El primer compendio de normas sobre el uso del hormigón armado para la construcción de edificaciones fue realizado bajo la dirección del profesor Emil Morsch de la Universidad de Sttugard ( Alemania) y fue impreso y editado en Prusia en el año 1904. Estas regulaciones fueron utilizadas en varios países Europeos Inglaterra, Francia, Austria y Suiza durante los años 1907 y 1909.
En el caso de América para el año de 1890 la Asociación Americana de Ingenieros de Ferrocarriles nombro un comité sobre mampostería y en 1903 este presento las primeras especificaciones para la construcción con hormigón de cemento Pórtland. En el año de 1910 la Asociación Nacional de Usuarios del Cemento ( NACU) de los Estados Unidos presento unas regulaciones estándar para el uso del hormigón armado en la construcción. En 1913 esta asociación se conoció como el Instituto Americano del Hormigón ( ACI).
En 1904 se estableció un comité conjunto conformado por la Sociedad Americana de
Ingenieros Civiles (ASCE), la Sociedad Americana para Ensayo de Materiales (ASTM), la Asociación Americana de Ingenieros de Ferrocarriles (AREA) y la Asociación de Cemento Pórtland (PCA), para el estudio del hormigón y del hormigón armado. Este
equipo de trabajo realizo entre 1904 y 1910 varias investigaciones y consultas sobre libros y artículos publicados sobre el material. El informe final de esta comisión fue publicado en 1916. A partir de esa fecha la historia de los códigos de hormigón armado en nuestro continente es liderada por el ACI. En la tabla 1.18 se muestra el desarrollo histórico de los códigos de hormigón armado en América.
1.6.2 Generalidades de los códigos de construcción
El diseño y construcción de las estructuras de hormigón armado esta generalmente enmarcado dentro de ciertas restricciones y rangos de trabajo que se indican en los conocidos códigos de construcción. Estos especifican una serie de requisitos mínimos para los materiales, el análisis y diseño estructural, la construcción, el mantenimiento y control y actualmente la reparación y rehabilitación. La existencia de estos documentos es primordial para la protección y seguridad publica. No es de extrañar que la civilización ha reconocido lo anterior desde hace muchos siglos. En la antigua Babilonia un decreto promulgado por el Rey HAMMURABI y grabado en una columna de diorita, actualmente conservado en el museo de LOUVRE, en el siglo XVIII a de C. Indica lo siguiente:
“Si un constructor construye una casa, pero su obra no es lo bastante resistente y luego resulta que la casa se derrumba causando la muerte del propietario de la misma, el constructor será condenado a muerte, si el derrumbamiento causa la muerte del hijo del
dueño, se condenara a muerte el hijo del constructor...”
Es inquietante para la humanidad saber que el primer registro histórico del que se tenga evidencia ya regulaba la vida en comunidad y penalizaba los delitos de la construcción. Esto por consiguiente debió dar origen a una cuidadosa aplicación de los conocimientos del constructor en el desempeño de sus oficios. En la actualidad cada ciudad, país o continente esta en libertad de escribir o adoptar su propio código de construcción y tener estatus legal para motivar su aplicación. En el caso por ejemplo de los Estados Unidos, hasta 1998, existían cuatro modelos de códigos generales de construcción el Uniform Building Code (UBC) el Basic Building Code ( BBC), el Southern Standard Building Code (SSBC) y el National Building Code ( NBC). Estos códigos destacan diferentes temas en su contenido tales como:
§ Requisitos de uso y ocupación de las estructuras § Resistencia al fuego
§ Requisitos de ventilación § Diseño estructural
§ Consideraciones especiales para cargas de viento § Aspectos sísmicos
Tabla 1.19 Historia del código ACI para hormigón armado
FECHA PUBLICACION
1910 Primeras regulaciones oficiales para la construcción NACU 1925 Primeras regulaciones del ACI
1936 Informe ACI-501-36 1941 Informe ACI-318-41 1947 Informe ACI-318-47 1951 “ ACI-318-51 1956 “ ACI-318-56 1963 “ ACI-318-63 1971 “ ACI-318-71 1977 “ ACI-318-77
1983 “ ACI-318-83 En Colombia se Publica CSR-1400-84 1989 “ ACI-318-89
1995 “ ACI-318-95 En Colombia se Publica NSR-98 1999 “ ACI-318-99
2002 “ ACI-318-02
Como se puede notar, a diferencia de otras naciones, los Estados Unidos no tiene un código nacional que regule el diseño y construcción de las edificaciones. Sin embargo a mediados del año 1998 se publica el primer borrador de un código modelo general para los Estados Unidos que se conoce como el International Building Code (IBC). Este documento revisado y actualizado por la Building Officials and Code Administrators International, Inc (BOCA) se publica oficialmente iniciando el siglo XXI y se conoce como el IBC-2000. En el tema especifico del diseño y construcción de edificios de hormigón armado tanto los codigos modelo regionales como el código internacional hacen referencia a las regulaciones del Instituto Americano del Hormigón (ACI) específicamente al documento “ Requisitos de construcción para un código de hormigón armado ACI-318-99”. Este documento en si no tiene estatus legal pero al incorporarlo a un código general de construcción adquiere la categoría de reglamento oficial. Es importante para el ingeniero estructural tener presente que:
“ Un código de construcción, legalmente adoptado, previene a la población de los daños y perjuicios ocasionados por la aplicación de practicas inadecuadas de construcción.
Este desde luego especifica unos requisitos mínimos que están de acuerdo con una seguridad adecuada de la estructura. Es necesario aclarar que un código de construcción no es manual de practicas, ni un libro de diseño ni tampoco es su objetivo
reemplazar el conocimiento juicio y experiencia del ingeniero en su actividad profesional. Este por lo consiguiente no debe relevar al diseñador de la responsabilidad
de que su estructura sea segura, confiable y económica”.
1.6.3 El código ACI y sus requisitos de diseño.
En los numerales 1.6.1 y 1.6.2 se explicaron los antecedentes y el soporte investigativo que se realizo para la implantación de los diferentes codigos de construcción y particularmente para el código ACI-318 que ha servido de modelo para el caso del diseño y construcción de estructuras de hormigón armado. El ACI permite actualmente dos procedimientos de diseño: El diseño por resistencia y el diseño unificado (apéndice B).
El método mas usado para dimensionar y reforzar las estructuras de hormigón armado es el denominado por resistencia. Este se fundamente en los factores de resistencia
Φ
y los de cargaγ
. Este procedimiento es esencialmente un diseño por estados limites. El capitulo 9 del código ACI-318- (02) presenta la filosofía básica del diseño por resistencia. El termino resistencia de diseño se refiere al valorΦ
Rn y el termino resistencia requerida se refiere alos efectos internos que se producen en la estructura por acción de las cargas :
γ
D D +γ
L L+
γ
W W +γ
E E ... .Hasta la versión ACI-318-99 se disponía del método alternativo del apéndice A el cual era un procedimiento por tensiones admisibles ( o de trabajo). En este el diseño se fundamenta en las cargas de servicio ( sin mayorar) y en la resistencia admisible de los materiales. En el caso de diseño a flexión este método recomienda que las máximas tensiones en los materiales hormigón y acero no excedan los limites admisibles de 0.45 la resistencia a compresión del hormigón ( f´c) y 170 MPa para la resistencia a tracción del acero ( fy = 420 MPa).
El diseño plástico, también conocido como diseño limite ( no se debe confundir con el diseño por estados limites) o diseño por capacidad es un procedimiento que considera la posibilidad de la redistribución de tensiones en secciones criticas ( zonas de concentración de fuerzas internas como por ejemplo nudos, mensulas, codos, regiones bajo cargas concentradas, vigas pared ) en donde se forman articulaciones plásticas que llevan a la estructura a un mecanismo de colapso plástico. Este concepto es fundamental en el diseño por efectos sísmicos en donde la posibilidad de la estructura a la formación de articulaciones plásticas es alta y se requieren por tanto diseño mas complejos como el diseño dúctil ( mas allá del rango elástico).
1.6.4 Factores de carga y de resistencia del ACI
Los requisitos de seguridad dados en el código ACI se dan en forma de ecuaciones como las 1.5 y 1.6 utilizando los factores de reducción de resistencia y los de mayoracion de carga. Adicionalmente la sección 9.2 del ACI-318-02 presenta los factores de carga con sus combinaciones mas frecuentes que se deben utilizar en el calculo de los efectos de las cargas en las estructuras.
En el código el símbolo “u” se refiere a la combinación de cargas mayoradas y los símbolos Mu, Vu, Nu y Tu se refieren a los efectos por cargas mayoradas ( Flexión, cortante, Axial y torsión respectivamente). El código ACI usa el termino resistencia requerida al hablar de los efectos de las cargas mayoradas.
(
D F)
U =1.4. + (1.7.a)(
D F T)
(
L H)
(
L S R)
U =1.2. + + +1.6. + +0.5. r, , (1.7.b)(
L S R)
(
L W)
D U =1.2. +1.6. r, , + 1.0. , 0.8. (1.7.c)(
L S R)
L W D U =1.2. +1.6. +0.5. +1.0. r, , (1.7.d) S L E D U =1.2. +1.0. +1.0. +0.2. (1.7.e) H W D U =0.9. +1.6. +1.6. (1.7.f) H E D U =0.9. +1.0. +1.6. (1.7.g) En Donde: D: Carga muertaF: Carga debida al presión lateral de fluidos, se considera la altura máxima.