) Cemento, arena, grava, agua y aditivo

Particularidades 4. ¿Qué tipo de cemento utilizarías, si fueras el constructor de un hotel en las playas de Acapulco? a) Cemento portland ordinario. b) Cemento portland blanco c) Cemento portland ordinario resistente a los sulfatos d) Mortero

Requerimientos de concreto. Dependiendo de las necesidades del proyecto, el principal elemento (cemento) puede variar sus características.

Requerimientos de concreto.

Denominación y nomenclatura del cemento.

Particularidades 5. Al diseñar una losa, ¿Cuál de los siguientes debe tomarse en cuenta? a) Instalaciones hidrosanitarias b) Instalaciones de gas c) Instalaciones eléctricas d) Instalación de aligerantes

Diseño de elementos 6. ¿Cuál de los siguientes elementos no esta sujeto a flexión y corte para su diseño? a) b) c) d)

Zapata Tensor Viga rectangular Losa en dos direcciones

Estados Límite El método de los estados límite es un enfoque de seguridad en el cálculo estructural preconizado por diversas normativas técnicas, instrucciones y reglas de cálculo (Euro códigos, CTE, EHE, entre otras) consistente en enumerar una serie de situaciones riesgosas cuantificables mediante una magnitud, y asegurar que con un margen de seguridad razonable la respuesta máxima favorable de la estructura en cada una de esas situaciones es superior a la exigencia real sobre la estructura.

Un Estado Límite es una situación caracterizada por el valor de una magnitud física, tal que de ser rebasada, haría que la estructura dejara de ser apta para su uso, ya sea por ruina estructural total o parcial o por una pérdida significativa de funcionalidad.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_los_estados_l%C3%ADmites

Estados Límite Estados Límite Últimos Un Estado Límite Último (ELU) es un estado límite, tal que de ser rebasado la estructura completa o una parte de la misma puede colapsar al superar su capacidad resistente. En general el que un ELU sea sobrepasado es una situación extremadamente grave, que puede provocar cuantiosos daños materiales y desgracias personales. Por esa razón los coeficientes de seguridad usados en los cálculos relacionados con un ELU son subtancialmente mayores que en otro tipo de estados límite.    

ELU de agotamiento por solicitación normal (flexión, tracción, compresión) ELU de agotamiento por solicitación tangente (cortadura, torsión). ELU de inestabilidad elástica (Pandeo, etc.) ELU de equilibrio (equilibrio mecánico: vuelco, deslizamiento, etc.). http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_los_estados_l%C3%ADmites

Estados Límite Estados Límite de Servicio Un Estado Límite de Servicio (ELS) es un tipo de estado límite que, de ser rebasado, produce una pérdida de funcionalidad o deterioro de la estructura, pero no un riesgo inminente a corto plazo. En general, los ELS se refieren a situaciones solventables, reparables o que admiten medidas paliativas o molestias no-graves a los usuarios. Debido, a que el que un ELS sea rebasado no reviste la misma gravedad que el que un ELU se sobrepasado, en los cálculos de comprobación de los ELS se emplean márgenes de seguridad más moderados que en los ELU.

 ELS de deformación excesiva.  ELS de vibración excesiva.  ELS de durabilidad (oxidación, fisuración, etc.)

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_los_estados_l%C3%ADmites

Combinaciones • + AND 1.4DL • + AND 1.4DL + AND 1.4FLUID

• • • • •

//Eq. 2.3.2.2 + AND 1.2DL + AND 0.5LLr + AND 1.2DL + AND 0.5SNOW + AND 1.2DL + AND 1.6LL + AND 0.5LLr + AND 1.2DL + AND 1.6LL + AND 0.5SNOW

• + AND 1.2DL + AND 1.6LL + AND 0.5LLr + AND 1.6EARTH • + AND 1.2DL + AND 1.6LL + AND 0.5SNOW + AND 1.6EARTH

Estados Límite 7. Una falla debido a fractura por ciclos repetitivos de cargas de servicio corresponde a un estado límite de: a) b) c) d)

Mecanismo plástico Inestabilidad Fatiga Colapso progresivo

Estado límite de pérdida de equilibrio

Estados Límite 8. ¿Cuál de las siguientes no corresponde a un estado límite de servicio? a) Deflexiones excesivas b) Fuego c) Ancho excesivo de grietas d) Vibraciones indeseables

Tecnología del concreto 9. ¿Cuál de las siguientes es una característica deseable en el concreto para extender su vida útil?

a) b) c) d)

Carbonatación Alcalinidad Reacción alcali-agregado Corrosión

Tecnología del Concreto • Carbonatación

• Reacción Alcali- Agregado

• El concreto, con su ambiente altamente alcalino (rango de pH de 12 a 13), protege al acero de refuerzo ahogado contra la corrosión. Esta protección se logra por la formación de una capa de óxido pasivo sobre la superficie del acero que permanece estable en el ambiente altamente alcalino. Esta es la misma capa pasivadora que atacan los cloruros cuando alcanzan el acero de refuerzo expuesto a sales descongelantes y ambientes marinos.

La reacción se inicia en la superficie del agregado y se produce en la interfase con la pasta de cemento, formando un gel que absorbe agua y dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material.

Tecnología del concreto Reacción Álcali-Agregado La reacción álcali-agregado es un fenómeno de carácter expansivo, que tiene su origen en la interacción química de los álcalis liberados por la hidratación de cemento (u otras fuentes) y los minerales reactivos (como la sílice amorfa) que contienen algunos agregados. Esta reacción está influenciada por la humedad, la temperatura y la presión del medio ambiente que rodea a la estructura afectada.

Tecnología del concreto Carbonatación El anhídrido carbónico CO2 existente en el aire penetra en los capilares del concreto y se combina con el hidróxido de calcio para formar carbonato de calcio. Esto provoca que la alcalinidad del concreto que originalmente tiene un valor de pH de 12 a 13 se reduce con el paso del tiempo.

Tecnología del concreto Corrosión La terminología de la ASTM (G15) defne la corrosión como “la reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medio ambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”. Los cloruros se mueven hacia dentro del concreto, provocando la ruptura de la capa pasiva de protección del acero, causando que éste se oxide y se delamine.

Tecnología del concreto

Corrosión

Tecnología del concreto

Gráfico esfuerzo-deformación 10. Un incremento en la relación agua/cemento produce: a) incremento en la porosidad de la pasta y por consiguiente una reducción en el módulo de elasticidad y resistencia b) incremento en la porosidad de la pasta y por consiguiente un aumento en el módulo de elasticidad y resistencia c) disminución en la porosidad de la pasta y por consiguiente una reducción en el módulo de elasticidad y resistencia

d) disminución en la porosidad de la pasta y por consiguiente un aumento en el módulo de elasticidad y resistencia

Gráfico esfuerzo-deformación

Filosofía de diseño 11. Para el diseño de elemento estructurales, un factor de seguridad se puede definir como una relación de: a) Producto de la resistencia nominal por la resistencia de diseño b) Cociente de la resistencia nominal entre la resistencia de diseño c) Producto de la resistencia de diseño por la resistencia nominal d) Cociente de la resistencia de diseño entre la resistencia nominal

Teoría de flexión Preliminares

Ecuación básica de seguridad ΦMn ≥ Mu Convención de signos M: + cuando produce compresión arriba V: + cuando produce giro de manecillas del reloj

Teoría de flexión σ=My/I Suposiciones de la teoría: 1.

2. 3.

Secciones perpendiculares al eje de pandeo se mantienen planas. La deformación en el refuerzo es igual a la deformación del concreto en el mismo nivel Los esfuerzos en el concreto y refuerzo se pueden calcular a partir de deformaciones utilizando curvas de esfuerzo de formación para concreto y acero

Teoría de flexión

Teoría de flexión Bloque de Whitney para esfuerzos: 1. 0.85 f’c 2. c perpendicular 3. Factor β

Teoría de flexión Bloque de Whitney para esfuerzos:

Teoría de flexión 12. El porcentaje de refuerzo en la sección balanceada para una viga rectangular de 30x60 cm de concreto de peso normal (f’c =210 kg/cm2) y con acero de fluencia de 4200 kg/cm2 es: a) 1% b) 2% c) 3% d) 4%

Diseño por flexión 13. ¿Cuál de los siguientes seria el orden correcto para diseñar una viga sujeta a flexión? 1. obtener la deformación del acero; 2. 2do análisis estructural; 3. 1er análisis estructural; 4. prediseño; 5. área de acero; 6. eje neutro de la sección a) b) c) d)

3,4,2,5,6,1 3,4,5,2,1,6 4,3,5,2,1,6 3,4,2,5,1,6

Diseño por flexión 14. ¿Qué significado tiene la ductilidad del acero en una viga sujeta a flexión? a) La capacidad de desarrollar tracción con el concreto b) Deformación necesaria para que fluya el acero c) Deformación elástica del acero que permite la formación de mecanismos de falla d) Deformación inelástica del acero que permite avisar la falla de la estructura

Diseño por flexión Si hay un momento actuante sobre una viga de 10 T-m, cuya base es de 30 cm, peralte efectivo de 55 cm y f’c de 250 Kg/ cm2 , considerar factor de reducción de resistencia de 0.9 (φ) 15. ¿Cuál es al área de acero requerido para soportar esta fuerza? Dar resultado en varilla # 6 con fy=4,200 kg/cm2 a) b) c) d)

1 2 3 4

16. ¿Cuál es el magnitud de la deformación del acero?¿se considera dúctil? a) b) c) d)

εs= 0.00206; dúctil εs= 0.03434; dúctil εs= 0.12204; dúctil εs= 0.01040; dúctil

Diseño por flexión 17. Se tiene una viga de 20 x 40 cm (d=35 cm); la cual esta empotrada y articulada en sus extremos y se encuentra armada por 3 varillas no. 4, contando con un f’c de 200 kg/cm2. La longitud de viga es de 6.5 m. Determinar la carga lineal que puede soportar esta viga (considerar un φ=0.9):

a) b) c) d)

w= 1344 kg/m w= 784 kg-m w= 883kg/m w= 584 kg/m

Diseño por flexión 18. Una viga rectangular de concreto de peso normal, con sección de 20x40 cm y f’c=250 kg/cm2 ,se encuentra en cantiliver. ¿Cuál es la longitud máxima que puede tener la viga sin utilizar ningún tipo de refuerzo por flexión? a) b) c) d)

1m 2m 5m 7m

Diseño por corte 19. ¿En el diseño estructural, a que distancia es considerada la fuerza cortante que actúa en una viga? a) A una distancia “d” del extremo de la viga b) A una distancia equivalente a la mitad del ancho de la columna con respecto al paño de la misma c) A una distancia “d” del paño de la columna d) En el paño de la columna

Diseño por corte 20. Un extremo de una viga, la cual esta soportada por una columna de 30 x 30 cm, esta sujeto a una fuerza cortante de 20 000 Kg, la que es producida por la carga del sistema de losa inmediato de 1300 kg/m. Esta viga esta constituida por un peralte efectivo de 55 cm, base de 30 cm, f´c de 200 kg/cm2 ¿Cuál será la separación del refuerzo a lo largo de la viga utilizando varilla #3?

a) b) c) d)

#3 @ 15 cm #3 @ 20 cm #3 @ 25 cm #3 @ 30 cm

Refuerzo a compresión 21. El refuerzo a compresión dentro de una viga permite todas las siguientes excepto:

a) Reducción de las deformaciones del acero en tensión b) Reducción de deflexiones c) Incremento de ductilidad d) Facilidad constructiva

Viga T 22. Determine la resistencia de diseño de la viga T mostrada en la Figura, con f´c = 4000 psi y fy = 60000 psi.

a) b) c) d)

187845 kg-m 177845 kg-m 167845 kg-m 157845 kg-m

Losas en una dirección 23. Se puede considerar que una losa apoyada perimetralmente trabaja en una dirección si:

a) b) c) d)

Llargo/Lcorto≥2 Llargo/Lcorto0.5 Lcorto/Llargo ≥ 1.5

Losas en una dirección 24. El diseño de losas en una dirección se asemeja al de una viga con un ancho de 1 m excepto por el refuerzo de temperatura y: a) La distribución lineal de deformaciones b) La distribución de esfuerzos a tensión del concreto c) El refuerzo por corte d) La forma del bloque de whitney para los esfuerzos a compresión

Losas en una dirección

PATRONES DE CARGA

Losas en una dirección

Detallado de refuerzo 25. Tras el diseño de un viga por flexión (d=34 cm), ¿Qué longitud adicional debe darse en la sección de momento positivo, si se sabe que se usaron 4 # 4, que es continua en ambos lados y que la viga mide 4m? M+: 12 db o d (1/3 As disc, ¼ As cont) M-: d, 12db o ln/16

a) b) c) d)

34 cm y 1 # 4 15.24 cm y 2 # 4 30.48 cm y 2 # 4 68 cm y 1 # 4

Longitud de desarrollo 26. ¿Cuál de las siguientes es verdad de la longitud de desarrollo? a) Es medida desde el centro del refuerzo b) Se utilizan exclusivamente ganchos de 270° para satisfacer su longitud c) Sirve para desarrollar las propiedades mecánicas del acero de refuerzo d) Es la continuación de las longitudes adicionales

Longitud de desarrollo 27. ¿Cuál de los siguientes no es un elemento necesario para el calculo de la longitud de desarrollo? a) Diámetro de varilla b) Tamaño máximo de agregado c) Posición del acero d) Recubrimiento de la varilla

Longitud de desarrollo 28. La longitud de desarrollo puede ser satisfecha por los siguientes, excepto por: a) Aumento del diámetro del refuerzo longitudinal b) Acrecentar la longitud adicional hasta cubrir la de desarrollo c) Utilización de ganchos de 180° en esquinas, utilizando estribos, cuya separación es 3db d) La longitud del gancho 90° puede ser reducido por los factores recubrimiento lateral, gancho y As requerido/ As proporcionado

Columnas cortas 29. ¿Cuál es el porcentaje de acero mínimo en una columna? a) b) c) d)

1% 2% 4% 8%

Columnas cortas 30. ¿Cuál de las siguientes no se refiere a la función de los estribos en una columna? a) Prevenir el pandeo del refuerzo longitudinal b) Confinar el corazón de concreto para que no explote c) Aumentar la resistencia a momento de las columnas d) Resistir corte

Columnas cortas 31. Cuando una columna está sujeta únicamente a una gran fuerza axial, el refuerzo transversal se prefiere: a) En estribos rectangulares porque brinda un mejor confinamiento del corazón de concreto y advierte cuando la columna va a fallar b) En espiral porque brinda un mejor confinamiento del corazón de concreto y advierte cuando la columna va a fallar c) En estribos circulares debido a su efecto benéfico en la capacidad a tensión por deformación lateral de la columna después de que el refuerzo longitudinal alcanza el punto de fluencia d) Ignorar puesto que dicho refuerzo no contribuye a la capacidad de carga axial de la columna

Columnas cortas 32.El diagrama de interacción para una columna corta de concreto reforzado depende de todas las siguientes, excepto:

a) Propiedades del material b) Dimensiones de la sección transversal c) Cantidad y arreglo del refuerzo longitudinal d) Tipo del refuerzo transversal

Columnas cortas

Columnas cortas 33. Las columnas se diferencian entre cortas y esbeltas al comparar un valor límite contra su relación de esbeltez que se calcula como: a) b) c) d)

El factor de longitud efectiva por la longitud libre de apoyo lateral de la columna entre el cociente del radio de giro y la inercia de la sección transversal La longitud libre de apoyo lateral de la columna entre el momento de inercia de la sección transversal El factor de longitud efectiva por la longitud libre de apoyo lateral de la columna entre la raíz cuadrada del cociente de la inercia y el área de la sección transversal Longitud libre de apoyo lateral de la columna entre el radio de giro de la sección transversal

Muros

Muros 34. Un muro que resiste una carga transversal a su plano se refiere a un: a) b) c) d)

Muro divisorio Muro de carga Muro de corte Muro de contención

Muros Muro de carga (cargas gravitacionales) Muro de contención (cargas transversales al muro) Muro de corte (cargas laterales de sismo y viento)

Losas en dos direcciones

Losas en dos direcciones Analizar mediante: • Elementos finitos • Teoría de placas elásticas • Análisis de línea de fluencia • Método de marco equivalente • Método de diseño directo

Torsión

LIBRO DE TEXTO RECOMENDADO

JAMES K. WRIGHT Y JAMES G. MACGREGOR. REINFORCED CONCRETE. PEARSON PRENTICE HALL. 5ª EDICIÓN. USA: 2009

Lecturas y ejercicios recomendados Tema Páginas del libro recomendado Tipos de cemento 49---52 Proceso de diseño 12 Estados Límite 13---15 Gráfica esfuerzo-deformación 64---70 Teoría de flexión 103---123 Vigas rectangulares 125---126; 135---147 Viga T 147---159 Losa en una dirección 452---456 Corte en vigas 233---273 Detallado y refuerzo 354---409 Vigas continuas 456--478 Columnas diagrama de interacción 490---506 Columnas cortas y esbeltas 490---495; 536---537; 540---558 Muros 930---936 *Losas en 2 direcciones 606---611 *Torsión 300---313 *Sismo 982---997 *Consultar como información adicional