1. HISTORIA DEL CONCRETO1.1 INTRODUCCINEl concreto de cemento
portland es uno de los mas usados y el mas verstil de los
materiales de construccin, esta versatilidad permite su utilizacin
en todo tipo de formas estructurales, as como en los climas mas
variados. En la prctica las principales limitaciones del concreto
estn dadas no por el material si no por quien debe utilizarlo.Ello
constituye un permanente para la ingeniara responsable de la
seleccin de las proporciones de los materiales integrantes de la
unidad cubica del concreto en la medida que sus conocimientos sobre
el concreto sean mayores, mejores sean sus posibilidades de lograra
aquello que se proponen solo la actualizacin permanente permite
obtener la mximo provecho del material.
1.2 ORIGEN DEL CEMENTO Hasta el siglo XVIII puede decirse que
los nicos conglomerantes empleados en la construccin fueron los
yesos y las cales hidrulicas, sin embargo, es durante este siglo
cuando se despierta un inters notable por el conocimiento de los
cementos.John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra), al
reconstruir en 1758 el faro de Eddystone en la costa de Cornish, se
encuentra con que los morteros formados por la adicin de una
puzolana a una caliza con alta proporcin de arcilla eran los que
mejores resultados daban frente a la accin de las aguas marinas y
que la presencia de arcilla en las cales, no slo las perjudicaba
sino que por el contrario, las mejoraba, haciendo que estas cales
fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles
en ella.Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento
fue Vicat a l se debe el sistema de fabricacin que se sigue
empleando en la actualidad y que propuso en 1817. Vicat fue un gran
investigador y divulgador de sus trabajos; en 1818 public su
"Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et cements
calcaires". En estos trabajos marca la pauta a seguir en la
fabricacin del cemento por medio de mezclas calizas y arcillas
dosificadas en las proporciones convenientes y molidas
conjuntamente. El sistema de fabricacin que emple Vicat fue el de
va hmeda y con l marc el inicio del actual proceso de fabricacin.
Este gran cientfico en 1853 empieza a estudiar la accin destructiva
del agua de mar sobre el mortero y hormign.En 1824, Joseph Aspdin,
un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de cemento
portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua
y con arena se endureca formando un conglomerado de aspecto
parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el
material patentado por Aspdin era una caliza hidrulica debido,
entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la
coccin.En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente
de la fbrica de Aspdin en el que se haba logrado una parcial
sinterizacin por eleccin de una temperatura adecuada de coccin.
Este cemento se aplic en la construccin de un tnel bajo el ro
Tmesis en Londres. Puede decirse que el prototipo del cemento
moderno fue producido a escala industrial por Isaac Johnson quien
en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para
clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia
prima.El intenso desarrollo de la construccin de ferrocarriles,
puentes, puertos, diques, etc., en la segunda mitad del siglo XIX,
da una importancia enorme al cemento y las fbricas de ste,
especialmente las de cemento natural, empiezan a extenderse por
doquier. Es a partir de 1900 cuando los cementos portland se
imponen en las obras de ingeniera y cuando empieza un descenso
veloz del consumo de cementos naturales. Actualmente, el cemento
portland ha llegado a una gran perfeccin y es el material
industrializado de construccin de mayor consumo Se puede decir que
el cemento es el alma del hormign, yendo destinada, prcticamente,
toda su produccin a en lazar piedras sueltas para crear el material
ptreo que conocemos como hormign.
1.3 CONCRETO ARMADOA pesar de su valor como material de
fundacin, el concreto nunca hubiera alcanzado una popularidad muy
grande si se hubiera usado solamente para eso. La produccin de
cemento portland fue 20 veces mayor en la dcada de 1.900 a 1.909
que durante la dcada precedente. Este explosivo crecimiento del
cemento se debi en gran medida a la invencin del concreto
reforzado. El ao de 1832 marc el primer intento de usar refuerzo a
traccin en concreto o mampostera. Durante la construccin de un tnel
bajo el ro Tmesis en Londres, Sir Marc Brunel (1769 - 1849)
construy un arco experimental de ladrillo y cemento, usando tiras
de anillos de hierro y de madera como refuerzo. La idea de usar
hierro o acero para resistir la tensin en el concreto no fue
producto de un slo hombre, sino ms bien de la poca. Aunque Lambot
en Francia construy un bote de remos de concreto reforzado en 1850,
la invencin del concreto reforzado usualmente se le atribuye a un
jardinero parisino, Joseph Monier (1832 - 1906), quien en los
sesentas construy macetas y baldes de concreto y los reforz con una
malla de alambre de hierro. La primera construccin de concreto
reforzado en Amrica fue una casa en Port Chester, Nueva York,
construida en 1875 por W. E. Ward. Las paredes interiores y
exteriores, las torres, vigas, pisos y techos fueron construidos en
concreto. La parte inferior de las vigas se reforz con vigas en I
de pequeas dimensiones. En los Estados Unidos el concreto reforzado
fue promovido primero en la Costa Pacfica, donde Ernest Ransome
(1844 - 1917) us en 1875 cable de alambre usado y anillos de hierro
como refuerzo. Adems en 1884 registr una patente para una barra de
refuerzo deformada, de seccin cuadrada. Durante la dcada de 1890,
la produccin americana de cemento portland haba aumentado a un
fantstico 38% anual y continuar hacindolo por otra dcada a un
espectacular ritmo del 25% anual. Hacia 1905 el concreto haba sido
usado en grandes alcantarillados, tuberas de agua, estanques,
depsitos de carbn, presas, chimeneas, graneros, puentes y
edificios. El Canal de Panam us ocho millones de la capacidad de la
industria cementera en el ao en que se comenz; y bajo el Acta de
Recuperacin de 1902, el U. S. Bureau of Reclamation construy
cientos de presas utilizando millones de barriles de cemento.
1.4 EVOLUCIN DEL DISEO EN CONCRETO ARAMDO EN EL PEREl uso del
concreto armado se inicia en el Per entre 1910 y 1920. No se conoce
con precisin cual fue la primera obra con columnas, vigas y losas
de concreto armado. En los inicios del siglo XX, todas las
edificaciones se basan en muros de adobe o ladrillo, con muros de
quincha o ladrillo en el segundo nivel. Los entrepisos y techos
eran con viguetas de madera, excepto en el caso de bvedas o cpulas
que podran ser de madera, ladrillo o piedra.Con la llegada del
cemento se inician obras en concreto y concreto armado, cambindose
la concepcin del diseo arquitectnico y estructural. Sin embargo, a
pesar de estructurarse en base a prticos (vigas y columnas) de
concreto armado, no desaparecen los muros de albaileara, que eran
gruesos (e 25 cm). Estos siempre estaban presentes en los
cerramientos laterales, fachadas y divisiones interiores.Las
primeras edificaciones se hacen con el concepto de prticos
principales en una sola direccin. En estos ejes se apoyaban losas
macizas armadas en una direccin o aligerados con viguetas en una
direccin.Los conocimientos ssmicos eran prcticamente inexistentes.
Entre 1920 y 1930 se da un gran desarrollo de la ciudad de Lima,
con nuestras avenidas, plazas y edificaciones importantes. El
terremoto de 1940 en Lima, afecta en forma muy importante las
edificaciones de adobe.Las edificaciones de concreto no tienen
mayores problemas, lo que hace que no se adviertan los defectos de
estructuracin de esa poca muchas de estas edificaciones no se
afectan gracias a la construccin de los muros de albailera, que
ayudan a proporcionar rigidez y resistencia.La mayora de los
primeros diseos en concreto armado se hacen por compaas
extranjeras. Los libros de consulta eran europeos (alemanes,
franceses, espaoles, italianos). En las dcadas de 1950 y 1960 se
producen cambios importantes en la arquitectura peruana. Se
eliminan los muros de albailera de las edificaciones. Se hacen
ventanas ms amplias y mamparas de piso a techo. Se comienzan a usar
los tabiques de ladrillo, como elementos no estructurales que se
construan despus de haber vaciado y desencofrado los entrepisos y
vigas. Se hacen los primeros edificios de planta libre. Estos
cabios hacen que los prticos se conviertan en los nicos elementos
que proporcionan rigidez lateral y resistencia ssmica. No se tenan
muros de concreto armado, salvo casos especiales. Se hacen
edificios importantes de hasta 22 pisos, con prticos de concreto
armado y algunos muros. Se estimaban los momentos debidos a sismos,
en las columnas y vigas, considerando una fuerza lateral el orden
del 5 al 10% del peso de la columna en un determinado nivel,
aplicada a la unidad de la altura del entrepiso o se haca un Cross
con desplazamiento lateral.En estas dcadas, el diseo en concreto
armado se haca con cargas en servicio por el mtodo elstico. En esos
aos ya era comn el uso del ACI, para hacer los diseos de los
diferentes elementos de las edificaciones. El cdigo de 1963 fue muy
divulgado en nuestro medio.Se hacen construcciones importantes con
nuevos sistemas constructivos, como las losas en dos direcciones,
con casetones o waffles, con losas sin vigas, con viguetas
pretensadas prefabricadas, con volados grandes, con vigas chatas de
luces importantes, etc.En los aos 1966, 1977 y 1974 se inicia la
transformacin de los criterios de estructuracin, anlisis y diseo de
edificaciones en concreto en el Per, debido a las enseanzas de los
tres terremotos de octubre, mayo y octubre de esos aos, en los que
se afectan gran cantidad de edificaciones de adobe, albailera y
concreto de Lima, Ancash, La Libertad, Ica y Junn.En el ao 1971, el
ACI publica su nuevo cdigo 318. En esta edicin se incluye por
primera vez un captulo de diseo sismo resistente. Se pasa a disear
todos los elementos de concreto armado por el mtodo de resistencia
o de cargas ltimasEn el ACI 318-71 se tienen nuevos procedimientos
para el diseo de columnas en relacin con los efectos de esbeltez.
Ya no se reduce la carga axial, sino que se amplifican los momentos
de diseo. Aparece por primera vez un capitulo para diseo de
elementos sometidos a torsin y cortante. Aparecen por primera vez
los mtodos de diseo de losas en dos direcciones, denominados Mtodos
Directo y Mtodo del Prtico Equivalente.En 1967 se desarrolla el
proyecto de la primera Norma Ssmica Peruana. Se comienza a ensear
ingeniera antissmica o sismo resistente, as como el anlisis
matricial de estructuras. Se puede decir que la dcada de 1970 se
comienza a usar los primeros programas de cmputo para el anlisis de
edificios. Adems, como los sismos nos ensearon que mucha de las
cosas que hacamos no eran las mejores, comienza el gran cambio en
la ingeniera estructural de edificaciones.Los edificios que se
hacen en los aos 70 introducen muros de concreto y vigas peraltadas
en las dos direcciones. Se comienza a usar muros de concreto en
linderos laterales de las edificaciones, se desarrollan proyectos
de albailera considerando columnas y soleras como confinamiento de
los muros. Las soleras como confinamiento de los muros. Las
columnas en las viviendas y multifamiliares de 4 pisos aumentan en
forma importante en relacin a lo que antes se usaba.En 1976 se
publica en nuestro pas la Norma de Diseo Sismo resistentes,
constituye la primera Norma oficialmente publicada por el
ministerio de Vivienda y Construccin. Desde 1977 hasta 1997, sin
embargo se estimaba los desplazamientos laterales; todas las
edificaciones peruanas tericamente han sido diseadas con las
exigencias de esta Norma En 1989 se publica la Norma de diseo en
Concreto Armado E060, que rige hasta nuestros das. Es una Norma con
mucho de ACI, pero con variantes.A travs de los aos se comienza a
trabajar una nuevas Normas de diseo en concreto armado, pues los
cdigos ACI se siguen actualizando, tenindose publicaciones en 1999,
2002, 2005, 2008 y 2011}
2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS2.21 VENTAJAS
En la siguiente lista se menciona las ventajas ms resaltantes
que encontramos en el concreto como material de construccin.
Es durable a lo largo del tiempo y no requiere de una gran
inversin para su mantenimiento. Tiene una vida til extensa. Tiene
gran resistencia a la compresin en comparacin con otros materiales.
Es resistente al efecto del agua. En fuegos de intensidad media, el
concreto armado sufre daos superficiales si se provee un adecuado
recubrimiento al acero. Es ms resistente al fuego que la madera y
el acero estructural. Se le puede dar la forma que uno desee
haciendo uso del encofrado adecuado. Le confiere un carcter
monoltico a sus estructuras lo que les permite resistir ms
eficientemente las cargas laterales de viento o sismo. No requiere
mano de obra muy calificada. Su gran rigidez y masa evitan
problemas de vibraciones en las estructuras erigidas con l. En la
mayora de lugares, es el material ms econmico. Por su gran peso
propio, la influencia de las variaciones de cargas mviles es
menor.2.1 DESVENTAJASA continuacin se menciona las desventajas que
muestra el Concreto Armado frente a otros materiales: Tiene poca
resistencia a la traccin, aproximadamente la dcima parte de su
resistencia a la compresin. Aunque el acero se coloca de modo que
absorba estos esfuerzos, la formacin de grietas es inevitable.
Requiere de encofrado lo cual implica su habilitacin, vaciado,
espera hasta que el concreto alcance la resistencia requerida y
desencofrado. Con el tiempo que estas operaciones implican el costo
del encofrado puede alcanzar entre un tercio y dos tercios del
costo total de la obra.
Su relacin resistencia a la compresin versus peso est muy por
debajo que la correspondiente al acero, el cual es ms eficiente
cuando se trata de cubrir grandes luces. El concreto requiere
mayores secciones y por ende el peso propio es una carga muy
importante en el diseo. Requiere de un permanente control de
calidad, pues sta se ve afectada por las operaciones de mezcla,
colocacin, curado, etc. Presenta deformaciones variables con el
tiempo. Bajo cargas sostenidas, las deflexiones en los elementos se
incrementan con el tiempo.
3. MTODOS DE DISEO
A travs de los aos se han desarrollado diversos tipos de diseo
unos muy conservadores y otros mas arriesgados aqu le mencionamos
los principales: Diseo plstico Diseo por capacidad Diseo elstico o
por cargas de servicio Diseo a la rotura o por resistencia
ltima
3.1. DISEO PLSTICOEs importante resaltar que el Diseo por
Resistencia no debe confundirse con el Diseo Plstico. El Diseo
Plstico (Lmite) permite determinar el factor de seguridad global de
una estructura, entendido como el cociente entre la carga de falla
(lmite) y la carga de servicio. El Diseo Plstico es simplemente un
Diseo por Resistencia en el cual se utiliza el anlisis plstico de
estructuras en lugar de anlisis lineal elstico. La secuencia es la
siguiente: Se realiza un anlisis plstico en el cual se investiga
los posibles mecanismos plsticos de la estructura o elemento
estructural. Se selecciona el mecanismo plstico probable. Se
proveen las resistencias utilizando el Diseo por Resistencia de las
secciones. Se detallan los refuerzos de las rotulas plsticas para
que puedan desarrollar una respuesta inelstica. Se investigan los
modos de falla no deseados (por ejemplo cortante) mediante el Diseo
por Capacidad.Una de las aplicaciones ms importantes del Diseo
Plstico en concreto armado, se da en el diseo de losas por el mtodo
denominado de las Lneas de Fluencia (Yield Line Anlisis). Este
mtodo se puede utilizar como una herramienta de comprobacin del
diseo, que nos permitir estimar el factor de seguridad global de la
estructura, entendido como el cociente entre la carga de falla
(lmite) y la carga de servicio.3.2. DISEO POR CAPACIDADSe atribuye
esta metodologa de diseo a los ingenieros de Nueva Zelanda (Park,
Paulay, Priestley) a principios de la dcada de 1970, sin embargo
fue propuesta originalmente por Blume, Newmark y Corning en el
libro de la PCA Design of Multistory Reinforced Concrete Buildings
for Earthquake Motions, publicado en 1961.El Diseo por Capacidad se
utiliza en un elemento estructural para prevenir los modos de falla
indeseables .Por ejemplo, para evitar que una viga o una columna
falle por cortante (modo de falla frgil) antes de que falle por
flexin (modo de falla dctil) o para evitar que una columna falle
por flexin, comprometiendo el sistema de soporte de las cargas
verticales, antes de que las vigas que concurren al nudo hayan
fallado por flexin.A continuacin se muestra la secuencia del Diseo
por Capacidad aplicada a un elemento estructural simple, una viga
en voladizo. El objetivo en este caso es el de prevenir la falla
por cortante antes que el elemento pueda desarrollar una falla
dctil en flexin.La secuencia del Diseo por Capacidad, a grandes
rasgos, es la siguiente: Seleccionar el mecanismo de falla deseado.
En este caso es la falla por flexin ya que est asociada a un modo
de falla dctil. Disear el acero de refuerzo por flexin utilizando
el Diseo por Resistencia, con las cargas factorizadas
(amplificadas) para determinar la resistencia requerida (Mu).
Detallar la distribucin de los refuerzos: acero en traccin, acero
en compresin, anclajes, empalmes, estribos de confinamiento, etc.
Para obtener una respuesta dctil en flexin. Determinar la
Resistencia Probable (en este caso Mpr) sobre la base de los
refuerzos realmente colocados. La Resistencia Probable puede ser
considerablemente mayor que la resistencia de diseo (Mn). En la
figura a continuacin se muestra el diagrama momento curvatura para
la seccin de mximo momento, se indica la resistencia de diseo y la
resistencia probable. Determinar la carga externa necesaria para
producir la resistencia probable. En este caso es necesario
calcular el valor de Vp tal que:
El diseo por fuerza cortante (estribos) deber realizarse para el
valor de Vp y no para el valor de Vu, de tal modo que la
resistencia en cortante de la viga exceda el valor de la carga
asociada con falla por flexin.3.3. DISEO ELSTICO O POR CARGAS DE
SERVICIODurante muchos aos el concreto armado se dise utilizando el
mtodo (filosofa) denominado Diseo elstico o tambin denominado:
Diseo por cargas de servicio Diseo por cargas admisibles Diseo por
tensiones de trabajo Este mtodo establece que para las cargas de
trabajo (servicio) ningn punto de la estructura debe tener un
esfuerzo superior a un valor admisible que garantice que la
estructura permanezca en el rango elstico. Est basado en: Se
estiman las cargas en servicio que actan sobre la estructura o
elemento estructural. El anlisis y el diseo de la estructura o
elemento estructural se realizan bajo combinaciones de las cargas
de servicio sin amplificar, es decir los factores de carga se toman
a la unidad. El anlisis se realiza asumiendo comportamiento lineal
elstico de la estructura o elemento estructural. Se asume que el
concreto bajo cargas de servicio se comporta linealmente, esto es
aproximadamente vlido siempre y cuando el esfuerzo de compresin en
el concreto no exceda de aproximadamente 0.4 a 0.5 fc. Se supone
que el comportamiento de las secciones es lineal elstico y se
utilizan las frmulas para el anlisis de secciones agrietadas
transformadas (secciones de dos materiales). El coeficiente de
seguridad se fija sobre los esfuerzos del concreto y del acero como
una fraccin de sus resistencias (fc, fy), es decir, los esfuerzos
en el acero y en el concreto, bajo cargas de servicio, no deben
exceder de ciertos valores fijados por la Norma, valores conocidos
como esfuerzos admisibles suelen ser.Compresin en el concreto c
0.45 fcTraccin en el acero fs 0.5 fy DESVENTAJAS FRENTE AL DISEO
POR RESITENCIA : Se desconoce el nivel de seguridad de la
estructura o elemento estructural frente al Estado Limite Ultimo de
Rotura o Agotamiento. Se asume que este estado se satisface
automticamente al usar los esfuerzos admisibles, esto no es cierto
necesariamente. No es posible tomar en cuenta explcitamente la
variabilidad en la resistencia y en las cargas.El Diseo por
esfuerzos admisibles se utiliz desde principios de 1900 hasta
finales de la dcada del 60. Debido a las numerosas deficiencias que
presentaba, a partir de la publicacin del ACI-63 se inici una rpida
transicin hacia el Diseo por Resistencia ltima, en gran parte por
su enfoque ms racional.En la publicacin del cdigo el ACI-71, todo
el diseo en concreto armado paso a ser Diseo por Resistencia.A
partir del ACI-77 el Diseo Elstico pas a ser un apndice y se le
llam Mtodo de Diseo Alternativo (ADM / Alternate Design Method);
este mtodo no era aplicable al diseo de elementos de hormign
pretensado.El Diseo Alternativo se mantuvo hasta el ACI-99
desapareciendo completamente en el ACI-2002.En la edicin ACI-95 del
cdigo se aadi una modificacin al mtodo de diseo por resistencia, a
la cual se le llam Requisitos de Diseo Unificado. Manteniendo la
tradicin, el mtodo se agreg bajo la forma de un Apndice B. Estos
requisitos se aplican al diseo de elementos no pretensados y
pretensados solicitados a flexin y cargas axiales. En el Cdigo
ACI-2002 estos Requisitos de Diseo Unificado fueron incorporados al
cuerpo principal y actualmente ya no se hace referencia a ello.
3.4 DISEO POR RESISTENCIAEn sus inicios se le denomin Diseo por
Resistencia Ultima o Diseo a la Rotura (Ultimate Strength Design
USD), hoy en da se le conoce principalmente con el nombre de Diseo
por Resistencia (Strength Design Method). En los cdigos de diseo de
las estructuras metlicas se le conoce por las siglas LFRD (Load and
Resistance Factor Design) o Mtodo de los Factores de Carga y
Resistencia.El diseo por rotura se fundamenta en la prediccin de la
carga que ocasiona la falla del elemento en estudio y analiza el
modo de colapso del mismo. En pruebas de laboratorio se ha podido
comprobar que es posible predecir estas cargas con precisin
suficiente. Este mtodo toma en consideracin el comportamiento
inelstico del acero y el concreto y por lo tanto, se estima mejora
la capacidad de carga de la pieza.
VENTAJAS
El diseo por rotura permite controlar el modo de falla de una
estructura compleja considerando la resistencia ltima de las
diversas partes del sistema. Algunos elementos se disean con menor
margen de seguridad que otros para inducir su falla primero.
Permite obtener un diseo ms eficiente, considerando la distribucin
de esfuerzos que se presenta dentro del rango inelstico. Este mtodo
no utiliza el mdulo de elasticidad del concreto, el cual es
variable con la carga. Esto evita introducir imprecisiones en torno
a ste parmetro. El mtodo de diseo a la rotura permite evaluar la
ductilidad de la estructura. Este procedimiento permite usar
coeficientes de seguridad distintos para los diferentes tipos de
carga.
DESVENTAJAS :
La desventaja de usar este mtodo es que slo se basa en criterios
de resistencia. Sin embargo, es necesario garantizar que las
condiciones de servicio sean ptimas, es decir, que no se presenten
de flexiones excesivas, ni agrietamientos crticos. Con la mejora en
la calidad del concreto y la obtencin de secciones cada vez
menores, se tiende a perder rigidez e incrementar las deflexiones y
el ancho de fisuras. Por ello, es Conveniente usar este mtodo en
combinacin con otros procedimientos para verificar el adecuado
comportamiento de las piezas bajo cargas de servicio.
El diseo por resistencia, como ya se indic, presenta la ventaja
que el factor de seguridad delos elementos analizados puede ser
determinado. El cdigo del ACI introduce el factor de seguridad en
el diseo a travs de dos mecanismos: amplificacin de las cargas de
servicio y reduccin de la resistencia terica de la pieza.
Las cargas de servicio se estiman haciendo uso de los cdigos,
reglamentos o normas y el anlisis estructural se efecta bajo la
hiptesis de un comportamiento elstico de la estructura. El cdigo
del ACI clasifica las cargas en: permanentes, sobrecarga, sismo,
viento, empuje del suelo, etc. y propone expresiones para calcular
la carga ltima de diseo.La carga ltima de diseo es la suma de las
diversas cargas actuantes en la estructura afectadas por un factor
de amplificacin. Este factor pretende mostrar la probabilidad que
existe de quela carga estimada sea superada en la realidad. La
carga permanente, por ejemplo, es evaluada con mayor precisin que
la sobrecarga, por esto su factor de amplificacin es menor. La
carga de sismo, proveniente de un anlisis probabilstico, es mucho
ms incierta, por ello su factor de amplificacin es mayor que el de
las dos anteriores.Las expresiones que permiten determinar la carga
ltima se denominan Requisitos de Resistencia. De acuerdo a las
solicitaciones que actan sobre un elemento, se propone un juego de
combinaciones. Deber evaluarse cada una de ellas y desarrollar el
diseo haciendo uso de las solicitaciones ms crticas.Simultneamente
a la amplificacin de las cargas de servicio, el cdigo propone la
reduccin dela resistencia terica de los elementos de concreto
armado como un medio para incrementar el factor de seguridad del
diseo. La resistencia terica o nominal de una pieza es la
determinada haciendo uso de los principios presentados en el cdigo
del ACI. La naturaleza misma del concreto armado y fundamentalmente
su procedimiento constructivo generan que la resistencia calculada
en el papel, no sea igual a la verificada en la realidad. Los
factores de reduccin de resistencia indican la fraccin de la
resistencia nominal que est disponible en un elemento determinado
con una cierta certeza probabilstica.El cdigo del ACI aprovecha el
uso de los factores de resistencia no slo para tomar en
consideracin las posibles imperfecciones constructivas del concreto
sino que adems los usa para incrementar los factores de seguridad
en piezas sometidas a determinadas solicitaciones, ya sea por su
tipo de falla o por la importancia de estos elementos dentro del
conjunto estructural total. Una columna con refuerzo transversal en
espiral, tiene un comportamiento ms dctil que una columna con
estribos. Por ello el factor de reduccin de la primera es mayor.
Por otro lado, cuando se paliza una solicitacin de flexo-compresin,
propia de columnas, el factor de reducciones menor que cuando se
analiza flexin pura, propia de vigas. Esto se debe a que el colapso
de una viga es mucho menos perjudicial que el colapso de una
columna.En sntesis, el mtodo de diseo del cdigo del ACI consiste en
determinar las cargas de servicio y amplificarlas de acuerdo a las
combinaciones de carga que se presentan posteriormente. Los
elementos se disean para que la siguiente relacin siempre se
verifique:
Dnde:
: Factor de amplificacin de la carga. Q: Carga.: Factor de
reduccin de resistencia. R: Resistencia nominal o terica del
elemento.
Posteriormente al diseo de la estructura, el cdigo propone una
verificacin de las condiciones de servicio de los elementos:
control de rajaduras y control de deflexiones. En caso de ser
necesario, el diseo original debe replantearse.
Dnde: Resistencia de Diseo = Factor de Reduccin de la
Resistencia () Resistencia Nominal Resistencia Requerida = Factor
de carga Solicitacin de Servicio = Factor de reduccin de la
resistencia que toma en cuenta (1) la probabilidad de que la
resistencia de un elemento sea menor que la supuesta debido a las
variaciones en las resistencias de los materiales y sus
dimensiones, (2) las imprecisiones de las ecuaciones de diseo, (3)
el grado de ductilidad y la confiabilidad requerida del elemento
cargado, y (4) la importancia del elemento dentro de la estructura.
Resistencia Nominal = Resistencia de un elemento o seccin
transversal calculada usando las hiptesis y ecuaciones de
resistencia del Mtodo de Diseo por Resistencia, antes de aplicar
cualquier factor de reduccin de la resistencia. Resistencia
Requerida (U) = Factores de carga Solicitaciones por cargas de
servicio. La resistencia requerida se calcula de acuerdo con las
combinaciones de cargas indicadas posteriormente. Factor de Carga =
Factor que incrementa la carga para considerar la probable variacin
de las cargas de servicio. Carga de Servicio = Carga especificada
por el cdigo de construccin (no mayorada)
Simbologa:
Resistencia requerida:
Mu = momento flector mayorado (resistencia a la flexin
requerida)Pu = carga axial mayorada (resistencia a la carga axial
requerida) Vu = fuerza de corte mayorada (resistencia al corte
requerida)Tu = momento torsor mayorado (resistencia a la torsin
requerida)
Resistencia nominal:
Mn = resistencia nominal al momento flectorMb = resistencia
nominal al momento flector en condiciones de deformacin
balanceadaPn = resistencia nominal a la carga axial para una
excentricidad dadaPo = resistencia nominal a la carga axial para
excentricidad nulaPb = resistencia nominal a la carga axial en
condiciones de deformacin balanceadaVn = resistencia nominal al
corteVc = resistencia nominal al corte provista por el hormignVs =
resistencia nominal al corte provista por el acero de la armaduraTn
= resistencia nominal a la torsin
Resistencia de diseo:
Mn = resistencia al momento flector de diseoPn = resistencia a
la carga axial de diseo para una excentricidad dadaVn = resistencia
al corte de diseo Tn = resistencia a la torsin de diseo
Pn Pu Mn Mu Vn Vu Tn Tu
REQUISITOS DE RESISTENCIA
FACTORES DE CARGA DE LA NORMA PERUANA E-060
Para cargas muertas (CM) y cargas vivas (CV):U 1.4 CM + 1.7 CV
Para carga muerta, carga viva y carga de viento(CVi):U 1.25 (CM +
CV +/- CVi)U 0.9 CM +/- 1.25 CVi Para carga muerta , carga viva y
cargas de sismo (CS):U 1.25 (CM +CV) +/- CSU 0.9 CM +/- CS No ser
necesario considerar acciones de sismo y de viento simultneamente.
Para carga viva, carga muerta y empuje lateral de suelos (CE): U
1.4 CM + 1.7 CV + + 1.7 CE En el caso en que la carga muerta o la
carga viva reduzcan el efecto del empuje lateral, se usar:U 0.9 CM
+ 1.7 CE Para carga viva, carga muerta y presin de lquido (CL): U
1.4 CM + 1.7 CV + 1.4CL Si fuera necesario incluir los efectos (CT)
de los asentamientos diferenciales, flujo plstico del concreto,
retraccin restringida del concreto, expansin de concretos con
retraccin compensada o cambios de temperatura.U 1,05 CM + 1,25 CV +
1,05 CT (9-9)U 1,4 CM + 1,4 CT
FACTORES DE CARGA POR EL ACI-11
U 1.4 D + 1.7 LU 0.75 (1.4 D + 1.7 L) + (1.0 W 1.0 E)U 0.9D +
(1.0 W 1.0 E)U 1.4 D + 1.7 L + + 1.7 HU 0.75 (1.4 D + 1.7 T + + 1.7
L)U 1.4 (D+T)
DONDE:D = Carga muertaE = Cargas debidas a los sismos
H = Cargas debidas a terrenos o presin lateral de los mismosL =
Cargas vivasT = Efectos de temperatura, contraccin de fragua,
deformacin por el tiempo, asentarnientos diferenciales o
deformaciones debidas a concretos con deformacin controlada.
FACTOR DE REDUCCIN DE RESISTENCIA () POR EL ACI-11
A continuacin se presentan los factores de reduccin de
resistencias para diversas solicitaciones de acuerdo a la seccin
9.3.2 del cdigo ACI-318-2002.
Secciones controladas por traccin = 0.90 Secciones controladas
por compresin: Elementos con refuerzo en espiral =0.75 Otros
elementos =0.70
