Este documento introduce el diseño de estructuras de concreto armado. Explica la historia y propiedades del concreto armado, así como sus aplicaciones en diferentes elementos estructurales como zapatas, vigas, losas y muros. También describe los procedimientos de diseño, control en obra y anexos con detalles de construcción.

1. INTRODUCCION AL DISEÑO EN CONCRETO
ARMADO EN EDIFICACIONES
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
AUTOR : ARRUE VINCES JULIO CESAR
TEMA :

2. EL CONCRETO ARMADO EN
EDIFICACIONES

3. Las excepcionales virtudes del concreto armado como
material de construcción, determinaron a fines del
siglo pasado y principios del presente, una rápida
expansión en su utilización. El volumen, pero sobre
todo la variedad y el aspecto de las obras en concreto
armado, generó una tecnología en permanente
transformación, que acumula un aporte considerable
de ingenio y éste a su vez, una industria de equipos,
tanto para la fabricación como para la colocación en
sitio del concreto y su armadura, en continuo
desarrollo y de amplia incidencia en la economía
mundial.
INTRODUCCION

4. El concreto armado se usó desde la tercera década del siglo
XIX. Entre 1832 y 1835, Sir Marc Isambard Brunel y Francois
Martin Le Brun erigieron, en Inglaterra y Francia,
respectivamente, estructuras de este material tales como
arcos y edificaciones. En 1848, Joseph Louis Lambot construyó
un bote de concreto reforzado el cual presentó en la
Exposición de París en 1854 y patentó en 1855. En Inglaterra,
W.B. Wilkinson, registró, en 1855, un piso de concreto
reforzado con cuerdas de acero desechadas en las minas. Un
año después, Francois Coignet patentó un sistema de refuerzo
para pisos consistente en barras de acero embebidas en el
concreto.
HISTORIA

5. A pesar de los precedentes antes indicados, Joseph
Monier, francés, es considerado el creador del
concreto reforzado. Dedicado a la jardinería, fabricó
macetas de concreto con refuerzo de mallas de
alambre, registrando el sistema en 1867. En los años
siguientes patentó el uso de esta técnica para la
construcción de tanques, puentes, tuberías, vigas,
columnas y escaleras. En1879, G.A. Wayss, de la
firma Wayss and Freitag de Alemania, compró la
patente de Monier y en 1887, publicó un libro acerca
de sus métodos constructivos. Por su parte, Rudolph
Schuster, de Austria, adquirió también los derechos de
patente. De este modo, el nombre de Monier, como
creador del concreto armado, se extendió por todo
Europa.

6. MARCO TEORICO
CONCRETO ARMADO
El concreto simple, sin refuerzo, es resistente a la compresión,
pero débil en tensión, lo que limita su aplicabilidad como
material estructural. Para resistir tensiones, se emplea refuerzo
de acero, generalmente en forma de barras, colocado en las
zonas donde se prevé que se desarrollarán tensiones bajo las
acciones deservicio. El acero restringe el desarrollo de las grietas
originadas por la poca resistencia a la tensión del concreto. El
uso del refuerzo no está limitado a la finalidad anterior, también
se emplea en zonas de compresión para aumentar la resistencia
del elemento reforzado, para reducir las deformaciones debidas
a cargas de larga duración y para proporcionar confinamiento
lateral al concreto, lo que indirectamente aumenta su resistencia
a la compresión. La combinación de concreto simple con
refuerzo constituye lo que se llama concreto armado.

7. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
a) Concreto
El concreto es una mezcla de cemento, agregados inertes (por lo
general grava y arena) y agua, la cual se endurece después de
cierto tiempo de mezclado. Los elementos que componen el
concreto se dividen en dos grupos: activos e inertes. Son
activos, el agua y el cemento a cuya cuenta corre la reacción
química por medio de la cual esa mezcla, llamada “lechada”, se
endurece (fragua) hasta alcanzar un estado de gran solidez.

8. Los elementos inertes (agregados) son la grava y la arena,
cuyo papel fundamentales formar el “esqueleto” del
concreto, ocupando gran parte del volumen del producto
final, con lo cual se logra abaratarlo y disminuir
notablemente los efectos de la reacción química del
fraguado: la elevación de temperatura y la contracción de la
lechada al endurecerse. El agua que entra en combinación
química con el cemento es aproximadamente un33% de la
cantidad total y esa fracción disminuye con la resistencia
del concreto. En consecuencia, la mayor parte del agua de
mezclado se destina a lograr fluidez y trabajabilidad de la
mezcla, coadyuvando a la “contracción del fraguado”
y dejando en su lugar los vacíos correspondientes, cuya
presencia influye negativamente en la resistencia final del
concreto.

9. b) Acero de refuerzo
El acero para reforzar concreto se utiliza en distintas
formas; la más común es la barra o varilla que se fabrica
tanto de acero laminado en caliente, como de acero
trabajado en frío. Los diámetros usuales de barras
producidas varían de ¼ pulg. a 1 ½ pulg. (Algunos
productores han fabricado barras corrugadas de 5/16 pulg,
5/33 pulg y 3/16 pulg.) En otros países se usan diámetros
aún mayores. Todas las barras, con excepción del alambrón
de ¼ de pulg, que generalmente es liso, tienen
corrugaciones en la superficie para mejorar su adherencia al
concreto. Generalmente el tipo de acero se caracteriza
por el límite de esfuerzo de fluencia. Existe una variedad
relativamente grande de aceros de refuerzo.

10. Las barras laminadas en caliente pueden obtenerse con límites de fluencia
desde 2300 hasta 4200 kg/cm2
El acero trabajado en frío alcanza límites de fluencia de4000 a 6000 kg/cm2.
Una propiedad importante que debe tenerse en cuenta en refuerzos con
detalles soldados es la soldabilidad. La soldadura de aceros trabajados en
frío debe hacerse con cuidado. Otra propiedad importante es la facilidad de
doblado, que es una medida indirecta de ductilidad y un índice de su
trabajabilidad. Se ha empezado a generalizar el uso de mallas como refuerzo
de losas, muros y algunos elementos prefabricados.

11. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO
Dependen éstas principalmente de la composición química, los
procesos de laminado y el tratamiento térmico de los aceros, así
como de otros factores como son: técnicas empleadas en las
pruebas, condición y geometría de la muestra, temperatura
existente al llevarse a cabo la prueba, etc.
El espécimen de prueba usual es una muestra cilíndrica y dado a
que es más sencillo llevar a cabo la prueba de tensión, la
mayoría de las propiedades mecánicas se toman del diagrama
esfuerzo-deformación a tensión.

14. Punto de Fluencia (fy)
Es el esfuerzo para el cual la deformación
presenta un gran incremento sin que haya un
aumento correspondiente en el esfuerzo. Esto
queda indicado por la porción plana del
diagrama esfuerzo-deformación, denominado
rango plástico o inelástico.
Este punto es el que aparece en las
especificaciones de diseño de todos los aceros.

15. Probablemente el punto de fluencia es para el proyectista la
propiedad más importante del acero, ya que los procedimientos
para diseñar elásticamente están basados en dicho valor .
En una estructura que no haya sido cargada más allá de su punto de
fluencia, se recuperará su longitud original cuando se le retire la
carga. Si se hubiere llevado más allá de este punto, sólo alcanzaría a
recuperar parte de su dimensión original.
Este conocimiento conduce a la posibilidad de probar una
estructura existente mediante carga, descarga y medición de
deflexiones. Sí después de que las cargas se han retirado, la
estructura no recobra sus dimensiones originales, es porque se ha
visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de fluencia.

16. DISTINTAS APLICACIONES DEL CONCRETO ARMADO
EN LOS ELEMENTOS DE UNA EDIFICACIÓN:
ZAPATAS AISLADAS

17. VIGAS DE CIMENTACION

18. VIGAS Y COLUMNAS

19. LOSAS DE CONCRETO ARMADO

20. MUROS DE SOTANO

21. DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO
ARMADO
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, que 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. Además, deben satisfacerse otros requisitos, tales
como mantener el costo dentro de límites económicos y
satisfacer determinadas exigencias estéticas.

22. Características, acción y respuesta de los elementos de
concreto armado
El objeto del diseño de estructuras consiste en determinar las
dimensiones y características de los elementos de una
estructura para que ésta cumpla cierta función con un grado de
seguridad razonable, comportándose además
satisfactoriamente una vez en condiciones de servicio.
Debido a estos requisitos es preciso conocer las relaciones que
existen entre las características de los elementos de una
estructura (dimensiones, refuerzos, etc.), las solicitaciones que
debe soportar y los efectos que dichas solicitaciones producen
en la estructura. En otras palabras, es necesario conocer
las características acción-respuesta de la estructura estudiada.

23. • Las acciones en una estructura son las solicitaciones a que
puede estar sometida. Entre éstas se encuentran, por ejemplo,
el peso propio, las cargas vivas, las presiones por viento, las
aceleraciones por sismo y los asentamientos. La respuesta de
una estructura, o de un elemento, es su comportamiento bajo
una acción determinada, y puede expresarse como
deformación, agrietamiento, durabilidad, vibración. Desde
luego, la respuesta está en función de las características de la
estructura, o del elemento estructural considerado.
• En los procedimientos de diseño, el dimensionamiento se lleva
a cabo normalmente a partir de las acciones interiores,
calculadas por medio de un análisis de la estructura.

24. • Las principales acciones interiores que actúan en las
estructuras las podemos enumerar en: a)
compresión, b) tensión, c) torsión y, d) cortante. La
compresión en elementos estructurales casi nunca se
presenta sola, sino con tensión, combinación a la que
se le denomina flexión; y para términos de análisis a
la compresión sola se le denomina carga axial:
asimismo, en los diversos elementos estructurales se
pueden presentar muchas combinaciones

25. • En el siguiente cuadro se enumeran los elementos
estructurales más importantes y las acciones
principales que se presentan en ellos:

26. DISEÑO POR FLEXION

28. DISEÑO POR CORTANTE

30. CONTROL EN OBRA
• El control en obra del proceso de fabricación de los hormigones constituye
un aspecto fundamental. Debe prestarse especial atención a los siguientes
puntos:
• Respetar las proporciones de los componentes del hormigón obtenidos en
laboratorio, a menos que se produzcan cambios en sus características, en
cuyo caso deberán efectuarse ajustes al diseño.
• Controlar la humedad de los agregados, particularmente apilándolos en
lugares protegidos contra la lluvia. En caso de no ser posible controlar los
cambios de humedad se debe verificar periódicamente su contenido.
• No utilizar agregados que contengan sales o materiales orgánicos.
• No utilizar cemento que denote inicios de un proceso de fraguado.
• Controlar constantemente que el asentamiento del cono de Abrams se
encuentre dentro de límites aceptables. El propio cono de Abrams puede
ser utilizado para
ajustar un diseño si los agregados se han humedecido por permanecer a la
intemperie, en cuyo caso se deberá modificar fundamentalmente la
cantidad de agua añadida.

31. • Si se usan aditivos, deben hacerse previamente mezclas de prueba para
asegurarse de su buen comportamiento.
• Se deberá tener especial cuidado con el transporte del hormigón para no
producir segregación.
• Se deberá tomar un número suficiente de muestras cilíndricas para poder
realizar ensayos a los 7, 14 y 28 días. Se deberán reservar muestras para
poder ensayarlas ocasionalmente a los 56 días.
• Si se usan aditivos, deben hacerse previamente mezclas de prueba para
asegurarse de su buen comportamiento.
• Se deberá tener especial cuidado con el transporte del hormigón para no
producir segregación.
• Se deberá tomar un número suficiente de muestras cilíndricas para poder
realizar ensayos a los 7, 14 y 28 días. Se deberán reservar muestras para
poder ensayarlas ocasionalmente a los 56 días.

32. ANEXOS
Detalle de parrilla de cimentación

33. Armadura de vigas de cimentación y columnas

34. Elaboración de concreto para posterior vaciado en cimentación

35. Vaciado de concreto en losa aligerada

36. Encofrado de muros de concreto armado

37. Elaboración de probetas de concreto