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1 1. GENERALIDADES Y TIPOLOGÍAS 1.1. GENERALIDADES La función de la estructura de hormigón armado de un edificio es esencialmente trasladar hasta el terreno, con suficiente seguridad, las acciones que soporta. Estas cargas pueden ser de diferente tipo desde el propio peso de la estructura y de los elementos fijos incorporados a la construcción (muros, pisos, contrapisos, cielorrasos, etc.), así como las que producen las actividades humanas que se desarrollan en las construcciones. También deben ser capaces de transmitir al terreno acciones ambientales que generan esfuerzos en las estructuras como las producidas por el viento, la nieve, los sismos, etc. Para ello deben dimensionarse elementos estructurales que cumplan con las siguientes condiciones: a) Resistencia: Los esfuerzos que aparecen en ellos por efecto de las cargas actuantes sean bastante menores que los que provocarían la rotura del material, de manera que puedan absorber los esfuerzos que generan las cargas con suficiente seguridad. b) Rigidez: Las deformaciones que inevitablemente aparecerán en los elementos estructurales estén limitadas de manera que no afecten otros componentes de la construcción (carpinterías, instalaciones, etc.) o bien tornen inestable al conjunto estructural, comprometiendo su estabilidad. c) Durabilidad: Mantengan sus propiedades físicas y mecánicas a lo largo de toda la vida útil de la construcción. 1.2. REGLAMENTOS Los criterios y procedimientos que permiten garantizar las condiciones de seguridad y buenas condiciones de servicio normalizan en cada país o región mediante reglamentos. Así existen reglamentos europeos que agrupan a muchos países y otros que sólo son válidos dentro de las fronteras de un país, como el norteamericano, brasileño, etc. Estos reglamentos son textos eminentemente científicos y técnicos, pero también poseen carácter legal, es decir, son de cumplimiento obligatorio dentro de una jurisdicción. En realidad, no todos los países que tienen una norma de cumplimiento legal generan una norma propia. En muchos casos adoptan y adaptan reglamentos de regiones industrialmente más avanzadas. Ese fue el caso de la Argentina desde 1982. En efecto, luego de fallidos intentos de elaborar un reglamento argentino de hormigón armado, se decidió adoptar una norma alemana (denominada DIN 1045) en vigencia en aquel momento. Esto coincidió con el establecimiento de un Centro de Investigaciones en Reglamentos de Seguridad en Obras Civiles, cuya sigla es CIRSOC. Este centro se encargó de adaptar la norma señalada al ámbito local y de esta forma se editó el Reglamento CIRSOC 201 – 2 PROYECTO, CÁLCULO Y EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO Y PRETENSADO. Este reglamento es de curso legal en la actualidad, sin embargo, es necesario tener presente que se encuentra en proceso de rediscusión ya que hoy día ha envejecido. Como alternativa se está discutiendo la utilización de una norma de origen norteamericano en su reemplazo. Sin embargo, como todavía no ha sido aprobada, estudiaremos el actual CIRSOC 201, entendiendo que ambas normas se basan en postulados parecidos y quien tenga claro los conceptos que dieron origen a la presente, podrá, sin demasiadas dificultades comprender la futura. De todas formas, en el curso se irán adelantando algunas ideas y procedimientos de la posible norma alternativa y sus diferencias con el reglamento actual, a título ilustrativo. 1.3. TIPOLOGÍAS La estructura de hormigón armado de una construcción consiste en la combinación de elementos interconectados de un único o más materiales componentes, de formas geométricas diversas, tal como puede verse en el gráfico que se acompaña a continuación. En forma general estos elementos de hormigón armado se pueden clasificar en tres grandes grupos según cuáles son sus dimensiones predominantes: Así tenemos: 3 a) Elementos lineales b) Elementos superficiales c) Elementos volumétricos o tridimensionales. 1. Elementos lineales Los elementos lineales son aquellos en los que una dimensión predomina sobre las dos restantes y genéricamente se los denomina barras. Dentro de estos elementos nos encontramos con: Vigas: Son elementos lineales de dirección horizontal que trasladan cargas perpendiculares a su dirección y las transfieren hasta los apoyos ubicados en los extremos de las mismas. Están predominantemente sometidas a flexión aunque pueden admitir pequeños esfuerzos axiles (tracción o compresión). Se considera que puede hablarse de vigas cuando la relación entre la luz (distancia entre apoyos) y la altura es mayo a 2. Es decir, la altura es, al menos, la mitad de la luz entre apoyos. Viga ensayada en laboratorio. Columnas: Son elementos lineales de dirección vertical que trasladan cargas principalmente en la dirección de su eje de un nivel superior a otro inferior. Están predominantemente sometidos a compresión aunque admiten esfuerzos de flexión. Se considera que se trata de columnas cuando la relación entre las dimensiones de la sección es menor a 5. Es decir, cuando un lado de la sección es menor a cinco veces la otra dirección. Por ejemplo, si un lado es de 20 cm, será una columna si el lado restante no es mayor a 100 cm. Tensores: Elementos lineales cuya dirección puede ser tanto vertical como horizontal o incluso oblicua, predominantemente sometidos a tracción. Puntales: Elementos lineales cuya dirección puede ser tanto vertical como horizontal o incluso oblicua predominantemente sometidos a compresión. 4 VISTA LATERAL COLUMNATENSOR PUNTAL 2do. PISO 1er. PISO Cuando no se puede hacer una columna en ochava, se utiliza este procedimiento de traslado de cargas a la primera columna a través de puntales y tensores.. Pilotes: Son elementos lineales insertos en el terreno natural. Se utilizan pilotes cuando estratos resistentes del terreno se encuentran a importantes profundidades (pueden ir de aproximadamente 3.00 m de profundidad hasta 20.00 m). Genéricamente trabajan a compresión, pero pueden también trabajar a tracción e incluso pueden absorber flexiones de pequeña magnitud. Secuencia de ejecución de uno de los muchos tipos de pilotes. -------------------------------------------- Los elementos lineales pueden combinarse entre sí para conformar estructuras más complejas para absorber estados de cargas particulares. Esta combinación de barras se denomina pórtico. 2. Elementos superficiales 5 Estos elementos se caracterizan porque dos dimensiones predominan sobre la tercera. En forma general pueden ser de forma plana o presentar diferentes curvaturas. Las primeras se denominan genéricamente placas (si preponderantemente reciben cargas que son normales a su plano) o chapas (si sus principales acciones se encuentran en la dirección de la superficie). Cuando los elementos superficiales son curvos, hablamos de cáscaras o membranas. El estudio de las cáscaras se efectuará en el curso siguiente (Estructuras III) ya que en los edificios de vivienda no suelen aparecer. Sin embargo a título ilustrativo, se agregan diferentes ejemplos de este tipo de elemento estructural. Sí, en cambio, en este curso nos ocuparemos de las placas y chapas ya que son elementos infaltables en una estructura de hormigón armado de un edificio de vivienda. Según su ubicación en la estructura y su forma de funcionamiento las placas y chapas tienen diferentes nombres que indicamos a continuación: Losas: Elementos superficiales con cargas normales a su plano medio (plano que se encontraría en el sector medio de su espesor) por lo que están sometidas predominantemente esfuerzos de flexión. Dentro de un edificio, son aquellos elementos sobre los cuales se desarrollan las actividades humanas. En la mayor parte de los casos las losas envían sus cargas a vigas de borde o de contorno que, a su vez, transmiten las cargas a las columnas.6 Losas nervuradas o casetonados: Cuando por sus elevadas dimensiones en planta, los espesores de las losas son grandes, se pueden alivianar utilizando manteniendo una capa superior maciza con nervios tal como puede apreciarse en el cso siguiente: Losas en casetonado, Hilandería Gatti, Roma, 1951, obra del Ing. Pier Luigi Nervi. Entrepisos sin vigas: En realidad no difieren de las losas pero a diferencias de éstas se apoyan puntualmente sin la existencia de vigas sobre columnas. En estos apoyos, las columnas suelen presentar un engrosamiento denominado capitel para reducir los efectos punzonamiento. El caso que se ilustra a continuación por la forma de los capiteles se lo conoce como “losa hongo”. 7 Losas “hongo” en la Giesshübelstrasse (Zurich, Suiza) de 1910, diseñada por el Ing. Robert Maillart Tabiques: Elementos superficiales comprimidos dispuestos en forma vertical. Se diferencian de las columnas porque la relación de lados de su sección es mayor a 5. Por ejemplo, hablamos de tabiques si ante un elemento vertical comprimido de 12 cm de espesor, su ancho es igual o superior a 60 cm. Vigas pared: Elementos superficiales cargados en su plano que transmiten su carga a apoyos puntuales. Se diferencia de las vigas comunes porque la relación entre la luz y la altura es menor a 2. Las vigas pared son usuales en los tanques de los edificios. En efecto, las paredes de los tanques tienen una doble función. Ante las cargas del agua interior funcionan como losas, pero cuando transmiten las cargas de las tapas y el fondo a las columnas que sustentan el tanque, funcionan como vigas pared. Vigas Pared ensayadas en laboratorio. Plateas flexibles: Elementos superficiales ubicados directamente sobre el terreno y utilizados como fundaciones. Se diseñan cuando el terreno superficial es de poca resistencia y es necesario utilizar toda la superficie de la 8 construcción para transmitir las cargas al terreno. En las plateas las columnas se apoyan en forma directa sobre la plata. Ejemplo de platea flexible. Los engrosamientos de la placa en la zona de apoyo de columnas tienen el objeto de reducir esfuerzos de punzonado. También existen otros elementos superficiales como pueden ser las estructuras plegadas o combinaciones de placas como las tolvas, pero no nos ocuparemos de ellos ya que no son comunes en los edificios de vivienda. 3. Elementos tridimensionales En este caso ninguna dimensión es preponderante respecto de las demás, aunque alguna pueda ser un poco menor. En los edificios de departamentos también hay elementos tridimensionales. Generalmente están relacionados con las fundaciones. Bases: Elementos tridimensionales de forma de tronco de pirámide de base cuadrada o rectangular, transmiten cargas de las columnas al terreno. Zapatas corridas: Suele llamarse así a las bases de elementos lineales como pueden ser los tabiques. En este caso, si bien la longitud predomina sobre las otras dimensiones, por su forma de cálculo tienden a asemejarse a las bases aisladas y por ello se las incluye dentro de los elementos tridimensionales. 9 Cabezales de pilotes: Son elementos prismáticos de gran rigidez cuya función es distribuir en forma uniforme la carga de una o varias columnas o tabique, entre cierto número de pilotes. 10 2. ESQUEMA ESTRUCTURAL El primer paso de todo cálculo estructural consiste en plantear un correcto esquema estructural de cada una de las plantas o niveles. Allí se distribuyen e identifican los diferentes elementos estructurales en planta de manera que permitan lograr una efectiva transmisión de cargas entre los elementos de manera de llegar al terreno en la forma más directa, respetando la concepción arquitectónica de la construcción. Cada uno de estos elementos, a su vez, debe ser diagramado en forma convencional e identificado, de forma tal de hacer posible la interpretación de los cálculos estructurales. El conjunto de los esquemas estructurales de todas y cada una de las plantas se vuelcan a un plano estructural que usualmente se encuentra en escala 1:100; 1:200 ó 1:500, en función de las dimensiones de la construcción. Su objetivo es permitir identificar todos los elementos de una estructura de hormigón cuyas dimensiones y armaduras se encuentran desarrolladas en una Memoria de Cálculo. Por tal motivo, no es un plano ejecutivo, sino que forma parte de la etapa de Anteproyecto y en este sentido se señala que tiene que cumplir con las reglamentaciones vigentes. En general, un buen sistema estructural ubicando en cada planta las losas en correspondencia con los ambientes. Estas losas descargan sobre vigas que generalmente reciben las cargas de las mamposterías de cerramiento. Se señala que la ubicación de las vigas en correspondencia con los muros permite ocultarlas en ellos. Las vigas confluyen en las columnas que descargan sobre bases que son los elementos directamente apoyados en el terreno. Claro que esta transmisión de cargas muchas veces no resulta tan sencilla ya que las diferentes plantas poseen diferentes arquitecturas, por lo cual no es posible repetir la misma estructura en todas las plantas. Estas modificaciones, planta a planta evidentemente va a influir en la configuración estructural de cada una de ellas. Para que ellos sea posible se pueden apoyar muros sobre losas, correr vigas, apoyar vigas sobre vigas, incluso columnas sobre vigas y otras alternativas. Sin embargo, estas alternativas deben ser decididas en última instancia ya que se hace más compleja la estructura lo que puede tener una importante incidencia económica. Por ello es imprescindible que el arquitecto que proyecta un edificio tome en cuenta a la estructura desde la concepción y mejor aún cuando mantiene un intercambio con el proyectista de estructuras ya que permite obtener mejores resoluciones para el proyecto en su conjunto. Por otra parte, con la totalidad de las plantas esquemáticas de estructuras se confecciona el Plano de Estructuras que forma parte de la documentación que se debe presentar ante los organismos de fiscalización del Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires o de otras municipalidades del país. Las plantas de estructuras toman como fuente el plano de anteproyecto de arquitectura donde aparecen delimitados los ambientes, los muros, carpinterías, escaleras, etc. Sin embargo, a diferencia de aquel, el plano de estructuras se mira desde abajo y así se la nombra. Por ejemplo, la planta que 11 corresponde al 2° Piso se llama “Sobre 1°” y así sucesivamente. Esto se debe a que la estructura de hormigón armado sólo es apreciable desde la planta inferior. Cada elemento estructural tiene una forma convencional de representación que se detalla a continuación: 2.1 LOSAS Las losas son los elementos estructurales que reciben prioritariamente las cargas útiles, es decir, aquellas cargas que son consecuencia de al vida humana. Las losas se dividen en dos tipos: a) losas unidireccionales y b) losas cruzadas. Las primeras son aquellas en las cuales: Lmayor Lmenor ≥ 2 En estos casos la losa descarga casi por completo en su dirección menor. El símbolo convencional de las losas unidireccionales es el siguiente: Como caso particular de las losas unidireccionales se encuentran los voladizos que poseen tres de sus cuatro bordes libres y descargan sobre el restante. Hay que tener en claro que estas losas se apoyan sobre una única viga y sobre la losa vecina que puede ser unidireccional o cuadrada. Se representa de la siguiente manera: Viga Las losas cruzadas son aquellas en las cuales: Lmayor Lmenor ≥ 2 12 La representación convencional de las losas cruzadas es el siguiente: Otro caso particular de losas de una planta son las llamadas “losas bajas”. El nivel superior de estas losas se encuentra 20 cm por debajo del nivel del resto de las losas.Se ejecutan para poder ubicar las cañerías y piletas de patio por encima de la losa. Se indican con un rayado en diagonal como el que se indica a continuación. Las losas de cada planta se numeran de manera de indicar en las cifras de las centenas el nivel en el cual están ubicadas. Así, las losas del nivel “sobre 3°” se numeran desde el 301. La forma de numerarlas es de izquierda a derecha y de arriba para abajo. 2.2 ESCALERAS Las escaleras son losas pero como presentan una serie de particularidades las vamos a analizar en particular. En efecto, el hecho de que las escaleras comuniquen plantas a distintos nivel, incluso que muchas veces existan descansos a nivel intermedio que llevan a planteos diferentes del resto de las losas. Dado su pequeño ancho, las escaleras de hormigón armado suelen ser losas unidireccionales, pero a diferencia de las restantes losas, pueden descargar en la dirección larga. Esto ocurre porque uno de los diseños de losas excluye las vigas de borde en la dirección corta. Por tal motivo, la losa carece de posibilidad de dirigir sus esfuerzos a la dirección corta y no tiene más remedio que hacerlo en la otra dirección. Lo analizaremos gráficamente: 13 Viga Inferior Viga Superior No hay Vigas Laterales No hay Vigas Laterales Esto no ocurre si en el esquema anterior se colocaran vigas a ambos lados de la escalera que a su vez descargaran en las vigas de los niveles superiores e inferiores. En este caso la losa es unidireccional descargando en la dirección corta como se puede ver en el gráfico siguiente: Viga Superior Viga Inferior Hay Vigas Laterales Hay Vigas Laterales Sin embargo, no todas las escaleras son de un tramo. Al contrario, lo común es que tengan un descanso intermedio donde no existen vigas ni dos columnas próximas. Ello lleva a que se deba encontrar un dispositivo que permita sostener dicha viga intermedia. Lo usual es utilizar un tensor que se cuelgue de la viga superior como se indica a continuación. En este caso, cada tramo de escalera es una losa independiente: 14 Viga Inferior Viga Intermedia Tensor hacia viga superior Columna Columna Primer tramo Segundo tramo En esquema estructural este sistema se representa de la siguiente manera: 2.3 VIGAS Las vigas se indican con una línea única. Las vigas no sólo descargan en columnas o tabiques sino que también pueden hacerlo sobre otra viga. Sin embargo, es preciso tener cuidado de no formar estructuras excesivamente deformables cuando se hacen apoyar vigas que descargan sobre otras vigas y así sucesivamente. En efecto, en un punto, no queda claro cómo se produce el viaje de las cargas. Como regla general es conveniente que, al menos, uno de los apoyos de las vigas coincida con una columna. Otro aspecto a tomar en cuenta es que las vigas son elementos que sostienen una planta pero afectan a la planta inferior ya que se ponen en evidencia en el cielorraso del piso inferior afectando a la estética de este último, por lo cual es conveniente disimular ocultándolas dentro de los tabiques de mampostería. Las vigas se numeran en forma similar a las losas, es decir, las vigas del nivel “sobre 4°” comienzan a numerarse desde el 401 y también se numeran de izquierda a derecha y de arriba para abajo. 2.4 COLUMNAS Las columnas se suelen indicar con un círculo lleno y, a diferencia de las losas y las vigas, mantienen su numeración en las distintas plantas hasta llegar a la fundación. En algunos casos, las columnas no llegan a descargar en forma directa sobre el terreno sino que se interrumpen al llegar a alguna viga. Estos apoyos de columnas sobre vigas se llaman “apeos”. Si bien es una posibilidad estructural, es conveniente evitar los apeos ya que interrumpen la marcha natural de las cargas y producen importantes esfuerzos de flexión (que es un tipo de esfuerzo “caro”) que deben cubrirse con secciones importantes de hormigón altamente armadas. La forma de indicar un apeo es mediante de un círculo vacío con líneas inclinadas a 45°. 15 2.5 BASES En un proyecto estructural puede haber diferentes tipos de bases aisladas. En primer lugar, se encuentran las bases centradas que son aquellas donde la columna descarga en el centro de la base. También existen las bases excéntricas o “bases de medianera” que son aquellas donde la columna descarga en uno de los bordes de la base. Por último, se encuentran las bases doblemente excéntricas o “bases de esquina”: Las formas de representación de cada una de las bases se indica a continuación. Las bases excéntricas y doblemente excéntricas son bases que pueden tener importantes giros debido a que la carga de la columna se encuentra desplazada respecto de la reacción del terreno. Para limitar este giro se han ideado ciertas soluciones estructurales de las cuales las más comunes son dos: a) Bases con tensor que son utilizadas en los casos de pequeñas cargas (menores a 50 toneladas, es decir 50.000 Kg). En este caso se coloca un tensor que impide el desplazamiento lateral de las columnas impidiendo el giro de la base. b) Vigas Cantilever. Este sistema consiste en colocar una viga de importantes dimensiones que se conecta con una base centrada cercana de acuerdo al esquema que se detalla a continuación. 16 Base con tensor Base con Viga Cantilever Las bases se suelen numerar con el mismo número de la columna que reciben. También puede ocurrir que luego de dimensionar las bases, éstas se superpongan. En ese caso, se pueden ejecutar bases combinadas con dos más columnas y vigas de rigidización como se indican en la figura. 17 2.6 OTROS ELEMENTOS Existen otros elementos estructurales que son muy comunes en estructuras de hormigón armado. Entre ellas encontramos a las losas de escalera. Se trata de placas quebradas que, en algunos casos, se apoyan sobre sus bordes menores. Cuando esto ocurre estamos ante el único caso donde una losa unidireccional descarga sobre su lado mayor. Esto es posible siempre que no existan vigas u otros refuerzos en los bordes mayores de las escaleras. Otro elemento que muchas veces es necesario para resolver el apoyo de escaleras son los tensores. Estos elementos verticales traccionados pueden utilizarse para sostener vigas a media altura de las escaleras de acuerdo al diagrama siguiente: También es necesario representar el tanque de reserva del edificio. Dado que el tanque es una caja cerrada, es necesario representarlo de una forma particular como la que se indica a continuación. 18 Como se puede observar el tanque se representa como una “caja de zapatos” desarmada. 2.6 PROYECTO ESTRUCTURAL Entre los criterios generales para la ejecución de los esquemas estructurales, además de los ya señalados, es necesario tener en cuenta lo siguiente: a) Es conveniente que las dimensiones menores de las losas de un edificio de departamento no excedan los 5 metros ya que si no, los espesores de las losas resultan excesivamente grandes. b) Aunque se pueden apoyar muros sobre losas, es preferible que los muros descarguen sobre vigas ya que son elementos de mayor rigidez y resistencia y, por lo tanto, son más aptos para soportarlos. c) Al menos uno de los apoyos de las vigas debe materializarse sobre una columna, así no se forman “sillas turcas”. d) Evitar los apeos (apoyos de columnas sobre vigas). En especial cuando las columnas traen cargas de muchos pisos. Por último hay que advertir que el esquema estructural debe ser realizado en forma conjunta entre el estructuralista y el arquitecto proyectista de la obra en un trabajo interdisciplinario que permita encontrar en forma mancomunada la solución óptima tanto desde el punto de vista estructural como arquitectónico. En la página siguiente se ejemplifica mediante un esquema completo de una planta. 19 20 3. PREDIMENSIONADO Como elpeso propio de la estructura de hormigón es una carga considerable que debe ingresarse como dato en el dimensionamiento de la estructura de hormigón armado, es necesario asignar a priori, dimensiones a los elementos estructurales para poder, a continuación, analizar las cargas que deberá soportar la estructura. En los casos de los elementos sometidos preponderantemente a flexión como son las losas y las vigas, a fin de evitar deformaciones excesivas, que afectarían no sólo a la estructura, sino al resto de los elementos de una construcción, generando, por ejemplo: fisuras de revoques y tabiques, dinteles de carpinterías curvados, solados cuarteados o partidos, etc., el Reglamento CIRSOC establece coeficientes que relaciones la luz (la luz menor en el caso de la losas) con la altura (espesor en el caso de losas) de la sección. Es preciso aclarar que el parámetro que se utiliza para determinar la altura mínima para los elementos flexionados no es la altura total de la pieza, llamada “d”, sino la distancia desde la fibra más alejada de las armaduras hasta el centro de masas de éstas, la llamada altura “h”. Sumando a este valor “h” un recubrimiento “r” que va desde el centro de las armaduras hasta el borde de la pieza se obtiene la altura “d”. Hay que tener presente que d que se adopte no debe ser obligatoriamente el que resulta de suma el recubrimiento al h mínimo, sino que pueden contar otras consideraciones como por ejemplo hay valores mínimos de altura para los elementos, muchas veces es conveniente uniformizar los valores de losas y vigas, etc. Estos criterios los iremos indicando en cada caso particular. 3.1 LOSAS En el caso de las losas el coeficiente siempre se aplica sobre la luz menor ya que es la dirección estáticamente más exigida. Asimismo, suelen adoptarse los valores mínimos que resultan del cálculo indicado ya que las losas son elementos estáticamente poco exigidos, pero que pueden presentar grandes deformaciones. Para determinar el valor mínimo de “h”, es necesario en primer lugar determinar la luz de cálculo que no es exactamente el de la distancia entre apoyos. En efecto, la luz de cálculo depende tanto de la distancia entre apoyos (l) como de las condiciones de borde de las losas. En efecto, si las losas se continúan con losas de dimensiones similares (la luz menor dividida la luz mayor menor a 0.75), se puede considerar que existe continuidad y en ese caso reducir la luz de cálculo. Las diferentes alternativas se indican a continuación: 21 Una vez determinada la luz de cálculo, se obtiene la el valor mínimo de h dividiendo la luz de cálculo (lo) sobre 35. hmín = lo / 35 En cuanto al recubrimiento “r” de las losas de edificios de departamentos, el espesor del hormigón que debe proteger las armaduras se encuentra en el orden de 1 cm. Si se considera que los diámetros de las barras utilizadas son, en general, menores a 10 mm, se llega a un valor: r = 1.5 cm con lo cual, para las losas, resulta una altura mínima de: dmin = hmín + 1.5 cm Por último, hay que tomar en cuenta que los reglamentos establecen las siguientes alturas mínimas. Espesor mínimo de las losas d a) en general 7 cm b) para losas con tránsito de automóviles 10 cm c) para losas con tránsito de vehículos más pesados 12 cm d) para losas que sólo excepcionalmente son transitadas (por ejemplo durante reparaciones, trabajos de limpieza en losas de techo) 5 cm De lo anterior surge que, para un edificio de departamentos, el valor mínimo del espesor de las losas es de 7 cm. 3.1 VIGAS En el caso de las vigas también existen valores mínimos, pero en realidad estos valores son excesivamente pequeños para los esfuerzos estáticos que deben soportar estos elementos. Por esta razón, es conveniente adoptar un coeficiente de n = 10 para todo tipo de vigas. Es decir: hmín = luz / 10 En el caso de las vigas el recubrimiento “r” es mayor ya que además del hormigón hay que tomar en cuenta barras transversales que rodean (“empaquetan”) las barras longitudinales, llamadas estribos. Asimismo, las 22 barras utilizadas para vigas pueden llegar a espesores de 20 ó 25 mm. Por esta razón, se adopta un: r = 3 cm con lo cual, para las vigas dmin = h + 3 cm Si bien los reglamentos no establecen dimensiones mínimas para vigas, es común y conveniente por razones constructivas adoptar los siguientes valores mínimos para las vigas: d = 30 cm b = 12 cm 3.2 COLUMNAS También en las columnas existen métodos de predimensionamiento, sin embargo, en este caso el resultado no surge de condiciones geométricas exclusivamente sino que es necesario estimar las cargas que llegan a las columnas. Para ello, se puede adoptar un método práctico que consiste en determinar áreas de influencia para cada columna. Estas áreas de influencia (Ai) se determinan sobre el esquema estructural trazando ejes entre las columnas. Estos ejes determinan superficies que se supone descargan sobre cada columna. A estas áreas se las multiplica por un valor que toma en cuenta la incidencia peso propio de la estructura, de pisos, contrapisos, o cargas útiles, muros, etc. Este valor se estima en q = 1000 Kg/m². Esta carga corresponde a una planta, pero no hay que olvidarse que también la columna recibe cargas de pisos superiores por lo que la carga que recibe surge de: q = 1000 Kg/m² P = Psup + Ai x q Estimando que una columna de hormigón armado trabaja a una tensión media de 70 Kg/cm², se determina la sección. σb = 70 Kg/cm² A mín = P / σb Una vez determinada la superficie se determinan los lados de la columna, teniendo en cuenta que el lado mínimo de columnas de hormigón armado moldeadas en obra es de 20 cm. Es necesario tener presente que no siempre es conveniente realizar columnas cuadradas ya que generan salientes 23 (“mochetas”) excesivas en los muros por lo cual muchas veces es conveniente diseñar vigas rectangulares, especialmente con un lado embutido totalmente en una pared. A = bxd A título ilustrativo, sobre la planta que se encuentra a continuaciónse indica a continuación se han determinado las áreas de influencia de cada columna para poder estimar la carga que reciben de esa planta: 3.3. BASES Las columnas descargan sobre el terreno mediante bases ya que la tensión que puede soportar el terreno es mucho menor que la que resiste el hormigón armado. Para determinar en forma práctica el valor de la carga sobre el terreno, se incrementa en un 10% el valor de la carga que trae la columna que corresponde al peso propio de la base. N = P + 10% P Con la carga sobre las bases, se obtiene la superficie de la base al dividir el valor N por una tensión admisible del terreno que se debe obtener de un Ensayo de Suelos. Para el predimensionado se pude adoptar 24 σt = 2 Kg/cm² Este valor de tensión admisible es el correspondiente a los terrenos “toscosos” que son comunes en la ciudad de Buenos Aires a poca profundidad y que constituyen suelos con muy buena aptitud portante ya que no sólo poseen buena resistencia sino también poca deformabilidad con lo que se reducen los llamados “asentamientos” de las bases. Para el caso de bases cuadradas o rectangulares que son las más usuales en edificios, el procedimiento es el siguiente: Anec = N x 1.10 / σt A = a1 x a2 Para una base cuadrada : a1 = a2 = √ F Para una base rectangular 1:2 a1 = √ F / 2 a2 = 2 x a1 Hay que tener presente que la altura de la base D, crece cuanto mayor es alguna de las dos dimensiones. Por tal motivo, para las bases centradas conviene que los lados sean poco diferentes. Si, por la existencia de otras bases, es preciso aumentar uno de los lados, es conveniente que la relación de lados sea inferior a 1:2. Con respecto a las bases excéntricas, la determinación de la superficie es similar,lo que ocurre en este caso es que es conveniente reducir la excentricidad (e). 25 Por tal motivo, es conveniente reducir el lado perpendicular al eje medianero. Sin embargo, si se reduce demasiado, al tener que incrementarse el lado paralelo, la base puede tener una altura antieconómica. Por todo ello, lo óptimo es que la relación se encuentre 1:2 y 1:3. Estos elementos se caracterizan porque dos dimensiones predominan sobre la tercera. En forma general pueden ser de forma plana o presentar diferentes curvaturas. Las primeras se denominan genéricamente placas (si preponderantemente reciben cargas que son normales a su plano) o chapas (si sus principales acciones se encuentran en la dirección de la superficie). Cuando los elementos superficiales son curvos, hablamos de cáscaras o membranas. El estudio de las cáscaras se efectuará en el curso siguiente (Estructuras III) ya que en los edificios de vivienda no suelen aparecer. Sin embargo a título ilustrativo, se agregan diferentes ejemplos de este tipo de elemento estructural. Sí, en cambio, en este curso nos ocuparemos de las placas y chapas ya que son elementos infaltables en una estructura de hormigón armado de un edificio de vivienda. Según su ubicación en la estructura y su forma de funcionamiento las placas y chapas tienen diferentes nombres que indicamos a continuación: En este caso ninguna dimensión es preponderante respecto de las demás, aunque alguna pueda ser un poco menor. 3. PREDIMENSIONADO
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