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JESUS EMMANUEL CERON CARBALLO

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Academic year: 2018

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(1)

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

ÁREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL

ANTOLOGIA

(2)

DIRECTORIO:

MTRO. HUMBERTO AUGUSTO VERAS GODOY RECTOR

MTRO. ADOLFO PONTIGO LOYOLA SECRETARIO GENERAL

DR. ORLANDO ÁVILA POZOS DIRECTOR DE ICBI

LIC. ARTURO FLORES ÁLVAREZ

DIRECTOR GENERAL DE SERVICIOS ACADÉMICOS

MTRO. CARLOS DOMÍNGUEZ GONZÁLEZ SECRETARIO DEL ICBI

MTRO. JOEL MONTESINOS HERNÁNDEZ JEFE DEL ÁREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA

DR. FRANCISCO JAVIER OLGUÍN COCA

COORDINADOR DEL P.E. DE LA LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL

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ÍNDICE Contenido

DIRECTORIO: ... 1

ÍNDICE ... 2

CAPÍTULO 1 REGLAMENTOS Y CRITERIOS DE DISEÑO. ... 3

1.1 INTRODUCCIÓN... 3

1.2 NORMASYREGLAMENTOS. ... 4

1.3 ESTADOSLÍMITE. ... 7

1.4 RESISTENCIASYCONDICIONESDEDISEÑO. ... 9

1.5 FACTORESDECARGA. ... 13

CAPÍTULO 2 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO ... 14

2.1 CONCEPTOSGENERALESDEDISEÑOENCONCRETOREFORZADO. ... 14

2.2 CRITERIOSBÁSICOSDEDETALLADODELREFUERZO. ... 19

2.3 DISEÑODEVIGAS. ... 29

2.4 DISEÑODECOLUMNAS. ... 32

2.5 DISEÑODELOSAS. ... 33

2.6 SOLUCIÓNDEPROBLEMASMEDIANTESOFTWARE. ... 34

CAPÍTULO 3 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO ... 35

3.1 CONCEPTOSGENERALESDEDISEÑOENACERO. ... 35

3.2 DISEÑODEMEMBROSATENSIÓN. ... 45

3.3 DISEÑODEMIEMBROSENFLEXIÓN. ... 47

3.4 DISEÑODEMIEMBROSENCOMPRESIÓN. ... 48

3.5 DISEÑODEMIEMBROSENFLEXO-COMPRESIÓN. ... 51

3.6 CONEXIONES. ... 53

3.7 SOLUCIÓNDEPROBLEMASMEDIANTESOFTWARE. ... 69

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Capítulo 1 REGLAMENTOS Y CRITERIOS DE DISEÑO.

1.1 INTRODUCCIÓN.

El diseño estructural de edificios consiste en realizar un cálculo numérico mediante software especializado en estructuras como, para predecir el comportamiento de los edificios como escuelas, hoteles, puentes y cualquier estructura en zonas sísmicas, zonas de vientos o zonas de nieve. Y con ello elaborar el proyecto estructural correspondiente para su construcción, complementando con la memoria de cálculo, que precisa las consideraciones de diseño estructural tomadas, los diseños estructurales de edificios en concreto eran más comunes que los diseños estructurales en acero, pero en la actualidad se invirtieron, por la facilidad y rapidez de la construcción en acero, haciendo los procesos de construcción aún más fáciles y rápidos.

El diseño estructural de edificios permite definir las secciones y tamaños necesarios para soportar las cargas a las que se someterá la estructura, en el caso de los edificios hay puntos a analizar como la sismicidad de la zona, los vientos, y algunos efectos naturales a los que se le puede exponer, también es preciso definir las cargas que necesita resistir y contemplar los manuales y reglamentos de diseño estructural de cada estado, municipio o país.

(5)

1.2 NORMAS Y REGLAMENTOS. Cemento:

Clave Fecha Descripción

NMX-C-049- ONNCCE-2015

28/09/2015

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CEMENTANTES HIDRÁULICOS-MÉTODO DE ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA FINURA DE CEMENTANTES HIDRÁULICOS MEDIANTE LA MALLA 0,045 MM (NO. 325) (CANCELA A LA NMX-C-049-ONNCCE-2013)

NMX-C-051- ONNCCE-2014

07/11/2014 INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN–FIBROCEMENTO-INSPECCIÓN Y

MUESTREO (CANCELA A LA NMX-C-051-ONNCCE-2004).

NMX-C-056- ONNCCE-2013

31/01/2014

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN–CEMENTANTES HIDRÁULICOS– DETERMINACIÓN DE LA FINURA DE LOS CEMENTANTES HIDRÁULICOS (MÉTODO DE PERMEABILIDAD AL AIRE) (CANCELA A LA NMX-C-056-ONNCCE-2010).

NMX-C-057- ONNCCE-2015

28/09/2015

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CEMENTANTES HIDRÁULICOS-DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL (CANCELA A LA NMX-C-057-ONNCCE-2010)

NMX-C-059- ONNCCE-2013

23/07/2014

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CEMENTANTES HIDRÁULICOS-DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO DE CEMENTANTES HIDRÁULICOS (MÉTODO VICAT) (CANCELA A LA NMX-C-059-ONNCCE-2010).

NMX-C-061- ONNCCE-2015

28/09/2015

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CEMENTANTES HIDRÁULICOS-DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE

CEMENTANTES HIDRÁULICOS (CANCELA A LA NMX-C-061-ONNCCE-2010)

NMX-C-062- ONNCCE-2015

28/04/2016

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CEMENTANTES HIDRÁULICOS-DETERMINACIÓN DE LA SANIDAD DE CEMENTANTES HIDRÁULICOS (CANCELA A LA NMX-C-062-ONNCCE-2010).

NMX-C-085- ONNCCE-2015

28/04/2016

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CEMENTANTES HIDRÁULICOS– DETERMINACIÓN ESTÁNDAR PARA EL MEZCLADO DE PASTAS Y MORTEROS DE CEMENTANTES HIDRÁULICOS (CANCELA A LA NMX-C-085-ONNCCE-2010).

NMX-C-130-1968 28/10/1969 MUESTREO DE CEMENTANTES HIDRAULICOS

NMX-C-131- ONNCCE-2010

30/08/2010 INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION-CEMENTOS-DETERMINACION DEL

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Acero:

Clave Fecha Descripción

NMX-AA-001-SCFI-2008 18/06/2008

RESIDUOS LIQUIDOS Y/O SOLUCIONES ACUOSAS-CORROSIVIDAD AL ACERO AL CARBON.

NMX-B-001-CANACERO-2009 19/02/2010

INDUSTRIA SIDERURGICA-METODOS DE ANALISIS QUIMICO PARA DETERMINAR LA COMPOSICION DE ACEROS Y HIERROS-METODOS DE PRUEBA (ESTA NORMA CANCELA A LA NMX-B-001-1988).

NMX-B-017-1968 17/09/1968 RIELES DE ACERO AL CARBON DE HORNO DE HOGAR ABIERTO PARA VIAS FERREAS

NMX-B-019-CANACERO-2009 20/01/2010

INDUSTRIA SIDERURGICA-DEFINICIONES Y EXPRESIONES

EMPLEADAS EN LA INDUSTRIA SIDERURGICA (CANCELA A LA NMX-B-019-1974)

NMX-B-039-1977 08/06/1977 METODOS PARA MEDIR LA DESCARBURACION EN PRODUCTOS DE ACERO

NMX-B-053-1961 12/05/1962 ACERO PARA LA FABRICACION DE MUELLES PARA VEHICULOS DE MOTOR

NMX-B-054-1988 26/10/1988 TUBOS DE ACERO SOLDADOS HELICOIDALMENTE

NMX-B-059-1986 14/04/1986

INDUSTRIA SIDERURGICA - DISTRIBUCION DE CARBUROS EN ACEROS PARA HERRAMIENTA Y BALEROS-METODO DE PRUEBA METALOGRAFICO

NMX-B-074-1988 26/10/1988 LAMINA DE ACERO AL CARBONO GALBANIZADA POR EL PROCESO DE INMERSION EN CALIENTE PARA ALCANTARILLAS Y DRENAJES

(7)

Concreto:

Clave Fecha Descripción

NMX-B-068-1991 18/12/1991

PRUEBA DE RELAJAMIENTO ISOTERMICO PARA ALAMBRES BARRAS Y CABLES PARA CONCRETO PRESFORZADO

NMX-B-434-1969 13/05/1969

METODO DE PRUEBA PARA DETERMINAR EL PESO UNITARIO Y EL AREA TRANSVERSAL DE LAS VARILLAS LISAS Y CORRUGADAS, PARA

REFUERZO DE CONCRETO

NMX-C-020-1981 28/09/1982

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION - CONCRETO REFORZADO - TUBOS - ESPECIFICACIONES

NMX-C-077- 1997-ONNCCE

19/03/1998

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION - AGREGADOS PARA CONCRETO - ANALISIS GRANULOMETRICO - METODO DE PRUEBA. TII:BUILDING INDUSTRY - AGGREGATES FOR CONCRETE - GRANULOMETRIC ANALYSIS - METHOD OF TEST

NMX-C-083- ONNCCE-2014

06/04/2015

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN-CONCRETO-DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECÍMENES-MÉTODO DE ENSAYO (CANCELA A LA NMX-C-083-ONNCCE-2002).

NMX-C-089- 1997-ONNCCE

19/03/1998

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION-CONCRETO-DETERMINACION DE LAS FRECUENCIAS FUNDAMENTALES, TRANSVERSAL, LONGITUDINAL Y TORSIONAL DE ESPECIMENES DE CONCRETO. TII:DETERMINATION OF THE FUNDAMENTAL, TRANSVERSAL, LONGITUDINAL AND TORSIONAL FREQUENCIES OF CONCRE

NMX-C-090-1978 22/06/1978

METODO DE PRUEBA PARA ADITIVOS EXPANSORES Y ESTABILIZADORES DE VOLUMEN DEL CONCRETO

NMX-C-105- ONNCCE-2010

25/10/2010

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION-CONCRETO HIDRAULICO LIGERO PARA USO ESTRUCTURAL-DETERMINACION DE LA MASA VOLUMETRICA (ESTA NORMA CANCELA A LA NMX-C-105-1987)

NMX-C-109- ONNCCE-2013|

31/01/2014 INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN–CONCRETO HIDRÁULICO–CABECEO

DE ESPECÍMENES (CANCELA A LA NMX-C-109-ONNCCE-2010).

NMX-C-112- ONNCCE-2010

25/10/2010

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION-CONCRETO HIDRAULICO

PRESFORZADO-TERMINOLOGIA (ESTA NORMA CANCELA A LA NMX-C-112-1971)

Reglamento de construcciones de los Estados y del DDF. Normas Tecnicas Complementarias del DDF.

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1.3 ESTADOS LÍMITE.

Se definen como Estados Límite aquellas situaciones para las que, de ser superadas, puede considerarse que la estructura no cumple alguna de las funciones para las que ha sido proyectada.

Generalmente, los Estados Límite se clasifican en:

- Estados Límite Últimos - Estados Límite de Servicio

Debe comprobarse que una estructura no supere ninguno de los Estados Límite anteriormente definidos en cualquiera de las situaciones de proyecto, considerando los valores de cálculo de las acciones, de las características de los materiales y de los datos geométricos.

El procedimiento de comprobación, para un cierto Estado Límite, consiste en deducir, por una parte, el efecto de las acciones aplicadas a la estructura o a parte de ella y, por otra, la respuesta de la estructura para la situación límite en estudio.

El Estado Límite quedará garantizado si se verifica, con una fiabilidad aceptable, que la respuesta estructural no es inferior que el efecto de las acciones aplicadas.

Para la determinación del efecto de las acciones deben considerarse las acciones de cálculo combinadas según los criterios y los datos geométricos, ademas debe realizarse un análisis estructural.

Para la determinación de la respuesta estructural deben considerarse los distintos criterios teniendo en cuenta los valores de cálculo de los materiales y de los datos geométricos.

La definición de las acciones actuantes en las estructuras se establece en las respectivas Instrucciones, Reglamentos, Normas básicas, etc., relativas a acciones. En esta Instrucción se fija, en general, dado que resultan imprescindibles para su utilización, reglas para la definición de los valores de cálculo de las acciones y sus combinaciones, siempre que las correspondientes Instrucciones de acciones no indiquen otra cosa.

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La denominación de Estados Límite Últimos engloba todos aquellos que producen una puesta fuera de servicio de la estructura, por colapso o rotura de la misma o de una parte de ella.

Como Estados Límite Últimos deben considerarse los debidos a:

- Fallo por deformaciones plásticas excesivas, rotura o pérdida de la estabilidad de la estructura o parte de ella;

- Pérdida del equilibrio de la estructura o parte de ella, considerada como un sólido rígido;

- Fallo por acumulación de deformaciones o fisuración progresiva bajo cargas repetidas.

En la comprobación de los Estados Límite Últimos que consideran la rotura de una sección o elemento, se debe satisfacer la condición:

Rd > S d

Donde:

Rd Valor de cálculo de la respuesta estructural.

Sd Valor de cálculo del efecto de las acciones.

Para la evaluación del Estado Límite de Equilibrio se debe satisfacer la condición:

Ed, estab > Ed, desestab

Donde:

Ed, estab Valor de cálculo de los efectos de las acciones estabilizadoras.

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El Estado Límite de Fatiga está relacionado con los daños que puede sufrir una estructura como consecuencia de solicitaciones variables repetidas.

En la comprobación del Estado Límite de Fatiga se debe satisfacer la condición:

RF > S F Donde:

RF Valor de cálculo de la resistencia a fatiga.

SF Valor de cálculo del efecto de las acciones de fatiga.

Estados Límite de Servicio

Se incluyen bajo la denominación de Estados Límite de Servicio todas aquellas situaciones de la estructura para las que no se cumplen los requisitos de funcionalidad, de comodidad, de durabilidad o de aspecto requeridos.

En la comprobación de los Estados Límite de Servicio se debe satisfacer la condición:

Cd >Ed

Donde:

Cd Valor límite admisible para el Estado Límite a comprobar (deformaciones, vibraciones, abertura de fisura, etc.).

Ed Valor de cálculo del efecto de las acciones (tensiones, nivel de vibración, abertura de fisura, etc.).

1.4 RESISTENCIAS Y CONDICIONES DE DISEÑO.

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Una estructura debe, también, ser concebida de manera que las consecuencias de acciones excepcionales tales como explosiones o impactos, así como de errores, no produzcan daños desproporcionados en relación a la causa que los ha originado.

En síntesis, durante su vida útil, los requisitos esenciales a los que, al menos, debe dar respuesta, una estructura son: resistencia mecánica y estabilidad, seguridad en caso de incendio, higiene, salud y medio ambiente, y seguridad de uso.

Los anteriores requisitos se satisfarán mediante un proyecto correcto que incluya una adecuada selección de la solución estructural y de los materiales de construcción, una ejecución cuidadosa conforme al proyecto, un control adecuado del proyecto, de la ejecución y de la explotación así como un uso y mantenimiento apropiados

La seguridad de una estructura frente a un riesgo puede ser expresada en términos de la probabilidad global de fallo, que está ligada a un determinado índice de fiabilidad.

En la presente Instrucción se asegura la fiabilidad requerida adoptando el Método de los Estados Límite. Este método permite tener en cuenta de manera sencilla el carácter aleatorio de las variables de solicitación, de resistencia y dimensionales que intervienen en el cálculo.

El valor de cálculo de una variable se obtiene a partir de su principal valor representativo, ponderándolo mediante su correspondiente coeficiente parcial de seguridad.

Los coeficientes parciales de seguridad no tienen en cuenta la influencia de posibles errores humanos. Estos fallos deben ser evitados mediante mecanismos adecuados de control de calidad que deberán abarcar todas las actividades relacionadas con el proyecto, la ejecución, el uso y el mantenimiento de una estructura.

La comprobación estructural mediante cálculo representa una de las posibles medidas para garantizar la seguridad de una estructura y es el sistema que se propone.

En casos donde las reglas no sean suficientes o donde los resultados de ensayos pueden llevar a una economía significativa de una estructura, existe también la posibilidad de abordar el dimensionamiento estructural mediante ensayos.

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 Situaciones persistentes, que corresponden a las condiciones de uso normal de la estructura.

 Situaciones transitorias, como son las que se producen durante la construcción o reparación de la estructura.

 Situaciones accidentales, que corresponden a condiciones excepcionales aplicables a la estructura.

 Definir las acciones que pueden obrar sobre las construcciones, así como sus posibles efectos sobre ellas y la forma de tomarlos en cuenta para fines de diseño estructural.

 Establecer las condiciones de seguridad y de servicio que deberán revisarse al realizar el diseño estructural de una construcción, así como los criterios de aceptación relativos a cada una de dichas condiciones.

 Establecer las combinaciones de acciones que deberán suponerse aplicadas simultáneamente para revisar cada una de las condiciones de seguridad y servicio establecidas de acuerdo con lo que se menciona en el inciso anterior.

 Las acciones permanentes son las que obran en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad varía poco con el tiempo. Las principales acciones que pertenecen a esta categoría son: la carga muerta; el empuje estático de suelos y de líquidos y las deformaciones y desplazamientos impuestos a la estructura que varían poco con el tiempo, como los debidos a presfuerzo o a movimientos diferenciales permanentes de los apoyos;

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impacto o frenado; y

 Las acciones accidentales son las que no se deben al funcionamiento normal de la edificación y que pueden alcanzar intensidades significativas sólo durante lapsos breves.

Pertenecen a esta categoría: las acciones sísmicas; los efectos del viento; las cargas de granizo; los efectos de explosiones, incendios y otros fenómenos que pueden presentarse en casos extraordinarios. Será necesario tomar precauciones en las estructuras, en su cimentación y en los detalles constructivos, para evitar un comportamiento catastrófico de la estructura para el caso de que ocurran estas acciones.

Clasificacion de las construcciones:

I. Grupo A: Edificaciones cuya falla estructural podría constituir un peligro significativo por contener sustancias tóxicas o explosivas, así como edificaciones cuyo funcionamiento es esencial a raíz de una emergencia urbana, como: hospitales, escuelas, terminales de transporte, estaciones de bomberos, centrales eléctricas y de telecomunicaciones, estadios, depósitos de sustancias flamables o tóxicas, museos y edificios que alojen archivos y registros públicos de particular importancia, y otras edificaciones a juicio de la Secretaría de Obras y Servicios.

II. Grupo B: Edificaciones comunes destinadas a viviendas, oficinas y locales comerciales, hoteles y construcciones comerciales e industriales no incluidas en el Grupo A, las que se subdividen en:

a) Subgrupo B1: Edificaciones de más de 30 m de altura o con más de

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b) Edificios que tengan locales de reunión que puedan alojar más de 200

personas, templos, salas de espectáculos, así como anuncios autosoportados, anuncios de azotea y estaciones repetidoras de comunicación celular y/o inalámbrica, y

c) Subgrupo B2: Las demás de este grupo.

1.5 FACTORES DE CARGA.

Para determinar el factor de carga, FC, se aplicarán las reglas siguientes:

a) Para combinaciones de acciones clasificadas que incluyan acciones permanentes y acciones variables, 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 permanentes, variables y accidentales 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.

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Capítulo 2 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO

2.1 CONCEPTOS GENERALES DE DISEÑO EN CONCRETO REFORZADO.

C o n c r e t o

Las estructuras deberán diseñarse para una vida útil de al menos 50 años. El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes:

La pasta: compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava) 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. La pasta esta compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto.

Los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado esta completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado.

T a m a ñ o s d e l a g r e g a d o

Los tamaños máximos que comercialmente se utilizan son:

Tamaño Máximo Descripción

05 mm Morteros

10 mm Concreto 3/8"

12.5 mm Concreto ½"

19 mm Concreto ¾"

25 mm Concreto 1"

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La selección del tamaño máximo de agregado, se considera de acuerdo con los siguientes

Criterios:

1. Para losas y pisos el tamaño máximo de agregado no debe exceder de 1/3 de su espesor.

2. Para los demás elementos estructurales, el tamaño máximo de agregado no debe exceder la menor dimensión resultante de la evaluación de las siguientes

expresiones.

a) 1/5 de la menor dimensión de la cimbra de contacto.

b) 2/3 de la menor separación entre barras, paquetes de refuerzo, o tendones de presfuerzo.

c) 3/4 de la menor separación entre barras de refuerzo y la cimbra de contacto.

Caracteristicas primordiales del concreto:

 C o n s i s t e n c i a

(Medida cuantitativa de la prueba de revenimiento a la habilidad que tiene el concreto fresco para fluir; que tan rígida a que tan fluida es la mezcla de concreto)

 C o h e s i ó n

(Medida cualitativa de la prueba de revenimiento, referente a la capacidad que tiene la mezcla para mantener a sus componentes homogéneos)

 T r a b a j a b i l i d a d

(Medida cualitativa de la prueba de revenimiento, referente a la facilidad para mezclar, colocar, consolidar y acabar al concreto fresco).

 C o n s o l i d a c i ó n

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Tipos de cemento

TIPO I Normal

TIPO II Resistencia moderada a la acción de los sulfatos Y generación moderada de calor de hidratación. TIPO III Alta resistencia rápida

TIPO IV Bajo calor de hidratación

TIPO V Alta resistencia a la acción de los sulfatos

Portland puzolánico tipo IP

Portland de escoria de Altos Hornos tipo IE

Pruebas del concreto:

 R e v e n i m i e n t o

Requisito de calidad referente a las características plásticas del concreto en estado fresco, es un criterio de aceptación del concreto en la obra, y con el se miden propiedades del concreto.

Esta prueba se hará en obra una vez por cada entrega de concreto cuando sea premezclado o una vez por cada cinco revolturas si es fabricado en obra. El valor de revenimiento será el mínimo requerido para que el concreto pase a través de las barras de refuerzo y no será mayor de 10 cm. Con una tolerancia de + 3cm.

 P e s o v o l u m é t r i c o

Esta prueba se hará al concreto fresco muestreado en obra, una vez por cada día de colado. El peso volumétrico será superior a 2,200 kg/m3. No se permitirá el empleo en elementos estructurales de concreto ligero de peso menor al especificado.

 R e s i s t e n c i a a l a c o m p r e s i o n

Resistencia a compresión en cilindros fabricados, a los veintiocho (28) días de edad para cemento Tipo I o a los catorce (14) días para cemento Tipo III. Las pruebas cumplirán lo siguiente:

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y además si los promedios de resistencia de todos los conjuntos de tres parejas consecutivas, aunque no pertenezcan al mismo día de colado, no son menores de f´c -17 kg/cm2.

 Cuando el concreto no cumpla con el requisito de resistencia mencionado, se extraerán corazones según la norma NOM C 169, del concreto en la zona representada por los cilindros que no cumplieron. Se probarán tres corazones por cada cumplimiento con la calidad especificada. El concreto se considerará adecuado si el promedio de las resistencias de los tres corazones es mayor o igual que 0.8 f´c y si la resistencia de ningún corazón es menor que 0.7 f´c.

Procedimeinto de eleboracion del concreto:

a) La revoltura de los materiales deberá hacerse a máquina:

La revoltura deberá hacerse con un a máquina revolvedora que trabaje a su capacidad normal y que garantice la homogeneidad de la mezcla, Previamente a la elaboración de la primera revoltura de materiales, las paredes interiores de la revolvedora deberán cubrirse con mortero de cemento – arena de la misma dosificación relativa que la fijada para el concreto por elaborar, con el objeto de garantizar que no se altere la dosificación. Cuando por algún motivo y después de haberse hecho la revoltura, tenga que dejarse está en reposo dentro de la revolvedora, no deberá permanecer más de veinte (20) minutos en ella y antes de vaciarla volverse a mezclar por lo menos durante un (1) minuto. Cuando la revoltura permanezca dentro de la revolvedora más de veinte (20) minutos, deberá desperdiciarse.

Siempre que se suspenda el trabajo de una revolvedora por más de treinta minutos, deberá lavarse la tolva, el tambor y los canales, quitándoles las costras de concreto, antes de volver a utilizarla.

b) Cuando se realice la mezcla de los materiales a mano:

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conjunto traspaleando de uno a otro lado, en ambos sentidos, por lo menos seis (6) veces, hasta que la mezcla presente un aspecto uniforme. Desde el momento en que se inicie el agregado del agua hasta que se deposite la revoltura en los moldes, no deberán transcurrir más de treinta (30) minutos y por ningún motivo se agregará más agua después de este tiempo. Cada revoltura hecha a mano se limitará a una mezcla cuyo contenido de cemento no sea mayor de tres (3) sacos de cincuenta (50) kilogramos. Si una parte de la revoltura se seca o comienza a fraguar, no deberá emplearse en la obra.

El colado deberá ser continuo hasta la terminación del elemento estructural o hasta la junta de construcción que fije el proyecto.

Proporcionamiento de mezclas de concreto normal

El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación mas practica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto Bien proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes:

En el concreto fresco, trabajabilidad aceptable. En el concreto endurecido, durabilidad, resistencia y presentación uniforme. Economía.

PROPORCIONAMIENTO DE ACUERDO A LA RESISTENCIA DEL CONCRETO

F'C = KG/CM2 CEMENTO ARENA GRAVA AGUA

BULTOS BOTES BOTES BOTES

PROPORCION

100

MEZCLAR

1 6 3/4 7 1/4 2 1/4

150 1 5 1/4 5 3/4 1 4/5

200 1 4 1/2 5 1 3/4

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2.2 CRITERIOS BÁSICOS DE DETALLADO DEL REFUERZO.

Resistencia:

Magnitud de una acción, o de una combinación de acciones, que provocaría la aparición de un estado límite de falla de la estructura o cualquiera 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.

La resistencia a la compresión

Se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 dias, se le designe con el símbolo f’ c.

Para de terminar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especímenes de mortero o de concreto, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayes a compresión del concreto se efectuan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es frecuntemente emplada en los cálculos para diseño de estructuras. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm2. Un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm2.

La resistencia a la flexion del concreto

Se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexion, una vez que entre ellas se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión. La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión.

El valor de la resistencia a la tensión del concreto

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La resistencia a la torsión

Para el concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.

La resistencia al cortante del concreto

Puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante, sera de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se encuentre.

El modulo de elasticidad

Denotando por medio del símbolo E, se puede definir como la relación del esfuerzo normal, la deformación correspondiente en una estructura para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del limite de proporcionalidad de un material.

Para concretos de peso normal, E fluctúa entre 140,600 y 422,000 kg/cm2, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.

Los principales factores que afectan a la resistencia son la relación Agua – Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia a flexión y a tensión, así como a la adherencia del concreto con el acero.

Las relaciones Edad – Resistencia a compresión. Cuando se requiera de valores más precisos para el concreto se deberán desarrollar curvas para los materiales específicos y para las proporciones de mezclado que se utilicen en el trabajo.

Peso unitario

El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg por metro cubico (kg/m3).

El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado, y de los contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del agregado.

(22)

Doblado de varilla en obra

Existe una variedad de dobladoras para varilla, mecánicas y manuales, que van desde herramientas sostenidas a mano hasta máquinas montadas en ruedas. Muchas dobladoras también están provistas de cuchillas cortadoras que permiten a los operarios cortar varilla de varios tamaños.

Precauciones al doblar varilla

Para evitar fractura y excesiva presión de varilla sobre el concreto dentro de un doblez, el reglamento ACI 318-95, "Reglamento para concreto reforzado", recomienda diámetros de doblez internos mínimos (medidos en el lado interno de la varilla) para varios tamaños de varilla:

. Del número 3 al número 8 inclusive: 6 db . Los números 9, 10 y 11: 8 db

. Los números 14 y 18: 10 db

El diámetro de doblez terminado se expresa como un múltiplo del diámetro nominal de la varilla (db). La relación de diámetro de doblez respecto al diámetro de varilla no es constante: se vuelve más grande conforme aumenta el diámetro de varilla.

Empalme de varillas

(23)

Anclaje, Requisito general

La fuerza de tensión o compresión que actúa en el acero de refuerzo en toda sección debe desarrollarse a cada lado de la sección considerada por medio de adherencia en una longitud suficiente de barra o de algún dispositivo mecánico.

Longitud de desarrollo de barras a tensión; Barras rectas

La longitud de desarrollo, Ld, en la cual se considera que una barra a tensión se ancla de

modo que desarrolle su esfuerzo de fluencia, se obtendrá multiplicando la longitud básica, Ldb dada por la ecuacion, por el factor o los factores indicados en la tabla A. Las

disposiciones de esta sección son aplicables a barras de diámetro no mayor que 38.1 mm (número 12).

Donde

as área transversal de la barra;

db diámetro nominal de la barra;

c separación o recubrimiento; úsese el menor de los valores siguientes:

1) distancia del centro de la barra a la superficie de concreto más próxima; 2) la mitad de la separación entre centros de barras.

Ktr índice de refuerzo transversal; igual a n s

f Atr yv

10 , si se usan MPa y mm,



n

s

f

A

tr yv

100

, kg/cm² y cm 

;

Atr área total de las secciones rectas de todo el refuerzo transversal comprendido en la

separación s, y que cruza el plano potencial de agrietamiento entre las barras que se anclan;

fyv esfuerzo especificado de fluencia de refuerzo transversal;

s máxima separación centro a centro del refuerzo transversal, en una distancia igual a Ld; y

n número de barras longitudinales en el plano potencial de agrietamiento.

(24)

Por sencillez en el diseño, se permite suponer Ktr= 0, aunque haya refuerzo transversal.

En ningún caso Ld será menor que 300 mm.

La longitud de desarrollo, Ld, de cada barra que forme parte de un paquete de tres barras

será igual a la que requeriría si estuviera aislada, multiplicada por 1.20. Cuando el paquete es de dos barras no se modifica Ld.

Barras con dobleces

Esta sección se refiere a barras a tensión que terminan con dobleces a 90 ó 180 grados que cumplan con los requisitos de la sección 5.5, seguidos de tramos rectos de longitud no menor que 12db para dobleces a 90 grados, ni menor que 4db para dobleces a 180 grados.

En estas barras se toma como longitud de desarrollo la longitud paralela a la barra, comprendida entre la sección crítica y el paño externo de la barra después del doblez (fig. A). La longitud de desarrollo se obtendrá multiplicando la longitud de desarrollo básica dada por la expresión.

’ / 24 .

0 dbfy fc

   

 

’ / 076 .

0 dbfy fc

Por el factor o los factores de la tabla A que Sean aplicables, pero sin que se tome menor que 150 mm ni que 8db.

Figura A Longitud de desarrollo de barras con dobleces

(25)

Condición del refuerzo Factor Barras de diámetro igual a 19.1 mm (número 6) o menor. 0.8 Barras horizontales o inclinadas colocadas de manera que

bajo ellas se cuelen más de 300 mm de concreto. 1.3

En concreto ligero 1.3

Barras con fy mayor de 412 MPa (4 200 kg/cm²).

y

f

412

2 ;





y

f

200

4

2

Barras torcidas en frío de diámetro igual o mayor que 19.1 mm

(número 6). 1.2

Acero de flexión en exceso 2

ada proporcion , requerida , s s A A

Barras lisas 2.0

Barras cubiertas con resina epóxica, o con lodo bentonítico:

Recubrimiento libre de concreto menor que 3db, o

separación libre entre barras menor que 6db

Otras condiciones

1.5

1.2

Todos los otros casos 1.0

1 Si se aplican varias condiciones, se multiplican los factores correspondientes; 2 Excepto en zonas de articulaciones plásticas y marcos dúctiles.

Longitud de desarrollo de barras a compresión

La longitud de desarrollo de una barra a compresión será cuando menos el 60 por ciento de la que requeriría a tensión y no se considerarán efectivas porciones dobladas. En ningún caso será menor de 200 mm.

Vigas y muros

(26)

Tabla B Factores que modifican la longitud básica de desarrollo de barras con dobleces1

Condición del refuerzo Factor

Barras de diámetro no mayor que 34.9 mm (número 11), con

recubrimiento libre lateral (normal al plano del doblez) no menor que 60 mm, y para barras con doblez a 90 grados, con recubrimiento libre del tramo de barra recto después del doblez no menor que 50 mm

0.7

Barras de diámetro no mayor que 34.9 mm (número 11), confinadas en toda la longitud de desarrollo con estribos verticales u horizontales separados entre sí no más de 3db

0.8

En concreto ligero 1.3

Barras lisas 1.9

Barras cubiertas con resina epóxica, o con lodo bentonítico 1.2

Todos los otros casos 1.0

1 Si se aplican varias condiciones, se multiplican los factores correspondientes;

Los requisitos del párrafo anterior se cumplen para el acero a tensión, si:

a) Las barras que dejan de ser necesarias por flexión se cortan o se doblan a una distancia no menor que un peralte efectivo más allá del punto teórico donde, de acuerdo con el diagrama de momentos, ya no se requieren.

b) En las secciones donde, según el diagrama de momentos flexionantes, teóricamente ya no se requiere el refuerzo que se corta o se dobla, la longitud que continúa de cada barra que no se corta ni se dobla es mayor o igual que Ld+ d. Este requisito no es

necesario en las secciones teóricas de corte más próximas a los extremos de vigas libremente apoyadas.

c) A cada lado de toda sección de momento máximo, la longitud de cada barra es mayor o igual que la longitud de desarrollo, Ld,

d) Cada barra para momento positivo que llega a un extremo libremente apoyado, se prolonga más allá del centro del apoyo y termina en un doblez de 90 ó 180 grados, seguido por un tramo recto de 12db o 4db, respectivamente. En caso de no contar con

(27)

Requisitos adicionales

Los siguientes requisitos deben respetarse además de los anteriores:

a) En extremos libremente apoyados se prolongará, sin doblar, hasta dentro del apoyo, cuando menos la tercera parte del refuerzo de tensión para momento positivo máximo. En extremos continuos se prolongará la cuarta parte.

b) Cuando la viga sea parte de un sistema destinado a resistir fuerzas laterales accidentales, el refuerzo positivo que se prolongue dentro del apoyo debe anclarse de modo que pueda alcanzar su esfuerzo de fluencia en la cara del apoyo. Al menos la tercera parte del refuerzo negativo que se tenga en la cara de un apoyo se prolongará más allá del punto de inflexión una longitud no menor que un peralte efectivo, ni que 12db, ni que un

dieciseisavo del claro libre.

Columnas

En las intersecciones con vigas o losas las barras de las columnas serán continuas. Las barras longitudinales de columnas de planta baja se anclarán en la cimentación de manera que en la sección de la base de la columna puedan alcanzar un esfuerzo igual al de fluencia en tensión multiplicado por 1.25.

En columnas que deban resistir fuerzas laterales accidentales, la longitud de desarrollo de toda barra longitudinal no es mayor que dos tercios de la altura libre de la columna.

Anclajes mecánicos

Cuando no haya espacio suficiente para anclar barras por medio de doblez, se pueden usar anclajes mecánicos. Estos deben ser capaces de desarrollar la resistencia del refuerzo por anclar, sin que se dañe el concreto. Pueden ser, por ejemplo, placas soldadas a las barras, o dispositivos manufacturados para este fin. Los anclajes mecánicos deben diseñarse y en su caso comprobarse por medio de ensayes. Bajo cargas estáticas, se puede admitir que la resistencia de una barra anclada es la suma de la contribución del anclaje mecánico más la adherencia en la longitud de barra comprendida entre el anclaje mecánico y la sección crítica. Elementos típicos en los que pueden ser necesarios los anclajes mecánicos son las vigas diafragma y las ménsulas.

Anclaje del refuerzo transversal

(28)

Los estribos deben rematar en una esquina con dobleces de 135 grados, seguidos de tramos rectos de no menos de 6db de largo, ni menos de 80 mm. En cada esquina del

estribo debe quedar por lo menos una barra longitudinal.

Las barras longitudinales que se doblen para actuar como refuerzo en el alma deben continuarse como refuerzo longitudinal cerca de la cara opuesta si esta zona está a tensión, o prolongarse una longitud Ld más allá de la media altura de la viga si dicha zona está a

compresión.

Anclaje de malla de alambre soldado

Se supondrá que un alambre puede desarrollar su esfuerzo de fluencia en una sección si a cada lado de ésta se ahogan en el concreto cuando menos dos alambres perpendiculares al primero, distando el más próximo no menos de 50 mm de la sección considerada. Si sólo se ahoga un alambre perpendicular a no menos de 50 mm de la sección considerada, se supondrá que se desarrolla la mitad del esfuerzo de fluencia. La longitud de un alambre desde la sección crítica hasta su extremo no será menor que 200 mm.

Revestimientos

Los revestimientos no se tomarán en cuenta como parte de la sección resistente de ningún elemento, a menos que se suministre una liga con él, la cual esté diseñada para transmitir todos los esfuerzos que puedan presentarse y que dichos revestimientos no estén expuestos a desgaste o deterioro.

Paquetes de barras

Las barras longitudinales pueden agruparse formando paquetes con un máximo de dos barras cada uno en columnas y de tres en vigas. La sección donde se corte una barra de un paquete en el claro de una viga no distará de la sección de corte de otra barra menos de 40 veces el diámetro de la más gruesa de las dos. Los paquetes se usarán sólo cuando queden alojados en un ángulo de los estribos. Para determinar la separación mínima entre paquetes y determinar su recubrimiento, cada uno se tratará como una barra simple de igual área transversal que la del paquete. Para calcular la separación del refuerzo transversal, rige el diámetro de la barra más delgada del paquete. Los paquetes de barras deben amarrarse firmemente con alambre.

Dobleces del refuerzo

El radio interior de un doblez no será menor que fy/19 fc’ veces el diámetro de la barra

(29)

de otra de diámetro no menor que el de ella, o se confine adecuadamente el concreto, por ejemplo mediante refuerzo perpendicular al plano de la barra. Además, el radio de doblez no será menor que el que marca, para la prueba de doblado, la respectiva Norma Mexicana.

En todo doblez o cambio de dirección del acero longitudinal debe colocarse refuerzo transversal capaz de equilibrar la resultante de las tensiones o compresiones desarrolladas en las barras, a menos que el concreto en sí sea capaz de ello.

Uniones de barras.

Las barras de refuerzo pueden unirse mediante traslapes o estableciendo continuidad por medio de soldadura o dispositivos mecánicos. Las especificaciones y detalles dimensionales de las uniones deben mostrarse en los planos. Toda unión soldada o con dispositivo mecánico debe ser capaz de transferir por lo menos 1.25 veces la fuerza de fluencia de tensión de las barras, sin necesidad de exceder la resistencia máxima de éstas. Para marcos dúctiles, se respetarán los requisitos.

Diametro de barras, Area y Peso

PULGADAS NUMERO PESO DIAMETRO AREA L/PIE KG/MT PULG MM PULG 2 CM 2

(30)

2.3 DISEÑO DE VIGAS.

Fórmulas para calcular resistencias:

Las condiciones de equilibrio y las hipótesis generales de la sección 2.1 conducen a las siguientes expresiones para resistencia a flexión, MR. En dichas expresiones FR se tomará igual a 0.9.

(31)
(32)

Fuerza cortante que toma el concreto, VcR

Las expresiones para VcR que se presentan enseguida para distintos elementos son aplicables cuando la dimensión transversal, h, del elemento, paralela a la fuerza cortante, no es mayor de 700 mm. Cuando la dimensión transversal h es mayor que 700 mm, el valor de VcR deberá multiplicarse por el factor obtenido con la siguiente expresión:

1 – 0.0004 ( h – 700 )

(33)

2.4 DISEÑO DE COLUMNAS.

Miembros sujetos a flexión y carga axial

a) Flexocompresión

En miembros a flexocompresión en los que el valor absoluto de la fuerza axial de diseño, Pu, no exceda de:

Usando As en mm², fc* en MPa y Pu en N (o en cm², kg/cm² y kg, respectivamente en la ecuación en paréntesis). Para valuar la cuantía P se usará el área de las barras de la capa más próxima a la cara de tensión o a la de compresión mínima en secciones rectangulares, y 0.33As en secciones circulares, donde As es el área total de acero en la sección.

Para estas últimas, bd se sustituirá por Ag, donde Ag es el área bruta de la sección transversal. Si Pu es mayor que:

FR (0.7fc* Ag + 200As) (Mpa) FR (0.7fc* Ag + 2 000As) (Kg/cm2) VcR se hará variar linealmente en función de Pu, hasta cero para:

Pu = FR (Ag fc”+As fy)

Refuerzo por tensión diagonal en vigas y columnas sin presfuerzo:

Donde

Av área transversal del refuerzo por tensión diagonal comprendido en una distancia s; θ ángulo que dicho refuerzo forma con el eje de la pieza; y

VsR fuerza cortante de diseño que toma el acero transversal (VsR=Vu–VcR).

(34)

2.5 DISEÑO DE 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 car gas normales a su plano, ya que se usan pa ra 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, o cuando la losa actúa como un diafragma horizontal que une marcos verticales de distinta rigidez o sujetos a fuerzas horizontales diferentes.

Las losas en una dirección se comportan esencialmente como vigas. Puede considerarse que la losa es una viga cuyo ancho es la longitud del apoyo. EI diseño de estas losas es, por consiguiente, similar al de las vigas,. 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.

(35)

2.6 SOLUCIÓN DE PROBLEMAS MEDIANTE SOFTWARE.

En el documento de Prácticas cuyo objetivo pricipal es aplicar las herramientas técnicas, mediante la identificación, el análisis, y la discusión de ejercicios relacionados con el Diseño Estructural en Edificaciones.

Constituye un recurso didáctico para los alumnos y profesores que pretende mejorar los métodos de enseñanza y aprendizaje de la asignatura de “Diseño Estructural en Edificaciones” de la carrera de Ingeniería Civil, a través de la implementación de instrumentos de modernización académica, con las que puedan adquirir conocimiento y un mejor aprovechamiento.

(36)

Capítulo 3 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

3.1 CONCEPTOS GENERALES DE DISEÑO EN ACERO.

El acero como material estructural. Acero estructural, NOM-B-254-1987 (ASTM A36)

El acero ASTM A36 (NOM-B-254) ha sido, hasta hace poco tiempo en México, el principal tipo de acero para estructuras. Tiene un esfuerzo de fluencia mínimo y de ruptura en tensión de 36 y 58 ksi (2 530 y 4 080 kg/cm2). Una gran variedad de tamaños y tipos de perfiles laminados y placas están disponibles en esta calidad, aunque el esfuerzo de fluencia mínimo especificado disminuye a 32 ksi (2,250 para placas de hasta de 200 mm (8 pulg.) de grueso.

La norma correspondiente establece los requisitos que deben cumplir los perfiles, placas y barras de acero al carbono, que se usan en construcciones remachadas, atornilladas o soldadas, para puentes, edificios o para propósitos estructurales en general. Incluye requisitos suplementarios cuando se requiera de alta resiliencia (resistencia al impacto). Cuando el acero se use en construcciones soldadas, el procedimiento de soldadura debe ser el adecuado para el tipo de acero y el servicio al que se destine. Cuando no existe una norma oficial mexicana para aceros utilizados en nuestro medio se ha indicado solamente la norma ASTM.

(37)

Acero carbonizado: es la aplicación de un recubrimiento de zinc a una lámina, solera, alambre o productos metálicos prefabricados de hierro o acero, para protegerlo contra muchos tipos de corrosión.

Acero inoxidable: son acero de alta aleación que contiene más del 10% de cromo. Se caracteriza por su resistencia al calor, a la oxidación y la corrosión. Resistencia a tensión, o límite de fluencia de los aceros usados en nuestro país.

Ventajas del acero como material estructural:

Tiene una gran firmeza.- La gran firmeza del acero por la unidad de peso significa que el peso de las estructura se hallará al mínimo, esto es de mucha eficacia en puentes de amplios claros. Semejanza.- Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.

Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran unos tiempos indefinidos.

Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y

Ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Identificación:

La especificación, incluyendo tipo o grado, en su caso, a que pertenecen los materiales o productos, se identificará de alguna de las maneras siguientes:

a) Por medio de certificados proporcionados por el laminador o fabricante, debidamente correlacionados con el material o producto al que pertenecen; o

(38)

Propiedades básicas del acero estructural.

Acero estructural de alta resistencia y baja aleación de hasta 100 mm de grueso, con límite de fluencia mínimo de 345 MPa ó 3 515 kg/cm2 (ASTM A588). Esta norma estipula los requisitos que deben cumplir los perfiles estructurales laminados utilizados en construcción soldada y atornillada, principalmente en puentes y edificios.La resistencia a la corrosión atmosférica de este acero es de aproximadamente cuatro veces mayor que la del acero estructural básico ASTM A36 (NOM-B-254).Este tipo de acero fue aprobado en 1968, está disponible en varios grados con composiciones químicas diferentes. El esfuerzo de fluencia mínimo especificado y resistencia a la tensión para todos los grupos ASTM de perfiles estructurales y espesores de placa de 100 mm (4 pulg.) y menores, es de de 50 y 70 ksi (3,515 kg/cm2 y 4,920 kg/cm2) respectivamente. Acero estructural con límite de fluencia mínimo de 290 MPa (2 950 kg/cm2) y conespesor máximo de 12.7 mm, NOM-B-99-1986 (ASTM A529) Esta norma indica los requisitos que deben cumplir las placas y barras de acero al carbono con espesor o diámetro hasta 12.7 mm, así como los perfiles de calidad estructural que se usan en edificios y construcciones ordinarias, los cuales pueden ser remachados, atornillados o soldados como se indica en la norma NOM-B-252-1988 (ASTM A6). Cuando las placas y barras comprendidas en esta norma se usen en construcciones soldadas, los procesos de soldadura empleados, deben ser los adecuados para el acero y el servicio al que se destine.

Punto de fluencia

El punto de fluencia mide la fuerza mínima que crea una deformación permanente en el acero estructural. Como esta medida es bastante fácil de determinar, el punto de fluencia es un parámetro común observado en las especificaciones del acero estructural. El punto de fluencia se prueba determinando la forma de la recta de fluencia. Cuando ocurre la deformación permanente, esto significa que la estructura atómica y cristalina del acero ha cambiado. La medida se puede arrojar sobre undiagrama de deformación-carga que muestre la intersección de la curva correspondiente con la línea de fluencia. Un valor normal para el acero estructural es del 0,2%.

Resistencia a la tracción

(39)

tracción cuando se lo compara con otros materiales como el hormigón, de modo que resulta en un excelente material para construcción. La resistencia a la tracción del acero estructural también es una de las propiedades medidas con mayor frecuencia.

Límite elástico

El límite elástico mide la máxima deformación del material estructural antes de ser destruido o incapacitado de usar de forma práctica, sin recobrar su posición funcional. Este límite se mide en el punto de deformación. Para que un material estructural pase la prueba elástica, cualquier deformación permantente que resulte de la aplicación de una carga, debe hacer que el material sea aún funcional para el uso al que está destinado. Si una pieza de acero estructural es dañada más allá de su límite elástico, incluso si no muestra signos de destrucción, puede aún tener un daño permanente oculto que comprometa la integridad del material. La unidad de medida de esta propiedad mecánica se conoce como módulo de elasticidad de Young, en honor a Thomas Young, un científico británico del siglo XIX, y se expresa en libras por pulgada cuadrada o kilogramos por centímetro cuadrado.

(40)

NOM-B-347-1981 (ASTM A570)

Esta norma establece los requisitos que debe cumplir la lámina de acero al carbono laminada en caliente, para uso estructural, suministrada en rollo o en hojas. Lámina de acero de baja aleación y alta resistencia, laminada en caliente y laminada en frío, resistente a la corrosión, NOM-B-277-1981 (ASTM A606) Esta norma menciona los requisitos que debe cumplir la lámina de acero de baja aleación y alta resistencia, laminada en caliente y en frío, suministrada en hojas o en rollo. Es adecuada para emplearse en estructuras donde es importante el ahorro en peso o se requiera mayor durabilidad. Este acero tiene buena resistencia a la corrosión atmosférica y se suministra en dos clases: la clase A, que tiene una resistencia a la corrosión como mínimo de dos veces más que la de un acero al carbono para uso común, y la clase B, que tiene una resistencia a la corrosión como mínimo de 4 veces más que la de un acero al carbono para uso común.

Tornillos de alta resistencia para uniones de acero estructural, NOM-H-124-1988 (ASTM A325) Esta norma indica los requisitos mecánicos y químicos que deben cumplir los diferentes tipos de tornillos de acero, templados y revenidos, conocidos como tornillos de alta resistencia, para conexiones de acero estructural.

Tornillos de acero aleado, templados y revenidos para juntas de acero estructural, NOM-H-133-1988 (ASTM A490) Esta norma señala los requisitos mecánicos y químicos que deben cumplir los tornillos de acero de aleación templado y endurecido, en diámetro de 12.7 a 38.1 m (de 1/2” hasta 1 1/2”).

Estos tornillos son adecuados para usarse en conexiones de acero estructural, según la norma NOM-H-124.

Propiedades relevantes

Resistencia El acero estructural es un material homogéneo e isótropo de calidad uniforme que permite soportar grandes esfuerzos,

Ductilidad El acero puede aceptar deformaciones importantes más allá del límite elástico sin fallar

Soldabilidad permite efectuar uniones o conexiones soldadas que presenten características suficientes de continuidad metalúrgica

(41)

Criterios de diseño.

En las ecuaciones y expresiones deben utilizarse las unidades siguientes, que corresponden al sistema internacional (SI):

Fuerza N (newtons)

Longitud mm (milímetros) Momento N-mm

Esfuerzo MPa (megapascales)

Siempre que es posible, las ecuaciones están escritas en forma adimensional; cuando no lo es, junto a las expresiones en sistema internacional se escriben, entre paréntesis, las expresiones equivalentes en sistema métrico decimal usual; en ese caso, las unidades son Fuerza kg (kilogramos)

Longitud cm (centímetros) Momento kg-cm

Esfuerzo kg/cm²

Toda construcción debe contar con una estructura que tenga características adecuadas para asegurar su estabilidad bajo cargas verticales y que le proporcione resistencia y rigidez suficientes para resistir los efectos combinados de las cargas verticales y de las horizontales que actúen en cualquier dirección. Cuando sean significativos, deberán tomarse en cuenta tambi én los efectos producidos por otras acciones.

Para la realizacion de cualquier proyecto estructural y formar un criterio estructural se deben de considerar los aspectos siguientes:

 Objetivo.  Ubicación.

 Clasificacion de la estructura.

 Identificacion de uso y destino de piso.  Condiciones de irregularidad.

 Determinacion del tipo de analisis.

 Deetrminacion del comportamiento sismico.  Determinacion del tipo de trabes.

 Determinacion del tipo de columnas.  Modelado estructural.

(42)

Condiciones de irregularidad:

Planta simetrica.

La relacion de su altura a la dimension menor de su base no excede de 2.5 La relacion de largo y su ancho de la base no excede de 2.5.

La dimension del area de salientes o entrantes no excede del 20%. Cada nivel tienen un sistema de techo o piso rigido. Y resistente.

En cada nivel las aberturas, entrantes o salientes en su sistema de piso no excede el 20% de la superficie de la planta.

El peso de cada nivel para diseño sismico, no es mayor que 110% del piso inmediato inferior ni menor que 70%.

El area delimitada por paños de elementos resistentes verticales no exceden 110% del piso inferior inmediato ni menor que 70%.

Todas las columnas estan restringidas en todos los pisos en dos direcciones sensiblemente ortogonales.

Predimensionamiento:

Se recomienda una relacion peralte/claro de 1/24.

Factor de seguridad y esfuerzo de diseño permisible

Los factores a considerar en el diseño comprenden funcionalidad, resistencia, apariencia, economía y efectos ambientales. Sin embargo, cuando se estudia la mecánica de materiales, el interés principal para el diseño es la resistencia, esto es, la capacidad del objeto para soportar o trasmitir cargas. Los objetos que deben resistir cargas son, entre otros, construcciones, maquinas, recipientes, camiones, aviones, barcos y cosas parecidas, una estructura es cualquier objeto que debe soporta o transmitir cargas.

Factores de seguridad

Si se tiene que evitar una falla estructural, las cargas que una estructura es capaz de soportar deben ser mayores que las cargas a las que se va a someter cuando este en servicio. Como la resistencia es la capacidad de una estructura para resistir cargas, el criterio anterior se puede replantear como sigue: la resistencia real de una estructura debe ser mayor que la resistencia requerida.

(43)

Naturalmente, el factor de seguridad debe ser mayor que 1.0 para evitar falla. Dependiendo de las circunstancias, los factores de seguridad varian desde un poco mas que 1.0 hasta 10. La incorporación de factores de seguridad en el diseño no es asunto sencillo, porque tanto la resistencia como la falla tienen muchos significados distintos.

La resistencia se puede medir con la capacidad portante, o de carga, de una estructura o bien se puede medir por el esfuerzo en el material. Falla puede equivaler a la fractura y el completo colapso de la estructura o puede significar que las deformaciones se han vuelto tan grandes que la estructura ya no puede realizar sus funciones. Esta última clase de fala, puede presentarse con cargas muchos menores que las que causan el colapso real.

Códigos de diseño estructural.

B-254 (ASTM A36) Acero estructural.

B-99 (ASTM A529) Acero estructural con límite de fluencia mínimo de 290 MPa (2950 kg/cm²).

B-282 (ASTM A242) Acero estructural de baja aleación y alta resistencia.

B-284 (ASTM A572) Acero estructural de alta resistencia y baja aleación al manganeso– vanadio.

(ASTM A588) Acero estructural de alta resistencia y baja aleación de hasta 100 mm de grueso, con límite de fluencia mínimo de 345 MPa (3515 kg/cm²).

(ASTM A913) Perfiles de acero de alta resistencia y baja aleación, de calidad estructural, producidos por un proceso de tratamiento térmico especial.

(ASTM A992) Acero estructural para perfiles H laminados para uso en edificios. B-177 (ASTM A53, grado B) Tubos de acero, con o sin costura.

B-199 (ASTM A500) Tubos de acero al carbono para usos estructurales, formados en frío, con o sin costura, de sección circular o de otras formas.

B-200 (ASTM A501) Tubos de acero al carbono para usos estructurales, formados en caliente, con o sin costura.

(44)

En la tabla 1.4.1. se indican los valores de los esfuerzos Fy y Fu de los aceros listados

arriba.

Tabla 1.4.1. Esfuerzos Fy y Fu de aceros estructurales

Nomenclatura Fy (3) Fu (4)

NMX 1 ASTM 2 MPa kg/cm² MPa kg/cm²

B-254 A36 250 2 530 400 a 550 4 080 a 5 620

B-99 A529 290 2 950 414 a 585 4 220 a 5 975

B-282 A242 290 2 950 435 4 430

320 3 235 460 4 710

. 345 3 515 485 4 920

B-284 A572 290 2 950 414 4 220

345 3 515 450 4 570

414 4 220 515 5 270

450 4 570 550 5 620

A992 345 3 515 450 a 620 4 570 a 6 330

B-177 A53 240 2 460 414 4 220

B-199 A500 (5) 320 3 235 430 4 360

B-200 A501 250 2 530 400 4 080

A588 345 (6) 3 515 (6) 483 (6) 4 920 (6)

A913 345 a 483 (7) 3 515 a 4 920 (7) 448 a 620 (7) 4 570 a 6 330 (7)

1 Norma Mexicana

2 American Society for Testing and Materials.

3 Valor mínimo garantizado del esfuerzo corres¬pondiente al límite inferior de fluencia del material.

4 Esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión. Cuando se indican dos valores, el segundo es el máximo admisible.

5 ASTM especifica varios grados de acero A500, para tubos circulares y rectangulares.

6 Para perfiles estructurales; para placas y barras, ASTM especifica varios valores, que dependen del grueso del material.

(45)

La dirección en que se laminan los perfiles y placas es la de mayor interés en el diseño de las estructuras, por lo que el esfuerzo de fluencia en esa dirección, determinado por medio de ensayes estándar de tensión, es la propiedad mecánica que decide, en la mayoría de los casos, el tipo de acero que ha de emplearse. Sin embargo, otras propiedades mecánicas, tales como anisotropía, ductilidad, tenacidad, facilidad de formado en frío, resistencia a la corrosión, pueden ser también importantes para el comportamiento correcto de algunas estructuras. Cuando éste sea el caso, habrá que remitirse a la literatura especializada para obtener la información que permita escoger el material más adecuado.

Remaches

ASTM A502 Remaches de acero estructural; esta especificación incluye tres grados: Grado 1 Remaches de acero al carbón para uso general;

Grado 2 Remaches de acero al carbono–manganeso, para uso con aceros; y Grado 3 Semejante al Grado 2, pero con resistencia a la corrosión mejorada.

La certificación del fabricante constituye evidencia suficiente de conformidad con la norma.

Tornillos

H-118 (ASTM A307) Sujetadores de acero al carbono con rosca estándar exterior (Fu=414 MPa; 4220 kg/cm²).

H-124 (ASTM A325) Tornillos de alta resistencia para conexiones entre elementos de acero estructural [Fu=830 MPa (8440 kg/cm²) para diámetros de 13 a 25 mm (1/2 a 1 pulg.), Fu=725 MPa (7380 kg/cm²) para diámetros de 29 y 38 mm (11/8 y 11/2 pulg.)].

(46)

3.2 DISEÑO DE MEMBROS A TENSIÓN.

Miembros prismáticos sujetos a tensión axial producida por fuerzas que actúan a lo largo

de su eje centroidal. Cuando haya excentricidades importantes en las conexiones, sus

efectos deben tenerse en cuenta en el diseño del miembro.

Cuando se espere que el elemento estructural en estudio vaya a quedar sometido durante

su vida útil a un número muy elevado de ciclos de carga, en el cálculo de su resistencia se

tendrá en cuenta la posibilidad de una falla por fatiga.

Estados límite

En el diseño de miembros en tensión se consideran los estados límite de flujo plástico en

la sección total y de fractura en el área neta.

Resistencia de diseño

La resistencia de diseño Rt de un elemento estructural en tensión es la menor de las

calculadas

a) Estado límite de flujo plástico en la sección total:

Rt = At Fy FR (3.1)

Donde

(47)

b) Estado límite de fractura en la sección neta:

Rt = Ae Fu FR (3.2)

donde

FR factor de resistencia, igual a 0.75.

At área total de la sección transversal del miembro;

Ae área neta efectiva, calculada.

Fy valor mínimo garantizado del esfuerzo correspondiente al límite inferior de fluencia

del material; y

Fu esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión.

En miembros sin agujeros, conectados por medio de soldaduras colocadas en todas las

partes que componen su sección transversal, en proporción a sus áreas, el área neta

(48)

3.3 DISEÑO DE MIEMBROS EN FLEXIÓN.

La resistencia de diseño en flexión, MR, de una viga o trabe de eje recto y sección

transversal constante se determina como se indica en los incisos siguientes.

Miembros en los que el pandeo lateral no es crítico (LLu)

Cuando el sistema de piso proporciona soporte lateral al patín superior de las vigas, debe

tenerse en cuenta que en algunos tramos el patín comprimido es el inferior. Este punto

puede ser de especial importancia en diseño sísmico.

La resistencia de diseño de miembros en flexión cuyo patín comprimido está soportado

lateralmente en forma continua, o está provisto de soportes laterales con separación L no

mayor que Lu, es igual a:

a) Para secciones tipo 1 ó 2

MR = FRZ Fy = FRMP FR (1.5 My)

Donde

Z módulo de sección plástico; y

Mp= Z Fy momento plástico resistente nominal de la sección en consideración.

b) Para secciones tipo 3

MR = FRS Fy = FRMy

Donde

S módulo de sección elástico;

My= S Fy momento nominal correspondiente a la iniciación de la fluencia (sin

(49)

3.4 DISEÑO DE MIEMBROS EN COMPRESIÓN.

En el diseño de miembros comprimidos hechos con secciones tipo 1, 2 ó 3 con dos ejes de

simetría, en cajón, o de cualquier otra forma, para los que pueda demostrarse que no es

crítico el pandeo por torsión o flexo torsión, se considera el estado límite de inestabilidad

por flexión. En columnas de sección transversal con uno o ningún eje de simetría, como

ángulos o tés, o con dos ejes de simetría, pero baja rigidez torsional, como las secciones

en forma de cruz o formadas por placas de pequeño espesor, se tendrán en cuenta,

además, los estados límite de pandeo por torsión y por flexo torsión. En secciones tipo 4 se

consideran los estados límite combinados de flexión, torsión o flexo compresión y pandeo

local.

En columnas compuestas, del tipo de las formadas por cuatro ángulos ligados entre sí por

celosías, se consideran los estados límite del miembro completo y de cada uno de los

elementos comprimidos que lo forman.

Relaciones de esbeltez

En miembros comprimidos formados por dos o más perfiles laminados, en contacto o

separados unos de otros, unidos por medio de elementos intermitentes (miembros

armados), la relación de esbeltez de cada perfil, basada en su radio de giro mínimo y la

distancia entre puntos de unión, no será mayor que la del miembro compuesto completo.

La resistencia en compresión del miembro armado se basará en:

a) La relación de esbeltez del miembro armado completo, con respecto al eje

apropiado, cuando la forma de pandeo no produce deformaciones relativas que ocasionen

fuerzas cortantes en los elementos de conexión entre perfiles individuales (Ejemplo: dos

canales unidas entre sí por los patines, con placas interrumpidas, que se pandean por

Figure

Figura A   Longitud de desarrollo de barras con dobleces
Tabla B   Factores que modifican la longitud básica de desarrollo de barras con  dobleces 1
Tabla 1.4.1.   Esfuerzos F y  y F u  de aceros estructurales
Tabla 5.1   Tamaño efectivo de la garganta de soldaduras de penetración parcial
+3

Referencias

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