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ing. civil
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Docente: Ing. Carlos Fernández
Universidad peruana de integración globalEscuela Profesional de Ingeniería Civil
INGENIERIA ESTRUCTURAL
INTRODUCCIÓN
ESTRUCTURALMENTE, El concreto es un material débil en tracción, por lo tanto se le usa junto con
acero de refuerzo capaz de resistir los esfuerzos de tracción.
Por ejemplo, en una viga sometida a flexión, el concreto se encarga de resistir las compresiones y
las barras de acero longitudinal se encargan de resistir las tracciones originadas por la flexión.
Adicionalmente se suele colocar refuerzo transversal (estribos), que ayudan a resistir los esfuerzos de tracción diagonal en el concreto
causados por las fuerzas cortantes.
Conceptos estructurales según el Reglamento Nacional de
Edificaciones (RNC) Norma E.060
¿Qué es la Estructura?
La estructura es un conjunto de piezas o
elementos, como vigas, columnas, techos, etc.,
fuertemente interconectados.
La función de laestructura es sostener el peso de la edificación y
de lo que hay en su interior.
Ausencia de diseño estructural (escasa cantidad de muros)
Otro ejemplo de ausencia de diseño estructural (ver
segundo piso)Ejemplo de procedimiento
constructivo inadecuado (concreto mal preparado, concreto de baja
resistencia)
Materiales inadecuados (ladrillo pandereta)Edificio con poca resistencia
en los primeros pisos
Concepto de CARGA
La carga es una fuerza u otras acciones que resulten del peso de los materiales de construcción, ocupantes y sus pertenencias, efectos del medio
ambiente, movimientos diferenciales y cambios dimensionales restringidos.
Carga de Sismo
Fuerza evaluada según la Norma de Diseño Sismo-
Resistente del ReglamentoNacional de
Construcciones (RNC) para estimar la acción
sísmica sobre una estructura.
Carga de Viento
Fuerza exterior evaluada según la Norma E.020
Tipos de cargas
Carga Muerta o Carga Permanente o Peso Muerto
Es el peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos y otros elementos soportados por la
edificación, incluyendo su peso propio, que se supone sean
permanentes.
Carga Viva
Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos,
muebles y otros elementos móviles soportados por la
edificación.
Carga Última
Carga multiplicada por factores de carga
apropiados, utilizada en el diseño por resistencia a carga última o rotura.
Tipos de cargas
Carga de Servicio
Carga prevista en el análisis durante la
vida de la estructura.
Muro portante
Soporta el peso de la estructura y lo
transmiten hacia los cimientos.
También resiste la fuerza de los sismos.
Se les reconoce porque las viguetas
de los techos se apoyan
transversalmente a ellos.
Se usa ladrillo king kong.
Los muros portantes deberán tener una longitud mayor o igual a
1,20 m. para ser considerados como contribuyentes en la
resistencia a las fuerzas sísmicas.
Elementos estructurales
Son muros que no soportan el peso de la
estructura ni la presión de los sismos.
Se usan sólo para separar los ambientes. No hay ningún peligro, si se elimina uno de estos
muros.
Para este muro se usa el ladrillo pandereta.
En las edificaciones aporticadas, debe estar aislado de las
columnas y vigas, para que exista una
separación suficiente entre ellos, y así evitar
problemas en la estructura.
Esta separación o espacio, o junta,
puede llenarse con un material compresible, como el tecnopor.
Tabique o Muro no portante
Materiales de Construcción
CEMENTO. Material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una pasta
aglomerante capaz de endurecer, tanto bajo el agua como en el aire.
Cemento PortlandProducto obtenido por la pulverización del clinker
portland.El cemento se vende en bolsas de 42,5 kg, cuyo
volumen es un pie cúbico.
En el mercado se ofrecen diversas marcas.El cemento presenta 5 tipos: I, II, III, IV y V.
El cemento Tipo I es el de uso común en construcciones de concreto y trabajos de albañilería.
CEMENTO
El tiempo máximo de almacenamiento recomendable en la obra es de un mes. Al almacenarlo se debe poner sobre una tarima de madera.
CEMENTO
AGREGADOSMaterial granular, de origen natural o artificial, como arena, grava, piedra triturada y escoria de hierro de alto horno, empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero hidráulico.
PIEDRA DE ZANJA
Se utiliza en la mezcla del concreto que se usa para los cimientos. Puede ser piedra de río redondeada o piedra partida o angulosa de cantera y puede medir hasta 25 cm de lado o de diámetro.
Se vende por metros cúbicos.Deben estar limpias de polvo, de barro, de raíces, de excrementos de animales, etc.
PIEDRA DE CAJÓN
Se utiliza en la mezcla del concreto que se usa para los sobrecimientos.
Puede ser piedra de río redondeada o piedra partida o
angulosa de cantera y debe medir hasta 10
cm de lado o de diámetro.
ARENA GRUESA
Sus partículas de 5 mm como máximo. Se usa para preparar
la mezcla para asentar los ladrillos y en la preparación
del concreto.
Debe estar limpia, sin impurezas, es decir, sin restos
de plantas, cáscaras, etc.
No debe tener olor desagradable.
No debe contener salitre, arcilla ni sal.
Cuando se utilice en la mezcla para asentar ladrillos, debe estar seca antes de su uso.
ARENA FINASus partículas tienen un tamaño máximo de 1 mm. Se usa en la
mezcla para el tarrajeo de muros, cielos rasos y para
mortero de asentado de ladrillo caravista.
Debe estar seca antes de preparar la mezcla.
No debe contener tierra, es decir, no debe ensuciar las
manos. No debe contener mica (no debe brillar al sol). No debe
tener sal, debe estar libre de materia orgánica
Por ningún motivo debe utilizarse arena de mar, porque contiene abundante cantidad de
sal.
LA PIEDRA CHANCADA
Se obtiene triturando piedras. Su tamaño varía de 1", 3/4" y 1/2" (depende de la estructura
donde se le empleará)
Esta piedra debe ser de alta resistencia y angulosa. No debe
tener escamas y su textura debe ser rugosa.
No debe tener arcilla, barro, polvo, ni otras materias
extrañas.
Antes del mezclado, es recomendable humedecerla
para limpiarla del polvo y para evitar que absorba agua en
exceso.
HORMIGÓN
Es una mezcla que contiene arena gruesa y piedra en igualdad de
proporciones.
Las piedras no deben tener más de 1" de diámetro
Sólo debe usarse para preparar concretos de baja
resistencia: los cimientos,
sobrecimientos y falso piso.
No usar en elementos de concreto armado como
columnas, vigas, zapatas, techos, muros de contención, etc.
AGUA
Características básicas
Debes usar agua potable.
No deberá contener residuos de aceites, ácidos, ni materia orgánica, arcilla, lodo o algas.
• No usar el agua usada previamente en otras tareas.
¿Qué problemas podría causar al concreto el agua que no cumple los requisitos mencionados?
• Disminuye la resistencia a la compresion del concreto (f’c).
• Causa corrosión en el refuerzo.• Altera el tiempo que el concreto necesita
para fraguar.• Cambio de volumen en el concreto.
No deben presentar rajaduras y no deben estar crudos
(coloración muy clara) o muy cocidos (coloración marrón
negruzca)
Los ladrillos no deben presentar manchas blancas porque esto
puede indicar contenido de salitre, que posteriormente deteriorará el tarrajeo y la
pintura.
LADRILLOS
Es el componente básico para la construcción de murosMuros portantes: solo se debe usar ladrillos King Kong.
Muro no portante o tabiquería: solo usar ladrillos pandereta).
La mayoría de ladrillos son los de arcilla cocida. No deben ser muy porosos, porque succionan mucha agua, lo cual afecta
negativamente la necesaria adherencia con el mortero.
Tipos de ladrillos
Acero de refuerzo o "fierro corrugado"
Es una aleación de hiero con 0,8% de carbono (aproximadamente).
Se usa en la construcción, como
refuerzo de concreto en estructuras con diseño sismo resistente para soportar el esfuerzo de
tracción.
Las varillas de acero miden 9 m de longitud y los
diámetros varían: 6 mm; 3/8"; 1/2“; 5/8“; también se fabrican en diámetros de
8 mm, 12 mm, 3/4“; 1" y 1 3/8".
Este acero tiene corrugas alrededor y a lo largo de
toda la barra que sirven para su agarre al concreto.
El fierro corrugado no sólo debe soportar el peso de la edificación, sino
también la fuerza del sismo.
1. LÍMITE DE FLUENCIA
Es el máximo valor del esfuerzo que desarrolla el fierro sin que se
deforme permanentemente.
Cuando se deja de estirar, el fierro regresa a su estado inicial, como si
fuera un elástico.
Para las barras grado 60, este valor es fy = 4200 kg/cm2.
Propiedades importantes del acero corrugado
2. DUCTILIDADEs la capacidad de estiramiento o
deformación que tiene el fierro bajo la acción de una fuerza.
Beneficios de la ductilidadPermite doblar el fierro sin que
sufra daños. Si no tuviera esa capacidad, podría
romperse bruscamente, como sucede con el vidrio.
Además, nos permite construir estructuras dúctiles frente a los
terremotos.Así, la edificación se moverá con el sismo, sufrirá rajaduras, pero no se
caerá.
Fuerza de tracción: Fuerza aplicada a un extremo de la barra tratando de estirarla. Produce un alargamiento.
Refuerzo liso
Las barras y alambres lisos sólo se permiten en los siguientes casos:
Espirales: como refuerzo transversal para elementos en compresión o en torsión y como refuerzo de confinamiento en empalmes.
Acero de preesfuerzo. Los alambres lisos.
Refuerzo por cambios volumétricos en losas nervadas. El diámetro de este refuerzo no deberá ser mayor de 1/4”.
Mortero es una mezcla de cemento, arena y agua. Se puede usar para asentar los ladrillos, para lo cual se usará arena gruesa; o para tarrajear las paredes y cielos rasos, en cuyo caso se usará arena fina.
EL MORTERO
Mortero para asentar ladrillos
En la práctica, la proporción se logra con 1 bolsa de cemento, 1 y 1/2 buggies de arena gruesa y la cantidad de
agua necesaria para lograr una mezcla que
permita un buen trabajo.
Mortero para tarrajeo
Esta proporción se logra usando 1 bolsa de cemento, 1 y 1/2
buggies de arena fina y la cantidad de agua necesaria para lograr
una mezcla que permita un buen trabajo.
El concreto es la mezcla de cemento Portland, agregado
fino, agregado grueso y agua, con o sin
aditivos.
La resistencia del concreto a utilizar
dependerá de donde se va a emplear:
cimientos, muros de contención, pisos,
columnas o techos.
Resistencia a la compresión
Máxima resistencia que puede tener un elemento de concreto después de 28 días de vaciado.
Se designa con el símbolo f´c.
El concreto para una casa debe ser 175 Kg/cm2 por lo menos.
El símbolo f´c también indica la calidad del concreto.
Concreto
Se usa en la construcción para soportar el esfuerzo de
compresión.
Nota importante
El hormigón sólo podrá usarse en la
elaboración de concreto con f’c
menores o iguales a 100 kg/cm2, valor que
debe ser alcanzado cuando tenga una edad de 28 días contados a
partir de la fecha de elaboración.
Curado del concreto
Después del vaciado, es necesario garantizar que el
cemento reaccione químicamente y desarrolle
su resistencia.
Esto sucede principalmente durante los 7 primeros días,
por lo cual es muy importante mantenerlo
húmedo en ese tiempo. A este proceso se le conoce
como curado.
Concreto
En el contrapiso
La proporción se logra usando 1 bolsa de
cemento con 1 y 1/2 buggies de arena
gruesa y la cantidad de agua necesaria que permita una mezcla pastosa y trabajable.
Concreto Simple
Concreto estructural sin armadura de refuerzo o con menos refuerzo que el mínimo especificado para
concreto reforzado.
Se usa en falso piso y en contrapiso
En falso piso
La mezcla se logra usando 1 bolsa de
cemento, 4 buggies de
hormigón y la cantidad de agua
necesaria para obtener una mezcla
que permita un buen trabajo.
En cimientos, la proporción se logra usando 1 bolsa de cemento con 3 y 1/3 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen trabajo.
Adicionalmente, se debe incorporar piedra de zanja, hasta el equivalente a una tercera parte del volumen que se va a vaciar.
En sobrecimientos, la proporción se logra usando 1 bolsa de cemento con 2 y 1/2 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen trabajo. Adicionalmente, se debe incorporar piedra de cajón, hasta un equivalente a la cuarta parte del volumen que se va a vaciar.
Es el concreto simple en cuya masa se incorporan piedras grandes.Se usa en zanjas de cimentación y en sobrecimientos
Concreto ciclópeo
Es un concreto estructural que se diferencia del resto de concretos, por que lleva armaduras de acero.
Concreto y acero trabajan juntos.Se usa principalmente en columnas, vigas y techos.
Concreto armado o reforzado
Esto se logra usando 1 bolsa de cemento, 1 buggy de arena gruesa, 1 buggy de piedra
chancada y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen
trabajo.
La resistencia al cabo de un mes, debe ser 175 kg/cm2.
La proporción recomendable para
lograr una resistencia adecuada en una casa de dos o
tres pisos, es: 1 volumen de
cemento, por 3 volúmenes de arena
gruesa y 3 volúmenes de piedra
chancada.
La viga solera es de concreto armado vaciado sobre el muro portante
Evitan que el muro oscile libremente en caso de sismos y transfieren las fuerzas sísmicas y las cargas a los muros.
Estas vigas unen los muros formando un armazón horizontal cerrado.
Vigas de confinamiento o viga solera o viga de amarre
Viga solera
Viga peraltadaLas vigas peraltadas
son elementos estructurales hechas de
concreto armado, las cuales por tener una
altura o peralte mayor al espesor de la losa
(techo).
El peralte se utiliza en tramos largos o grandes luces para contrarrestar la deflexión debida a la
carga.
Su función principal es resistir las cargas y el sismo, transmitiéndolas a las columnas y placas, incluso a
otras vigas.
Muchas veces las vigas peraltadas no tienen un muro debajo y soportan su propio peso,
La viga es un elemento estructural que trabaja fundamentalmente a flexión.
Detalle de una viga peraltada típica para una
casa.
Viga peraltada
Las columnas son elementos verticales
que están sometidos a esfuerzos de
flexocompresión. Transmiten las cargas de los pisos superiores
hacia los cimientos.
Columnas
El eje vertical de cada columna del primer piso debe coincidir con el eje de las columnas de los pisos superiores.
La columna no debe tener en su interior ninguna tubería, sea de agua, desagüe o eléctrica, pues se debilitaría, perdiendo resistencia.
El refuerzo vertical debe
ingresar totalmente a la cimentación,
respetando un recubrimiento
mínimo de 7,5 cm.
Si la columna va a continuar en los pisos superiores, se debe dejar las mechas con la
longitud deempalme apropiado.
Columnas
Es un elemento estructural de
espesor reducido respecto a su otras
dimensiones.
Se usa como techo o piso.
Puede ser armada en una o dos
direcciones
Se usa también como diafragma
rígido para mantener la unidad de la
estructura frente a cargas horizontales
de sismo.
Losa
ESTRUCTURA APORTICADASolo trabajan vigas y columnas
Según la norma E.060 de Concreto Armado, debe verificarse que se cumpla con los valores mínimos y máximos de área de refuerzo o acero.
Formulas a usar:
As min. = 0,0018bd
b = base de la sección transversal rectangular, en cm.d = peralte efectivo, es decir la altura total menos el recubrimiento, en cm.Recubrimiento en losas = 4 cm
Ejemplo de diseño de una LOSA por FLEXIÓN
b
● ●
d h
Ejemplo.Determinar el valor del área del refuerzo mínimo para la losa mostrada. Dar la respuesta en cm2.
1,00 m
0,20 m● ● ●
Resolución
b = 100 cmh = 20 cmd = 20 – 4 = 16 cm
El área de acero mínimo será:
As min. = 0,0018bd
As min. = 0,0018(100)(16)
As min. = 2,88 cm2
Gracias