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
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