Presentacin de PowerPoint

Ing. Jos Luis Villavicencio GuardiaCONCRETO ARMADO IUNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN DE HUANUCOFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA

PROCESOS DE DISEOESTRATEGIAS DE DISEOLa estructura debe concebirse como un sistema o conjunto de partes y componentes que se combinan ordenadamente para cumplir una funcin dada.

El proceso de diseo de un sistema, comienza con la formulacin de los objetivos que se pretende alcanzar y de las restricciones que deben tenerse en cuenta. El proceso es cclico; se parte de consideraciones generales, que se afinan en aproximaciones sucesivas, a medida que se acumula informacin sobre el problema.

ESTADOS LIMITE Estado Lmite UltimoInvolucra el colapso total o parcial. Este evento debe tener una probabilidad muy baja de ocurrencia ya que puede conducir a la prdida de vidas humanas y prdidas econmicasimportantes. Los principales estados lmites ltimos son:a) Prdida de Equilibrio. De una parte o de toda la estructura como slido rgido, caso tpico del volteo o del deslizamiento. Ocurre cuando las reacciones y/o restricciones necesarias para mantener el equilibrio no pueden desarrollarse.b) Rotura o Agotamiento. De alguno de los elementos estructurales que conlleva al colapso parcial o total. Casi todo el diseo en Concreto Armado que se estudia en este curso, tiene que ver con este estado lmite.c) Colapso Progresivo. La falla localizada de un elemento puede conducir a que los elementos adyacentes se sobrecarguen y fallen y as sucesivamente hasta que toda la estructura puede alcanzar el colapso. El colapso progresivo puede prevenirse o atenuarse mediante detalles adecuados del refuerzo que permitan amarrar a los elementos estructurales entre s y que provean trayectorias alternativas a las cargas en caso de una falla localizada. Este tipo de falla suele ocurrir con relativa frecuencia durante la construccin.

d) Formacin de un Mecanismo Plstico. Cuando se forma un nmero suficiente de rtulas plsticas que conviertan a la estructura en inestable (mecanismo). Este estado lmite es la base del denominado Diseo Lmite o Diseo Plstico o Diseo por Capacidad utilizado por ejemplo, para el diseo plstico de estructuras metlicas o para el diseo ssmico en el cual se confa en la ductilidad de la estructura para reducir las fuerzas elsticas de diseo.e) Inestabilidad (Pandeo). Puede tratarse del pandeo local (aislado) de un elemento o del pandeo total de un grupo de elementos, por ejemplo el pandeo lateral de un entrepiso.f) Fatiga. Fractura o falla del elemento debido a un nmero elevado de ciclos de carga y descarga. Ocurre bajo cargas de servicio.

Estados Lmites de ServicioNo involucran colapso parcial o total, pero s puede involucrar un mal (pobre) funcionamiento de la estructura bajo cargas de servicio. Ya que este estado tiene asociado un menor peligro de prdidas de vidas humanas, generalmente se suele tolerar una mayor probabilidad de ocurrencia que para el caso de los estados lmites ltimos.Los principales estados lmites de servicio para el concreto armado son:a) Deflexiones Excesivas. Pueden generar un mal funcionamiento de la estructura con daos en los elementos no estructurales y suelen ser visualmente inaceptables ya que generan una sensacin de inseguridad.b) Fisuracin excesiva. A pesar de que el concreto debe fisurarse antes de que las armaduras de refuerzo sean efectivas, es posible detallar el refuerzo para lograr minimizar la fisuracin (ancho de fisuras y nmero) del concreto por traccin. Una fisuracin excesiva puede conducir a problemas de corrosin en las armaduras de refuerzo y a un deterioro progresivo del concreto. En el diseo, por ejemplo, de un reservorio destinado a contener agua, este estado controlar normalmente el diseo.

c) Vibraciones Indeseables. Las vibraciones verticales de las losas de piso o los tableros de puentes as como las oscilaciones laterales en edificios ocasionados por el viento o sismo pueden originar un pobre comportamiento de la estructura. Tambinsucede con las vibraciones ocasionadas por el trfico o por la operacin de maquinarias.

d) Corrosin de las armaduras de refuerzo. Si bien en el concreto armado este estado se ha considerado normalmente dentro del los estados lmites especiales , creo que dada la frecuencia con la cual se presentan problemas de corrosin en las estructuras de concreto armado, tanto en nuestro medio como en el mundo,este estado debera considerarse como uno especfico dentro de los estados lmites de servicio. La corrosin de las armaduras ocurre bajo cargas de servicio.

CargasLos factores de carga tienen el propsito de dar seguridad adecuada contra un aumento en las cargas de servicio ms all de las especificaciones en el diseo, para que sea sumamente improbable la falla. Los factores de carga tambin ayudan a asegurar que las deformaciones bajo cargas de servicio no sean excesivas. El cdigo ACI recomienda que la resistencia requerida Wu para resistir las cargas sean:

Para combinaciones de carga muerta y carga viva.Wu = 1.4 D + 1.7 LDonde D es el valor de la carga muerta y L el valor de la carga vivab) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y sismo.Wu = 1.25 (D + L CS ) oWu = 0.9 D 1.25 CS Donde W es el valor de la carga de viento y E el de la carga de sismo.Cuando la carga viva sea favorable, se deber revisar las combinaciones de carga muerta y carga accidental con los siguientes factores de carga.Wu = 0.9 D + 1.3 W oWu = 0.9 D +1.43 E )

FACTORES DE CARGA

Factores de Carga de la Norma Peruana (Resistencia Mnima Requerida) Cargas muertas y vivasU = 1.4 CM + 1.7 CV

Cargas de viento (V)U = 1.4 CM + 1.7 CV U = 1.25 (CM + CV V) U = 1.25 (CM V) U = 0.9 CM 1.25 V Cargas de sismo (CS)U = 1.40 CM + 1.7 CV U = 1.25 (CM + CV CS) U = 1.25 (CM CS) U = 0.9 CM 1.25 CS

Empuje de suelos (CE)U = 1.4 CM + 1.7 CV U = 1.4 CM + 1.7 CV + 1.7 CESi la CM y la CV reducen el efecto del empuje de CE, por ejemplo la sobrecarga que pudiera existir encima del relleno detrs de un muro de contencin:U = 0.9 CM + 1.7 CE Empuje de lquidos (CL) con densidades definidas y alturas controladasU = 1.4 CM + 1.7 CV U = 1.4 CM + 1.7 CV + 1.4 CL Si la CM y la CV reducen el efecto del empuje de CL:U = 0.9 CM + 1.7 CL Cargas de impacto: Se debern incluir en la CV. Efecto (CT) de asentamientos diferenciales, cambios de temperatura, creep, retraccinU = 1.4 CM + 1.7 CV U = 1.25 (CM + CV + CT) U = 1.5 (CM + CT)

Factores de Reduccin de CapacidadLos factores de reduccin de capacidad 4, toman en cuenta las inexactitudes en los clculos y fluctuaciones en la resistencia del material, en la mano de obra y en las dimensiones. En las vigas se considera el ms alto valor de debido a que estn diseadas para fallar por flexin de manera dctil con fluencia del acero en traccin. En las columnas tienen el valor ms bajo de , puesto que pueden fallar en modo frgil cuando la resistencia del concreto es el factor crtico; adicionalmente la falla de una columna puede significar el desplome de toda la estructura y es difcil realizar la reparacin.Para flexin : = 0.90Para cortante : = 0.85Para flexo-compresin : = 0.75 (columnas zunchadas) = 0.70 (colunlnas estribadas)

Diseo por Esfuerzos Admisibles (WSD)Durante muchos aos el concreto armado se dise utilizando el mtodo (filosofa) denominado Diseo por Esfuerzos Admisibles (en ingls WSD, Working Stress Design), tambin denominado Diseo Elstico. En breve resumen, este mtodo establece que para las cargas de trabajo (servicio) ningn punto de la estructura puede tener un esfuerzo superior a un valor admisible que garantice que la estructura permanezca en el rango elstico. Est basado en:a) El anlisis y el diseo de la estructura o elemento estructural se realizan bajo combinaciones de las cargas de servicio sin amplificar.b) Se asume que el concreto bajo cargas de servicio se comporta linealmente, esto es aproximadamente vlido siempre y cuando el esfuerzo de compresin en el concreto no exceda de aproximadamente 0.4 a 0.5 fc.PROCEDIMIENTOS DE DISEO

c) Los esfuerzos en el acero y en el concreto, bajo cargas de servicio, no deben exceder de ciertos valores fijados por la Normas, valores conocidos como esfuerzos admisibles o permisibles. Por ejemplo para el diseo por flexin de una seccin de concreto armado, los esfuerzos admisibles suelen ser:Compresin en el concreto c 0.45 fcTraccin en el acero fs 0.5 fyd) El coeficiente de seguridad se fija sobre los esfuerzos del concreto y del acero como una fraccin de sus resistencias (fc, fy).

Diseo por ResistenciaEn sus inicios se le denomin Diseo por Resistencia Ultima o Diseo a la Rotura (Ultimate Strength Design USD), hoy en da se le conoce principalmente con el nombre de Diseo por Resistencia (Strength Design Method).Este mtodo es en esencia un diseo por estados lmites, con la particularidad que la atencin se centra en los estados lmites ltimos. Los estados lmites de servicio se verifican luego del diseo de los refuerzos de acero.Vale la pena transcribir los artculos 10.1.1 y 10.1.2 de la Norma De Concreto E-060 en los cuales se establece la filosofa del Diseo por Resistencia:Artculo 10.1.1- Las estructuras y los elementos estructurales debern disearse para obtener, en todas sus secciones, resistencias de diseo por lo menos iguales a las resistencias requeridas, calculadas para las cargas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en esta Norma.

Artculo 10.2.2 - Las estructuras y los elementos estructurales tambin debern cumplir con todos los dems requisitos de esta Norma, para garantizar un comportamiento adecuado en los niveles de cargas de servicio.varias secciones alcanzan a su mxima capacidad, se dice que se ha alcanzado o se ha agotado la resistencia a la flexin o se ha superado el momento resistente o la capacidad en flexin de la seccin.El elemento estructural o la estructura soportar en forma segura las cargas o solicitaciones, si en cada seccin se cumple:Resistencia Efecto de las Cargas Resistencia Suministrada Resistencia Requerida Resistencia de Diseo Resistencia Requerida Las expresiones anteriores son totalmente equivalentes y son las expresiones bsicas para el diseo por el estado lmite ltimo de rotura o para el Diseo por Resistencia.

Por ejemplo, la Norma Peruana, para el diseo por flexin de una viga, sometida nicamente a cargas de gravedad y de uso (muertas y vivas), exige que en todas las secciones se cumpla:

f Mn Mu0.9 Mn 1.4 Md + 1.7 Ml

Donde Md es el momento flector ocasionado por las cargas muertas y Ml el ocasionado por las cargas vivas, ambas en servicio.

METRADO DE CARGAS

DIMENSIONES USUALES DE CONCRETO

ToleranciasLas tolerancias que a continuacin se sealan rigen con respecto a los planos constructivos del proyecto ajustado como se especifica en el Reglamento.a)Las dimensiones de la seccin transversal de un miembro no excedern de las del proyecto en ms de 10mm + 0.05x, siendo x la dimensin en la direccin en que se considera la tolerancia, ni sern menores que las del proyecto en ms de 3 mm + 0.03x.b)El espesor de zapatas, losas, muros y cascarones no exceder al de proyecto en ms de 5 mm + 0.05t, siendo t el espesor de proyecto, ni ser menor que ste en ms de 3 mm + 0.03t.c)En cada planta se trazarn los ejes de acuerdo con el proyecto ajustado, con tolerancia de un centmetro. Toda columna quedar desplantada de tal manera que su eje no diste, del que se ha trazado, ms de 10 mm ms dos por ciento de la dimensin transversal de la columna paralela a la desviacin. Adems, no deber excederse esta cantidad en la desviacin del eje de la columna, con respecto al de la columna inmediata inferior.

d)La tolerancia en desplomo de una columna ser de 5mm ms dos por ciento de la dimensin de la seccin transversal de la columna paralela a la desviacin.e)El eje centroidal de una columna no deber distar de la recta que une los centroides de las secciones extremas, ms de 5 mm ms uno por ciento de la dimensin de la columna paralela a la desviacin.f)La posicin de los ejes de vigas con respecto a los de las columnas donde apoyan no deber diferir de la de proyecto en ms de 10 mm ms dos por ciento de la dimensin de la columna paralela a la desviacin, ni ms de 10 mm ms dos por ciento del ancho de la viga.g)El eje centroidal de una viga no deber distar de la recta que une los centroides de las secciones extremas, ms de 10 mm ms dos por ciento de la dimensin de la viga paralela a la desviacin.h)En ningn punto la distancia medida verticalmente entre losas de pisos consecutivos, diferir de la de proyecto ms de 30 mm, ni la inclinacin de una losa respecto a la de proyecto ms de uno por ciento.i)La desviacin angular de una lnea de cualquier seccin transversal de un miembro respecto a la direccin que dicha lnea tendra segn el proyecto, no exceder de cuatro por ciento.

j)La localizacin de dobleces y cortes de barras longitudinales no debe diferir en ms de 10 mm + 0.01L de la sealada en el proyecto, siendo L el claro, excepto en extremos discontinuos de miembros donde la tolerancia ser de 10 mm.k)La posicin de refuerzo de losas, zapatas, muros, cascarones, arcos y vigas ser tal que no reduzca el peralte efectivo, d, en ms de 3 mm+0.03d ni reduzca el recubrimiento en ms de 5 mm. En columnas rige la misma tolerancia, pero referida a la mnima dimensin de la seccin transversal, en vez del peralte efectivo. La separacin entre barras no diferir de la de proyecto ms de 10 mm ms diez por ciento de dicha separacin, pero en todo caso respetando el nmero de barras y su dimetro, y de tal manera que permita pasar al agregado grueso.l)Las dimensiones del refuerzo transversal de vigas y columnas, medidas segn el eje de dicho refuerzo, no exceder a las del proyecto en ms de 10 mm + 0.05x, siendo x la dimensin en la direccin en que se considera la tolerancia, ni sern menores que las de proyecto en ms de 3 mm + 0.03x.

m)La separacin del refuerzo transversal de vigas y columnas no diferir de la de proyecto ms de 10 mm ms diez por ciento de dicha separacin, respetando el nmero de elementos de refuerzo y su dimetro.n)Si un miembro estructural no es claramente clasificable como columna o viga, se aplicarn las tolerancias relativas a columnas, con las adaptaciones que procedan si el miembro en cuestin puede verse sometido a compresin axial apreciable, y las correspondientes a trabes en caso contrario. En cascarones rigen las tolerancias relativas a losas, con las adaptaciones que procedan.