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ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO. SECCIONES DE COLUMNAS Y EMPALMES DE REFUERZO CONSTRUCCION I Docente: Ricardo A. Sosa Sandoval

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CONCRETO ARMADO DE COLUMNAS

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  • ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO.

    SECCIONES DE COLUMNAS Y

    EMPALMES DE REFUERZO

    CONSTRUCCION I

    Docente: Ricardo A. Sosa Sandoval

  • Concreto armado: es el concreto simple + acero de refuerzo. Bsicamente cuando tenemos un elemento estructural que trabajar a compresin y tensin; ningn esfuerzo de tensin ser soportado por el concreto simple, es por ello que se debe incluir un rea de acero que soporte la tensin generada reflejada en un nmero de varillas segn su dimetro, as como su colocacin.

    GENERALIDADES:

  • 1. CARGAS ESTTICAS.

    Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo

    cual hace que se originen esfuerzos y deformaciones que

    alcanzan sus valores mximos en conjunto con la carga

    mxima. Prcticamente, estas solicitaciones no producen

    vibraciones en la estructura, y a su vez clasifican en:

    Cargas Permanentes o Muertas. Son cargas gravitacionales

    que actan durante Ia vida til de la estructura, como por

    ejemplo: el peso propio de la estructura y el peso de los

    elementos aadidos a la estructura (acabados, tabiques,

    maquinarias para ascensores y cualquier otro dispositivo de

    servicio que quede fijo en la estructura).

    Carga Viva o Sobrecarga. Son cargas gravitacionales de

    carcter movible, que podran actuar en forma espordica

    sobre los ambientes del edificio. Entre estas solicitaciones se

    tiene: al peso de los ocupantes, muebles, nieve, agua, equipo

    removibles, puente gra, etc. Las magnitudes de estas cargas

    dependen del uso al cual se destinen los ambientes.

    Tipos de Carga

  • 2. CARGAS DINMICAS.

    Son aquellas cuya magnitud, direccin y sentido varan

    rpidamente con el tiempo, por lo que los esfuerzos y

    desplazamientos que originan sobre la estructura, tambin

    cambian con el tiempo; cabe indicar que el instante en que

    ocurre la mxima respuesta estructural, no necesariamente

    coincide con el de Ia mxima solicitacin. Estas cargas

    clasifican en:

    Vibraciones Causadas por Maquinarias. Cuando las mquinas

    vibratorias no han sido aisladas de la estructura principal, sus

    vibraciones pueden afectar tanto a la estructura que las

    soporta como a las estructuras vecinas.

    Viento. El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para

    simplificar el diseo se supone que acta como una carga

    esttica sobre las estructuras convencionales, pero para

    estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.)

    es necesario verificar que su perodo natural de vibrar no

    coincida con el de las rfagas de viento, de lo contrario,

    podra ocurrir la resonancia de la estructura.

  • Sismos. Las ondas ssmicas generan aceleraciones en las

    masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que

    varan a lo largo del tiempo; sin embargo las estructuras

    convencionales pueden ser analizadas empleando cargas

    estticas equivalentes a las producidas por el sismo.

    Cargas Impulsivas o de Impacto. Son aquellas que tienen

    corta duracin, por ejemplo las explosiones, choques, etc.

    Despus que esta solicitacin culmina se produce el

    movimiento de vibracin de la estructura.

    3. OTRAS SOLICITACIONES.

    Aparte de las cargas descritas existen otras solicitaciones que

    pueden comprometer a la estructura y que, por lo tanto,

    deben contemplan en el diseo. Ejemplo de estas

    solicitaciones son: el asentamiento de los apoyos, cambio

    uniforme o diferencial de temperatura, los empujes de tierra, el

    deslizamiento del suelo, las tensiones residuales, los

    preesfuerzos, el fuego, las subpresin de agua, las

    contracciones por secado del concreto, etc.

  • TIPO DE EDIFICACION SOBRECARGA (Kg/ m2)

    Azoteas

    Vivienda

    Aulas de Centros Educativos

    Oficinas

    Salas de Lectura de Bibliotecas

    Sala de Operacin de Hospitales

    Auditorios y Gimnasios

    Laboratorios

    Salas de Computo

    Corredores y Escaleras

    Salas de Archivo

    Talleres de Centros Educativos

    Almacenes de Bibliotecas

    100

    200

    300

    250

    300

    300

    300

    300

    350

    400

    500

    350

    750

    A continuacin se muestra algunas de las sobrecargas especificadas por la

    Norma E-020.

    SOBRECARGAS PARA DIFERENTES EDIFICACIONES

  • Factor de carga es el nmero por el cual hay que multiplicar el valor de la carga real o de servicio para determinar la carga ltima que puede resistir un miembro en la ruptura.

    Generalmente la carga muerta en una estructura, puede determinarse con bastante exactitud pero no as la carga viva cuyos valores el proyectista solo los puede suponer ya que es imprevisible la variacin de la misma durante la vida de las estructuras; es por ello, que el coeficiente de seguridad o factor de carga para la carga viva es mayor que el de la carga muerta. Los factores que en el reglamento del ACI se denominan U, son los siguientes:

    A) Para combinaciones de carga muerta y carga viva: U = 1.4D + 1.7L Donde: D = Carga muerta y L = Carga viva B) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y carga

    accidental: U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.7W) o U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.87E)

    Donde: W = Carga de viento y E = Carga de sismo Cuando la carga viva sea favorable se deber revisar la

    combinacin de carga muerta y carga accidental con los siguientes factores de carga:

    U = 0.90D + 1.30W y U = 0.90D + 1.30E

    FACTORES DE CARGA:

  • Es un nmero menor que 1, por el cual hay que multiplicar la

    resistencia nominal calculada para obtener la resistencia de diseo.

    Al factor de reduccin de resistencia se denomina con la letra :

    los factores de reduccin son los siguientes:

    Para:

    Flexin .....................................................0.90

    Cortante y Torsin ..................................0.75

    Adherencia .............................................0.85

    Compresin con o sin flexin

    Columnas con refuerzo helicoidal ......0.75

    Columnas con Estribos ..........................0.70

    El factor de reduccin de resistencia toma en cuenta las

    incertidumbres en los clculos de diseo y la importancia relativa

    de diversos tipos de elementos; proporciona disposiciones para la

    posibilidad de que las pequeas variaciones adversas en la

    resistencia de los materiales, la mano de obra y las dimensiones las

    cuales, aunque pueden estar individualmente dentro de las

    tolerancias y los lmites pueden al continuarse, tener como

    resultado una reduccin de la resistencia.

    FACTORES DE REDUCCION:

  • Es el concreto que separa al acero del medio externo y evita que entre

    en contacto con el agua, la humedad o el fuego. Es importante

    porque protege el acero. Se debe tomar en cuenta que este

    recubrimiento se mide desde la cara exterior del estribo.

    El refuerzo debe de tener recubrimiento adecuado cuyo fin es el de

    proteger al acero de dos agentes: La corrosin y el fuego.

    El recubrimiento se mide desde la superficie del concreto hasta la

    superficie exterior del acero, o el borde exterior de los estribos si el

    refuerzo transversal confina las varillas principales.

    A continuacin, se presenta un cuadro resumen con los recubrimientos

    usados en concreto armado:

    RECUBRIMIENTOS

    CONCRETO VACIADO EN OBRA RECUBRIMIENTO MINIMO (CMS) 1) Concreto vaciado directamente sobre el terreno sin

    encofrado. 2) Concreto en contacto con el terreno o expuesto a la

    intemperie: - varillas N 6 a > - varillas N 5 a <

    3) Concreto vaciado al interior de edificaciones: - Losas muros y aligerados.

    varillas N 14 A> varillas N 11 A <

    - Vigas y columnas: refuerzo longitudinal o principal estribos cerrados, espirales.

    - Bvedas y elementos laminares, cascarones: varillas N 6 A> varillas N 5 A<

    7.50

    5.00 4.00

    4.00 2.00

    4.00

    2.00 1.50

  • La capacidad del refuerzo en el concreto para desarrollar la

    resistencia en tensin de una seccin, depende de la

    compatibilidad de ambos materiales para actuar unidos al resistir las

    cargas externas. Una varilla, por ejemplo, se debe deformar en la

    misma medida que el concreto que la rodea, con el objeto de

    evitar la separacin de los dos materiales cuando estn sujetos a la

    accin de las cargas.

    El acero es un material que posee las caracterstica para desarrollar

    la adhesin requerida entre el refuerzo y el concreto.

    La resistencia de adherencia es el resultado de la combinacin de

    varios parmetros, tales como la adhesin mutua entre el concreto

    y la superficie de contacto del acero y la presin que ejerce el

    concreto endurecido en la varilla o el alambre de acero, debida a

    la contraccin del concreto al secarse. Adems de esto, la

    trabazn y friccin que ocasionan la presencia de las corrugaciones

    de la superficie del acero, resulta en un incremento de la resistencia

    del desplazamiento. El efecto total que producen estos factores se

    conoce como adherencia.

    ADHERENCIA Y ANCLAJE

  • En resumen, la resistencia de adherencia es controlada principalmente

    por los siguientes factores:

    1.- Adhesin entre el concreto y los elementos de refuerzo.

    2.- El efecto de sujecin que

    resulta al secarse y contraerse el

    concreto que rodea a la varilla y

    que se forman entre las

    corrugaciones de la varilla y en

    el concreto en el que est

    embebida.

    3.- La friccin que resiste al deslizamiento y la trabazn que se

    produce cuando el elemento de refuerzo es sujeto a esfuerzos de

    tensin.

    4.- La calidad y resistencia del concreto a la tensin y a la compresin.

    5.- El efecto de anclaje mecnico que se obtiene en los extremos de

    las varillas por medio de la longitud de desarrollo, los empalmes, y los

    ganchos.

    6.- El dimetro, la forma y la separacin del refuerzo, debido a que

    afectan el desarrollo de grietas.

    FUERZAS DE ADHERENCIA QUE ACTUAN EN EL CONCRETO

    FUERZAS DE ADHERENCIA QUE SE EJERCEN SOBR EL ACERO

  • Longitud de empalme en columnas La longitud de empalme* variar de acuerdo con el dimetro

    de la barra, de la ubicacin del empalme, de la resistencia del

    concreto y del tipo de elemento (columna o viga). aumentar.

    A continuacin se detallan cada uno de estos casos:

  • Acero

    Longitudinal

    Columna Ln

    Estribos Columna

    Empalme de la

    Columna

    (Longitud de

    Desarrollo)

    Ejemplo Unin Viga-Columna

    Acero

    Longitudinal

    Viga

    Estribos Viga

    EMPALMES

  • El estudio del comportamiento y diseo de columnas de

    concreto reforzado, ha sido un reto y un problema que han

    resuelto de acuerdo a sus alcances y conocimientos nuestros

    antepasados.

    Las columnas son elementos estructurales que sirven para

    soportar cargas axiales, y donde actan fuerzas longitudinales

    (carga axial), produciendo en ellas esfuerzos de compresin,

    tensin, cortante y momento flexionante, y en algunos casos se

    presenta esfuerzos combinados como la flexocompresin; para

    absorber estas fuerzas producidas en la columna debido a las

    cargas se adiciona acero estructural como refuerzo longitudinal

    para absorber los esfuerzos de tensin; as como tambin acero

    transversal para los esfuerzos cortantes que se producen en

    dicha columna.

    El reglamento A.C.I. 318-04, indica: Que para el diseo de las

    columnas se deben considerar las fuerzas axiales que provienen

    de las cargas factorizadas de todos los entrepisos o azoteas.

  • Clasificacin de las columnas de acuerdo a su relacin de esbeltez.

    Columnas cortas. Columnas largas. *Las columnas largas fallan por esbeltez y las cortas por resistencia

    Clasificacin de las columnas de acuerdo a su forma o geometra.

    Columnas rectangulares. Columnas cuadradas. Columnas circulares. Columnas de seccin variada. * Las columnas pueden llevar segn la fuerza cortante: estribo simple, doble, especial, etc.

    Clasificacin de las columnas de acuerdo a su confinamiento.

    Columnas estribadas. Columnas zunchadas. * Las columnas podrn tener secciones geometricas diversas.

  • SECCIONES TRANSVERSALES