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GENERALIDADES Y ESPECIFICACIONES DEL CONCRETO REFORZADO

EL HORMIGÓN ARMADO

La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También se puede armar con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL CONCRETO REFORZADO

A pesar de su valor como material de fundación, el concreto nunca hubiera alcanzado una popularidad muy grande si se hubiera usado solamente para eso. La producción de cemento portland fue 20 veces mayor en la década de 1900 a 1909 que durante la década precedente. Este explosivo crecimiento del cemento se debió en gran medida a la invención del concreto reforzado. El año de 1832 marcó el primer intento de usar refuerzo a tracción en concreto o mampostería.

La invención del hormigón armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicitó en 1854 la patente de un sistema que incluía armaduras de hierro para «la mejora de la construcción de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego».

Muchas de estas patentes fueron obtenidas por G.A. Wayss en 1866 de las empresas Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de hormigón armado, en donde se realizaban pruebas para ver el comportamiento resistente del hormigón, asistiendo el arquitecto prusiano Matthias Koenen en estas pruebas, efectuando cálculos que fueron publicados en un folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos en cemento».

EL CEMENTO PORTLAND

Es la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que contienen sílice, alumina u óxidos de hierro, procesados a altas temperaturas y mezclados con yeso. Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia del agua, presentándose un proceso de reacción química que se conoce como hidratación.

ESTADOS DEL CONCRETO

ESTADO FRESCO.

Al principio el concreto parece una “masa”. Es blando y puede ser trabajado o moldeado en diferentes formas. Y así se conserva durante la colocación y la compactación. Las propiedades más importantes del concreto fresco son la trabajabilidad y la cohesividad.

ESTADO FRAGUADO

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Después, el concreto empieza a ponerse rígido. Cuando ya no está blando, se conoce como FRAGUADO del concreto. El fraguado tiene lugar después de la compactación y durante el acabado.

ESTADO ENDURECIDO.

Después de que el concreto ha fraguado empieza a ganar resistencia y se endurece. Las propiedades del concreto endurecido son resistencia y durabilidad. Trabajabilidad. Significa qué tan fácil es: COLOCAR, COMPACTAR y dar un ACABADO a una mezcla de concreto. (IMCYC, 2004)

COMPONENTES

El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el cemento y el agua. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta 10 mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo del agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. (Steven, 1992)

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CEMENTO

Los cementos hidráulicos son aquellos que tienen la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, porque reaccionan químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

AGUA

Es el elemento que hidrata las partículas de cemento y hace que estas desarrollen sus propiedades aglutinantes.

AGREGADOS

Los agregados para concreto pueden ser definidos como aquellos materiales inertes que poseen una resistencia propia suficiente que no perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico y que garantizan una adherencia con la pasta de cemento endurecida.

ADITIVOS

Se utilizan como ingredientes del concreto y, se añaden a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado, con el objeto de modificar sus propiedades para que sea más adecuada a las condiciones de trabajo o para reducir los costos de producción. (Jaime, 1997)

PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DEL CONCRETO

Las propiedades del concreto son sus características o cualidades básicas. Las cuatro propiedades principales del concreto son: TRABAJABILIDAD, COHESIVIDAD, RESISTENCIA Y DURABILIDAD. (IMCYC, 2004). El concreto tiene tres estados diferentes y cada uno de ellos tiene propiedades distintas también.

PROPIEDADES FÍSICAS

Con características físicas del concreto, se pretende abarcar aquellas cualidades que se pueden identificar por simple observación y/o mediciones simples, y que son inherentes a cualquier mezcla en menor o mayor grado, en función del cuidado que se tenga con ella. Las más significativas se muestran en la siguiente tabla.

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TRABAJABILIDAD

Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. Aunque la trabajabilidad resulta difícil de evaluar, en esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante se puede manejar, transportar y colocar con poca pérdida de la homogeneidad. La facilidad de colocación, consolidación y acabado del concreto fresco y el grado que resiste a la segregación se llama trabajabilidad. El concreto debe ser trabajable pero los ingredientes no deben separarse durante el transporte y el manoseo. El grado de la trabajabilidad que se requiere para una buena colocación del concreto se controla por los métodos de colocación, tipo de consolidación y tipo de concreto. Los diferentes tipos de colocación requieren diferentes niveles de trabajabilidad.

Los factores que influyen en la trabajabilidad del concreto son:

(1) El método y la duración del transporte; (2) Cantidad y características de los materiales cementantes; (3) Consistencia del concreto (asentamiento en cono de abrams o revenimiento) (4) Tamaño, forma y textura superficial de los agregados finos y gruesos (5) Aire incluido (aire incorporado); (6) Cantidad de agua;

(7) Temperatura del concreto y del aire y

(8) Aditivos.

La distribución uniforme de las partículas de agregado y la presencia de aire incorporado ayudan considerablemente en el control de la segregación y en la mejoría de la trabajabilidad.

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FIG. 1-1.

EFECTO DE LA TEMPERATURA DE COLOCACIÓN (HORMIGONADO O PUESTA EN OBRA) EN EL ASENTAMIENTO EN CONO DE ABRAMS (Y LA TRABAJABILIDAD RELATIVA) DE DOS CONCRETOS CONFECCIONADOS CON DIFERENTES CEMENTOS. (BURG 1996)

La Figura 1-1 enseña el efecto de la temperatura de colocación sobre la consistencia o asentamiento en cono de Abrams y sobre la trabajabilidad potencial de las mezclas. Las propiedades relacionadas con la trabajabilidad incluyen consistencia, segregación, movilidad, bombeabilidad, sangrado (exudación) y facilidad de acabado. La consistencia es considerada una buena indicación de trabajabilidad. El asentamiento en cono de Abrams se usa como medida de la consistencia y de la humedad del concreto.

Un concreto de bajo revenimiento tiene una consistencia rígida o seca. Si la consistencia es muy seca y rígida, la colocación y compactación del concreto serán difíciles y las partículas más grandes de agregados pueden separarse de la mezcla. Sin embargo, no debe suponerse que una mezcla más húmeda y fluida es más trabajable. Si la mezcla es muy húmeda, pueden ocurrir segregación y formación de huecos. La consistencia debe ser lo más seca posible para que aún se permita la colocación empleándose los equipos de consolidación disponibles.

COHESIÓN

Propiedad del concreto que describe la facilidad o dificultad que tiene la pasta decemento y la mezcla con los agregados, de atraerse para mantenerse comosuspensión en el concreto, evitando así la disgregación de los materiales.

HOMOGENEIDAD

La mezcla adecuada de los componentes del hormigón y la homogeneidad de la masa se logra en la amasadora y hormigonera pero, esta mezcla puede dislocarse durante el transporte, el vertido y durante el compactado, dando lugar a que los elementos constitutivos del hormigón tiendan a separarse unos de otros y a decantarse de acuerdo con su tamaño y densidad. La pérdida de homogeneidad es mayor cuanto menor sea la cohesividad del hormigón, es decir, cuanto menos adecuada sea la relación arena/grava, mayor el tamaño máximo del árido, mayor el contenido de agua, etc. Los hormigones deben ser dóciles sin que presenten segregación, es decir, deben tener cohesión. A este fenómeno indeseable de separación de los elementos constitutivos de la mezcla se le denomina segregación del hormigón , y puede dar origen a hormigones con superficies mal acabadas, con coqueras o, por el contrario, con exceso de mortero, con una gran repercusión negativa en la durabilidad y resistencias mecánicas del hormigón. La exudación del hormigón es otra forma de segregación en la que el agua tiende a elevarse hacia la superficie de la mezcla de hormigón como consecuencia de la incapacidad de los áridos de arrastrarla con ellos al

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irse compactando. Esta agua crea en la superficie del hormigón una capa delgada, débil y porosa que no tiene resistencias ni es durable. Un hormigón con buena cohesión no presentará ni exudación ni segregación y, por tanto, será homogéneo.

COHESIVIDAD DEL HORMIGÓN Y LA PÉRDIDA DE HOMOGENEIDAD

La pérdida de homogeneidad es mayor cuanto menor sea la cohesividad del hormigón, es decir, cuanto menos adecuada sea la relación arena/grava, mayor el tamaño máximo del árido, mayor el contenido de agua, etc. Los hormigones deben ser dóciles sin que presenten segregación, es decir, deben tener cohesión.

En un hormigón con muchos finos y con una dosificación pobre en agua, es decir, un hormigón muy seco, los áridos más gruesos tienden a separarse depositándose en el fondo con más facilidad que las partículas finas. Si a este hormigón se le va aumentando la cantidad de agua se mejorará su cohesión a la vez que se irá eliminando la segregación.

Si la cantidad de agua es excesiva existe el riesgo de que se separe el mortero de la mezcla y se vuelvan a segregar los áridos. Por tanto, existen dos tipos de segregación diferentes, para una misma mezcla, en función del agua de amasado.

Las mezclas propensas a la segregación son las poco dóciles o ásperas, las extremadamente fluidas o secas, o aquellas que tienen gran cantidad de arena. Se pueden producir también segregación en un hormigón que, a pesar de ser muy dócil, haya sido maltratado o sometido a operaciones inadecuadas. Prácticamente, la homogeneidad es la cualidad que tiene un hormigón para que sus componentes se distribuyan regularmente en la masa (En una sola amasada).

La uniformidad se le llama cuando es en varias amasadas. Depende de ciertos parámetros para lograr un concreto uniforme, como son el:

Buen amasado. Buen transporte. Buena puesta en obra. Se pierde la homogeneidad por tres causas: Irregularidad en el amasado. Exceso de agua. Cantidad y tamaño máximo de los áridos gruesos.

Lo cual provoca lo siguiente:

SEGREGACIÓN: separación de los áridos gruesos y finos. DECANTACIÓN: los áridos gruesos van al fondo y los finos se quedan arriba.

ASENTAMIENTO

El asentamiento es la medida que da la facilidad de trabajo o consistencia del hormigón. En otras palabras, mide la facilidad del hormigón para empujar, moldear y alisar. En consecuencia, la calificación de asentamiento indica qué aplicación de hormigón es buena para la construcción. Cuanto mayor sea el asentamiento, lo más viable es el hormigón. Si el asentamiento del hormigón es demasiado bajo, no se

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formará con mucha facilidad. Si es demasiado alto, se corre el riesgo de tener la grava, arena y cemento asentados fuera de la mezcla, por lo que es inutilizable.

ASENTAMIENTO Y CALIDAD

Cuanto menor es la cantidad de agua en unamezcla de hormigón tradicional, menor será su asentamiento. Los valores bajos de asentamiento en las mezclas tradicionales generalmente significan mayor calidad del hormigón. Sin embargo los ingredientes adicionales en las mezclas de hormigón modernos hacen que sea imposible determinar la calidad del asentamiento del hormigón. El hormigón con plastificantes y un alto asentamiento en realidad puede tener menos agua que una mezcla de hormigón tradicional, con un asentamiento bajo. A causa de estos ingredientes adicionales, se puede establecer el asentamiento de un lote de hormigón para prácticamente cualquier valor al tiempo que conserva una mezcla de alta calidad.

PRUEBA DE ASENTAMIENTO

El asentamiento se prueba con un cono de asentamiento. Este es uno de 12 pulgadas (30.48 cm) de altura, el cono truncado se abre en la parte superior y la parte inferior. La parte superior es de 4 pulgadas (10.16 cm) de ancho y la parte inferior es de 8 pulgadas (20.32 cm) de ancho. Para probar el asentamiento, se llena el cono de asentamiento a 1/4 de su altura y se apisona con 25 golpes de una barra de acero de 3/4 de pulgada (1.90 cm). Luego se llena el cono a la mitad del camino y se apisona con otros 25 golpes. Después de esto, lo llenas al punto de 3/4 (1.90 cm) y apisonas de nuevo. Lleno hasta la parte superior con una última capa, se le da a la mezcla 25 golpes finales. Mide desde la parte superior del cono a la base. Tira del cono de asentamiento hasta afuera del hormigón y mide hasta qué punto el hormigón se hunde, o asienta, abajo, mediante la medición de la parte superior de la pila en el suelo. Resta esta medida a partir de la altura original del cono de asentamiento. La distancia del asentamiento hacia abajo se llama el nivel de asentamiento.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Las propiedades mecánicas, son aquellas que tienen que ver con el comportamiento del concreto endurecido cuando inciden acciones sobre él, y que son parámetros para el diseño estructural de estructuras de concreto. Estas propiedades, se pueden sintetizar con base a 4 aspectos mostrados en la siguiente tabla.

RESISTENCIA

Es una propiedad del concreto que, casi siempre, es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresión. Como el

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concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más común de esta propiedad. (Frederick, 1992) La resistencia característica (fck ) del hormigón es aquella que se adopta en todos los cálculos como resistencia a compresión del mismo, y dando por hecho que el hormigón que se ejecutará resistirá ese valor, se dimensionan las medidas de todos los elementos estructurales. La resistencia característica de proyecto (fck ) establece por tanto el límite inferior, debiendo cumplirse que cada amasada de hormigón colocada tenga esa resistencia como mínimo. En la práctica, en la obra se realizan ensayos estadísticos de resistencias de los hormigones que se colocan y el 95 % de los mismos debe ser superior afck , considerándose que con el nivel actual de la tecnología del hormigón, una fracción defectuosa del 5 % es perfectamente aceptable. La resistencia del hormigón a compresión se obtiene en ensayos de rotura por compresión de probetas cilíndricas normalizadas realizados a los 28 días de edad y fabricadas con las mismas amasadas puestas en obra.

La Instrucción española (EHE) recomienda utilizar la siguiente serie de resistencias características a compresión a 28 días (medidas en Newton/mm²): 20; 25; 30, 35; 40; 45 y 50.14 Por ello, las plantas de fabricación de hormigón suministran habitualmente hormigones que garantizan estas resistencias.

DURABILIDAD

El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio. Se define en la Instrucción española EHE, la durabilidad del hormigón como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas y químicas agresivas a lo largo de la vida útil de la estructura protegiendo también las armaduras y elementos metálicos embebidos en su interior.

DENSIDAD

Es la relación entre la masa de una cantidad dada y el volumen absoluto de esa masa. Su valor varía muy poco, y en el cemento Portland normal, suele estar muy cercano a 315 g/cm3. La densidad del cemento no indica directamente la calidad del mismo, pero a partir de ella se pueden deducir otras características cuando se analiza en conjunto con otras propiedades. Por ejemplo, si no se dispone de un análisis químico y se obtiene una baja densidad y una alta finura, se puede afirmar casi con seguridad, que se trata de un cemento adicionado.

PRUEBAS DEL CONCRETO

1. La de revenimiento

La prueba de revenimiento muestra la trabajabilidad del concreto. La trabajabilidad es una medición de qué tan fácil resulta colocar, manejar y compactar el concreto.

2. De compresión

Muestra la mejor resistencia posible que puede alcanzar el concreto en condiciones perfectas. Esta muestra mide la resistencia del concreto en estado endurecido.

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CRITERIOS DE DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE

CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL

El Diseño del estado del límite (LSD) se refiere a un método de diseño utilizado en la ingeniería estructural. El método es en realidad una modernización y racionalización de los conocimientos de la ingeniería, que se encontraba bien establecido antes de la adopción del LSD. Más allá del concepto de un estado límite, el LSD simplemente implica la aplicación de la estadística para determinar el nivel de seguridad requerido por o durante el proceso de diseño. Criterios: el diseño límite del estado requiere de una estructura para satisfacer dos criterios principales: el último límite de estado (ULS) y el estado límite de servicio (SLS). Un estado límite es un conjunto de criterios de desempeño (por ejemplo, los niveles de vibración, deformación, resistencia, estabilidad, pandeo, torsión, el colapso) que deben cumplirse cuando la estructura está sometida a cargas. Cualquier proceso de diseño consiste en una serie de supuestos. Las cargas en las que una estructura se verá sometida debe ser estimada, los tamaños de los miembros de cheque debe ser elegido y los criterios de diseño deben ser seleccionados. Todos los criterios de diseño de ingeniería tienen un objetivo común: el de garantizar una estructura segura y garantizar la funcionalidad de la misma.

Estado Límite de Servicio (ELS) y Estado Límite Ultimo (ELU)

Los valores mínimos de servicio (o valores máximos aceptables de degradación) son llamados los estados límites de la durabilidad de una estructura.

Estos son principalmente dos:

1) Estado límite de servicio (ELS) y 2) el estado límite último (ELU).

El primero (ELS) correspondería al punto en el tiempo el cual la estructura ha llegado a su vida útil, o sea, “es el estado en el cual los requerimientos de servicio de una estructura o elemento estructural (seguridad, funcionalidad y estética) ya no se cumplen. [8]” En este trabajo el ELS será el tiempo en el que la manifestación de daños externos por la formación de grietas con ancho no mayor a 0.1mm es visible.

Estado que presenta un puente en el estado de Michoacán en donde se aprecia el daño tan avanzado de la losa producto de la corrosión de la varilla de refuerzo.

El ELU, en el segundo caso, es el estado en que la estructura o elemento estructural “se encuentra asociado con colapso u otra forma similar de falla estructural.” En este reporte, se define al ELU como al tiempo en el cual la estructura llega a un estado de degradación inaceptable antes de que sufra un colapso inminente: ELU < T COLAPSO.

ESTADOS LÍMITE

Para fines de aplicación de estas Normas, se alcanza un estado límite de comportamiento en una construcción cuando se presenta una combinación de fuerzas, desplazamientos, niveles de fatiga, o varios de ellos, que determina el inicio o la ocurrencia de un modo de comportamiento inaceptable de dicha construcción. De acuerdo con los artículos 148 y 149 del Reglamento, tales estados límite se clasifican en dos grupos: estados límite de falla y estados límite de servicio. Los primeros se

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refieren a modos de comportamiento que ponen en peligro la estabilidad de la construcción o de una parte de ella, o su capacidad para resistir nuevas aplicaciones de carga. Los segundos incluyen la ocurrencia de daños económicos o la presentación de condiciones que impiden el desarrollo adecuado de las funciones para las que se haya proyectado la construcción.

RESISTENCIAS DE DISEÑO

DEFINICIÓN

Se entenderá por resistencia la magnitud de una acción, o de una combinación de acciones, que provocaría la aparición de un estado límite de falla de la estructura o cualesquiera de sus componentes. En general, la resistencia se expresará en términos de la fuerza interna, o combinación de fuerzas internas, que corresponden a la capacidad máxima de las secciones críticas de la estructura. Se entenderá por fuerzas internas las fuerzas axiales y cortantes y los momentos de flexión y torsión que actúan en una sección de la estructura.

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DETERMINACIÓN DE RESISTENCIAS DE DISEÑO

La determinación de la resistencia podrá llevarse a cabo por medio de ensayes diseñados para simular, en modelos físicos de la estructura o de porciones de ella, el efecto de las combinaciones de acciones que deban considerarse de acuerdo con las secciones 3.3 y 3.4. Cuando se trate de estructuras o elementos estructurales que se produzcan en forma industrializada, los ensayes se harán sobre muestras de la producción o de prototipos. En otros casos, los ensayes podrán efectuarse sobre modelos de la estructura en cuestión.

La selección de las partes de la estructura que se ensayen y del sistema de carga que se aplique deberá hacerse de manera que se obtengan las condiciones más desfavorables que puedan presentarse en la práctica, tomando en cuenta la interacción con otros elementos estructurales. Con base en los resultados de los ensayes, se deducirá una resistencia de diseño, tomando en cuenta las posibles diferencias entre las propiedades mecánicas y geométricas medidas en los especímenes ensayados y las que puedan esperarse en las estructuras reales. El tipo de ensaye, el número de especímenes y el criterio para la determinación de la resistencia de diseño se fijará con base en criterios probabilísticos y deberán ser aprobados por la Administración, la cual podrá exigir una comprobación de la resistencia de la estructura mediante una prueba de carga de acuerdo con el Capítulo XII del Título Sexto del Reglamento.

CONDICIONES DE DISEÑO

Se revisará que para las distintas combinaciones de acciones especificadas en la sección 2.3 y para cualquier estado límite de falla posible, la resistencia de diseño sea mayor o igual al efecto de las acciones que intervengan en la combinación de cargas en estudio, multiplicado por los factores de carga correspondientes, según lo especificado en la sección 3.4. También se revisará que no se rebase ningún estado límite de servicio bajo el efecto de las posibles combinaciones de acciones, sin multiplicar por factores de carga.

FACTORES DE CARGA

Para determinar el factor de carga, FC, se aplicarán las reglas siguientes: a) Para combinaciones de acciones clasificadas en el inciso 2.3.a, se aplicará un factor de carga de 1.4. Cuando se trate de edificaciones del Grupo A, el factor de carga para este tipo de combinación se tomará igual a 1.5; b) Para combinaciones de acciones clasificadas en el inciso 2.3.b, se tomará un factor de carga de 1.1 aplicado a los efectos de todas las acciones que intervengan en la combinación; c) Para acciones o fuerzas internas cuyo efecto sea favorable a la resistencia o estabilidad de la estructura, el factor de carga se tomará igual a 0.9; además, se tomará como intensidad de la acción el valor mínimo probable de acuerdo con la sección 2.2; y d) Para revisión de estados límite de servicio se tomará en todos los casos un factor de carga unitario.

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ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO

DESPLAZAMIENTOS

En las edificaciones comunes sujetas a acciones permanentes o variables, la revisión del estado límite de desplazamientos se cumplirá si se verifica que no exceden los valores siguientes: a) Un desplazamiento vertical en el centro de trabes en el que se incluyen efectos a largo plazo, igual al claro entre 240 más 5 mm; además, en miembros en los cuales sus desplazamientos afecten a elementos no estructurales, como muros de mampostería, que no sean capaces de soportar desplazamientos apreciables, se considerará como estado límite a un desplazamiento vertical, medido después de colocar los elementos no estructurales, igual al claro de la trabe entre 480 más 3mm. Para elementos en voladizo los límites anteriores se duplicarán. b) Un desplazamiento horizontal relativo entre dos niveles sucesivos de la estructura, igual a la altura del entrepiso dividido entre 500, para edificaciones en las cuales se hayan unido los elementos no estructurales capaces de sufrir daños bajo pequeños desplazamientos; en otros casos, el límite será igual a la altura del entrepiso dividido entre 250. Para diseño sísmico o por viento se observará lo dispuesto en las Normas correspondientes.

VIBRACIONES

Las amplitudes tolerables de los desplazamientos debidos a vibraciones no podrán exceder los valores establecidos en la sección 4.1. Además, deberán imponerse límites a las amplitudes máximas de las vibraciones, de acuerdo con su frecuencia, de manera de evitar condiciones que afecten seriamente la comodidad de los ocupantes o que puedan causar daños a equipo sensible a las excitaciones citadas.

OTROS ESTADOS LÍMITE

Además de lo estipulado en las secciones 4.1 y 4.2, se observará lo que dispongan las Normas Técnicas Complementarias relativas a los distintos tipos de estructuras y a los estados límite de servicio de la cimentación.

EL ACERO UTILIZADO EN EL CONCRETO ARMADO

Acero es toda aleación de hierro-carbono, capaz de ser deformado plásticamente, con tenores mínimos y máximos de carbono de 0.008% y 2.0%, respectivamente, pudiendo contener otros elementos de aleación, así como también impurezas inherentes al proceso de fabricación.

Para el diseño y construcción de elementos de concreto armado es necesario conocer ciertas características que poseen las barras de acero, como por ejemplo:

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DESIGNACIÓN DE LAS BARRAS DE ACERO.

La designación corresponde al diámetro nominal expresada en octavos de pulgada.

Nº Pulgadas Diámetro mm

Áreacm2

3 3/8 9.53 0.7134 1/2 12.70 1.2675 5/8 15.88 1.9816 3/4 19.05 2.8507 7/8 22.22 3.8788 1 25.40 5.0679 1 1/8 29.65 6.44610 1 ¼ 32.25 8.17411 1 3/8 35.81 10.07214 1 ¾ 43 14.52218 2 ¼ 57.33 25.814

CLASIFICACIÓN.

- Según la soldabilidad: las barras identificadas con la letra W, son soldables y las barras con una S no son soldables.

- Según el limite elástico: los más utilizados son las barras con un límite de 2800 kg/cm2 y 4200 kg/cm2

MARCACIÓN.

Las barras se producen con una longitud de 6m y de 12m. Cada barra debe llevar grabado con relieve, la siguiente información:

Símbolo del fabricante: constituye la marca de la fábrica. En Venezuela el símbolo de SIDETUR es “SV”, el de SIDOR es “S” y el de SIZUCA ES “SZ”.

Designación de la barra: debajo del símbolo se graba el diámetro que indica el diámetro nominal en octavos de pulgada o en milímetros; en este último caso debe ir una letra M a continuación del número.

Clasificación del acero: debe indicarse la letra W o S, según sea o no, soldables a temperatura ambiente. Antes se usaba la letra N para indicar la barra no soldable por lo que este tipo de barra se puede conseguirse en estructuras de hace varios años.

Limite elástico nominal: por ultimo aparece el número que indica el límite elástico nominal, expresado en miles de libras por pulgada cuadrada aunque es posible encontrar barras con la indicación en kg/ cm2.

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CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL ACERO DE REFUERZO PROPIEDADES MECÁNICAS

DUCTILIDAD: Es la elongación que sufre la barra cuando se carga sin llegar a la rotura. Las especificaciones estipulan que el estiramiento total hasta la falla, no sea menor que cierto porcentaje mínimo que varía con el tamaño y grado de la propia barra.

DUREZA: Se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración de otro material. También es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una fuerza determinada. Existen dos Dureza física y dureza técnica.

RESISTENCIA A LA TENSIÓN: Es la máxima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el área de sección inicial de la barra. Se denomina también, más precisamente, carga unitaria máxima a tracción.

LÍMITE DE FLUENCIA, fy: Es la tensión a partir de la cual el material pasa a sufrir deformaciones permanentes, es decir, hasta este valor de tensión, si interrumpimos el traccionamiento de la muestra, ella volverá a su tamaño inicial, sin presentar ningún tipo de deformación permanente, esta se llama deformación elástica. El ingeniero utiliza el límite de fluencia de la barra para calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y sobrecargas hasta este punto y vuelve a su condición inicial sin deformación. Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y comprometida.

ELASTICIDAD: Corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que lo ha deformado

PLASTICIDAD: Es la capacidad de deformación de un metal sin que llegue a romperse si la deformación se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresión maleabilidad.

FRAGILIDAD: Es la propiedad que expresa falta de plasticidad y por lo tanto tenacidad los metales frágiles se rompen en el límite elástico su rotura se produce cuando sobrepasa la carga del límite elástico.

MALEABILIDAD: Es la capacidad que presenta el acero de soportar la deformación, sin romperse, al ser sometido a un esfuerzo de compresión.

TENACIDAD: Viene siendo la conjugación de dos propiedades: ductilidad y resistencia. Un material tenaz será aquel que posee una buena ductilidad y una buena resistencia al mismo tiempo.

FATIGA: cuando un elemento estructural se somete a cargas cíclicas, este puede fallar debido a las grietas que se forman y propagan, en especial cuando se presentan inversiones de esfuerzos, esto es conocido como falla por fatiga, que puede ocurrir con esfuerzos menores a la carga de deformación remanente.

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LÍMITE DE FATIGA

Se evalúa en un diagrama Esfuerzo máximo (resistencia a la fatiga) vs. El número de ciclos hasta la falla, estos diagramas indican que la resistencia a la fatiga, de un acero estructural, decrece con un aumento de número de ciclos, hasta que se alcanza un valor mínimo que es el Límite de Fatiga. Con la tracción considerada como positiva y la compresión negativa, las pruebas también demuestran que a medida que disminuye la relación entre el esfuerzo máximo y el mínimo, se reduce de modo considerable la resistencia al a fatiga. Las pruebas indican además que los aceros con resistencia a la tracción semejante tienen casi la misma resistencia a la fatiga. Estas propiedades se determinan mediante la realización de diferentes pruebas o ensayos, para determinar qué material es el que emplearemos para el fin que le queramos dar. En la tabla 5.3 se dan algunas características mecánicas para diferentes grados y clases de aceros.

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AH = Acero para Hormigón (DN = Dureza Natural; EF = Estirado en Frío) Para el cálculo de valores unitario se utilizará la sección nominal. Relación mínima admisible entre los valores de la carga unitaria de rotura y del

limite elástico, obtenidos en cada ensayo.

PROPIEDADES FÍSICAS: Propiedades de los cuerpos: encontramos entre otras Materia, Cuerpo, Estado de agregación, Peso, Masa, Volumen, Densidad, Peso específico(m/v)

PROPIEDADES TÉRMICAS: Están referidas a los mecanismos de calor y para ello señalamos que existen tres mecanismos:

CONDUCCIÓN: Se produce cuando la fuente emisora está en contacto directo con el que se desea aumenta Tº Convección para que ocurra transferencia de calor por convección es necesario que exista un fluido quien sea el encargado de transmitir el calor de la fuente emisora hacia el cuerpo o ambiente.

RADIACIÓN: Se produce porque la fuente de calor se encuentra en contacto en forma directa con el ambiente. Esta fuente emisora genera rayos infrarrojos que sirven de medio de transferencia de calor.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS: Están relacionadas con la capacidad de conducir la corriente eléctrica.

PROPIEDADES ÓPTICAS: están referidos a la capacidad que poseen los materiales para reflejar o absorber el calor de acuerdo a las siguientes características: Color-Brillo-Pulido.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS: Están referidas a la capacidad que poseen los materiales metálicos para inducir o ser inducidos por un campo electromagnético, es decir actuar como imán o ser atraídos por un imán.

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Page 20: GENERALIDADES Y ESPECIFICACIONES DEL CONCRETO REFORZADO

DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO.

El módulo de elasticidad es un parámetro muy importante en el análisis de las estructuras de concreto ya que se emplea en el cálculo de la rigidez de los elementos estructurales, en algunos lugares como en la ciudad de México y a raíz de los terremotos de 1985, se han echo cambios en el Reglamento de construcciones del Distrito Federal, estos cambios demandan valores mínimos para el módulo de elasticidad dependiendo del tipo de concreto que se emplee en la obra, por lo tanto ahora, además de la f’c se debe garantizar Ec. En algunos estructuristas existe la tendencia a suponer valores de Ec, para lo cual emplean fórmulas sugeridas por diversas instituciones, por ejemplo el Comité Aci-318 sugiere en su reglamento la siguiente ecuación para concretos de 90 a 155 lb/pie3:

Cualquiera que sea la expresión que se use, no se debe perder de vista que el valor que se obtenga es útil solamente a nivel de anteproyecto, para el proyecto final de una obra se debe emplear el módulo de elasticidad del concreto que realmente estará en la obra, esto sólo es posible si el estructurista tiene el cuidado de recabar la información del productor local del concreto, o en su defecto se deben cotizar las pruebas respectivas con cargo al trabajo de análisis y diseño. Es muy peligroso para la seguridad de la estructura emplear indiscriminadamente fórmulas cuando se desconocen las características elásticas del concreto que se puede fabricar en la zona donde se construirá la obra.