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25 DE NOVIEMBRE DEL 2009
Concreto simple
Es una mezcla de cemento Pórtland, agregado
fino, agregado grueso y agua, el cual no contiene
ningún tipo de elemento de refuerzo o posee
elementos menores a los especificados para el
concreto reforzado, ya sea vaciados en sitio o
prefabricados, y cuyas características son una
buena resistencia en compresión, durabilidad,
resistencia al fuego y moldeabilidad.
Este tipo de concreto no es
utilizado en elementos
sometidos a tensión o un
esfuerzo cortante. Su uso en
edificaciones se da
principalmente en
elementos totalmente
apoyados sobre el suelo o
soportados por otros
elementos estructurales
capaces de proveer un
apoyo vertical continuo.
Se proporcionarán juntas de
contracción o de aislamiento para
dividir los miembros estructurales de
concreto simple en elementos a flexión
discontinuos. El tamaño de cada
elemento limitará el incremento
excesivo en los esfuerzos internos
generados por las restricciones al
movimiento originado por la
deformación diferida, la contracción
por secado, y los efectos de
temperatura.
Uso en edificaciones
Su uso en edificaciones se da
principalmente en
estructuras especiales, tales
como arcos, estructuras
enterradas y muros de
gravedad, etc.
Arco
Un arco funciona como un conjunto que transmite las
cargas, ya sean propias o provenientes de otros elementos,
hasta los muros o pilares que lo soportan.
Representación esquemática de los
elementos del arco y la bóveda.
1.
Clave
2.
Dovela
3.
Trasdós o Extradós
4.
Imposta
5.
Intradós
6.
Flecha
7.
Luz, vano
8.
Contrafuerte
Estructuras enterradas
Se les llama estructuras enterradas a todas aquellas
estructuras construidas mediante métodos en zanja o bajo
terraplén.
Involucra también a los elementos de concreto ciclópeo,
resultante de la adición de piedras grandes en volúmenes
determinados al concreto simple.
Muros de gravedad
Son aquellos cuyo peso contrarresta
el empuje del terreno. Dadas sus
grandes dimensiones, prácticamente no
sufre esfuerzos flectores, por lo que no
suele armarse.
Concreto ciclópeo
El concreto ciclópeo es una combinación de concreto de
cemento a baja resistencia y piedras grandes de tamaño
no mayor de 30 centímetros.
La proporción de este concreto es 33% de concreto de
baja resistencia y 67% de piedra bola,
aproximadamente.
La utilización de este tipo de concreto se da
principalmente en las cimentaciones superficiales donde
la zanja pueda hacerse con parámetros verticales y sin
desprendimientos de tierra, además el cimiento de
concreto ciclópeo es sencillo y económico.
ELEMENTOS DE CONCRETO
REFORZADO
Concreto Reforzado
Este tipo de concreto contiene material que aumenta su integridad estructural y esta
uniformemente distribuido, las cuales pueden ser fibras de acero, fibras de vidrio, fibras
sintéticas y fibras naturales.
De esta forma aumenta sus capacidades a soportar esfuerzos que el concreto simple no podría
soportar de otra forma.
Entre las propiedades importantes del concreto reforzado se encuentran la gran resistencia al
fuego y efectos de interperismo, la estabilidad de su durabilidad, el poco costo que requiere la
supervisión durante su construcción, la versatilidad para su empleo en formas arquitectónicas
caprichosas, propiedades que constituyen la fuerza que genera avances en la tecnología y
conocimientos sobre el concreto reforzado
Ferrocemento
Es un tipo particular de concreto reforzado, los
materiales que conforman el ferrocemento son
el mortero que es de consistencia frágil y capas
de malla de alambre o de un emparrillado de
acero de diámetro pequeño, ligados
íntimamente para crear una estructura rígida.
El ferrocemento se usa en estructuras de espesores
delgados tales como tanques de reserva, silos,
coberturas, filtros para plantas de tratamiento, etc.
en donde la resistencia y rigidez se desarrollan
mediante la forma del elemento. Dentro de sus
grandes ventajas está su bajo costo, sus
características de incombustibilidad y su alta
resistencia a la corrosión.
Procedimientos de construcción
Los cuatro pasos principales en la construcción de
ferrocemento son:
• Colocación de la malla de alambre en la posición
adecuada
• Mezcla del mortero.
• Aplicación del mortero.
• El curado.
Concreto reforzado con fibras de vidrio
Las aplicaciones del concreto reforzado con fibra de vidrio
(conocido como GRC o GFRC, por sus siglas en inglés) son
fundamentales dentro de la prefabricación, usada
profusamente en sectores como la restauración, a dado
soluciones a cerramientos de fachadas y a piezas de lo que
se ha llamado “piedra artificial”. Puesto que conforma
elementos de espesor muy reducido (entorno a 12 mm o ½
pulgada), es obvio que definirlo con características de
resistencia a compresión no es apropiado.
USO EN LA CONSTRUCCIÓN
• El concreto se refuerza para darle fuerza
extensible adicional; sin el refuerzo, muchos
edificios concretos no habrían sido posibles.
• El concreto reforzado puede abarcar muchos
tipos de estructuras y de componentes,
incluyendo losas, paredes, vigas, columnas,
fundaciones, marcos y más.
MATERIALES.
CONCRETO:
Dentro de las Características mecánicas que posee el concreto, la de mayor
importancia es la resistencia a la compresión axial. Las resistencias a tensión,
flexión, cortante, de adherencia, así como el módulo de elasticidad del
concreto, presentan una fuerte relación con la resistencia a la compresión
axial, por lo que se considera a esta propiedad como la representativa del
concreto.
Cuando al concreto se le sujeta a esfuerzos monotónicamente crecientes, la
estructura del mismo va sufriendo de fractura miento en su estructura
interna.
ACERO
El acero de refuerzo empleado en estructuras de concreto reforzado se puede
dividir, por su forma, en corrugado y liso. Por sus mejores características de
adherencia con el concreto, generalmente se emplea el acero corrugado. Las
características esfuerzo - deformación del acero estructural, en pruebas a tensión
uniaxial. Hasta el punto de fluencia, la relación es aproximadamente lineal.
Para el diseño de elementos estructurales comúnmente empleados en estructuras
arquitectónicas, considerando los niveles de deformación a los que se verán
sujetos y eliminando los elementos de claro corto, puede asumirse que las barras
de acero estructural no incursionarán en el rango de endurecimiento por
deformación. Por lo que generalmente se considera a las características esfuerzo deformación en el acero estructural como perfectamente elasto – plásticas
CARACTERÍSTICAS DOMINANTES
• Características físicas dan al concreto reforzado sus
características especiales. Primero, coeficiente de
extensión termal del concreto es similar a el del acero,
eliminando las tensiones internas debido a las
diferencias adentro, termal extensión o contracción.
• En segundo lugar, cuando la goma del cemento dentro
del concreto endurece esto se conforma con los
detalles superficiales del acero, permitiendo que
cualquier tensión sea transmitida eficientemente entre
los diversos materiales. Las barras generalmente de
acero se ponen ásperas o se acanalan para mejorar
más lejos enlace o cohesión entre el concreto y el
acero.
MEDIDAS ANTICORROSIÓN
• En los climas mojados y fríos, el concreto reforzado
para los caminos, los puentes, las estructuras que
parquean y otras estructuras a los cuales puede ser
expuesto el a la sal puede beneficiar de uso de la
inmersión de recubrimiento epoxi, barra galvanizada o
del la barra de acero inoxidable, aunque el buen diseño
y una mezcla bien elegida del cemento pueden
proporcionar la suficiente protección para muchos
usos.
• Los impermeabilizantes incluyen la pintura, las
películas y papel de aluminio, fieltros o esteras de la
tela selladas con alquitrán, y capas de bentonita arcilla,
usada a veces para sellar capas de balasto.
MODOS DE FALLO COMUNES DEL CONCRETO
REFORZADO ACERO
•
FALLA MECÁNICA:
se puede considerar para fallar cuando ocurren las grietas significativas. El
agrietarse de la sección concreta no se puede prevenir sin embargo el tamaño de
las grietas puede ser limitado y controlado por el reforzamientos
•
CARBONATACIÓN
El agua en los poros del cemento está normalmente alcalino. Este ambiente
alcalino es uno en el cual el acero está pasivo y no corroe
•
CLORUROS
Cloruros, incluyendo cloruro de sodio, promueva la corrosión de barras de refuerzo
de acero. Por esta razón, en agua del concreto que se mezcla solamente, el
cemento y los agregados con un contenido bajo del cloruro pueden ser utilizados,
y el uso de la sal para deshielo los pavimentos concretos se evita en lo posible.
ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO
• Una estructura debe ser segura contra el colapso y funcional en su uso
para que cumpla con sus propósitos. El funcionamiento requiere que
las deflexiones sean suficientemente pequeñas, las vibraciones se
minimicen etc. La seguridad requiere que la resistencia sea adecuada
para todas las cargas previsibles, si las cargas y la resistencia pudieran
predecirse con precisión, la seguridad se garantizaría proporcionando
una capacidad ligeramente superior a las cargas que se aplican.
LOSAS
Las losas son elementos estructurales horizontales cuyas dimensiones en planta son
relativamente grandes en comparación con su altura donde las acciones principales
(cargas) sobre ellas son perpendiculares a su plano, se emplean para entrepisos y
techos.
Los entrepisos, aparte de su función estructural cumplen con otras funciones tales
como: control ambiental, seguridad e instalaciones, pavimentos o pisos. Por lo tanto
están formadas por: la estructura, el pavimento, la capa aislante, el cielo falso o
cielo raso.
FUNCIÓN ESTRUCTURAL
La principal es el sostén para las personas, elementos, maquinarias que puedan
desarrollar de forma segura todas las actividades y a veces de contribuir a la
estabilidad de los edificios.
TIPOS
• Según la distribución del refuerzo
• Según su forma estructural
• Según su composición
• Tipo de nervadas
• Según los apoyos
• Según su construcción
VIGAS
Elementos estructurales horizontales o inclinados que pueden ser de
cualquier forma pero prefieren de estructuras regulares por su facilidad de
construcción y diseño, en el caso particular de concreto armado, las
proporciones entre la base y la altura pueden ser de 1:2 hasta 1:4, aunque
no se descartan las secciones cuadradas trapezoidales y circulares.
COLUMNAS
Representan el elemento vertical de
soporte para la mayoría de las
estructuras a base de pórticos. La
adecuada selección de su tamaño,
forma, espaciamiento y composición
influyen de manera directa en su
capacidad de carga.
Las características de la altura, la
sección transversal y la viga
intervienen en la columna a lo que se
conoce como factor de esbeltez, que
permite determinar la capacidad real
de la columna, ya que este factor
disminuye
la resistencia de la
columna producto de la relación entre
la longitud y la sección de esta.
PILAS
Las pilas al ser más anchas que las columnas a las cuales corresponden, transmiten
sin menor problema axialmente el peso hasta el estrato rocoso-resistente. Por lo cual
revisar si su sección soporta el peso al cual estará sometido es una pérdida de
tiempo. Pero es necesario verificar, que sí tenga el diámetro necesario para resistir la
flexocompresión y los momentos de pandeo local
CIMENTACIONES DE CONCRETO
ARMADO
Los cimientos de concreto armado se utilizan en todos los
terrenos pues aunque el concreto es un material pesado,
presenta la ventaja de que en su calculo se obtienen,
proporcionalmente, secciones relativamente pequeñas si se les
compara con las obtenidas en los cimientos de piedra
CIMENTACIONES CORRIDAS:
Es un tipo de cimiento de hormigón o de hormigón armado que se desarrolla
linealmente a una profundidad y con una anchura que depende del tipo de suelo. Se
utiliza primordialmente para transmitir adecuadamente cargas proporcionadas por
estructuras de muros portantes. Se usa también para cimentar muros de cerca, muros
de contención por gravedad, para cerramientos de elevado peso, etc. Las
cimentaciones corridas no son recomendables cuando el suelo es muy blando.
CONCRETO ARMADO (HORMIGON ARMADO)
La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de
hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras.
También es posible armarlo con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de
vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras
dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido.
La utilización de acero cumple la misión de transmitir los esfuerzos de
tracción y cortante a los que esta sometida la estructura. El hormigón tiene
gran resistencia a la compresión pero su resistencia a tracción es pequeña.
COMPORTAMIENTO LINEALES A FLEXIÓN (VIGAS) Y
FLEXOCOMPRESIÓN (COLUMNAS).
COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS SUJETOS A
FLEXIÓN.
El comportamiento de las estructuras de concreto reforzado se
basa en el comportamiento básico de los materiales que lo
constituyen. Es por eso que ante la poca capacidad del
concreto a resistir esfuerzos de tensión, se cuenta con el
refuerzo de las barras de acero. Así, ante los efectos de
flexión, los esfuerzos axiales de compresión serán soportados
por el concreto, y los esfuerzos axiales de tensión serán
soportados por el acero de refuerzo.
COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS SUJETOS A
FLEXOCOMPRESIÓN
En estructuras a base de marco momento resistentes, los elementos
columna en la mayoría de los casos estarán sujetos a carga axial y
momento flexionante (uniaxial y biaxial). En otros casos, aunque
teóricamente la columna este sujeta únicamente a carga axial, por
problemas de control de calidad en la etapa constructiva se generan
desviaciones en el dimensionamiento y distribución de las secciones
transversales, provocando excentricidad de la carga axial respecto al eje
del elemento, lo que genera momento flexionante a considerar en el
diseño de dicho elemento.
COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS LINEALES (VIGAS Y COLUMNAS)
ANTE FUERZA CORTANTE
La falla por cortante en elementos de concreto reforzado, a diferencia de la
falla por flexión, es repentina y generalmente produce un estado de
inestabilidad irreparable en el elemento en particular y la estructura en
general. Por lo que los procedimientos de diseño presentados en los
reglamentos tienden a tratar de eliminar este tipo de falla y lograr un
factor de seguridad lo mayor posible respecto a este comportamiento
indeseable en la estructura.
MODOS DE FALLA POR CORTANTE.
VIGAS CON RELACIÓN CLARO A PERALTE GRANDE (a/d > 2.5, DONDE "A"
ES LA LONGITUD DEL CLARO DE CORTE).
a) Falla por flexión (Fig.l2.a). Las grietas por efectos de flexión se propagan
convirtiéndose en agrietamiento por efectos nexo-cortantes, extendiéndose a
través del elemento causando una falla brusca por tensión diagonal.
b) Falla por tensión diagonal (Fig.l2.b). En este tipo de falla no se observa ninguna
de las características antes citadas, no se presenta tampoco aplastamiento del
concreto a compresión, es una falla frágil e inestable. Incrementando la cantidad
de refuerzo lateral se reduce considerablemente la posibilidad ocurrencia de este
tipo de falla y se logran ductilidades que varían desde 1 hasta 4.
VIGAS CON RELACIÓN CLARO A PERALTE PEQUEÑO, TAMBIÉN LLAMADAS
VIGAS CORTAS (i < a/d < 2.5):
a) Falla de tensión por cortante (Fig.l3.a). EL agrietamiento por problemas de adherencia
entre el acero de refuerzo y e! concreto se propaga a lo largo del refuerzo longitudinal
empezando en el extremo de ta grieta inclinada de cortante. Como mecanismos
resistentes importantes ante este tipo de falla se pueden citar el efecto de dovela del
refuerzo longitudinal, la adherencia acero-concreto y la resistencia a deslizamiento
acero-concreto.
b) Falla de compresión por cortante (Fig.l3.b). En este tipo de falla el concreto a
compresión en las fibras extremas de la sección transversal, en los extremos de las
grietas de cortante, sufre aplastamiento y falla. Este problema se recrudece cuando el
elemento se sujeta a niveles altos de carga axial y cuando se trata de elementos cortos
de gran peralte
VIGAS DE GRAN PERALTE (a/d < 1)
• En esta clase de elementos se generan esfuerzos significativos de
compresión en los estratos de concreto resultantes entre las grietas
inclinadas provocadas por efecto de cortante, y grandes esfuerzos
de tensión a través de dichas grietas. Este fenómeno puede
provocar:
• a) Fallas de anclaje del acero a tensión, combinada con
desprendimiento del concreto de recubrimiento por efecto de
dovela.
• b) Falla por aplastamiento del concreto en los apoyos.
• c) Falla de flexión debido a la rotura post-fluencia del acero de
refuerzo longitudinal, o al aplastamiento del concreto en la parte
superior del mecanismo de arco.
• d) Falla por aplastamiento en el concreto de los estratos a
compresión ubicados en la vecindad del agrietamiento diagonal por
cortante.
PROPIEDADES DE ADHERENCIA Y ANCLAJE
ACERO - CONCRETO
• Para que un elemento de concreto reforzado se
considere monolítico, o trabaje como tal, es necesario
la existencia de adherencia entre los materiales.
Cuando el esfuerzo en el acero de refuerzo embebido
en el concreto cambia, esa diferencia de esfuerzos
deberá transferirse al concreto por medio de
adherencia y anclaje.
• Las características de esta adherencia dependen de
mecanismos como la adherencia química entre acero y
concreto, la fricción generada entre los materiales, así
como procedimientos mecánicos de transferencia de
fuerza proporcionados por las corrugaciones del acero
de refuerzo.
Los factores determinantes en la resistencia por adherencia y
anclaje de un elemento de concreto reforzado son los siguientes
• a) Resistencia del concreto: Debido al estado de esfuerzos a
que se somete el concreto en la vecindad del acero, a
mayor resistencia a tensión del concreto la resistencia por
adherencia será mayor.
• b) Características dimensionales del acero de refuerzo:
Como se explicó antes, el uso del acero corrugado, por el
mecanismo que se genera entre la corrugación y el
concreto, provoca aumento en la resistencia por
adherencia.
• c) Posición y orientación del acero de refuerzo: La
resistencia por adherencia en aceros colocados
verticalmente resulta mayor que para aceros colocados
horizontalmente
Comportamiento de
elementos viga y columna.
Factores que determinan el mecanismo de falla
Como factores importantes en la resistencia y capacidad de deformación de
elementos estructurales de concreto reforzado lineales (vigas y columnas).
a)
Cantidad y diámetro del acero de refuerzo longitudinal.
b)
Cantidad y distribución del acero de refuerzo lateral.
c)
Efecto de elementos vecinales, como losa de piso y trabes
ortogonales.
d)
Carga axial.
e)
Carga cíclica
a) Cantidad y diámetro del acero de refuerzo longitudinal:
Al colocar la misma cantidad de acero de refuerzo,
pero de menor diámetro, se incrementa la
superficie de contacto acero-concreto y por lo
tanto
se incrementa la resistencia por adherencia
y
anclaje.
b) Cantidad y distribución del acero de refuerzo lateral:
se entiende que el papel del acero de refuerzo lateral
en elementos de concreto reforzado, además de
contribuir a evitar una talla frágil por cortante en el
elemento, también tiene efecto sobre las siguientes
características de un elemento estructural:
c) Efecto de elementos vecinales, como losa de piso y trabes ortogonales:
De investigaciones experimentales recientes, se ha concluido que una losa
estructural, reforzada y anclada adecuadamente al elemento viga
correspondiente durante el proceso constructivo, participa totalmente junto con
la viga en rigidez y resistencia en el trabajo del marco momento resistente.
d) Carga axial:
Para lograr incrementos en la capacidad de deformación
en elementos
sujetos a efectos principales de carga axial y flexión (columnas).
e) Carga cíclica:
El efecto de carga cíclica provoca efectos, a largo plazo, similares a los
provocados por problemas de fatiga en los materiales. A mayor el número
de ciclos, mayor será la degradación del material (el concreto en este caso),
generando disminución de la capacidad de deformación y decaimiento de
resistencia en el rango posterior a la fluencia.
Diseño de estructuras de cimentación
Para diseñar la estructura de cimentación se deberá considerar
todos los posibles estados de carga que pudiera sufrir la misma,
como el estado de cargas verticales y horizontales generadas por
de la formación de mecanismo de falla ante el sismo de diseño,
así como la posible situación de una descarga del inmueble por
reparación o remodelación que pudiera repercutir en
asentamientos diferenciales o emersión de la subestructura.
GRACIAS POR SU ATENCION