El documento presenta conceptos generales sobre el concreto armado. Explica que las estructuras de concreto armado se componen de partes que se combinan para cumplir una función como salvar espacios o contener empujes. También describe que el concreto se fabrica en estado plástico requiriendo moldes, lo que impone restricciones pero también ventajas como la facilidad de lograr continuidad. Finalmente, resume los métodos de diseño elástico y de rotura, explicando que este último toma en cuenta el comportamiento inelástico

1. CONCEPTOS GENERALES DEL
CONCRETO ARMADO
ING. MILTHON QUISPE HUANCA
UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ
FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
U.D. Ia
CONCRETO ARMADO

2. INTRODUCCION
Una estructura puede concebirse como un sistema, es
decir, como un conjunto de partes o componentes que se
combinan en forma ordenada para cumplir una función
dada. La función puede ser: salvar un claro, como en los
puentes; encerrar un espacio, como sucede en los distintos
tipos de edificios, o contener un empuje, como en los
muros de contención, tanques o silos.
La estructura debe cumplir la función a la que está
destinada con un grado razonable de seguridad y de
manera que tenga un comportamiento adecuado en las
condiciones normales de servicio.

3. Las estructuras de concreto
Las estructuras de concreto armado tienen
ciertas características, derivadas de los
procedimientos
usados en su construcción, que
las distinguen de las estructuras de otros
materiales.
El concreto se fabrica en estado plástico,
lo que obliga a utilizar moldes que lo
sostengan
mientras adquiere resistencia suficiente
para que la estructura sea autosoportante.
Esta característica impone ciertas
restricciones,
pero al mismo tiempo aporta algunas
ventajas.

4. Para establecer una base racional de diseño, será
necesario entonces obtener las características acción-
respuesta correspondientes a las acciones más
frecuentes sobre los distintos elementos estructurales.
Con esta información se puede delimitar el rango de
las solicitaciones bajo las cuales el elemento se
comportará satisfactoriamente una vez en condiciones
de servicio. En otras palabras, es necesario
establecer las relaciones entre los elementos
siguientes:

5. EL DISEÑO ESTRUCTURAL
La estructura debe concebirse como un sistema o conjunto de partes
y componentes que se combinan ordenadamente para cumplir una
función dada.
El proceso de diseño de un sistema, comienza con la formulación de
los objetivos que se pretende alcanzar y de las restricciones que
deben tenerse en cuenta. El proceso es cíclico; se parte de
consideraciones generales, que se afinan en aproximaciones
sucesivas, a medida que se acumula información sobre el problema.
LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO
El concreto se fabrica en estado plástico, lo que obliga a utilizar
moldes que lo sostengan mientras adquiere resistencia suficiente para
que la estructura sea autosoportante.
Esta característica impone ciertas restricciones, pero al mismo tiempo
aporta algunas ventajas.
Otra característica importante es la facilidad con que puede lograrse la
continuidad en la estructura, con todas las ventajas que esto supone.

6. Ventajas del concreto armado frente a otros materiales
1. Es durable a lo largo del tiempo y no requiere de una gran inversión para su
mantenimiento. Tiene una vida útil extensa.
2. Tiene gran resistencia a la compresión en comparación con otros
materiales.
3. Es resistente al efecto del agua.
4. En fuegos de intensidad media, el concreto armado sufre daños
superficiales si se provee un adecuado recubrimiento al acero. Es más
resistente al fuego que la madera y el acero estructural.
5. Se le puede dar la forma que uno desee haciendo uso del encofrado
adecuado.
6. Le confiere un carácter monolítico a sus estructuras lo que les permite
resistir más eficientemente las cargas laterales de viento o sismo.
7. No requiere mano de obra muy calificada.
8. Su gran rigidez y masa evitan problemas de vibraciones en las estructuras
erigidas con él.
9. En la mayoría de lugares, es el material más económico.
10. Por su gran peso propio, la influencia de las variaciones de cargas
móviles es menor.

7. Desventajas del concreto armado frente a otros materiales
• Tiene poca resistencia a la tracción, aproximadamente la décima parte de
su resistencia a la compresión. Aunque el acero se coloca de modo que
absorba estos esfuerzos, la formación de grietas es inevitable.
• Requiere de encofrado lo cual implica su habilitación, vaciado, espera
hasta que el concreto alcance la resistencia requerida y desencofrado.
con el tiempo que estas operaciones implican. El costo del encofrado
puede alcanzar entre un tercio y dos tercios del costo total de la obra.
• Su relación resistencia a la compresión versus peso está muy por debajo
que la correspondiente al acero, el cual es más eficiente cuando se trata
de cubrir grandes luces. El concreto requiere mayores secciones y por
ende el peso propio es una carga muy importante en el diseño.
• Requiere de un permanente control de calidad, pues ésta se ve afectada
por las operaciones de mezcla, colocación, curado, etc.
• Presenta deformaciones variables con el tiempo. Bajo cargas sostenidas,
las deflexiones en los elementos se incrementan con el tiempo.

8. Para establecer una base racional
de diseño, será necesario entonces
obtener las características acción-
respuesta correspondientes a las
acciones más frecuentes sobre los
distintos elementos estructurales.
Con esta información se puede
delimitar el rango de las
solicitaciones bajo las cuales el
elemento se comportará
satisfactoriamente una vez en
condiciones de servicio. En otras
palabras, es necesario establecer
las relaciones entre los elementos
siguientes:
Características acción-respuesta de
elementos de concreto

9. a. Esfuerzos de
Compresión Uniaxial
Por lo general la resistencia a la
compresión del concreto se
obtiene del ensayo de probetas
de 12" de altura por 6" de
diámetro. Las probetas se
cargan longitudinalmente en
una tasa lenta de deformación
para alcanzar la deformación
máxima en 2 ó 3 minutos. La
curva esfuerzo-deformación se
obtienen de este ensayo, en el
cual se relaciona la fuerza de
compresión por unidad de área
versus el acortamiento por
unidad de longitud.
CONCRETO
EsfuerzosDe Compresión

10. b. Comportamiento a Esfuerzos Combinados
Considerando el equilibrio de las fuerzas que actúan en un elemento de
concreto, se demuestra que se puede reducir cualquier combinación de
esfuerzos combinados a tres esfuerzos normales que actúan en tres
planos perpendiculares.
Se han hecho ensayos de probetas de concreto sujeto a compresión
triaxial. En estos ensayos el estado triaxial de esfuerzos se crea rodeando
al espécimen de aceite a cierta presión y aplicando una carga axial hasta
la falla. Se encontró la siguiente relación:
La resistencia del concreto sujeto a compresión biaxial puede ser mayor
hasta un 27% que la resistencia uniaxial. Para esfuerzos biaxiales
iguales de compresión el aumento de resistencia es aproximadamente
de un 16%.

11. Esfuerzos de Tensión en el Concreto
El esfuerzo de ruptura de tensión a través del diámetro se encuentra
de la relación 2P/(.nhd), en que P es la carga aplicada durante la
ruptura, h la longitud del cilindro y d el diámetro.
Para pruebas realizadas se ha encontrado que el esfuerzo de tracción del
concreto está dada por la siguiente relación.
La resistencia de tensión en flexión, conocida
como módulo de rotura f, se calcula de la fórmula
de flexión M/Z en que M es el momento flexionante
y Z el módulo de la sección.
Un valor usual
aproximado encontrado
para el módulo de rotura
es:

12. Módulo Elástico del Concreto
El módulo de elasticidad es función principalmente
de la resistencia del concreto y de su peso
volumétrico.
El reglamento ACI ha propuesto la siguiente
expresión para estimar el módulo de elasticidad.
Donde Ec es el módulo de elasticidad en kg/cm2, w es
el peso volumétrico del concreto en t/m3 y f', resistencia
del concreto en kg/cm2.
Si consideramos el peso volumétrico w = 2.4 t/m3
tenemos:

13. El acero de refuerzo en concreto armado son varillas de sección redonda, las
cuales tienen corrugaciones cuyo fin es restringir el movimiento longitudinal
de las varillas relativo al concreto que las rodea.
ACERO DE REFUERZO
Generalmente el tipo de acero se caracteriza por el límite o esfuerzo de
fluencia, entre estos tipos tenemos los de grado 40, 50 y 60, que
corresponden a los limites de fluencia de 2800, 3500 y 4200 kg/cm2.

14. Las curvas esfuerzo-deformación del acero muestran una porción inicial
elástica lineal, una plataforma de fluencia (es decir
donde la deformación continua sin aumento del esfuerzo, a este
valor del esfuerzo se le llama esfuerzo de fluencia), una región de
Módulo de
elasticidad del acero
el valor del módulo de elasticidad de los distintos tipos de acero cambia muy
poco y generalmente se toma igual 2x10^6 Kg/cm2
endurecimiento por
deformación, y finalmente
una zona donde el esfuerzo
decae hasta ocurrir la
fractura.

15. Fundamentos de los métodos de diseño
En la actualidad existen, básicamente, dos métodos de diseño en
concreto armado: diseño elástico o por cargas de servicio y diseño a la
rotura o por resistencia última. El primero fue utilizado con mucha
fuerza hasta mediados del siglo y el segundo ha adquirido impulso en
los últimos cuarenta años
El diseño elástico parte de la hipótesis que es posible predecir la
distribución de esfuerzos en el refuerzo y el concreto, al ser sometidos a
cargas de servicio. Asume un comportamiento elástico de ambos
materiales. El diseño consiste en conseguir que los esfuerzos no excedan
los esfuerzos admisibles que son una fracción de la resistencia del
concreto y del esfuerzo de fluencia del acero. En la actualidad, pruebas de
laboratorio han permitido comprobar que el complejo comportamiento
del concreto con el paso del tiempo conlleva a una constante
redistribución de esfuerzos entre éste y el acero. En el diseño elástico sólo
se considera una de éstas distribuciones

16. El diseño por rotura se fundamenta en la predicción de la carga que
ocasiona la falla del elemento en estudio y analiza el modo de colapso
del mismo. En pruebas de laboratorio se ha podido comprobar que es
posible predecir estas cargas con precisión suficiente. Este método toma
en consideración el comportamiento inelástico del acero y el concreto y
por lo tanto, se estima mejor la capacidad de carga de la pieza. Algunas
de las ventajas de este procedimiento son:
1. El diseño por rotura permite controlar el modo de falla de una
estructura compleja considerando la resistencia última de las
diversas partes del sistema. Algunos elementos se diseñan con
menor margen de seguridad que otros para inducir su falla
primero.
2. Permite obtener un diseño más eficiente, considerando la
distribución de esfuerzos que se presenta dentro del rango
inelástico.
3. Este método no utiliza el módulo de elasticidad del concreto, el
cual es variable con la carga. Esto evita introducir imprecisiones
en torno a éste parámetro.
La desventaja de usar este método es que sólo se basa en criterios de resistencia.

17. 4. El método de diseño a la rotura permite evaluar la
ductilidad de la estructura.
5. Este procedimiento permite usar coeficientes de
seguridad distintos para los diferentes tipos de carga.
FUNCIONALIDAD, RESISTENCIA Y SEGURIDAD ESTRUCTURAL
Para que una estructura cumpla sus propósitos debe ser
segura contra el colapso y funcional en condiciones de
servicio. La funcionalidad requiere que las deflexiones
sean pequeñas, que las fisuras, si existen, se mantengan
en límites tolerables, que las vibraciones se minimicen,
etc.

19. REQUISITOS GENERALES DE RESISTENCIA
9.2 RESISTENCIA REQUERIDA
9.2.1 La resistencia requerida para cargas muertas (CM) y cargas vivas
(CV) será como mínimo: U = 1,4 CM + 1,7 CV
9.2.2 Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de viento (CVi),
además de lo indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como
mínimo: U = 1,25 ( CM + CV ± CVi ) (9-2) U = 0,9 CM ± 1,25 CVi
9.2.3 Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de sismo (CS),
además de lo indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será mínimo:
U = 1,25 (CM + CV) ± CS
U = 0,9 CM ± CS
9.2.4 No será necesario considerar acciones de sismo y de viento
simultáneamente.
9.2.5 Si fuera necesario incluir en el diseño el efecto del peso y empuje
lateral de los suelos (CE), la presión ejercida por el agua contenida en el
suelo o la presión y peso ejercidos por otros materiales, además de lo
indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como mínimo:
U = 1,4 CM + 1,7 CV + 1,7 CE
En el caso en que la carga muerta o la carga viva reduzcan el efecto del
empuje lateral, se usará: U = 0,9 CM + 1,7 CE

20.  9.2.6 Si fuera necesario incluir en el diseño el efecto de cargas debidas a peso y
presión de líquidos (CL) con densidades bien definidas y alturas máximas
controladas, además de los indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como
mínimo: U = 1,4 CM + 1,7 CV + 1,4 CL
 9.2.7 Si fuera necesario incluir en el diseño el efecto de cargas de impacto, éstas
deberán incluirse en la carga viva (CV).
 9.2.8 Si fuera necesario incluir en el diseño el efecto de las cargas de nieve o granizo,
éstas deberán considerarse como cargas vivas (CV).
 9.2.9 Si fuera necesario incluir los efectos (CT) de los asentamientos
diferenciales, flujo plástico del concreto, retracción restringida del concreto,
expansión de concretos con retracción compensada o cambios de temperatura, la
resistencia requerida, además de lo indicado en 9.2.1, deberá será como mínimo:
U = 1,05 CM + 1,25 CV + 1,05 CT (9-9)
U = 1,4 CM + 1,4 CT (9-10)
 9.2.10 Las estimaciones de los asentamientos diferenciales, flujo plástico del
concreto, retracción restringida, la expansión de concretos de retracción
compensada o cambios de temperatura deben basarse en una determinación
realista de tales efectos durante la vida útil de la estructura.
 9.2.11 Para el diseño de zonas de anclaje de tendones de postensado, se
aplicará un factor de carga de 1,2 a la fuerza máxima aplicada por el gato.

21. Continua …