CONCRETO ARMADO CONCEPTOS GENERALES Mg. Ing. Roberto Mosqueira Ramírez Mg. Ing. Miguel Mosqueira Moreno
1.1. INTRODUCCIÓN 1.1.1. CONSUMO DEL CEMENTO EN LATINOAMERICA LATINOAMERICA Y EN EL MUNDO
1.1. INTRODUCCIÓN 1.1.1. CONSUMO DEL CEMENTO EN LATINOAMERICA LATINOAMERICA Y EN EL MUNDO
Según Mehta el consumo anual del cemento bordea los 1500 MTn
1.1.2.. VENT 1.1.2 VENTAJAS AJAS
Y
-Fácil de conseguir y transportar -No necesita mano calificada. -Es económico comparado con otros materiales -Su uso no esta limitado en forma (represas, puentes, etc) -Tiene -Tiene buena durabilidad y bajo costo en mantenimiento. -Resiste al fuego entre 1 a 3 h. h. -Es manejable a cualquier forma. -Posee monolitismo e hiperestaticidad (redundancia) -Posee masa y rigidez, ello lo hace menos sensible a vibraciones
DESVENT DESVEN TAJAS -Baja resistencia a la tracción -Es permeable (fisuras y vacíos) -Se necesita encofrados y representa un costo importante -El proceso constructivo puede ser lento, el retraso implica costo -Tiene problemas de contracción de secado si esta restringido. -Problemas de flujo plástico a largo tiempo con cambios en los esfuerzos y deflexiones. -Baja resistencia por unidad de volumen, es poco eficiente
Manera de medir la eficiencia de un material (Resistencia / Peso específico)
1.1.3. ALGUNOS EJEMPLOS DE CONCRETO SIMPLE Y CONCRETO ARMADO Pantheon (Roma), construido por Agrippa alrededor del año 30 AC Cúpula de 43 m de diámetro, su espesor varia de 6 m en los apoyos a 1.2 m en el lucernario
Joseph Monier es el creador del concreto armado (Aprox. 1850)
En 1903, se construye el Ingalls Building (Cincinnati-Ohio), el primer edificio íntegramente de concreto armado
1.1.4. CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA En laboratorio se han ensayado probetas con resistencia de 2100 kg/cm2 Se han construido edificios con concretos de 1300 kg/cm2 En el Perú se han utilizado concretos de hasta 450 kg/cm2 Lo más común en el Perú son concretos de 175, 210 y 280 kg/cm2
1.1.5. CODIGOS Y NORMAS DE CONCRETO ARMADO CÓDIGO DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE - ACI -Comenzó sus actividades en 1904, con otro nombre (National Association of Cement Users) y publica el primer código en 1910) -El primer código con el título ACI-318, se publicó en 1941. -El ACI-318, sirve de base para otros códigos, tales como el de: Canadá, Nueva Zelanda, Australia y varios países de Latino América, entre ellos, Perú, Chile, Colombia, Ecuador. -El ACI renueva cada 6 años, el último es del 2002 CÓDIGO O NORMA PERUANA E.060 -La norma E.060 está basada en el código ACI-318 del año 1986 -La norma E.060 2009 y esta basada en el ACI-318 del 2002 CÓDIGO EUROPEO -La Comunidad Europea de Naciones ha integrado todos los códigos a uno común el CEB-FIP 1990. -Basado en este código nace el EUROCÓDIGO 2 (Parte 1)
1.2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Losas Nervadas en una dirección
Encofrado de una losa nervada
Losas con vigas anchas (banded slab)
Losa nervada en dos sentidos o losa tipo “waffle”, frecuente mente se utiliza para salvar grandes luces.
Losas sin vigas
Losa plana sin vigas del tipo Flat Slab
Losa plana sin vigas del tipo Flat Plate
Sistemas estructurales típicos de edificaciones construidas en el Perú
Albañilería confinada
Sistema Aporticado
Concreto Armado con Tabiquería
Sistema Dual
1.3. PROPIEDADES DEL CONCRETO ARMADO 1.3.1. CONCRETO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Los ensayos pueden estar controlados por carga o por deformación. Si es por carga la velocidad es de 2.1 @ 2.8 kg/cm2 por segundo, aproximadamente. Si es por deformación la velocidad es de 0.001 por minuto, aproximadamente.
1.3.2. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA f´c
Resistencia del cemento hidratado (matriz) y la resistencia de la interfase matriz - agregado
1.3.12. RESISTENCIA DEL CONCRETO AL FUEGO
Aparato que sirve para detectar acero y otros materiales
Los acero A60 pueden o no tener plataforma de fluencia. Para calcular su fluencia se considera para un A615 grado 60 como 0.5% de la deformación y para un A615 grado 75 como un 0.35% de su deformación
Las mallas electro soldadas tienen una elongación del 1% @ 3%. No tienen eslabón de fluencia y son menos dúctiles
RESISTENCIA DEL ACERO AL FUEGO
Influencia de las altas temperaturas (Incendio) en el acero
A 450 ºC se puede decir que existe una reducción de resistencia
1.5. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
1.5.1. Ductilidad Se tiene diferentes tipos de ductilidades, tales como: -Ductilidad de sección. -Ductilidad de elemento. -Ductilidad de nudos y conexiones. -Ductilidad global o del sistema.
Para tener una estructura estable, es preferible que las columnas sean más resistentes que las vigas, para que las rótulas plásticas se formen en las vigas
1.5.1.1. Ductilidad de sección
1.5.1.2. Ductilidad de elemento
Falla de corte en pilar de puente, Kobe 1995.
Falla de flexión en base de las columnas.
Columna sin confinamiento
Confinamiento en columnas
1.5.1.3. Ductilidad de nudos y conexiones
Falla en los nudos
Esfuerzos en nudos ante solicitaciones sísmicas
Barras longitudinales de la viga con están confinadas en el nudo (México-1985)
Falla en nudo. Northridge (1994)
1.5.1.4. Ductilidad global o del sistema
Intento de determinar la ductilidad global
MECANISMOS
Mecanismo híbrido muy dúctil: rótulas en vigas y columnas
1.6. CAUSAS Y TIPOS USUALES DE FALLAS EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO 1.6.1. Influencia de la forma en planta
Central de Telecomunicaciones (Mexico 1985)
Edificio Hanga-Roa (Chile 1985). Planta del Primer nivel. Note la configuración en planta irregular
Edificio Hanga Roa de 15 pisos y un sotano.
Tuvo problemas de agrietamientos en losa, dinteles dañados, daños severos en muros curvos
Edificio Acapulto Chile en Viña del Mar. 15 niveles, con muros de corte longitudinales y oblicuos dispuestos como “esqueleto de pescado”
Daños severos en muro de corte M´ en el Edificio Acapulco
Torsión debido a excentricidades de rigidez
Gran rigidez concentrada lejos del centro de masas
Managua (Nicaragua). Banco de América (Izq.). Banco Central (Der.)
Banco America Banco Central
SOLUCIONES
Separación de Bloques
Cambiar la forma en planta
Utilizar zonas de transición
1.6.2. Forma en Altura
Forma escalonada del edificio (Mexico-1985)
Discontinuidad vertical (Kobe-1995)
Escalonamiento invertido
SOLUCIONES
1.6.3. Discontinuidad de resistencia y rigidez
Managua (1972). Edificio de concreto armado de 2 pisos. Piso blando en el primer nivel debido a tabiquería en el segundo segundo nivel
San Fernando (California). Hospital Olive View View.. Edificio de 1 nivel (Izq.), edificio de 5 niveles (Der.)
Hospital Olive View. Se muestra el desplazamiento de entrepiso de 81 cm, en columnas de esquina. La edificación quedó inservible y se demolió
Imperial Valley (1979). Imperial County Services Building, Edificio de 6 pisos de Concreto Armado.
Muros de corte en la dirección N-S, pero apartir del segundo nivel, es decir que tiene discontinuidad vertical en los extremos.
Severos daños en las columnas
Acción de fuerzas sísmicas, sobre columna de esquina.
Loma Prieta (1989). San Francisco. Falla por piso blando en el primer nivel.
Mexico (1985). Falla por piso blando en un nivel intermedio
SOLUCIONES
Eliminar el piso blando, tratando de tener continuidad vertical
Hacer los muros continuos en un mismo plano
Eliminar pisos blandos intermedios
Alinear muros en un mismo plano vertical
Incremento de resistencia y rigidez en el nivel requerido
1.6.4. Columnas cortas Tracción diagonal en una columna corta
Managua (Nicaragua). Falla de columna corta en edificio de concreto armado de de 2 pisos.
Chile (1985). Edificio Fundación. Falla en columna de esquina debido a efectos de columna corta.
Pese a tener una separación entre tabique y columna se produjo el efecto de columna corta
Nazca (1996). Locales escolares tuvieron problemas de columna corta.
Columna corta debido a un buen confinamiento de muros laterales. Note que la grieta de la columna continua con grita en el muro
Junta de espesor insufiente
Juntas realizadas con bolsas de cemento
Falla por columna corta en el segundo y tercer nivel, producida la falla la columna pierde rigidez y los desplazamientos laterales crecen considerablemente, finalmente, por efectos de carga axial (P-d), el refuerzo termina pandeándose y la columna corta aplastándose
Falla de columna corta en un estacionamiento de dos niveles.
SOLUCIONES
Ubicación de puertas a cada lado de la columna
Reducción de la tabiquería
Juntas de tecnopor bien construidas
Tabiquería a ambos lados de la columna y en toda su altura.
Insertar muros de corte en la edificación, para disminuir desplazamientos laterales, otro sistema de reforzamiento puede ser el del pórtico complementario.
1.6.5. Influencia de la rigidez
Acelerograma de un suelo rígido (Z=0.4g). Perú (Lima 1970)
Fuerzas sísmicas, para estructuras en suelo rígido
Acelerograma de un suelo blando. México 1985
Fuerzas sísmicas, para estructuras en suelo blando
Efecto de amplificación (Convolución)
Edificios rígidos de albañilería armada en Santiago de Chile (1985)
Fallas moderadas en edificios rígidos cimentados en suelo duro.
Colapso debido al efecto de amplificación en edificaciones de altura considerable. México (1985).
DESPLAZAMIENTO = DAÑO
Espectro de desplazamiento siempre creciente (Para suelo blando o duro)
1.6.6. Golpeteo y martilleo de Edificios 1.6.6.1. Martilleo de edificios Ocurre cuando una estructura flexible choca o impacta con una rígida.
Colapso de los pisos cobre el 4to nivel por martilleo (México-1985)
Edificio Flexible entre dos edificios rígidos
1.6.6.2. Golpeteo de edificios
Golpeteo de estructuras aporticadas de CºAº
Dos edificios altos golpearon a la estructura más baja
