DISEÑO ESTRUCTURAL IVPROGRAMA DE ESTUDIO UGM LICENCIATURA EN ARQUITECTURA Diseño Estructural IV jo CUARTO SEMESTRE Arq. J. Victor Meneses Campos 1 vi m JUNIO 2009. ec a MODALIDAD DE EVALUACION DE LA ASIGNATURA • Exámenes exploratorios (3) 60% • A.C. (trabajos, tareas, modelos) 30% • Participación 10% • TOTAL 100% Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE • Elaboración de dibujos de ejercicios prácticos. • Exposición en pizarrón y proyecciones. ec a OBJETIVOS GENERALES: • El alumno calculará las fuerzas internas generadas en los sistemas estructurales para la construcción. • Aprenderá teorías y métodos para el cálculo de elementos estructurales. 2 PROGRAMA DEL CURSO: Métodos de elasticidad. Momento resistente del concreto y del acero Constantes para la comprobación de vigas y su dimensionamiento. Vigas: Peralte, esfuerzos unitarios, estribos, adherencia, flechas. Vigas doblemente armadas. Columnas: Compresión axial y excéntrica. Columnas cortas y largas con carga axial. Columnas a flexocompresión. Columnas circulares. Losas: apoyadas en un lado o volada. Losas apoyadas en 2, 3 y 4 lados. Losas perimetrales, losas continuas, losas de 10 cm. Cimentaciones superficiales: Losas de cimentación, zapatas aisladas, zapatas corridas. Vigas T, losas nervadas en 1 y 2 sentidos. Losas planas sin trabes. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 3 BIBLIOGRAFIA: • NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. 6 de octubre de 2004. Gobierno del Distrito Federal, México. • González Cuevas, Oscar M; “Aspectos fundamentales del concreto reforzado”: Edit. Limusa; México, 2005. • Gallo Ortiz; Espino Márquez; Olvera Montes; “Diseño Estructural de Casas Habitación”. Edit. Mc GRaw Hill; 2005; ISBN-10: 970-10-4826-1. • P. Beer; Ferdinand; Johnston; Russell; Mecánica vectorial para ingenieros, ESTÁTICA; Edit. Mc Graw Hill; octava edición; 2007. • PARKER, Harry; “Diseño simplificado de estructuras de madera”; Edit. LIMUSA; México, 1999. • LUTHE, García Rodolfo; “Análisis estructural”, Edit. Alfaomega; México, 2000. • AMBROSE. James, “Estructuras”, Edit. LIMUSA; México, 2001. • SCHMITT; “Tratado de construcción”; Edit. Gustavo Gili; Barcelona; 2002. • GUZMAN, E. MIGUEL ANGEL A; Aplicación de las normas NTC-RDF-2004; En el diseño de estructuras de concreto reforzado; Colegio de Ingenieros Civiles de Michoacán, A.C. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 4 Las estructuras de concreto Las estructuras de concreto reforzado tienen ciertas características, derivadas de los procedimientos usados en su construcción, que las distinguen de las estructuras de otros materiales. El concreto se fabrica en estado plástico, lo que obliga a utilizar moldes que lo sostengan mientras adquiere resistencia suficiente para que la estructura sea autosoportante. Esta característica impone ciertas restricciones, pero al mismo tiempo aporta algunas ventajas. Una de éstas es su "moldeabilidad", propiedad que brinda al proyectista gran libertad en la elección de formas. Gracias a ella, es posible construir estructuras, como los cascarones, que en otro material serían muy difíciles de obtener. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 5 El primer procedimiento obliga a una secuencia determinada de operaciones, ya que para iniciar cada etapa es necesario esperar a que se haya concluido la anterior. Por ejemplo, no puede procederse a la construcción de un nivel en un edificio hasta que el nivel inferior haya adquirido la resistencia adecuada. Además, es necesario a menudo construir obras falsas muy elaboradas y transportar el concreto fresco del lugar de fabricación a su posición definitiva, operaciones que influyen decisivamente en el costo. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a Existen dos procedimientos principales para construir estructuras de concreto. Cuando los elementos estructurales se forman en su posición definitiva, se dice que la estructura ha sido colada in situ o en sitio, es decir colada en el lugar. Si se fabrican en un lugar distinto al de su posición definitiva en la estructura, el procedimiento recibe el nombre de prefabricación. 6 Con el segundo procedimiento se economiza tanto en la obra falsa como en el transporte del concreto fresco, y se pueden realizar simultáneamente varias etapas de construcción. Por otra parte, este procedimiento presenta el inconveniente del costo adicional de montaje y transporte de los elementos prefabricados y, además, el problema de desarrollar conexiones efectivas entre los elementos. El proyectista debe elegir entre estas dos alternativas, guiándose siempre por las ventajas económicas, constructivas y técnicas que pueden obtenerse en cada caso. Cualquiera que sea la alternativa que escoja, esta elección influye de manera importante en el tipo de estructuración que se adopte. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 7 Características acción-respuesta. Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 8 Carga deformación. Considérese el voladizo mostrado en la figura 1.2 sujeto a la acción de una carga vertical P, que varía desde un valor nulo hasta aquel que produce el colapso. La característica acción-respuesta más inmediata es la curva carga-deflexión presentada también en la figura. En términos de esta característica es posible definir cuatro etapas en el comportamiento del voladizo: a) Una etapa inicial elástica, en la que las cargas son proporcionales a las deformaciones. Es frecuente que bajo las condiciones permanentes de servicio (excluyendo las cargas de corta duración como viento o sismo), la estructura se encuentre en esta etapa. La carga de servicio se ha marcado en la figura como P, y la deformación correspondiente como a. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 9 De la ilustración se puede definir el factor de seguridad como el cociente Pr/Ps,. La estructura tendrá una resistencia adecuada, si este factor es mayor que un valor predeterminado considerado como aceptable. Diseño Estructural IV jo vi b) Una etapa intermedia en la que la relación carga-deformación ya no es lineal, pero en la que la carga va creciendo. c) Una etapa plástica, en la que se producen deformaciones relativamente grandes para incrementos pequeños o nulos de las cargas. La resistencia Pr se encuentra en esta etapa. Debido a la forma de la curva, es difícil establecer cuál es la deformación correspondiente a la resistencia. d) Una etapa inestable, caracterizada por una rama descendente hasta el colapso, donde a mayores deformaciones la carga disminuye. Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 10 Gráfica carga-deformación. Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 11 El análisis de las estructuras de concreto reforzado. Para poder analizar una estructura es necesario idealizarla. Por ejemplo, una idealización frecuente en el análisis de edificios es considerar la estructura como formada por series de marcos planos en dos direcciones. De este modo se reduce el problema real tridimensional a uno de dos dimensiones. Se considera, además, que las propiedades mecánicas de los elementos en cada marco están concentradas a lo largo de sus ejes. Las acciones se aplican sobre esta estructura idealizada. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 12 dimensionamiento de elementos de concreto reforzado. Se entiende por dimensionamiento la determinación de las propiedades geométricas de los elementos estructurales y de la cantidad y posición del acero de refuerzo. El procedimiento de dimensionamiento tradicional, basado en esfuerzos de trabajo, consiste en determinar los esfuerzos correspondientes a acciones interiores obtenidas de un análisis elástico de la estructura, bajo sus supuestas acciones de servicio. Estos esfuerzos se comparan con esfuerzos permisibles, especificados como una fracción de las resistencias del concreto y del acero. Se supone que así se logra a la par, un comportamiento satisfactorio en condiciones de servicio y un margen razonable de seguridad. Diseño Estructural IV El jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 13 El procedimiento más comúnmente utilizado en la actualidad es el denominado método plástico, de resistencia o de resistencia última, según el cual los elementos o secciones se dimensionan para que tengan una resistencia determinada. El procedimiento consiste en definir las acciones interiores, correspondientes a las condiciones de servicio, mediante un análisis elástico, y multiplicarlas por un factor de carga, que puede ser constante o variable según los distintos elementos, para así obtener las resistencias de dimensionamiento. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 14 Factores de carga El Reglamento del Distrito Federal [1.35] establece los siguientes factores de carga: a) Para combinaciones que incluyan exclusivamente acciones permanentes y variables, el factor de carga, Fc, será de 1.4, excepto en estructuras que soporten pisos en los que pueda haber normalmente aglomeración de personas, o en construcciones que contengan equipo sumamente valioso, caso en el cual el factor de carga será de 1.5. b) Para combinaciones de acciones que incluyan una accidental, como viento o sismo, además de las acciones permanentes y variables, el factor de carga, Fc, será de 1 .1. C) Para acciones cuyo efecto sea favorable a la resistencia o estabilidad de la estructura, se tomará un factor de carga, Fc, de 0.9. En estos casos, como ya se explicó anteriormente, se utiliza la carga nominal mínima. d) En la revisión de estados Iímite de servicio, se tomará un factor de carga igual a uno. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 15 Características generales del concreto y del acero El concreto es un material pétreo, artificial, obtenido de la mezcla, en proporciones determinadas, de cemento, agregados y agua. El cemento y el agua forman una pasta que rodea a los agregados, constituyendo un material heterogéneo. Algunas veces se añaden ciertas sustancias químicas llamadas aditivos o adicionantes, que mejoran o modifican algunas propiedades del concreto. El Reglamento de Construcciones del Distrito Federal, por ejemplo, define dos clases de concreto: clase 1, que tiene un peso volumétrico en estado fresco superior a 2.2 ton/m3, y clase 2, cuyo peso volumétrico está comprendido entre 1.9 y 2.2 ton/m3. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 16 La combinación de concreto simple con refuerzo constituye lo que se llama concreto reforzado. Diseño Estructural IV Arq. J. Victor Meneses Campos 17 jo El acero restringe el desarrollo de las grietas originadas por la poca resistencia a la tensión del concreto. El uso del refuerzo no está limitado a la finalidad anterior. También se emplea en zonas de compresión para aumentar la resistencia del elemento reforzado, para reducir las deformaciones debidas a cargas de larga duración y para proporcionar confinamiento lateral al concreto, lo que indirectamente aumenta su resistencia a la compresión. vi m ec a El concreto simple, sin refuerzo, es resistente a la compresión, pero es débil en tensión, lo que limita su aplicabilidad como material estructural. Para resistir tensiones se emplea refuerzo de acero, generalmente en forma de barras, colocado en las zonas donde se prevé que se desarrollarán tensiones bajo las acciones de servicio. Variación de la resistencia con la edad Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 18 Algunas características de los aceros de refuerzo El acero para reforzar concreto se utiliza en distintas formas. La más común es la barra o varilla que se fabrica tanto de acero laminado en caliente como de acero trabajado en frío. Los diámetros usuales de las barras producidas en México varían de l/4 de pulg a 1 l/2 pulg. (Algunos productores han fabricado barras corrugadas de 5/16 de pulg, 5/32 de pulg y 3/16 de pulg.) En otros países se usan diámetros aun mayores. Todas las barras, con excepción del alambrón de l/4 de pulg, que generalmente es liso, tienen corrugaciones en la superficie, para mejorar su adherencia al concreto. En México se cuenta con una variedad relativamente grande de aceros de refuerzo. Las barras laminadas en caliente pueden obtenerse con límites de fluencia desde 2300 hasta 4200 kg/cm2. El acero trabajado en frío alcanza límites de fluencia de 4000 a 6000 bajado en frío, fabricado en México. En los kg/cm2. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 19 Dimensionamiento de vigas Fundamentalmente, debe buscarse la sencillez constructiva y la uniformidad, y deben evitarse las discontinuidades tanto en las dimensiones del concreto como en la distribución del refuerzo. Los cambios bruscos de sección no suelen ser convenientes. El refuerzo debe detallarse considerando la posibilidad de condiciones de carga no previstas específicamente en el cálculo y los efectos de las redistribuciones de momentos. El proyectista busca obtener soluciones económicas en cuanto a consumo de materiales. Pero no debe olvidarse que en el costo total de una estructura influyen otros factores, tales como las cimbras y obras falsas, la mano de obra, la duración de la construcción y el procedimiento constructivo adoptado, Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 20 La sencillez constructiva conduce a tiempos de ejecución menores y costos de mano de obra inferiores. Para lograr sencillez y rapidez constructiva, es conveniente estandarizar secciones en el mayor grado posible, no solamente en las estructuras prefabricadas, donde esto es obvio, sino también en las estructuras coladas en el lugar. La estandarización de secciones trae consigo la simplificación de la mano de obra y la posibilidad de lograr una planeación eficiente del uso de cimbras. Como es natural, conviene también que los elementos estructurales tengan formas geométricas sencillas. También es aconsejable la estandarización de los detalles de refuerzo, de manera que pueda reducirse a un mínimo el número de barras de características distintas. La estandarización del refuerzo facilita las labores de habilitado y de colocación, al mismo tiempo que simplifica la supervisión y el control de costos. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 21 Detallado del refuerzo a) Los armados deben ser sencillos b) No debe haber congestionamientos del refuerzo C) El refuerzo debe tener recubrimientos adecuados El recubrimiento protege al acero de dos agentes: la corrosión y el fuego. d) Las barras deben estar ancladas e) Las estructuras deben tener un comportamiento dúctil Corte de barras El diagrama de momentos puede modificarse con respecto al teórico por variaciones en la distribución o en la magnitud de las cargas, y debido a que las barras deben anclarse en sus extremos, se recomienda que éstas se prolonguen cierta distancia, generalmente igual o mayor que el peralte de la viga, más allá de la sección en donde pueden cortarse teóricamente. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 22 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 23 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a Estribos. En el caso de que el diagrama de fuerza cortante sea variable, como el de la figura, puede dividirse en dos o tres segmentos de magnitud constante, como se indica con línea punteada en la misma figura. Debe tenerse en cuenta que el diagrama teórico de fuerza cortante puede modificarse por cambios imprevistos en la distribución de la carga. 24 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a Secciones rectangulares doblemente armadas Puede suceder que una sección rectangular cuyas dimensiones hayan sido fijadas por alguna restricción funcional no pueda soportar, como sección simplemente armada. En tal caso, la capacidad de la sección puede aumentarse adicionando acero de compresión e incrementando el acero de tensión. El acero de compresión también es útil para reducir deflexiones. A veces una sección tiene refuerzo de compresión por motivos ajenos a la resistencia o al control de deformaciones. Éste es el caso, por ejemplo, de la viga continua de la figura. 25 EJEMPLO SEGÚN ACI - 318 04 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 26 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 27 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 28 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 29 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 30 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 31 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 32 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 33 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 34 COLUMNAS Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 35 LOSAS Las losas son elementos estructurales cuyas dimensiones en planta son relativamente grandes en comparación con su peralte. Las acciones principales sobre las losas son cargas normales a su plano, ya que se usan para disponer de superficies útiles horizontales como los pisos de edificios o las cubiertas de puentes. En ocasiones, además de las cargas normales actúan cargas contenidas en su plano, como en el caso de losas inclinadas, en las que la carga vertical tiene una componente paralela a la losa. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 36 Losas en una dirección Las losas mostradas en la figura se conocen con el nombre de losas en una dirección porque, como se verá en la siguiente sección, trabajan únicamente en la dirección perpendicular a los apoyos. Estos apoyos pueden ser las vigas principales de un marco, vigas secundarias que se apoyan a su vez en vigas principales o en muros, o muros de mampostería que soportan la losa directamente. Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 37 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a En la figura 16.2 se muestra un sistema de piso usado frecuentemente cuando los marcos de un edificio forman tableros de losa de dimensiones relativamente grandes. Se suele en estos casos colocar vigas secundarias en la dirección corta del tablero, de tal manera que se forman varios tableros de losa más pequeños. Cuando la relación entre el lado largo y el lado corto de estos tableros es mayor que dos, las losas se pueden diseñar como losas en una dirección aunque estén apoyadas en realidad en sus otros lados, ya que, como se verá en el siguiente capítulo, trabajan en forma similar a las losas mostradas en la figura que se flexionan uniformemente. 38 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 39 Momentos flexionantes EI diseño de estas losas es, por consiguiente, similar al de las vigas, con algunas características que se señalan a continuación. Se recomienda iniciar el diseño fijando un valor del peralte que garantice que no ocurran deflexiones excesivas, ya que esto es el factor que suele regir en el diseño. Para ello puede usarse la tabla 11.4, tomada del Reglamento ACI 31 8-02, la cual proporciona espesores de losa con los que no se exceden las deflexiones permisibles, o bien puede fijarse un espesor tentativo y calcular las deflexiones como se explica en el capítulo de este texto. Fuerza cortante Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 40 DIMENSIONAMIENTO Una vez determinado el espesor de la losa, se calcula el peralte efectivo restando el recubrimiento del espesor. El reglamento ACI 318-02 recomienda un recubrimiento libre de 2 cm para losas no expuestas a la acción del clima (intemperie), ni en contacto con el suelo. El cálculo de los momentos flexionantes y de las fuerzas cortantes puede realizarse enseguida, considerando que la losa es una viga continua de un metro de ancho con carga uniformemente distribuida. Además del refuerzo principal de flexión, debe proporcionarse refuerzo por cambios volumétricos, normal al anterior, de acuerdo con los requisitos de: Intemperie (p=.003); protegido (p=.002). Este refuerzo deberá tener una separación máxima de 50 cm o 3.5 veces el peralte de la losa. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 41 Los momentos flexionantes en losas perimetralmente apoyadas se calcularán con los coeficientes de la tabla 6.1 si se satisfacen las siguientes limitaciones: a) Los tableros son aproximadamente rectangulares; b) La distribución de las cargas es aproximadamente uniforme en cada tablero. Para momento flexionante negativo, las secciones críticas se tomarán en los bordes del tablero, y para positivo, en las líneas medias. A fin de doblar varillas y aplicar los requisitos de anclaje del acero se supondrán líneas de inflexión a: un sexto del claro corto desde los bordes del tablero para momento positivo. y a un quinto del claro corto desde los bordes del tablero para momento negativo. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 42 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 43 Peralte mínimo . Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 44 Losas de entrepiso Las losas de entrepiso se consideran como uno de los elementos más delicados en la construcción de vivienda, ya que una colocación incorrecta del acero de refuerzo puede llevarla al colapso sin necesidad de que sobrevenga un sismo. • Losas o placas de entrepiso son los elementos rígidos que separan un piso de otro, construidos monolíticamente o en forma de vigas sucesivas apoyadas sobre los muros estructurales. FUNCIONES Las losas o placas de entrepiso cumplen las siguientes funciones: • Función arquitectónica: Separa unos espacios verticales formando los diferentes pisos de una construcción; para que esta función se cumpla de una manera adecuada, la losa debe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y de visión directa, es decir, que no deje ver las cosas de un lado a otro. • Función estructural : Las losas o placas deben ser capaces de sostener las cargas de servicio como el mobiliario y las personas, lo mismo que su propio peso y el de los acabados como pisos y revoques. Además forman un diafragma rígido intermedio, para atender la función sísmica del conjunto. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 45 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 46 Especificaciones generales • La separación máxima del acero de refuerzo en las losas será de 3h (h es el espesor de la losa). En la proximidad de cargas concentradas superiores a una tonelada, la separación del refuerzo no debe exceder de 2.5 d (d es el peralte efectivo de la losa). • • • Previo al colado, se verificará que la cimbra presente la rigidez necesaria para que no presente deflexiones que provoquen la deformación de la losa. Así mismo se inspeccionará que en su cubierta exista diesel o aceite quemado para evitar que el concreto se adhiera a la cimbra. Arq. J. Victor Meneses Campos 47 Diseño Estructural IV jo Se podrá utilizar concreto clase 1, f’c < 250 kg/cm² (pero no menor de kg/cm²), o concreto clase II, f’c >= 250 kg/cm² vi m • El diámetro del agregado grueso máximo utilizado en el concreto de las losas será de 1/3 del peralte. ec a • • Se supervisará el tendido de las instalaciones que deban estar embebidas en la losa (instalaciones eléctricas). Deberá tenerse especial cuidado en atender el proporcionamiento de la mezcla indicada (en volumen). Preferible si se utiliza vibrador para la compactación del concreto. • Diseño Estructural IV jo vi • Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a Anticipadamente al colado, la cimbra deberá de humedecerse, para que esta no absorba el agua del concreto, así como provocar el esponjamiento de la madera y cierre las juntas de la madera. 48 • Hacer una losa de concreto armado es una de las partes más laboriosas y complicadas de una construcción. El concreto resiste mucho peso encima, es decir, resiste mucho la compresión, pero es débil a la tensión. El fierro, en cambio, es muy resistente a la tensión. Por eso cuando se usan juntos, como en la losa de concreto armado, resultan entrepisos y techos sumamente resistentes. Al hacer la losa, hay tres tareas principales: construir la cimbra, armar los refuerzos de la varilla y colar el concreto Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a Losa de Concreto Armado Una losa de concreto armado es uno de los sistemas de entrepiso mas comunes y por las facilidad de compra de sus materiales mas usados hoy en día. 49 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 50 • TERMINADO DE LA AZOTEA Cuando la losa de la azotea es horizontal, es necesario darle una inclinación que provoque el escurrimiento y salida del agua de la lluvia rápidamente sin que se produzcan encharcamientos ni humedades. Esta inclinación se hace por medio de un relleno de arena o piedra ligera y un enladrillado. Diseño Estructural IV jo vi • DESCIMBRADO A los 15 días del colado, ya se puede quitar la cimbra, cuidadosamente, sin romper la madera. Primero se quitan las cuñas; luego, los arrastres. Después los pies derechos con las vigas madrinas. al final la tarima con los polines . Es necesario dejar uno o dos puntales en el centro, para quitarlos hasta 28 días después del colado. Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a • CURADO Una manera de curar el concreto es regar agua hasta que se encharque, tres veces al día, durante 10 días. lo importante es que no pierda agua bruscamente, una vez que se vacía el concreto, debe permanecer sin carga alguna por lo menos las primeras 8 horas. 51 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 52 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 53 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 54 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 55 LOSA ARTESONADA ¿QUÉ ES FORJADO INSITU? • Es una estructura plana y rígida de concreto, proyectada para resistir las fuerzas aplicadas trabajando conjuntamente con las armaduras principales y secundarias. • Se denomina así por que los nervios o viguetas “in situ“ son ejecutados en el sitio o lugar, que en este caso es la obra. • A su vez, es del tipo losa nervada ya que está constituido por nervios armados en una sola dirección situados a cierta distancia entre ejes. Entre estos nervios armados se dispone una losa delgada, reduciéndose a una mera capa de compresión de 4 o 5 cm, la cual descansa sobre elementos aligerantes, tomando así el nombre de losa aligerada. Los elementos aligerantes empleados son blocks de concreto o poliestireno expandido (unicel). Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 56 LOSA ARTESONADA CARACTERÍSTICAS DEL FORJADO "IN SITU" • En todos los casos capa de compresión de 4 o 5 cm debe ser armada con malla soldada. Blocks de concreto pueden conseguir mejores aislamientos térmicos y acústicos y una mayor resistencia frente al fuego. Existen armados unidireccional y bidireccionales formados por 2 barras de acero en positivos o parte inferior del forjado, y 1 o 2 barras superiores o negativos, según necesidades de cálculo. • Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 57 LOSA ARTESONADA Losa Prefabricada“Vigueta y Bovedilla” • La losa prefabricada de vigueta y bovedilla es una “losa nervada” en un sentido la cual consiste en una serie de nervios (viguetas). generalmente espaciadas a 70-80 centímetros según el fabricante, sobre la cual se coloca electromalla y concreto. A este sistema se le conoce como “losa prefabricada”. Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 58 LOSA ARTESONADA Viguetas En este tipo de losa los materiales prefabricados (vigueta y bovedilla) representan aproximadamente el setenta y cinco por ciento del total de materiales, mientras el restante veinticinco por ciento corresponde a materiales colocados enobra. La losa nervada en un sentido tiene un comportamiento estructural semejante al de una viga T simplemente soportada o una viga continua de dos o más claros, por lo tanto las consideraciones estructurales aplicables a las vigas lo son también a las losas. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 59 LOSA ARTESONADA Bovedillas. El adecuado diseño del concreto reforzado indica utilizar los componentes del sistema de manera eficiente: concreto en la zona de compresión y acero en las zonas de tensión. Para bajar el peso de la losa sólida de concreto y eliminar el uso de acero y concreto en zonas innecesarias, se utilizan bovedillas, las cuales quedan dentro del colado como relleno. Con el uso de bovedillas se reduce el peso de la losa y también la cantidad de acero de refuerzo, por consiguiente baja el costo de la losa. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 60 LOSA ARTESONADA En nuestro medio generalmente se utilizan bovedillas hechas con materiales similares a los utilizados en la fabricación de block: piedra pómez, cemento y agua. Aunque existen bovedillas de otros materiales como poliestireno (unicel) con los cuales se puede bajar considerablemente el peso de la losa, estas son usadas en casos especiales ya que su costo es muy elevado. Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 61 LOSA ARTESONADA Nervio de temperatura Consiste en una costilla o armadura de dos varillas o mas. La función del nervio de temperatura como su nombre lo indica es dar rigidez a la losa en el sentido perpendicular de las viguetas, evitando en la medida de lo posible la aparición de fisuras por el movimiento desigual de las dichas viguetas provocadas por sismos o contracción por temperatura. Los rigidizantes se distribuyen uniformemente a cada 1.50 metros de separación entre ellos. • Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 62 LOSA ARTESONADA Generalmente se utiliza electromalla 6x6 – 10/10 para cuando se cuela un espesor de 5 centímetros sobre la bovedilla y electromalla 6x6 – 8/8 cuando se cuela 7 centímetros. Diseño Estructural IV Arq. J. Victor Meneses Campos 63 jo vi Se utiliza electromalla por dos motivos: como refuerzo por temperatura (para evitar fisuras en el concreto debido a la contracción que sufre por los cambios de temperatura) y como refuerzo complementario a las varillas por “momento negativo” de la_losa. m ec a Electromalla o malla soldada LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 64 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 65 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 66 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 67 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 68 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 69 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 70 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 71 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 72 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 73 LOSA ARTESONADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 74 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 75 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 76 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 77 LOSA ARTESONADA ejercicio 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 78 LOSA ARTESONADA ejercicio 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 79 LOSA ARTESONADA ejercicio 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 80 LOSA ARTESONADA ejercicio 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 81 LOSA ARTESONADA ejercicio 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 82 LOSA ARTESONADA ejercicio 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 83 LOSAS DE CIMENTACION Es una estructura de concreto tipo losa que se emplea cuando la capacidad de carga del terreno es muy baja, y las zapatas resultan una opción económicamente cara; existen losas de cimentación macizas y aligeradas. FORMA DE TRABAJAR Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 84 FORMA DE CALCULAR UNA LOSA DE CIMENTACION Básicamente el calculo es el mismo que para una losa perimetral, con la diferencia que en lugar de una carga de arriba para abajo, tienes presión del suelo de abajo para arriba, esto es armas de forma inversa las varillas. LOSAS DE CIMENTACIÓN: ASPECTOS A CONSIDERAR • Diseño Estructural IV jo • • • - Movilizan estratos a grandes profundidades - Sensible a heterogeneidades como el tipo de material, estratos, agua, etc. - Análisis placa – estructura – terreno: Análisis del módulo de balasto Análisis de sensibilidades: Puntos duros, puntos blandos, asientos inducidos -Verificación de las mejoras del terreno. Retención de finos. - Análisis y tratamiento del agua (escorrentía, saneamiento, drenaje,…) vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 1.- calculas el peso de toda tu estructura 2.- divides ese peso entre el área destinada a tu losa y obtienes kg/m2 3.- con esta presión diseñas 4.- ten en cuenta que tus losas deben ser regulares max. 4.5x4.5 mts 85 LOSAS DE CIMENTACIÓN: FORMAS DE AGOTAMIENTO: • - Fallos por flexión provocados por el agotamiento del concreto a compresión. • - Fallos de flexión por agotamiento de las armaduras • - Fallos de flexión por traslapes insuficientes en una misma sección • - Fallos por punzonamiento de la losa • - Fallos por torsión en huecos y bordes de la losa • - Fallos por excesiva fisuración y problemas de durabilidad • - Problemas por subpresiones en la losa • - Controles: Problemas de traslapes y anclajes de armaduras Disposición de juntas y problemas de estanquidad Refuerzos de punzonamiento, torsión Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 86 Esquemas de cómo son y funcionan las losas de cimentación. Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 87 ARMADO DE UNA LOSA DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 88 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 89 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 90 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 91 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 1 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 92 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 93 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 94 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 95 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 96 LOSA DE CIMENTACIÒN ejemplo 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 97 EJEMPLOS DE CONSTRUCCIÓN DE LOSAS DE CIMENTACIÓN Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 98 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 99 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 100 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 101 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 102 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 103 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 104 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 105 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 106 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 107 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 108 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 109 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 110 ZAPATAS Son cimentaciones de tipo superficial, aunque en ocasiones están desplantadas a una mayor profundidad. Son elementos estructurales fabricados con concreto armado o reforzado. Existen en la actualidad zapatas prefabricadas de concreto armado; aunque lo mas común es fabricarlas en obra. Una zapata se calcula con el principio de viga ancha (o también como losa maciza). Su cálculo se lleva a cabo en varios pasos. Siendo los mas importantes: - Revisión a flexión - Revisión a fuerza cortante - Revisión contra penetración o punzonamiento - Revisión contra volteo. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 111 ZAPATAS Generalmente existen 2 tipos de zapatas: 1) Zapatas aisladas.- son las que se usan generalmente como cimentación para columnas y pilares. Y otro tipo de estructuras que transmiten cargas puntuales. 2) Zapatas corridas.- este tipo de cimentación se usa para transmitir cargas uniformemente distribuidas, por ejemplo: soportan sobre ellas el peso de grandes muros, las cargas transmitidas por columnas muy juntas y otro tipo de estructuras pesadas. Se recomienda su uso en terrenos blandos. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 112 ZAPATAS Las zapatas más pequeñas como son las utilizadas en las viviendas deben construirse con un f´c=200 kg/cm2. Las zapatas que se usan en pequeños marcos, como lo son pequeños edificios deben tener como mínimo un concreto f’c=250 kg/cm2. Dependiendo de las características particulares de cada terreno y de su resistencia de carga y de la construccion que se hará sobre el se recomienda en general que el desplante tenga una profundidad mínima de 80 a 100 cms. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 113 ZAPATAS Existen dentro de las zapatas 2 tipos de estas: - Las colindantes o de lindero Y las intermedias o centrales. Para la construcción de una zapata se recomienda construir primero una plantilla a manera de base, hecha con concreto pobre de f’c=100 kg/cm2, con un espesor de 5 cm. Esta plantilla tiene las siguientes funciones: Servir de protección al acero de refuerzo de la zapata, esto es, evitar la oxidación y corrosión de las varillas ante la humedad natural del terreno. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 114 ZAPATAS Otra función seria la de servir como un piso firme para poder armar sobre el la parrilla de la zapata. También otra función es la de dar nivel para el desplante. Existen zapatas con y sin escarpio. Cuando las zapatas tienen escarpio son rigidas. Cuando las zapatas no tienen escarpio son flexibles. Frecuentemente en las zapatas aisladas se requiere un elemento entre la zapata y la columna, el cual se llama “dado”; este elemento ayuda en la transmisión de momentos de la columna hacia la zapata, y también ayuda a evitar el punzonamiento. Diseño Estructural IV Arq. J. Victor Meneses Campos 115 jo vi m ec a Bulbos de presiones no excesivamente profundos Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 116 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 117 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 118 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 119 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 120 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 121 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 122 ZAPATAS DE CIMENTACION Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 123 ZAPATAS Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 124 ZAPATA CORRIDA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 125 ZAPATA AISLADA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 126 CONSTRUCCION DE UNA ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 127 CONSTRUCCION DE UNA ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 128 EJEMPLO 1 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 129 EJEMPLO 1 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 130 EJEMPLO 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 131 EJEMPLO 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 132 EJEMPLO 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 133 EJEMPLO 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 134 EJEMPLO 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 135 EJEMPLO 2 Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 136 EJEMPLO 3 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 137 EJEMPLO 3 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 138 EJEMPLO 3 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 139 EJEMPLO 3 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 140 EJEMPLO 4 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 141 EJEMPLO 4 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 142 EJEMPLO 4 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 143 EJEMPLO 4 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 144 EJEMPLO 4 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 145 EJEMPLO 5 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 146 EJEMPLO 5 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 147 EJEMPLO 5 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 148 EJEMPLO 5 DE ZAPATA Diseño Estructural IV jo Arq. J. Victor Meneses Campos vi m ec a 149 CONTRATRABES Son vigas de concreto armado que sirven para absorber momentos flexionantes. También sirven para ayudar a uniformar cargas entre zapatas aisladas. Otra función sería que al estar ligando zapatas aisladas, ayudan al mismo tiempo a evitar asentamientos diferenciales. Diseño Estructural IV jo vi Arq. J. Victor Meneses Campos m ec a 150 José Victor Meneses Campos M.I. Arq.
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