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DISEÑO ESTRUCTURAL III
    CLAVE DE LA ASIGNATURA: S401304
    PROGRAMA DE ESTUDIO


    UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEXICO
    LICENCIATURA EN ARQUITECTURA


    SEPTIEMBRE 2008.

    TERCER SEMESTRE
DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   1
ESTRUCTURAL III
OBJETIVOS GENERALES:
• Calculará propondrá y dimensionará los elementos estructurales
  Calculará,
  que integran los sistemas constructivos en mampostería y madera.
• Aprenderá la aplicación de reglamentos para cálculo de elementos
  estructurales.
            l
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
• Elaboración de dibujos de ejercicios prácticos. Elaboración de
                                       prácticos
  maquetas.
• Exposición en pizarrón y proyecciones.
MODALIDAD DE EVALUACION DE LA ASIGNATURA
• -    Exámenes exploratorios (3)       30%
• -    A.C (trabajos, tareas, modelos) 60%
• -    Participación                    10%
•      TOTAL                            100%

DISEÑO                 Arq. J. Victor Meneses Campos                 2
ESTRUCTURAL III
BIBLIOGRAFÍA:
  • PARKER, Harry; “Diseño simplificado de estructuras de
    madera”; Edit. LIMUSA; México, 1999.
             Edit          México 1999
  • LUTHE, García Rodolfo; “Análisis estructural”, Edit.
    Alfaomega; México 2000
                México, 2000.
  • AMBROSE. James, “Estructuras”, Edit. LIMUSA;
    México, 2001.
  • IMCA; “Manual de construcción en acero-dep 1”; Trillas;
    México, 2002.
  • SCHMITT; “Tratado de construcción”; Edit. Gustavo Pili;
    Barcelona; 2002.

DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos             3
ESTRUCTURAL III
TEMARIO

•     MUROS
    –    Muros de carga
    –    Muros confinados
               confinados.
    –    Muros diafragma.
    –    Muros reforzados
               reforzados.
    –    Muros no reforzados.
    –    Muros d contención.
         M     de     t ió
    –    Mamposterías.

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos   4
ESTRUCTURAL III
2.    ELEMENTOS ESTRUCTURALES
      COMPLEMENTARIOS

     – Vigas.
•     2.1.1. Secciones simples
•     2.2       Columnas.
•     2.2.1. Secciones simples y compuestas.
•     2.3       Armaduras; isostáticas
•     2.4       Diseño de elementos de unión y sujeción:
      placas, grapas, pernos, madera contrachapada, etc.


DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos        5
ESTRUCTURAL III
3.       DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS
         ESTRUCTURALES
     –    Dimensionamiento de vigas y de marcos.
         • Comprobaciones.
         • ViVigas aperaltadas
                          lt d
     – Columnas
•     3.2.1. Carga axial.
                g
•     3.2.2. Carga excéntrica.
•     3.2.3. Dimensionamiento de armaduras (análisis por viento).
•     3.3
      33         Elementos de unión: placas, remaches tornillos y
                                     placas remaches,
      soldadura.
•     3.4        Acero laminado.
•     3.5
      35         Dimensionamiento de columnas
                                      columnas.
•     3.6        Dimensionamiento de elementos de unión.
•     3.7        Dimensionamiento de armaduras.

DISEÑO                   Arq. J. Victor Meneses Campos              6
ESTRUCTURAL III
1. MUROS
 Definición del muro
                muro.
 • Un muro es una construcción que presenta una
      superficie vertical y sirve para cerrar un espacio.
 • Los hay construidos de diversos materiales como
      mamposterías, madera, metal, etc.
 TIPOS DE MUROS
    – Muros de carga.
 • Los muros de carga son aquellos que son el soporte de
      alguna estructura o losa; deben ser construidos con
      materiales resistentes como mamposterías acero y
                                         mamposterías,
      madera. Deben ser diseñados estructuralmente.

DISEÑO             Arq. J. Victor Meneses Campos       7
ESTRUCTURAL III
Muros de carga




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   8
ESTRUCTURAL III
1.2 Muros confinados.

•     Los muros confinados son aquellos que están
      delimitados por elementos estructurales para conferirles
      mayor estabilidad y resistencia.
•     Los muros d mampostería d b
      L             de              í deben confinarse con
                                                 fi
      cadenas y castillos.
•     Los         de
      L muros d acero d b confinarse con perfiles d
                             deben     fi            fil de
      acero.
•     Los muros de madera deben confinarse con barrotes y
      polines.

DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos          9
ESTRUCTURAL III
Muros confinados




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   10
ESTRUCTURAL III
1.3 Muros diafragma.
    –        Estos
             E t son llos que se encuentran rodeados por llas vigas y
                                            t     d d               i
             columnas de un marco estructural al que proporcionan rigidez
             ante cargas laterales. Pueden ser de mampostería confinada,
                     g                                p                 ,
             reforzada interiormente, mampostería no reforzada o de
             piedras naturales. El espesor de la mampostería de los muros
             no será menor de 100 mmmm.

          Solución 1                  Solución 2


                                                                   ¼H     VR,columna

   elementos
   para evitar                                                H
     el volteo                                                                    Carga
                 t ≥ 100 mm
                                                                                          VR,columna
                                                                                                       ¼H


          CORTE               castillos o refuerzo interior
                                                                          VR,columna ≥½Carga



DISEÑO                                    Arq. J. Victor Meneses Campos                                 11
ESTRUCTURAL III
1.4 Muros reforzados interiormente.
•    Estos           tá    f
     E t muros están reforzados con b
                                 d          barras o alambres corrugados
                                                        l b             d
     de acero, horizontal y verticalmente, colocados en las celdas de
     las piezas, en ductos o en las juntas. El acero de refuerzo, tanto
         p      ,                      j                             ,
     horizontal como vertical, se distribuirá a lo alto y largo del muro.




           s ≤ 300 mm
                                                          PLANTA



                                                     Ast

                                                         Ast


DISEÑO                   Arq. J. Victor Meneses Campos                 12
ESTRUCTURAL III
Muros reforzados (interiormente).
                                       p
     y h o r iz o n t a l e n p r e tile s
     m a y o re s a 5 0 0 m m                   R e fu e rz o e n           ¼ s e p . re fu e rz o
                                                 a b e rtu ra s s i >         e n d o b le c e ld a
                (6 .1 .8 )
                                                   d im e n s ió n          600 m m
                                                                                (6 .1 .6 )
        a b e rtu ra q u e n o
      r e q u ie r e r e fu e r z o




                                                      e le m e n to d e
                                                      re fu e rz o
                                                      h o r iz o n ta l
                                                               (6 .1 .6 )




     s e p a r a c ió n d e r e fu e r z o e n d o b le c e ld a




DISEÑO                                       Arq. J. Victor Meneses Campos                            13
ESTRUCTURAL III
1.5 Muros no reforzados.

MAMPOSTERÍA DE PIEDRAS NATURALES

•     Esta       ió       fi
      E t sección se refiere all di ñ y construcción d muros o
                                   diseño         t    ió de
      bardas. También pueden ser cimientos, muros de retención
      (contención) y otros elementos estructurales de mampostería.
•     La mampostería puede ejecutarse en calidades de 1ª 2ª y 3ª
                                                         1ª,   3ª.
•     Las piedras no necesitarán ser labradas, pero se evitará, en lo
      posible, el empleo de piedras de formas redondeadas y de cantos
      rodados Por lo menos el 70 por ciento del volumen del elemento
      rodados.         menos,
      estará constituido por piedras con un peso mínimo 30 kg., cada
      una, y con un espesor de 30 cm.
•     Los morteros a emplearse deben contener cemento
                                                cemento.



DISEÑO                  Arq. J. Victor Meneses Campos              14
ESTRUCTURAL III
Muros no reforzados.
    MAMPOSTERÍA DE PIEDRAS NATURALES




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   15
ESTRUCTURAL III
1.6 Muros de contención.

•     El muro de contención se define como: “Toda estructura
      continua que de forma activa o pasiva produce un efecto
      estabilizador sobre una masa de terreno”.
•     El carácter fundamental de los muros es el de servir de
      elemento de contención de un terreno o una masa, que
      en unas ocasiones es un terreno natural y en otras un
      relleno artificial
              artificial.
•     En la situación anterior, el cuerpo del muro trabaja
      esencialmente a flexión y a la compresión vertical debida
      a su propio peso es generalmente despreciable.


DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos          16
ESTRUCTURAL III
•     Sin embargo, en ocasiones el muro desempeña una
      segunda misión que es lla d t
             d i ió             de transmitir cargas verticales
                                         iti            ti l
      al terreno, desempeñando una función de cimiento.

•     La carga vertical puede venir de una cubierta situada
      sensiblemente a nivel del terreno o puede ser producida
      también por uno o varios forjados apoyados sobre el
      muro y por pilares que se apoyan en su coronación
                                                    coronación,
      transmitiéndole las cargas de las plantas superiores.

•     Estos muros deben llevar drenaje.

DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos          17
ESTRUCTURAL III
Muros de contención.




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   18
ESTRUCTURAL III
1.7 Mamposterías.

•   El uso de las mamposterías en la arquitectura y
    construcción es muy variado.
                       y
• Como podremos ver, su uso esta básicamente en tres
    elementos estructurales:
Cimientos,
Cimientos muros y cubiertas
                   cubiertas.

En cimientos:
• Mamposterías de piedra braza.
• Mamposterías de piedra negra.
• Cimientos de concreto ciclópeo. (concreto simple).
• Cimientos de concreto armado.

DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos      19
ESTRUCTURAL III
En muros:

•     Muros de ladrillo rojo común. (tabique).
•     M
      Muros de ladrillo extruido.
            d l d ill      t id
•     Muros de concreto ligero (blocks macizos y huecos).
•     Muros de adobe .
•     Muros de sillar.
•     Muros de piedra braza y negra
                                negra.
•     Muros de concreto armado.
•     Muros de cualquier tipo piedra (según la región)
                                               región).



DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos         20
ESTRUCTURAL III
En cubiertas:

•     Cúpulas y bóvedas de ladrillo.
•     Losas macizas de concreto armado.
•     Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla.
•     Losas prefabricadas variadas.
•     Losa artesonada.




DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos   21
ESTRUCTURAL III
•   Como notamos, el mayor uso de las mamposterías es en los
    muros; que son elementos sustentantes en una estructura.
•   Y su uso es menor en las cubiertas; ya que estas trabajan
    primordialmente a flexión; y por lo tanto necesitan estar
    reforzadas con acero
                    acero.
•   El trabajo estructural de la mampostería es a compresión.
Ejemplos:
Cimientos de mampostería.




DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos         22
ESTRUCTURAL III
Muros de tabique rojo común.                 Ladrillos extruidos.




Blocks de concreto ligero.




DISEÑO                   Arq. J. Victor Meneses Campos              23
ESTRUCTURAL III
Sillares.




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   24
ESTRUCTURAL III
Cúpulas y bóvedas de ladrillo.




DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos   25
ESTRUCTURAL III
Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla.




DISEÑO                 Arq. J. Victor Meneses Campos      26
ESTRUCTURAL III
2.    ELEMENTOS ESTRUCTURALES
      COMPLEMENTARIOS




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   27
ESTRUCTURAL III
2.1 Vigas.
 •     Viga.- Es un elemento estructural de forma alargada y
       generalmente horizontal o inclinada que sirve para
       formar y cargar losas en los edificios y sostener
       cargas.
 •     S t b j estructurall es a fl ió
       Su trabajo t t             flexión.
 •     Existen vigas de concreto reforzado, acero y madera.
 •     A la viga de concreto se le conoce comúnmente con el
       nombre de trabe.




DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos         28
ESTRUCTURAL III
Ejemplos:
                  Trabes de concreto




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   29
ESTRUCTURAL III
Vigas de acero                     Vigas de madera




DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos            30
ESTRUCTURAL III
2.1.1. Secciones simples de vigas

Vigas simples o isostáticas.

•     Son las vigas en las cuales el número de reacciones en
      los apoyos pueden ser determinadas por ecuaciones de
      equilibrio:
•      ∑Fy, ∑Fx, ∑M.

Como ejemplos tenemos:
• Vigas simplemente apoyadas.
• Vigas en voladizo o ménsula.
• Vigas apoyadas con voladizo.

DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos        31
ESTRUCTURAL III
DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   32
ESTRUCTURAL III
2.2 Columnas.
 •     Una columna es un elemento estructural vertical y de
       forma alargada que sirve en general para sostener el
                 g     q               g      p
       peso de la estructura, aunque también puede tener
       fines decorativos.
 •     De ordinario su sección es circular; cuando es
       cuadrangular suele denominarse pilar. Y cuando esta
       adosada a un muro se llama pilastra.
 •     La     l          tá
       L columna está comúnmente f
                                 ú       t formada por t
                                                 d      tres
       elementos: basa, fuste y capitel.
 •     Su trabajo estructural es a flexo compresión.
 •     Existen columnas de mampostería simple, concreto
       armado, acero y madera.

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos         33
ESTRUCTURAL III
Ejemplo de columnas de concreto




                                           Ejemplo de columna de madera

    Ejemplo de columna de acero




DISEÑO                  Arq. J. Victor Meneses Campos                     34
ESTRUCTURAL III
2.3 Armaduras isostáticas

Definición de armadura
Es
E una estructura d b
           t t      de barras unidas por sus extremos d
                                id              t       de
    manera que constituyan una unidad rígida.
Algunos ejemplos son: los puentes de acero los soportes de
                                     acero,
    cubiertas o algunas grúas.




DISEÑO             Arq. J. Victor Meneses Campos        35
ESTRUCTURAL III
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   36
ESTRUCTURAL III
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   37
ESTRUCTURAL III
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   38
ESTRUCTURAL III
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   39
ESTRUCTURAL III
DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO REFORZADO

•    Existen dos teorías para el diseño de estructuras de
     concreto reforzado:
             t f       d
1) “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos
     de trabajo”
         trabajo”.
2) “La teoría plástica” ó “Diseño a la ruptura”.

•     La teoría elástica es ideal para calcular los esfuerzos y
      deformaciones que se presentan en una estructura de
      concreto bajo las cargas de servicio.

DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos          40
ESTRUCTURAL III
Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia
     última de la estructura con el fin de determinar la
                      estructura,
     intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así
     poder asignar coeficientes de seguridad ya que la
                                     seguridad,
     hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y
     deformaciones es completamente errónea en la vecindad
     de la falla de la estructura.




DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos          41
ESTRUCTURAL III
La teoría plástica es un método para calcular y
   diseñar secciones de concreto reforzado fundado
                                   reforzado,
   en las experiencias y teorías correspondientes al
   estado de ruptura de las teorías consideradas
                                    consideradas.




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   42
ESTRUCTURAL III
VENTAJAS DEL DISEÑO PLÁSTICO

1.    En la proximidad del fenómeno de ruptura, los esfuerzos
      no son proporcionales a llas d f
                      i l             deformaciones unitarias, sii
                                                 i       it i
      se aplica la teoría elástica, esto llevaría errores hasta de
      un 50% al calcular los momentos resistentes últimos de
      una sección.
2
2.    En cambio si se aplica la teoría plástica obtenemos
          cambio,                             plástica,
      valores muy aproximados a los reales obtenidos en el
      laboratorio.



DISEÑO                 Arq. J. Victor Meneses Campos            43
ESTRUCTURAL III
3. La carga muerta en una estructura, generalmente es una
     cantidad invariable y bien definida en cambio la carga
                                  definida,
     viva puede variar mas allá del control previsible.
En la teoría plástica se asignan diferentes factores de
                plástica,
     seguridad a ambas cargas tomando en cuenta sus
     características principales.




DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos        44
ESTRUCTURAL III
4. En el cálculo del concreto presforzado se hace
    necesario lla aplicación d l di
            i        li ió del diseño plástico,
                                           lá i
    porque bajo cargas de gran intensidad, los
    esfuerzos no son proporcionales a llas
      f                           i l
    deformaciones.




DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   45
ESTRUCTURAL III
FACTORES DE CARGA
Factor de carga es el número por el cual hay que multiplicar
    el valor de la carga real o de servicio para determinar la
    carga última que puede resistir un miembro en la ruptura
                                                      ruptura.
Generalmente la carga muerta en una estructura, puede
    determinarse con bastante exactitud pero no así la carga
    viva cuyos valores el proyectista solo los puede suponer
    ya que es imprevisible la variación de la misma durante
    y q           p
    la vida de las estructuras; es por ello, que el coeficiente
    de seguridad o factor de carga para la carga viva es
    mayor que el de la carga muerta. Los factores que en el
    reglamento del ACI se denominan U, son los siguientes:

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos           46
ESTRUCTURAL III
•   A) Para combinaciones de carga muerta y carga viva:
U = 1 4D + 1 7L
    1.4D 1.7L
Donde:
D = Valor de la carga muerta
L = Valor de la carga viva

•   B) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y
    carga accidental:
U = 0 75 (1 4D + 1 7L + 1 7W) ó
    0.75 (1.4D 1.7L 1.7W)
U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.87E)
Donde:
W = Valor de la carga de viento
E = Valor de la carga de sismo
                   g
DISEÑO             Arq. J. Victor Meneses Campos      47
ESTRUCTURAL III
•     Cuando la carga viva sea favorable se deberá
      revisar la combinación de carga muerta y
      carga accidental con los siguientes factores de
      carga:

•     U = 0 90D + 1 30W
          0.90D 1.30W
•     U = 0.90D + 1.30E




DISEÑO             Arq. J. Victor Meneses Campos   48
ESTRUCTURAL III
FACTORES DE REDUCCIÓN

Es un número menor que 1, por el cual hay que multiplicar la
     resistencia nominall calculada para obtener lla resistencia
        i t i         i     l l d          bt           i t i
     de diseño.
Al factor de reducción de resistencia se denomina con la letra
     Ø: los factores de reducción son los siguientes:

a) FR=0.9 para flexión.
b) FR 0 8 para cortante y torsión
   FR=0.8                 torsión.
c) FR=0.7 para transmisión de flexión y cortante en losas o
          zapatas.
          zapatas
DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos           49
ESTRUCTURAL III
d) Flexocompresión:

FR=0.8 cuando el núcleo esté confinado con refuerzo
  transversall circular que cumpla con llos requisitos d lla
  t             i l               l                 i it de
  sección 6.2.4, o con estribos que cumplan con los
  requisitos del inciso 7 3 4 b;
                        7.3.4.b;
FR=0.8 cuando el elemento falle en tensión;
FR=0.7
FR=0 7 si el núcleo no está confinado y la falla es en
      compresión; y

e) FR = 0.7 para aplastamiento.

DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos       50
ESTRUCTURAL III
El factor de reducción de resistencia toma en
    cuenta las incertidumbres en los cálculos de
    diseño y la importancia relativa de diversos
    tipos de elementos; proporciona disposiciones
    para la posibilidad de que las pequeñas
    variaciones adversas en la resistencia de los
    materiales, la mano de obra y las dimensiones
    las     cuales,    aunque     pueden       estar
    individualmente d t d l t l
    i di id l     t dentro de las tolerancias y l
                                          i      los
    límites pueden al continuarse, tener como
    resultado una reducción de la resistencia
                                  resistencia.



DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   51
ESTRUCTURAL III
5.4 Paquetes de barras

Las barras longitudinales pueden agruparse formando
  paquetes con un máximo d d b
         t            á i     de dos barras cada uno en
                                                 d
  columnas y de tres en vigas, con la salvedad expresada en
  el inciso 7 2 2 d
            7.2.2.d.

Los paquetes se usarán sólo cuando queden alojados en un
  ángulo de los estribos.




DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos        52
ESTRUCTURAL III
5.7 Refuerzo por cambios volumétricos

Por sencillez, puede suministrarse un refuerzo mínimo con
  cuantía iiguall a 0 002 en elementos estructurales
        tí            0.002         l      t    t t l
  protegidos de la intemperie, y 0.003 en los expuestos a
  ella,
  ella o que estén en contacto con el terreno
                                      terreno.




DISEÑO             Arq. J. Victor Meneses Campos       53
ESTRUCTURAL III
VIGAS RECTANGULARES SIMPLEMENTE ARMADAS
Una viga de concreto es rectangular, cuando su sección
    transversal en compresión tiene esa forma.
Es i l
E simplemente armada, cuando sólo ti
              t       d          d ól tiene refuerzo para
                                                  f
    tomar la componente de tensión del par interno.
En general en una viga la falla puede ocurrir en dos formas:
   general,
1) Una de ellas se presenta cuando el acero de refuerzo
    alcanza su límite elástico aparente o límite de fluencia
    Fy; sin que el concreto llegue aún a su fatiga de ruptura
    0.85 F`c.
         Fc



DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos          54
ESTRUCTURAL III
- La viga se agrietará fuertemente del lado de tensión
    rechazando al eje neutro hacia las fibras más
    comprimidas, lo que disminuye el área de compresión,
    aumentando las fatigas del concreto hasta presentarse
    finalmente la falla de la pieza.

Estas vigas se llaman “Subreforzadas” y su falla ocurre más
    ó menos lentamente y va precedida de fuertes
                                      p
    deflexiones y grietas que la anuncian con anticipación.




DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos        55
ESTRUCTURAL III
2) El segundo tipo de falla se presenta cuando el
   concreto alcanza su lí i 0 85 F` mientras que
              l        límite 0.85 F`c i
   el acero permanece por debajo de su fatiga Fy.

Este tipo de falla es súbita y prácticamente sin
       p                            p
    anuncio previo, la cual la hace muy peligrosa.

Las vigas que fallan por compresión se llaman
   “Sobrereforzadas”.
   “Sobrereforzadas”


DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos   56
ESTRUCTURAL III
•     Puede presentarse un tipo de vida cuya falla ocurra
      simultáneamente para ambos materiales es decir que el
                                     materiales, decir,
      concreto alcance su fatiga límite de compresión 0.85 F’c,
      a la vez que el acero llega también a su límite Fy
                                                      Fy.

A estas vigas se les da el nombre de “Vigas Balanceadas” y
                                      Vigas Balanceadas
    también son peligrosas por la probabilidad de la falla de
    compresión.
         p




DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos          57
ESTRUCTURAL III
Para evitar las vigas sobre reforzadas y las balanceadas, el
    reglamento del ACI 318 04 limita el porcentaje de
                           318-04
    refuerzo al 75% del valor correspondiente a las
    secciones balanceadas
               balanceadas.

Por otra parte también las vigas con porcentajes muy
         parte,
    pequeños, suelen fallar súbitamente.

Por lo que no es conveniente poner una cuantía mínima de
     acero.



DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos         58
ESTRUCTURAL III
REQUISITOS DE SEPARACIONES Y RECUBRIMIENTOS
LIBRES DEL ACERO DE REFUERZO EN VIGAS
Recubrimiento
El refuerzo debe de tener recubrimiento adecuado cuyo fin es
     el de proteger al acero de dos agentes: La corrosión y el
     fuego.
     fuego
La magnitud del recubrimiento debe fijarse por lo tanto, según
     la importancia de estos agentes agresivos
                                     agresivos.
Por lo tanto, debe proveerse de un recubrimiento suficiente
     para tales fines aunque un recubrimiento demasiado
                 fines,
     grande, provocará demasiadas grietas.

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos          59
ESTRUCTURAL III
El agrietamiento se debe a las deformaciones causadas por
     los cambios volumétricos y los esfuerzos ocasionados
     por fuerzas de tensión, por momentos flexionantes, o por
     las fuerzas cortantes
                 cortantes.
El recubrimiento se mide desde la superficie del concreto
     hasta la superficie exterior del acero, a la cual, se aplica
     el recubrimiento. Cuando se prescriba un recubrimiento
     mínimo para una clase de elemento estructural; éste
     debe medirse:
Hasta el borde exterior de los estribos, anillos ó espirales, si
     el refuerzo transversal confina las varillas principales
     hasta la capa más cercana de varillas, si se emplea más
     de una capa sin estribos o anillos
                                 anillos.
DISEÑO                Arq. J. Victor Meneses Campos            60
ESTRUCTURAL III
Límites para el Espaciamiento del Refuerzo en Vigas

En cuanto a la separación de las varillas en vigas, el
    reglamento d l A C I 318 04 recomienda llo siguiente:
        l      t del A.C.I. 318-04       i d      i i t
La distancia libre entre barras paralelas no debe ser menor
    que: El diámetro nominal de las barras: 1 3 veces el
                                                 1.3
    tamaño máximo del agregado grueso ò 2.5 cm.
Cuando el refuerzo paralelo se coloque en dos o màs capas
                                                        capas,
    las varillas de las capas superiores, deben colocarse
    exactamente arriba de las que están en las capas
    inferiores, con una distancia libre entre ambas; no menor
    de 2.5 cm.
DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos          61
ESTRUCTURAL III
Diseño por durabilidad
Las estructuras deberán diseñarse para una vida útil de al
menos 50 años, de acuerdo con los requisitos establecidos
en el Cap. 4. (NTC-2004).
1.4 Análisis          1.4.1 Aspectos generales
Las estructuras de concreto se analizarán, en general, con
   métodos que supongan comportamiento elástico. También
   pueden aplicarse métodos d análisis lí it siempre que
        d      li        ét d de áli i límite i
   se compruebe que la estructura tiene suficiente ductilidad y
   que se eviten fallas prematuras por inestabilidad Las
                                             inestabilidad.
   articulaciones plásticas en vigas y columnas se diseñarán
• de acuerdo con lo prescrito en la sección 6 8 (NTC-2004)
                                              6.8. (NTC 2004).
DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos           62
ESTRUCTURAL III
1.5.1.2 Resistencia a compresión
Los concretos clase 1 tendrán una resistencia especificada,
   fc’, igual o mayor que 250 kg/cm². La resistencia
   especificada de los concretos clase 2 será inferior a 250
   kg/cm² pero no menor que 200 kg/cm².

El Corresponsable en Seguridad Estructural o el Director
  Responsable de Obra cuando el trabajo no requiera de
                    Obra,
  Corresponsable, podrá autorizar el uso de resistencias, fc’,
  distintas de las antes mencionadas, sin que, excepto lo
  señalado en el párrafo siguiente, sean inferiores a 200
  kg/cm².

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos          63
ESTRUCTURAL III
En muros de concreto reforzado de vivienda de interés social
  se admitirá el uso de concreto clase 2 con resistencia
  especificada de 150 kg/cm² si se garantizan los
  recubrimientos mínimos requeridos en 4 9 3
                                       4.9.3.

Todo concreto estructural debe mezclarse por medios
   mecánicos.
El de clase 1 debe proporcionarse por peso
                                      peso.
El de clase 2 puede proporcionarse por volumen.




DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos         64
ESTRUCTURAL III
Columnas

Geometría
La relación entre la dimensión transversal mayor de una
columna y la menor no excederá de 4.
La dimensión transversal menor será por lo menos igual a
     200 mm.

Refuerzo mínimo y máximo
R f          í i        á i
a) La cuantía de refuerzo longitudinal no será menor que
0.01,
0 01 ni mayor que 0 04
                    0.04.
b) El número mínimo de barras será seis en columnas
     circulares y cuatro en rectangulares.

DISEÑO              Arq. J. Victor Meneses Campos          65
ESTRUCTURAL III
c) Sólo se permitirá formar paquetes de dos barras.
d) El traslape de barras longitudinales sólo se permite en
la mitad central del elemento.
e) La zona de traslape debe confinarse
con refuerzo transversal

Requisitos para refuerzo transversal (Separación)
Todas las barras o paquetes de barras longitudinales
     deben     ti i         t
     d b restringirse contra el pandeo con estribos o
                                l     d           t ib
     zunchos con separación no mayor que:
a) 850/ f y, con fy en kg/cm ; de la varilla mas delgada.
                       kg/cm²;
b) 48 diámetros de la barra del estribo; ni que
c) La mitad de la menor dimensión de la columna.

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos           66
ESTRUCTURAL III
La separación máxima de estribos se reducirá a la mitad
    de la antes indicada en una longitud no menor que:

a) la dimensión transversal máxima de la columna;
 )                                                  ;
b) un sexto de su altura libre; ni que
c) 600 mm arriba y abajo de cada unión de columna con
     trabes o losas, medida a partir del respectivo plano de
     intersección.

•    En la parte inferior de columnas de planta baja este
refuerzo debe llegar hasta media altura de la columna, y
                  g
debe continuarse dentro de la cimentación al menos en
una distancia igual a la longitud de desarrollo de la barra
     más gruesa.
      á
DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos            67
ESTRUCTURAL III
•     Grapas

Para dar restricción lateral a barras que no sean
   de
   d esquina, pueden usarse grapas f
            i        d                   formadas
                                              d
   por barras rectas, cuyos extremos terminen en
   un doblez a 135 grados alrededor de la barra o
   paquete restringido

La separación máxima de las grapas se
    determinará con el criterio prescrito antes para
    estribos.


DISEÑO            Arq. J. Victor Meneses Campos    68
ESTRUCTURAL III
•    Columnas zunchadas
El refuerzo transversal de una columna zunchada debe ser
     una hélice continua de paso constante o estribos
     circulares cuya separación sea igual al paso de la
     hélice.
La cuantía volumétrica del refuerzo transversal, ps , no
     será menor que

donde
Ac área transversal del núcleo, hasta la circunferencia
exterior de la hélice o estribo;
Ag área transversal de la columna; y
fy esfuerzo de fluencia del acero de la hélice o estribo.

DISEÑO               Arq. J. Victor Meneses Campos          69
ESTRUCTURAL III
•     La distancia libre entre dos vueltas consecutivas o
      entre
•     dos estribos no será menor que una vez y media el
      tamaño
•     máximo del agregado, ni mayor que 70 mm.
•     Los traslapes tendrán una vuelta y media. Las hélices
      se
•     anclarán en los extremos de la columna mediante dos
•     vueltas y media
                media.




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  • 1. DISEÑO ESTRUCTURAL III CLAVE DE LA ASIGNATURA: S401304 PROGRAMA DE ESTUDIO UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEXICO LICENCIATURA EN ARQUITECTURA SEPTIEMBRE 2008. TERCER SEMESTRE DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 1 ESTRUCTURAL III
  • 2. OBJETIVOS GENERALES: • Calculará propondrá y dimensionará los elementos estructurales Calculará, que integran los sistemas constructivos en mampostería y madera. • Aprenderá la aplicación de reglamentos para cálculo de elementos estructurales. l ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE • Elaboración de dibujos de ejercicios prácticos. Elaboración de prácticos maquetas. • Exposición en pizarrón y proyecciones. MODALIDAD DE EVALUACION DE LA ASIGNATURA • - Exámenes exploratorios (3) 30% • - A.C (trabajos, tareas, modelos) 60% • - Participación 10% • TOTAL 100% DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 2 ESTRUCTURAL III
  • 3. BIBLIOGRAFÍA: • PARKER, Harry; “Diseño simplificado de estructuras de madera”; Edit. LIMUSA; México, 1999. Edit México 1999 • LUTHE, García Rodolfo; “Análisis estructural”, Edit. Alfaomega; México 2000 México, 2000. • AMBROSE. James, “Estructuras”, Edit. LIMUSA; México, 2001. • IMCA; “Manual de construcción en acero-dep 1”; Trillas; México, 2002. • SCHMITT; “Tratado de construcción”; Edit. Gustavo Pili; Barcelona; 2002. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 3 ESTRUCTURAL III
  • 4. TEMARIO • MUROS – Muros de carga – Muros confinados confinados. – Muros diafragma. – Muros reforzados reforzados. – Muros no reforzados. – Muros d contención. M de t ió – Mamposterías. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 4 ESTRUCTURAL III
  • 5. 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPLEMENTARIOS – Vigas. • 2.1.1. Secciones simples • 2.2 Columnas. • 2.2.1. Secciones simples y compuestas. • 2.3 Armaduras; isostáticas • 2.4 Diseño de elementos de unión y sujeción: placas, grapas, pernos, madera contrachapada, etc. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 5 ESTRUCTURAL III
  • 6. 3. DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES – Dimensionamiento de vigas y de marcos. • Comprobaciones. • ViVigas aperaltadas lt d – Columnas • 3.2.1. Carga axial. g • 3.2.2. Carga excéntrica. • 3.2.3. Dimensionamiento de armaduras (análisis por viento). • 3.3 33 Elementos de unión: placas, remaches tornillos y placas remaches, soldadura. • 3.4 Acero laminado. • 3.5 35 Dimensionamiento de columnas columnas. • 3.6 Dimensionamiento de elementos de unión. • 3.7 Dimensionamiento de armaduras. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 6 ESTRUCTURAL III
  • 7. 1. MUROS Definición del muro muro. • Un muro es una construcción que presenta una superficie vertical y sirve para cerrar un espacio. • Los hay construidos de diversos materiales como mamposterías, madera, metal, etc. TIPOS DE MUROS – Muros de carga. • Los muros de carga son aquellos que son el soporte de alguna estructura o losa; deben ser construidos con materiales resistentes como mamposterías acero y mamposterías, madera. Deben ser diseñados estructuralmente. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 7 ESTRUCTURAL III
  • 8. Muros de carga DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 8 ESTRUCTURAL III
  • 9. 1.2 Muros confinados. • Los muros confinados son aquellos que están delimitados por elementos estructurales para conferirles mayor estabilidad y resistencia. • Los muros d mampostería d b L de í deben confinarse con fi cadenas y castillos. • Los de L muros d acero d b confinarse con perfiles d deben fi fil de acero. • Los muros de madera deben confinarse con barrotes y polines. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 9 ESTRUCTURAL III
  • 10. Muros confinados DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 10 ESTRUCTURAL III
  • 11. 1.3 Muros diafragma. – Estos E t son llos que se encuentran rodeados por llas vigas y t d d i columnas de un marco estructural al que proporcionan rigidez ante cargas laterales. Pueden ser de mampostería confinada, g p , reforzada interiormente, mampostería no reforzada o de piedras naturales. El espesor de la mampostería de los muros no será menor de 100 mmmm. Solución 1 Solución 2 ¼H VR,columna elementos para evitar H el volteo Carga t ≥ 100 mm VR,columna ¼H CORTE castillos o refuerzo interior VR,columna ≥½Carga DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 11 ESTRUCTURAL III
  • 12. 1.4 Muros reforzados interiormente. • Estos tá f E t muros están reforzados con b d barras o alambres corrugados l b d de acero, horizontal y verticalmente, colocados en las celdas de las piezas, en ductos o en las juntas. El acero de refuerzo, tanto p , j , horizontal como vertical, se distribuirá a lo alto y largo del muro. s ≤ 300 mm PLANTA Ast Ast DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 12 ESTRUCTURAL III
  • 13. Muros reforzados (interiormente). p y h o r iz o n t a l e n p r e tile s m a y o re s a 5 0 0 m m R e fu e rz o e n ¼ s e p . re fu e rz o a b e rtu ra s s i > e n d o b le c e ld a (6 .1 .8 ) d im e n s ió n 600 m m (6 .1 .6 ) a b e rtu ra q u e n o r e q u ie r e r e fu e r z o e le m e n to d e re fu e rz o h o r iz o n ta l (6 .1 .6 ) s e p a r a c ió n d e r e fu e r z o e n d o b le c e ld a DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 13 ESTRUCTURAL III
  • 14. 1.5 Muros no reforzados. MAMPOSTERÍA DE PIEDRAS NATURALES • Esta ió fi E t sección se refiere all di ñ y construcción d muros o diseño t ió de bardas. También pueden ser cimientos, muros de retención (contención) y otros elementos estructurales de mampostería. • La mampostería puede ejecutarse en calidades de 1ª 2ª y 3ª 1ª, 3ª. • Las piedras no necesitarán ser labradas, pero se evitará, en lo posible, el empleo de piedras de formas redondeadas y de cantos rodados Por lo menos el 70 por ciento del volumen del elemento rodados. menos, estará constituido por piedras con un peso mínimo 30 kg., cada una, y con un espesor de 30 cm. • Los morteros a emplearse deben contener cemento cemento. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 14 ESTRUCTURAL III
  • 15. Muros no reforzados. MAMPOSTERÍA DE PIEDRAS NATURALES DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 15 ESTRUCTURAL III
  • 16. 1.6 Muros de contención. • El muro de contención se define como: “Toda estructura continua que de forma activa o pasiva produce un efecto estabilizador sobre una masa de terreno”. • El carácter fundamental de los muros es el de servir de elemento de contención de un terreno o una masa, que en unas ocasiones es un terreno natural y en otras un relleno artificial artificial. • En la situación anterior, el cuerpo del muro trabaja esencialmente a flexión y a la compresión vertical debida a su propio peso es generalmente despreciable. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 16 ESTRUCTURAL III
  • 17. Sin embargo, en ocasiones el muro desempeña una segunda misión que es lla d t d i ió de transmitir cargas verticales iti ti l al terreno, desempeñando una función de cimiento. • La carga vertical puede venir de una cubierta situada sensiblemente a nivel del terreno o puede ser producida también por uno o varios forjados apoyados sobre el muro y por pilares que se apoyan en su coronación coronación, transmitiéndole las cargas de las plantas superiores. • Estos muros deben llevar drenaje. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 17 ESTRUCTURAL III
  • 18. Muros de contención. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 18 ESTRUCTURAL III
  • 19. 1.7 Mamposterías. • El uso de las mamposterías en la arquitectura y construcción es muy variado. y • Como podremos ver, su uso esta básicamente en tres elementos estructurales: Cimientos, Cimientos muros y cubiertas cubiertas. En cimientos: • Mamposterías de piedra braza. • Mamposterías de piedra negra. • Cimientos de concreto ciclópeo. (concreto simple). • Cimientos de concreto armado. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 19 ESTRUCTURAL III
  • 20. En muros: • Muros de ladrillo rojo común. (tabique). • M Muros de ladrillo extruido. d l d ill t id • Muros de concreto ligero (blocks macizos y huecos). • Muros de adobe . • Muros de sillar. • Muros de piedra braza y negra negra. • Muros de concreto armado. • Muros de cualquier tipo piedra (según la región) región). DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 20 ESTRUCTURAL III
  • 21. En cubiertas: • Cúpulas y bóvedas de ladrillo. • Losas macizas de concreto armado. • Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla. • Losas prefabricadas variadas. • Losa artesonada. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 21 ESTRUCTURAL III
  • 22. Como notamos, el mayor uso de las mamposterías es en los muros; que son elementos sustentantes en una estructura. • Y su uso es menor en las cubiertas; ya que estas trabajan primordialmente a flexión; y por lo tanto necesitan estar reforzadas con acero acero. • El trabajo estructural de la mampostería es a compresión. Ejemplos: Cimientos de mampostería. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 22 ESTRUCTURAL III
  • 23. Muros de tabique rojo común. Ladrillos extruidos. Blocks de concreto ligero. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 23 ESTRUCTURAL III
  • 24. Sillares. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 24 ESTRUCTURAL III
  • 25. Cúpulas y bóvedas de ladrillo. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 25 ESTRUCTURAL III
  • 26. Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 26 ESTRUCTURAL III
  • 27. 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPLEMENTARIOS DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 27 ESTRUCTURAL III
  • 28. 2.1 Vigas. • Viga.- Es un elemento estructural de forma alargada y generalmente horizontal o inclinada que sirve para formar y cargar losas en los edificios y sostener cargas. • S t b j estructurall es a fl ió Su trabajo t t flexión. • Existen vigas de concreto reforzado, acero y madera. • A la viga de concreto se le conoce comúnmente con el nombre de trabe. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 28 ESTRUCTURAL III
  • 29. Ejemplos: Trabes de concreto DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 29 ESTRUCTURAL III
  • 30. Vigas de acero Vigas de madera DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 30 ESTRUCTURAL III
  • 31. 2.1.1. Secciones simples de vigas Vigas simples o isostáticas. • Son las vigas en las cuales el número de reacciones en los apoyos pueden ser determinadas por ecuaciones de equilibrio: • ∑Fy, ∑Fx, ∑M. Como ejemplos tenemos: • Vigas simplemente apoyadas. • Vigas en voladizo o ménsula. • Vigas apoyadas con voladizo. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 31 ESTRUCTURAL III
  • 32. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 32 ESTRUCTURAL III
  • 33. 2.2 Columnas. • Una columna es un elemento estructural vertical y de forma alargada que sirve en general para sostener el g q g p peso de la estructura, aunque también puede tener fines decorativos. • De ordinario su sección es circular; cuando es cuadrangular suele denominarse pilar. Y cuando esta adosada a un muro se llama pilastra. • La l tá L columna está comúnmente f ú t formada por t d tres elementos: basa, fuste y capitel. • Su trabajo estructural es a flexo compresión. • Existen columnas de mampostería simple, concreto armado, acero y madera. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 33 ESTRUCTURAL III
  • 34. Ejemplo de columnas de concreto Ejemplo de columna de madera Ejemplo de columna de acero DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 34 ESTRUCTURAL III
  • 35. 2.3 Armaduras isostáticas Definición de armadura Es E una estructura d b t t de barras unidas por sus extremos d id t de manera que constituyan una unidad rígida. Algunos ejemplos son: los puentes de acero los soportes de acero, cubiertas o algunas grúas. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 35 ESTRUCTURAL III
  • 36. 2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 36 ESTRUCTURAL III
  • 37. 2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 37 ESTRUCTURAL III
  • 38. 2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 38 ESTRUCTURAL III
  • 39. 2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 39 ESTRUCTURAL III
  • 40. DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO REFORZADO • Existen dos teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado: t f d 1) “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos de trabajo” trabajo”. 2) “La teoría plástica” ó “Diseño a la ruptura”. • La teoría elástica es ideal para calcular los esfuerzos y deformaciones que se presentan en una estructura de concreto bajo las cargas de servicio. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 40 ESTRUCTURAL III
  • 41. Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia última de la estructura con el fin de determinar la estructura, intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder asignar coeficientes de seguridad ya que la seguridad, hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es completamente errónea en la vecindad de la falla de la estructura. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 41 ESTRUCTURAL III
  • 42. La teoría plástica es un método para calcular y diseñar secciones de concreto reforzado fundado reforzado, en las experiencias y teorías correspondientes al estado de ruptura de las teorías consideradas consideradas. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 42 ESTRUCTURAL III
  • 43. VENTAJAS DEL DISEÑO PLÁSTICO 1. En la proximidad del fenómeno de ruptura, los esfuerzos no son proporcionales a llas d f i l deformaciones unitarias, sii i it i se aplica la teoría elástica, esto llevaría errores hasta de un 50% al calcular los momentos resistentes últimos de una sección. 2 2. En cambio si se aplica la teoría plástica obtenemos cambio, plástica, valores muy aproximados a los reales obtenidos en el laboratorio. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 43 ESTRUCTURAL III
  • 44. 3. La carga muerta en una estructura, generalmente es una cantidad invariable y bien definida en cambio la carga definida, viva puede variar mas allá del control previsible. En la teoría plástica se asignan diferentes factores de plástica, seguridad a ambas cargas tomando en cuenta sus características principales. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 44 ESTRUCTURAL III
  • 45. 4. En el cálculo del concreto presforzado se hace necesario lla aplicación d l di i li ió del diseño plástico, lá i porque bajo cargas de gran intensidad, los esfuerzos no son proporcionales a llas f i l deformaciones. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 45 ESTRUCTURAL III
  • 46. FACTORES DE CARGA Factor de carga es el número por el cual hay que multiplicar el valor de la carga real o de servicio para determinar la carga última que puede resistir un miembro en la ruptura ruptura. Generalmente la carga muerta en una estructura, puede determinarse con bastante exactitud pero no así la carga viva cuyos valores el proyectista solo los puede suponer ya que es imprevisible la variación de la misma durante y q p la vida de las estructuras; es por ello, que el coeficiente de seguridad o factor de carga para la carga viva es mayor que el de la carga muerta. Los factores que en el reglamento del ACI se denominan U, son los siguientes: DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 46 ESTRUCTURAL III
  • 47. A) Para combinaciones de carga muerta y carga viva: U = 1 4D + 1 7L 1.4D 1.7L Donde: D = Valor de la carga muerta L = Valor de la carga viva • B) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y carga accidental: U = 0 75 (1 4D + 1 7L + 1 7W) ó 0.75 (1.4D 1.7L 1.7W) U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.87E) Donde: W = Valor de la carga de viento E = Valor de la carga de sismo g DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 47 ESTRUCTURAL III
  • 48. Cuando la carga viva sea favorable se deberá revisar la combinación de carga muerta y carga accidental con los siguientes factores de carga: • U = 0 90D + 1 30W 0.90D 1.30W • U = 0.90D + 1.30E DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 48 ESTRUCTURAL III
  • 49. FACTORES DE REDUCCIÓN Es un número menor que 1, por el cual hay que multiplicar la resistencia nominall calculada para obtener lla resistencia i t i i l l d bt i t i de diseño. Al factor de reducción de resistencia se denomina con la letra Ø: los factores de reducción son los siguientes: a) FR=0.9 para flexión. b) FR 0 8 para cortante y torsión FR=0.8 torsión. c) FR=0.7 para transmisión de flexión y cortante en losas o zapatas. zapatas DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 49 ESTRUCTURAL III
  • 50. d) Flexocompresión: FR=0.8 cuando el núcleo esté confinado con refuerzo transversall circular que cumpla con llos requisitos d lla t i l l i it de sección 6.2.4, o con estribos que cumplan con los requisitos del inciso 7 3 4 b; 7.3.4.b; FR=0.8 cuando el elemento falle en tensión; FR=0.7 FR=0 7 si el núcleo no está confinado y la falla es en compresión; y e) FR = 0.7 para aplastamiento. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 50 ESTRUCTURAL III
  • 51. El factor de reducción de resistencia toma en cuenta las incertidumbres en los cálculos de diseño y la importancia relativa de diversos tipos de elementos; proporciona disposiciones para la posibilidad de que las pequeñas variaciones adversas en la resistencia de los materiales, la mano de obra y las dimensiones las cuales, aunque pueden estar individualmente d t d l t l i di id l t dentro de las tolerancias y l i los límites pueden al continuarse, tener como resultado una reducción de la resistencia resistencia. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 51 ESTRUCTURAL III
  • 52. 5.4 Paquetes de barras Las barras longitudinales pueden agruparse formando paquetes con un máximo d d b t á i de dos barras cada uno en d columnas y de tres en vigas, con la salvedad expresada en el inciso 7 2 2 d 7.2.2.d. Los paquetes se usarán sólo cuando queden alojados en un ángulo de los estribos. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 52 ESTRUCTURAL III
  • 53. 5.7 Refuerzo por cambios volumétricos Por sencillez, puede suministrarse un refuerzo mínimo con cuantía iiguall a 0 002 en elementos estructurales tí 0.002 l t t t l protegidos de la intemperie, y 0.003 en los expuestos a ella, ella o que estén en contacto con el terreno terreno. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 53 ESTRUCTURAL III
  • 54. VIGAS RECTANGULARES SIMPLEMENTE ARMADAS Una viga de concreto es rectangular, cuando su sección transversal en compresión tiene esa forma. Es i l E simplemente armada, cuando sólo ti t d d ól tiene refuerzo para f tomar la componente de tensión del par interno. En general en una viga la falla puede ocurrir en dos formas: general, 1) Una de ellas se presenta cuando el acero de refuerzo alcanza su límite elástico aparente o límite de fluencia Fy; sin que el concreto llegue aún a su fatiga de ruptura 0.85 F`c. Fc DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 54 ESTRUCTURAL III
  • 55. - La viga se agrietará fuertemente del lado de tensión rechazando al eje neutro hacia las fibras más comprimidas, lo que disminuye el área de compresión, aumentando las fatigas del concreto hasta presentarse finalmente la falla de la pieza. Estas vigas se llaman “Subreforzadas” y su falla ocurre más ó menos lentamente y va precedida de fuertes p deflexiones y grietas que la anuncian con anticipación. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 55 ESTRUCTURAL III
  • 56. 2) El segundo tipo de falla se presenta cuando el concreto alcanza su lí i 0 85 F` mientras que l límite 0.85 F`c i el acero permanece por debajo de su fatiga Fy. Este tipo de falla es súbita y prácticamente sin p p anuncio previo, la cual la hace muy peligrosa. Las vigas que fallan por compresión se llaman “Sobrereforzadas”. “Sobrereforzadas” DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 56 ESTRUCTURAL III
  • 57. Puede presentarse un tipo de vida cuya falla ocurra simultáneamente para ambos materiales es decir que el materiales, decir, concreto alcance su fatiga límite de compresión 0.85 F’c, a la vez que el acero llega también a su límite Fy Fy. A estas vigas se les da el nombre de “Vigas Balanceadas” y Vigas Balanceadas también son peligrosas por la probabilidad de la falla de compresión. p DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 57 ESTRUCTURAL III
  • 58. Para evitar las vigas sobre reforzadas y las balanceadas, el reglamento del ACI 318 04 limita el porcentaje de 318-04 refuerzo al 75% del valor correspondiente a las secciones balanceadas balanceadas. Por otra parte también las vigas con porcentajes muy parte, pequeños, suelen fallar súbitamente. Por lo que no es conveniente poner una cuantía mínima de acero. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 58 ESTRUCTURAL III
  • 59. REQUISITOS DE SEPARACIONES Y RECUBRIMIENTOS LIBRES DEL ACERO DE REFUERZO EN VIGAS Recubrimiento El refuerzo debe de tener recubrimiento adecuado cuyo fin es el de proteger al acero de dos agentes: La corrosión y el fuego. fuego La magnitud del recubrimiento debe fijarse por lo tanto, según la importancia de estos agentes agresivos agresivos. Por lo tanto, debe proveerse de un recubrimiento suficiente para tales fines aunque un recubrimiento demasiado fines, grande, provocará demasiadas grietas. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 59 ESTRUCTURAL III
  • 60. El agrietamiento se debe a las deformaciones causadas por los cambios volumétricos y los esfuerzos ocasionados por fuerzas de tensión, por momentos flexionantes, o por las fuerzas cortantes cortantes. El recubrimiento se mide desde la superficie del concreto hasta la superficie exterior del acero, a la cual, se aplica el recubrimiento. Cuando se prescriba un recubrimiento mínimo para una clase de elemento estructural; éste debe medirse: Hasta el borde exterior de los estribos, anillos ó espirales, si el refuerzo transversal confina las varillas principales hasta la capa más cercana de varillas, si se emplea más de una capa sin estribos o anillos anillos. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 60 ESTRUCTURAL III
  • 61. Límites para el Espaciamiento del Refuerzo en Vigas En cuanto a la separación de las varillas en vigas, el reglamento d l A C I 318 04 recomienda llo siguiente: l t del A.C.I. 318-04 i d i i t La distancia libre entre barras paralelas no debe ser menor que: El diámetro nominal de las barras: 1 3 veces el 1.3 tamaño máximo del agregado grueso ò 2.5 cm. Cuando el refuerzo paralelo se coloque en dos o màs capas capas, las varillas de las capas superiores, deben colocarse exactamente arriba de las que están en las capas inferiores, con una distancia libre entre ambas; no menor de 2.5 cm. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 61 ESTRUCTURAL III
  • 62. Diseño por durabilidad Las estructuras deberán diseñarse para una vida útil de al menos 50 años, de acuerdo con los requisitos establecidos en el Cap. 4. (NTC-2004). 1.4 Análisis 1.4.1 Aspectos generales Las estructuras de concreto se analizarán, en general, con métodos que supongan comportamiento elástico. También pueden aplicarse métodos d análisis lí it siempre que d li ét d de áli i límite i se compruebe que la estructura tiene suficiente ductilidad y que se eviten fallas prematuras por inestabilidad Las inestabilidad. articulaciones plásticas en vigas y columnas se diseñarán • de acuerdo con lo prescrito en la sección 6 8 (NTC-2004) 6.8. (NTC 2004). DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 62 ESTRUCTURAL III
  • 63. 1.5.1.2 Resistencia a compresión Los concretos clase 1 tendrán una resistencia especificada, fc’, igual o mayor que 250 kg/cm². La resistencia especificada de los concretos clase 2 será inferior a 250 kg/cm² pero no menor que 200 kg/cm². El Corresponsable en Seguridad Estructural o el Director Responsable de Obra cuando el trabajo no requiera de Obra, Corresponsable, podrá autorizar el uso de resistencias, fc’, distintas de las antes mencionadas, sin que, excepto lo señalado en el párrafo siguiente, sean inferiores a 200 kg/cm². DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 63 ESTRUCTURAL III
  • 64. En muros de concreto reforzado de vivienda de interés social se admitirá el uso de concreto clase 2 con resistencia especificada de 150 kg/cm² si se garantizan los recubrimientos mínimos requeridos en 4 9 3 4.9.3. Todo concreto estructural debe mezclarse por medios mecánicos. El de clase 1 debe proporcionarse por peso peso. El de clase 2 puede proporcionarse por volumen. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 64 ESTRUCTURAL III
  • 65. Columnas Geometría La relación entre la dimensión transversal mayor de una columna y la menor no excederá de 4. La dimensión transversal menor será por lo menos igual a 200 mm. Refuerzo mínimo y máximo R f í i á i a) La cuantía de refuerzo longitudinal no será menor que 0.01, 0 01 ni mayor que 0 04 0.04. b) El número mínimo de barras será seis en columnas circulares y cuatro en rectangulares. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 65 ESTRUCTURAL III
  • 66. c) Sólo se permitirá formar paquetes de dos barras. d) El traslape de barras longitudinales sólo se permite en la mitad central del elemento. e) La zona de traslape debe confinarse con refuerzo transversal Requisitos para refuerzo transversal (Separación) Todas las barras o paquetes de barras longitudinales deben ti i t d b restringirse contra el pandeo con estribos o l d t ib zunchos con separación no mayor que: a) 850/ f y, con fy en kg/cm ; de la varilla mas delgada. kg/cm²; b) 48 diámetros de la barra del estribo; ni que c) La mitad de la menor dimensión de la columna. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 66 ESTRUCTURAL III
  • 67. La separación máxima de estribos se reducirá a la mitad de la antes indicada en una longitud no menor que: a) la dimensión transversal máxima de la columna; ) ; b) un sexto de su altura libre; ni que c) 600 mm arriba y abajo de cada unión de columna con trabes o losas, medida a partir del respectivo plano de intersección. • En la parte inferior de columnas de planta baja este refuerzo debe llegar hasta media altura de la columna, y g debe continuarse dentro de la cimentación al menos en una distancia igual a la longitud de desarrollo de la barra más gruesa. á DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 67 ESTRUCTURAL III
  • 68. Grapas Para dar restricción lateral a barras que no sean de d esquina, pueden usarse grapas f i d formadas d por barras rectas, cuyos extremos terminen en un doblez a 135 grados alrededor de la barra o paquete restringido La separación máxima de las grapas se determinará con el criterio prescrito antes para estribos. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 68 ESTRUCTURAL III
  • 69. Columnas zunchadas El refuerzo transversal de una columna zunchada debe ser una hélice continua de paso constante o estribos circulares cuya separación sea igual al paso de la hélice. La cuantía volumétrica del refuerzo transversal, ps , no será menor que donde Ac área transversal del núcleo, hasta la circunferencia exterior de la hélice o estribo; Ag área transversal de la columna; y fy esfuerzo de fluencia del acero de la hélice o estribo. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 69 ESTRUCTURAL III
  • 70. La distancia libre entre dos vueltas consecutivas o entre • dos estribos no será menor que una vez y media el tamaño • máximo del agregado, ni mayor que 70 mm. • Los traslapes tendrán una vuelta y media. Las hélices se • anclarán en los extremos de la columna mediante dos • vueltas y media media. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 70 ESTRUCTURAL III
  • 71. Ejemplos de estribos DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 71 ESTRUCTURAL III
  • 72. Refuerzo transversal Vertical en uniones Viga-columna DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 72 ESTRUCTURAL III
  • 73. DISEÑO Arq. J. Victor Meneses Campos 73 ESTRUCTURAL III