432921315-Ingenieria-CIVIL-Concreto-Armado

Vista previa del material en texto

Ing. Adriana Lugo 
Ingeniería CIVIL 
CONCRETO ARMADO 
 
TEMA 1: INTRODUCCIÓN AL CONCRETO ARMADO. 
 
GENERALIDADES: los proyectos de obras civiles que contemplan estructuras 
concreto armado en Venezuela, están fundamentadas principalmente en las 
indicaciones técnicas y legales que establece la norma COVENIN 1753:2006 en la 
actualidad. En esta asignatura se prevé diseñar elementos estructurales de acuerdo a 
los tipos de esfuerzo que se produzca sobre ellos, utilizando para ello los métodos de 
diseño que establece tal normativa. 
 
CONCRETO (Artículo 2.1.23 de la Norma COVENIN 1753:2006):Mezcla de cemento 
Portland o de cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino, agregado grueso y 
agua, con o sin aditivos, que cumpla con los requisitos de los Capítulos 4 y 5. 
 
CEMENTO: Material inorgánico (calizas, margas, óxido de calcio, silicio, hierro y 
aluminio) finamente molido que al mezclarse con agua forma una pasta que endurece 
por reacciones y procesos de hidratación. Después del endurecimiento mantiene su 
resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. 
 
AGREGADO (Artículo 2.1.5 de la Norma COVENIN 1753:2006): Material granular 
inerte, el cual se mezcla con cemento hidráulico y agua para producir concreto. Véase 
el Artículo 3.3. 
 
Según el artículo 3.3de la Norma COVENIN 1753:2006. Los agregados para el 
concreto deben cumplir con una de las siguientes normas técnicas: 
 
a. Norma Venezolana 277. 
b. Hasta tanto no se disponga de Normas Venezolanas para agregados 
livianos, se debe consultar la norma ASTM C330 o las recomendaciones del 
comité ACI 211.2. Excepcionalmente y con la autorización por escrito del 
ingeniero inspector, podrán usarse agregados que aun cuando no cumplan con 
las especificaciones de esta sección, permitan obtener un concreto de 
resistencia y durabilidad adecuadas, lo cual debe comprobarse previamente 
sea por ensayos especiales o en obras existentes con concretos y condiciones 
de servicio similares. 
 
c. Tamaño máximo del agregado (artículo 3.3.1 de la Norma COVENIN 
1753:2006) El tamaño máximo del agregado no debe ser mayor que la menor 
de las siguientes dimensiones: 
1. 1/5 de la menor separación entre los lados del encofrado; 
2. ⅓ del espesor de las losas o placas; 
3. ¾ de la separación mínima libre entre las barras de refuerzo. 
 
Estas limitaciones podrán omitirse cuando, a juicio del Ingeniero inspector, la 
trabajabilidad y los métodos de compactación como por ejemplo el vibrado, son tales 
 
Ing. Adriana Lugo 
que el concreto puede ser colocado sin que se originen cangrejeras, oquedades o 
vacíos en el material resultante. 
 
ACERO: Mezcla sólida y homogénea de hierro y carbono, es decir entre un metal y un 
metaloide; conserva las características del metal (del hierro), pero sus propiedades 
han sido mejoradas desde la aleación con el carbono, cuya presencia en el acero no 
supera el 2%. Los aceros al carbono más comunes son: 
• Aceros cuyo principal elemento aleante es el carbono y contiene manganeso hasta 
1,0% max. 
• Con bajo contenido de carbono (c ≤ 0,25%) 
• Con medio contenido de carbono (0,25% < c ≤ 0,50%) 
• Con alto contenido de carbono (c > 0,50%) 
 
 
 
ACERO UTILIZADO PARA EL DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN 
VENEZUELA: 
• Alta Resistencia → limite de Fluencia = 4.200 Kg/cm2 
• Baja Resistencia → limite de Fluencia = 2.800 Kg/cm2 
 
El acero de refuerzo puede presentarse en dos formas: Barras lisas o corrugadas y 
mallas electrosoldada. 
FUNCIONES DEL ACERO EN EL CONCRETO ARMADO: aumentar ductilidad, 
aumentar resistencia, resistir esfuerzos de tensión y compresión, resistir cortante, 
resistir torsión, restringir agrietamiento, reducir deformaciones a largo plazo y confinar 
el concreto. 
CONCRETO ARMADO: Concreto que contiene el refuerzo metálico adecuado, 
diseñado bajo la hipótesis que los dos componentes actuarán conjuntamente para 
resistir las solicitaciones a las cuales está sometido. 
SOLICITACIONES: Conjunto de fuerzas axiales, fuerzas cortantes, momentos 
flectores, momentos torsores y bimomentos que permiten el diseño de las secciones 
de los elementos y miembros estructurales. 
TIPOS DE CONCRETO: 
a. ARMADO NORMAL: su uso es el más común, donde se forman elementos 
relativamente esbeltos.la resistencia de este concreto esta entre 180 y 350 
Kg/cm2. El agregado que lo compone posee un tamaño máximo de 2/3 de la 
separación entre la armadura y el encofrado. 
 
Ing. Adriana Lugo 
 
b. CONCRETO EN MASA: volumen suficientemente grande de concreto, como 
para requerir previsiones que minimicen el efecto del calor de hidratación 
generado por el fraguado del cemento. Utilizados para la construcción de 
represas, estribos de puentes, fundaciones de gran tamaño entre otras. Se 
debe colocar con una consistencia relativamente seca y puede alcanzar altas 
temperaturas si no se trata con los recursos y procedimientos adecuados (baja 
dosis de cemento, incorporación del agua en forma de hielo pulverizado, 
agregado grueso anteriormente refrigerado y dentro de la masa de concreto 
debe fluir tuberías con agua fresca). 
 
c. CONCRETO ESTRUCTURAL LIVIANO: contiene agregado liviano cuyo peso 
unitario secado al aire, determinado según lo especificado en la Norma 
Venezolana 1975, no exceda de 1800 kgf/m³. Un concreto liviano sin arena 
natural se denomina concreto totalmente liviano y un concreto liviano cuyos 
agregados finos sean arenas de peso normal se denomina concreto liviano con 
arena. usualmente se presenta con agregados livianos de origen artificial, y el 
procedimiento para la conformación de este concreto se designa según las 
indicaciones de los productores del agregado. 
 
d. CONCRETO SIMPLE: Concreto sin refuerzo que puede ser usado con fines 
estructurales o con un refuerzo menor que el mínimo requerido. 
e. CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA: la resistencia de éste supera los 420 
Kg/cm2 según lo indica el comité ACI 363. Donde se conforma con altas 
cantidades de cemento, el agregados que lo compone posee un tamaño máximo 
de ½” y ¼” y presenta en su composición, aditivos retardadores como 
plastificantes. Además debe aplicarse una excelente compactación y un curado 
eficiente. 
f. CONCRETO PROYECTADO: también se denomina como concreto lanzado, 
shotcrete o gunita; aplicado a presión de aire, adhiriéndose a una superficie, tal 
como los aplicados en taludes, túneles, tuberías o tanques. 
g. CONCRETO CELULAR: aunque se denomina concreto, no posee agregados 
gruesos y a veces tampoco finos. Es una pasta de cemento y agua, con poca 
arena y un aditivo especial espumoso para estabilizarlo, su resistencia se 
establece entre 30 y 60 Kg/cm2; su peso unitario no supera los 1500 Kg/cm2. 
frecuentemente es utilizado para el cerramiento en forma de bloques o paneles, 
permitiendo aislamiento termo-acustico. 
 
 
PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO ARMADO 
 
RESISTENCIA PROMEDIO A LA COMPRESIÓN (f´c): 
es el promedio de las resistencias de al menos dos cilindros hechos de la 
misma muestra, ensayados a los 28 días o a la edad de ensayo especificada de 
acuerdo con la Norma Venezolana 338 (Véase la Sección 5.9.2). El concreto debe 
producirse minimizando la frecuencia de resistencias por debajo de f´c, con arreglo a 
los criterios de aceptación de la Subsección 5.9.2.3. En los planos del proyecto se 
debe indicar claramente la resistencia especificada a la compresión del concreto, f´c, 
 
Ing. Adriana Lugo 
con la cual se ha diseñado cada parte de la estructura. No será menor de 210 Kg/cm2 
ni excederá de 300 kg/cm2 
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN (FT): es el esfuerzo que tiende a alargar un cuerpo 
determinado, debido a una fuerza aplicada, tratando de separar las partículas del 
material del cual está constituido. Aún cuando se dice que el concreto tiene como 
función principal el trabajo en compresión, el conocer su resistencia a la tracción 
(tensión) es de mucha importancia, ante determinadas situaciones de trabajo del 
concreto. La aparición y propagaciónde grietas en el lado de tensión de elementos de 
concreto estructural sometidos a flexión, dependen de su resistencia a la tensión. 
Los ensayos de tracción indirecta no se aceptaran como base para el control 
de la resistencia del concreto en obra. COVENIN 1753-2006 art. 5.2.3. Debido 
a la dificultad experimental para determinar la resistencia a la tensión del 
concreto, las normas COVENIN 1753-2006, aceptan que el concreto puede 
soportar un esfuerzo a tracción de aproximadamente un 10% y un 15% del 
esfuerzo máximo a compresión. 
 
FLEXIÓN: se presenta como una combinación de esfuerzos de tracción y compresión, 
tratando de doblar o flexar las fibras que constituyen un cuerpo; de tal forma que una 
de ellas tiende a alargarse o traccionarse y las otras a acortarse o comprimirse. 
 
MÓDULO DE ELASTICIDAD: se denomina módulo de elasticidad (Ec) a la relación 
entre la tensión aplicada y la deformación unitaria producida. Es la pendiente de la 
parte inicial recta de la curva esfuerzo-deformación, es mayor cuanto mayor es la 
resistencia del concreto. El concreto no es un material perfectamente elástico que se 
ajuste a la ley de Hooke, en cualquiera de los dos rangos de carga presenta los dos 
comportamientos: 
 
ELÁSTICO: es la propiedad que permite que un material una vez que ha sido 
deformado por la acción de una fuerza, volver a su posición inicial al liberarlo de la 
fuerza que ha producido esa deformación. 
 
PLÁSTICO: es la propiedad que puede tener un material, mediante la cual ante una 
fuerza y antes de llegar a romperse, puede quedar deformado de forma permanente. 
Todos los materiales estructurales se pueden comportar plásticamente al sobrepasar 
su límite de elasticidad. 
 
FLUENCIA: es la propiedad de muchos materiales por la que continúan 
deformándose durante tiempos prolongados bajo cargas o tensiones constantes. El 
concreto presenta deformación creciente a tensión constante, cuando eliminamos las 
tensiones, una parte de las deformaciones desaparecen (deformación elástica 
instantánea), otra permanece para siempre (deformación plástica diferida) y otra va 
disminuyendo con el tiempo (deformación elástica diferida). A efectos de cálculo, a la 
suma de estas dos últimas se las denomina fluencia. 
 
DUCTILIDAD: capacidad de deformación permanente de un miembro estructural sin 
perdida apreciable de su capacidad resistente. 
 
 
Ing. Adriana Lugo 
CRITERIOS Y ACCIONES MÍNIMAS PARA EL PROYECTO DE EDIFICACIONES: 
según la Norma COVENIN 2002:1988, una estructura, sus miembros, juntas y 
conexiones, y el sistema de fundación deben diseñarse para que tengan la 
resistencia, la rigidez, la estabilidad y la tenacidad exigidas para los Estados Límites 
establecidos anteriormente; tanto para el diseño de agotamiento resistente, como el 
diseño de servicio. Donde se tiene que: 
 
Acciones Permanentes: son las que actúan sobre la edificación y cuya magnitud 
puede considerarse invariable en el tiempo, como las cargas debidas al peso propio 
de los componentes estructurales y no estructurales: pavimentos, rellenos, paredes, 
tabiques, frisos, instalaciones fijas, etc. igualmente el empuje estático de líquidos y 
tierras que tengan carácter permanente. 
 
Acciones Variables: son aquellas que actúan sobre la edificación con una magnitud 
variable en el tiempo y que se deben a su ocupación y uso habitual, como las cargas 
de personas, objetos, vehículos, ascensores, maquinas, grúas móviles, sus efectos de 
impacto, así como las acciones variables de temperatura y reológicas y los empujes 
de líquidos y tierras que tengan un carácter variable. 
 
Acciones Accidentales: son las acciones que en la vida útil de la edificación tienen 
una pequeña probabilidad de ocurrencia solo durante lapsos breves de tiempo, como 
las acciones debidas al sismo, al viento, lluvia, nieve, etc. 
Acciones Extraordinarias: son las acciones que normalmente no se consideran 
entre las que actúan en la vida útil de una edificación y que, sin embargo, pueden 
presentarse en casos excepcionales y causar catástrofes, como las explosiones e 
incendios. Basta con tomar precauciones en la estructuración y en los detalles 
constructivos. 
 
Acciones Reológicas o Térmicas: son las acciones debidas a los fenómenos 
reológicas como la retracción, la fluencia, los cambios de temperatura y también los 
cambios de humedad. Variando según la condición ambiental. 
 
“La retracción, la fluencia y los cambios de temperatura en condiciones de servicio 
producen tensiones y deformaciones que pueden provocar: agrietamientos no 
controlados; deflexiones excesivas, daños locales estructurales y no estructurales y 
hasta el colapso.” 
 
 
ACCIONES 
CP Acciones permanentes: peso propio de la estructura y de materiales que ésta 
soporta 
CV Acciones Variables: debido al uso y ocupación de la edificación, incluye 
objetos 
CVt Acciones variables en techos y cubiertas 
W Acciones accidentales debido al viento (COVENIN – MINDUR 2003) 
S Acciones accidentales debido al sismo (COVENIN – MINDUR 1756:1998) 
*CE Acciones debidas a empuje de la tierra (COVENIN – MINDUR 2002) 
 
Ing. Adriana Lugo 
*CF Acciones debidas a fluidos (COVENIN – MINDUR 2002) 
*CT Acciones reológicas o térmicas (COVENIN – MINDUR 2002 
 
 
METODOS DE DISEÑO: A nivel internacional, existen actualmente dos (02) métodos 
de diseño para estructuras de concreto armado: 
 
DISEÑO POR CARGAS DE SERVICIO: (diseño elástico, teoría clásica, o esfuerzos 
permisibles) Utilizado hasta mediados de siglo, parte de que es posible predecir la 
distribución de esfuerzos en el acero y el concreto, al ser sometidos a cargas de 
servicio. Asume un comportamiento elástico de los dos materiales. El diseño consiste 
en conseguir que los esfuerzos no excedan los esfuerzos admisibles que son una 
fracción de la resistencia del concreto (f’c) y del esfuerzo de fluencia del acero (fy). El 
método elástico tampoco determina la carga que ocasiona la rotura de la pieza y por 
ello, su factor de seguridad no es conocido. 
 
DISEÑO A LA ROTURA O POR RESISTENCIA ÚLTIMA (ESTADOS LIMITES) 
COVENIN – MINDUR 2002 la define como la situación más allá de la cual una 
estructura, miembro o componente estructural queda inútil para su uso previsto, sea 
por su falla resistente, deformaciones, vibraciones excesivas, inestabilidad, deterioro, 
colapso o cualquier otra causa. Para mantener suficientemente pequeña la 
probabilidad de alcanzar un estado límite, el criterio de diseño establecido en las 
normas debe asegurar que las demanda representada por las solicitaciones 
multiplicadas por sus correspondientes factores de mayoración no exceda la 
capacidades o resistencias teóricas minoradas. 
 
OBJETIVO DEL METODO DE LOS ESTADOS LÍMITES: 
mantener una baja probabilidad de alcanzar un estado límite preestablecido para una 
dada tipología estructural. Para lograr este objetivo la demanda de rigidez, resistencia, 
estabilidad y de absorción y disipación de energía sobre la estructura, sus miembros y 
juntas no debe exceder la capacidad de rigidez, resistencia, estabilidad y de absorción 
y disipación de energía de los mismos. En esta Norma se alcanza este objetivo 
multiplicando las solicitaciones por sus factores de mayoración para cuantificar la 
demanda y multiplicando las resistencias teóricas por sus factores de minoración para 
calcular la capacidad. 
VENTAJAS DE ESTE PROCEDIMIENTO: 
 
1. El diseño por rotura permite controlar el modo de falla de una estructura compleja 
considerando la resistencia última de las diversas partes del sistema. Algunos 
elementos se diseñan con menor margen de seguridad que otros para inducir su falla 
primero. 
2. Permite obtener un diseño más eficiente, considerando la distribución de esfuerzos 
que se presenta dentro del rango inelástico. 
3. Este método no utiliza el módulo de elasticidad del concreto, el cual es variable con 
la carga. Esto evita introducir imprecisiones en torno a este parámetro. 
4. El métodode diseño a la rotura permite evaluar la ductilidad de la estructura. 
 
Ing. Adriana Lugo 
5. Este procedimiento permite usar coeficientes de seguridad distintos para los 
diferentes tipos de carga. 
DESVENTAJA DE ESTE MÉTODO: solo se basa en criterios de resistencia. Sin 
embargo es necesario garantizar que las condiciones de servicio sean óptimas, es 
decir, que no se presenten deflexiones excesivas, ni agrietamientos críticos. 
 
DISEÑO PARA EL ESTADO LIMITE DE SERVICIO: La condición de servicio es un 
estado en el cual la función de una edificación, su aspecto, conservación, durabilidad 
y la comodidad de sus ocupantes se mantiene bajo uso normal. Los valores límites del 
comportamiento estructural para asegurar la condición de servicio, tales como flechas 
máximas, nivel de vibración aceptable, se seleccionarán de acuerdo con la función 
para la cual se diseña la estructura. 
 
DISEÑO PARA EL ESTADO LIMITE DE AGOTAMIENTO RESISTENTE: se 
verificará que la resistencia minorada (Capacidad) de cada miembro, junta, conexión o 
componente estructural sea igual o mayor que la solicitaciones mayoradas 
(Demanda). 
 
HIPÓTESIS DE SOLICITACIONES PARA EL ESTADO LIMITE DE AGOTAMIENTO 
RESISTENTE 
1.4 CP 
1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt 
1.2 CP + 1.6 CVt + (0.5 CV o 0.8 W) 
1.2 CP + 1.3 W +0.5 CV+ 0.5 CVt 
0.9 CP ± 1.3 W 
1.2 CP + γ CV ± S 
0.9 CP ± S