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 C O N S T R U C C I O N I Ing. Fernando Chavarry

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temas relacionados a los procesos constructivos en vigas,escaleras y losas.

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PROCESOS CONSTRUCTIVOS

C O N S T R U C C I O N I Ing. Fernando Chavarry PROCESOS CONSTRUCTIVOS

Los materiales, la mano de obra y los equipos utilizados, hacen que las construcciones se clasifiquen en:

CONSTRUCCIN ARTESANALEs la que se construye con materiales diversos, propios de la regin, es decir, se aprovechan los recursos naturales como maderas, guadua o bamb, palmas, barro, caa etc.

CONSTRUCCIN MANUFACTURADASe hace empleando principalmente mano de obra en todo el proceso de construccin. Se utilizan materiales comunes como: bloques, cemento, ladrillo, etc. Se hacen: casas, edificios de poca altura, instalaciones agrcolas y pecuarias.

CONSTRUCCIN INDUSTRIALIZADA

Es la que se utiliza para urbanizaciones muy grandes y equipos para trabajo en serie. Las mquinas y los equipos estn desplazando el trabajo del hombre, las edificaciones se hacen rpidamente y con sistemas de trabajo econmico.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO FRENTE A OTROS MATERIALES

a) Ventajas del concreto armado frente a otros materiales

Es durable a lo largo del tiempo y no requiere de una gran inversin para su mantenimiento. Tiene una vida til extensa.Tiene gran resistencia a la compresin en comparacin con otros materiales.Es resistente al efecto del agua.En fuegos de intensidad media, el concreto armado sufre daos superficiales si se provee un adecuado recubrimiento al acero. Es ms resistente al fuego que la madera y el acero estructural.Se le puede dar la forma que uno desee haciendo uso del encofrado adecuado.No requiere mano de obra muy calificada.En la mayora de lugares, es el material ms econmico.

b) Desventajas del concreto armado frente a otros materiales

Tiene poca resistencia a la traccin, aproximadamente la dcima parte de su resistencia a la compresin. Requiere de encofrado lo cual implica su habilitacin, vaciado, espera hasta que el concreto alcance la resistencia requerida y desencofrado. El costo del encofrado puede alcanzar entre un tercio y dos tercios del costo total de la obra.Requiere de un permanente control de calidad, pues sta se ve afectada por las operaciones de mezcla, colocacin, curado, etc.Presenta deformaciones variables con el tiempo. Bajo cargas sostenidas, las deflexiones en los elementos se incrementan con el tiempo.

EL ACERO

Varillas corrugadas y alambres

Existen tres calidades distintas de acero corrugado: grado 40, grado 60 y grado 75 aunque en nuestro medio slo se usa el segundo. Las caractersticas de estos tres tipos de acero se muestran en la Tabla.

Tabla: caractersticas resistentes de los aceros grado 40, 60, y 75.

Donde: fy: Esfuerzo de fluencia del acero. fs: Resistencia mnima a la traccin a la rotura.

Las varillas se denominan por nmeros y sus caractersticas geomtricas se presentan en la: Tabla: Varilla Corrugada y sus caractersticas

Donde: db: Dimetro nominal de la varilla. P: Permetro de la varilla. As: rea de la seccin transversal de la varilla. w: Peso lineal de la varilla. e: Mximo espaciamiento entre corrugaciones de la varilla. h: Altura mnima de las corrugaciones de la varilla. c: Cuerda de las corrugaciones de la varilla. NEMP: No existe en el mercado peruano.

En la figura se muestra claramente el significado de los trminos e, h y c

Figura: Caractersticas de las corrugaciones de las varillas de acero

OXIDACIN DEL ACERO

El acero debe estar libre de xido durante su colocacin pues ste perjudica la adherencia con el concreto. Si las varillas lo presentan, deben limpiarse con escobilla de acero o con chorro de arena. El xido reduce la seccin transversal e las varillas afectando directamente su capacidad resistente. Durante el proceso constructivo debe verificarse que esta disminucin no sea crtica.

El volumen del xido es igual a siete veces el volumen del acero.

EMPALMES DE VARILLAS

Los empalmes son utilizados cuando la longitud del refuerzo en un elemento excede la longitud comercial de las varillas de acero y es necesario unir dos de ellas para conseguir el largo adecuado. Tambin se presentan en los nudos o apoyos y cuando se desea cambiar el dimetro de las varillas. Deben ubicarse en las zonas menos esforzadas para no disminuir la resistencia de la pieza y su distribucin ser especificada en los planos. Existen tres tipos de empalme: empalme traslapado, empalme soldado y empalme mecnico.

Empalme traslapadoConsta de las dos varillas a empalmar, una a continuacin de la otra, con una cierta longitud de traslape. La fuerza en una barra se transfiere al concreto que la rodea por adherencia y, simultneamente, por el mismo efecto, del concreto a la otra barra.

La distribucin de esfuerzos es similar a la mostrada en la figura. La eficiencia de un empalme depende del desarrollo de la adherencia a lo largo de la superficie de las varillas y de la capacidad del concreto para transferir los elevados esfuerzos cortantes que se generan. Los empalmes traslapados tienen la desventaja que el concreto que los rodea presenta grietas locales irregularesEmpalmes a atraccinGenera compresin diagonal en el concreto ubicado entre varillas. La presencia de estribos en el elemento limita el desarrollo de grietas originadas por estos esfuerzos y asegura una falla dctil. Experimentalmente se ha demostrado que resulta beneficioso escalonar los traslapes. Esto se debe a que los extremos de las barras son fuentes de discontinuidad e inician grietas en la zona de tensin.Existen dos clases de empalmes a traccin (ACI-12.15):Clase A: 1s = 1 .01dClase B: 1s = 1.31dDonde: 1s: Longitud de traslape o empalme, que ser siempre 30 cms.1d: Longitud de anclaje en tensin de la varilla sin incluir reduccin por exceso de refuerzo. La reduccin por exceso de refuerzo es considerada a travs de los factores 1 .0 y 1.3.Para la determinacin de la longitud de anclaje de varillas empalmadas simultneamente, se considerar que su espaciamiento es igual al espaciamiento entre varillas fuera de la zona de empalme menos el dimetro de una barra. Para columnas con varillas cuyos ejes no estn alineados y para empalmes escalonados, se tendrn en cuenta las consideraciones mostradas en la figura:

Espaciamiento entre varillas para la determinacin de los factores de correccin de la longitud de empalme (fig)

1s = 0.007 fydb2. Si fy > 4200 kg/cm2, entonces: 1s = (0.0013 fy-24)db

Si f'c < 210 kg/cm2 entonces la longitud de traslape ser incrementada en un 33%. En ningn caso se tomar una longitud de traslape menor que 30 cm. (ACI-12.16.1)El empalme de barras mayores a la #11 est permitido por el cdigo del ACI siempre que se unan a varillas #11 o de menor dimetro (ACI- 12.16.2). Cuando se empalman varillas de diferente dimetro, la longitud del traslape ser la mayor entre la longitud de anclaje de la barra mayor y la longitud de traslape de la barra menor.

RECUBRIMIENTO Y ESPACIAMIENTO MNIMO DEL REFUERZO

Deben ser controlados para evitar las fallas por adherencia descritas en la seccin precedente y para garantizar una distribucin del acero que facilite el procedimiento constructivo. Adems, es necesario asegurar un recubrimiento mnimo de concreto para proteger el refuerzo contra la corrosin, el fuego, la abrasin, etc. Las varillas colocadas muy cerca de los bordes del elemento pueden ser atacadas por agentes externos pues el concreto es un material poroso y siempre presenta fisuras debidas a la contraccin de fragua. Sin embargo, el recubrimiento no debe ser demasiado grueso pues esto puede ocasionar rajaduras en el concreto por falta de refuerzo.

A) Recubrimiento mnimo del aceroEl cdigo del ACI sugiere algunos valores para el recubrimiento mnimo los cuales se indican en las Tabla 3.1 y Tabla 3.2 (ACI-7.7.1,7.7.2).

El refuerzo puede ser protegido contra la intemperie por medios, alternativos al recubrimiento de concreto, siempre que se demuestre que son equivalentes a ste. En cualquier caso, el recubrimiento no ser menor que el requerido por el acero no expuesto a la intemperie.

En ambientes corrosivos o para exposiciones severas se recomienda un recubrimiento 5% mayor que los especificados anteriormente.Para proteccin especial contra incendios es recomendable un recubrimiento de 5 cm. Para muros y losas y 6 cm. para otros elementos. En estos casos, es conveniente armar el recubrimiento con malla de alambre.

Espaciamientos mnimos entre varillas

Las barras de acero colocadas en varias capas debern alinearse para facilitar el colado del concreto e impedir que los agregados sean retenidos en la armadura (ver figura 3.7(b)).

MTODO DE LOS COEFICIENTES DEL ACIEl cdigo del ACI propone un mtodo aproximado para la determinacin de las fuerzas internas en estructuras de concreto armado. Este procedimiento es vlido para vigas y losas armadas en una direccin.a) LimitacionesEl mtodo aproximado del ACI, llamado tambin mtodo de los coeficientes, puede ser utilizado siempre que se satisfagan las siguientes limitaciones:La viga o losa debe contar con dos o ms tramos.

2. Los tramos deben tener longitudes casi iguales. La longitud del mayor de dos tramos adyacentes no deber diferir de la del menor en ms de 20%.

3. Las cargas deben ser uniformemente distribuidas.

4. La carga viva no debe ser mayor que el triple de la carga muerta.

5. Los elementos analizados deben ser prismticosb) Coeficientes de diseoLos momentos flectores y fuerzas cortantes son funcin de la carga ltima aplicada, de la luz libre entre los tramos y de las condiciones de apoyo. Para el clculo de los momentos positivos y la fuerza cortante en la luz libre del tramo en consideracin y para la determinacin de los momentos negativos, es el promedio de las luces libres de los tramos adyacentes al apoyo.

El mtodo de los coeficientes del ACI proporciona momentos y fuerzas cortantes conservadores. Toma en consideracin la alternancia de cargas vivas y presenta la envolvente de la cargas de gravedad. Por ello, limita la carga viva en relacin a la carga permanente.

El mtodo de los coeficientes no es til para estimar los momentos de diseo de columnas, ya que los patrones de carga que determinan los mayores momentos negativos en los apoyos de las vigas, no coinciden con aqullos que proporcionan los esfuerzos crticos en columnas.VIGAS SIMPLEMENTE APOYADAS Y VIGAS CONTINUASEn principio, los peraltes de las vigas se dimensionan a partir de los requerimientos mnimos para el control de deflexiones. Para luces de hasta 7 m. la relacin entre ancho y peralte se suele tomar entre 112 y 213. Para luces mayores, son ms convenientes vigas delgadas y peraltadas, en las que la altura total es 3 4 veces el ancho de la seccin.

Las vigas se analizan por cualquier mtodo elstico o haciendo uso del mtodo de los coeficientes del ACI, si se satisfacen los requisitos para su utilizacin. En el primer caso, se debe considerar el efecto de la alternancia de cargas. El diseo de las vigas involucra las siguientes etapas:1. Clculo del refuerzo longitudinal.2. Clculo del refuerzo transversal por corte.3. Clculo del refuerzo por torsin.4. Determinacin de los puntos de corte del acero y detallado del anclaje del refuerzo.5. Control de deflexiones y control de rajaduras.Las vigas no suelen tener problemas de pandeo lateral, an si son delgadas y peraltadas, a menos que estn sujetas a momentos torsores elevados. Para evitar este efecto, el cdigo sugiere que las vigas tengan arriostramiento lateral espaciado a no ms de 50 veces el ancho ms estrecho de la zona en compresin (ACI- 10.4). En caso de presentarse torsin considerable, este espaciamiento debe reconsiderarse.

En las ltimas versiones del cdigo se presentan criterios para lograr la denominada "integridad estructural" (ACI-7.13). Por integridad estructural, el cdigo sugiere que las vigas perimetrales estn provistas, en toda su extensin, de refuerzo positivo igual o mayor a un cuarto del acero positivo requerido en el centro de la luz y por refuerzo negativo igual o mayor a un sexto del acero negativo provisto en el apoyo. Si se requiere empalmar el refuerzo longitudinal positivo, se emplearn empalmes clase A ubicados en los apoyos o cerca de ellos. Si se trata del refuerzo negativo, stos se ubicarn en el centro de la luz y sern de la misma clase.

Para vigas no perimetrales, el cdigo sugiere que toda la viga cuente con refuerzo positivo igual a por lo menos un cuarto del requerido en el centro de la luz. El empalme de este acero ser clase A y se ubicar sobre el apoyo. En los apoyos extremos, el acero positivo terminar en gancho estndar.

- Losas macizas armadas en una direccin. - Refuerzo por contraccin y temperatura. - Aberturas en losas. - Losas nervadas o losas aligeradas. -Recomendaciones del cdigo del ACI referentes a las losas nervadas.

ESCALERASLas escaleras y rampas son los elementos de la estructura que conectan un nivel con otro. La comodidad que brindan al usuario depende en gran medida de su inclinacin. En este sentido, es recomendable una inclinacin de 20" a 50". Para pendientes menores lo usual es emplear rampas.Las escaleras presentan diferentes tipos de secciones como se muestra en la figura 9.16. Los pasos miden entre 25 y 30 cm. y los contrapasos entre 16 y 19 cm. Como regla prctica se considera que una escalera bien proporcionada si cumple la siguiente relacin:61cm.2c+p64 cm.

Donde: c: Longitud del contrapaso. p: Longitud del paso.

En escaleras curvas, las longitudes del paso y contrapaso se miden en la lnea de huella, la cual -se ubica a 60 cm. del pasamano.

Uno de los tipos ms comunes de escaleras es la que est constituida por una losa que se apoya en los dos niveles que conecta. Se emplea para luces pequeas, de 3 a 4 m. Si las luces son mayores, se colocan vigas entre nivel y nivel, llamadas vigas guarderas, y la losa se apoya sobre stas como muestra en la figura 9.17.

Las escaleras de losa se calculan como elementos horizontales cuya luz es igual a la proyeccin horizontal de la luz de la escalera. El peralte efectivo y el espesor de la losa se consideran como se muestra en la figura 9.18. Si la losa no es solidaria con sus apoyos, la luz de diseo, L, ser:

L1+dL1+B

Donde: 1: Distancia entre los ejes de los apoyos. d: Peralte efectivo de la losa. B: Ancho del apoyo.

Se recomienda que los apoyos sean horizontales para que la reaccin no tenga componente inclinada.

Otro tipo de escalera es aqulla que se desarrolla dentro de una caja de concreto. Los pasos y descansos se suelen empotrar en sta. Estructuralmente, cada paso es independiente de los otros y trabaja como volado (ver figura 9.20). Tambin se suelen emplear escaleras caracol cuyos pasos se empotran en una columna central de seccin circular. Los pasos pueden ser prefabricados o vaciados en sitio y se analizan como volados. La columna se disea a flexo-compresin y est sometida a los momentos provenientes de los pasos.

En edificios, como el mostrado en la figura 9.21, se suele aislar los descansos intermedios de la escalera para evitar que durante acciones ssmicas, stos punzonen los muros o columnas adyacentes. Este tipo de escalera se denomina escalera autoportante.

La escalera se analiza como un elemento de dos tramos (ver figura 9.22). Las cargas aplicadas en el tramo inferior de la escalera generan tensin en el tramo superior mientras que las aplicadas en el superior, generan compresin en el inferior.

Puesto que el concreto es eficiente en compresin, el tramo inferior se disea slo por flexin. Sin embargo, el tramo superior se disea como un elemento sometido a flexin y traccin.

Por su parte, la losa del descanso est sometida no slo a la flexin generada por las cargas que actan directamente sobre ella, sino a la torsin generada por las fuerzas de tensin y compresin en los tramos superior e inferior de la escalera. Para que este torsor sea lo menor posible, el refuerzo provisto para resistir la tensin en el tramo superior debe distribuirse lo ms cerca posible del borde interior del elemento (ver figura 9.23). De este modo se busca reducir el brazo de palanca del par.

PROCESO CONSTRUCTIVO DE ESCALERA DE CONCRETO

Las escaleras pueden ser construidas dentro o fuera de la vivienda y las condiciones que debern cumplir son las siguientes:

Las escaleras contarn con un mximo de diecisiete pasos entre un piso y otro. Si el nmero es mayor, se deber intercalar un descanso que tendr como mnimo 0.90 mde longitud.

En cada tramo de escalera, los pasos y los contrapasos sern uniformes, debiendo cumplir con un mnimo de 25 cm para los pasos y un mximo de 18 cm para los contrapasos (ver fi gura 108).

TRAZO DE ESCALERA

Sobre la superficie del muro que se encuentra a un extremo de la escalera, se marca el inicio y el fi n del tramo a trazar. A la distancia vertical, se le divide entre el nmero de contrapasos; y a la distancia horizontal, se le divide entre el nmero de pasos (ver figura 109).

Con estos puntos de referencia y la ayuda de una wincha y un nivel, hacemos el trazo respectivo. Luego se traza el fondo de escalera, teniendo en cuenta que el espesor mnimo es de 15 cm o el que especifique los planos.

ENCOFRADO DE ESCALERA

Siguiendo la lnea que marca el fondo de la escalera, se arma la rampa que servir de base para el encofrado.

Luego, se encofran los contrapasos, usando tablas de 1 de espesor que tengan un largo igual al ancho de la escalera.

Estas tablas se deben asegurar con tacos de madera en sus extremos, y adems, se debe colocar un listn de refuerzo en el centro de las tablas para que no se curven por la presin del concreto fresco (ver fi gura 110).

COLOCACIN DEL FIERRO DE ESCALERA

Primero se coloca la armadura de acero longitudinal y transversal que va en el fondo de la rampa. Recuerde que debemos colocar dados de concreto que nos garanticen el debido recubrimiento. Luego, se coloca el acero superior, bastones de una longitud que debe estar indicada en el plano de estructuras.En el extremo inferior y superior de la escalera debe haber mechas de acero provenientes de la cimentacin o de la losa de techo segn corresponda. stas deben cumplir con las longitudes determinadas en los planos y servirn para enganchar los refuerzos de la escalera a la estructura del edificio (ver figura 111).

PREPARACIN DEL CONCRETOEl concreto a usarse deber ser de la misma calidad que el de las columnas y el de los techos. La proporcin recomendable es de una bolsa de cemento por 1 buggy de arena gruesa, 1 buggy de piedra chancada y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo, tal como se ve en la seccin 1.12

VACIADO DEL CONCRETOAntes de iniciar el vaciado, se deber humedecer con agua el encofrado, esto evitar que la madera seca absorba el agua del concreto.

El transporte del concreto se efectuar mediante latas, que debern estar limpias para evitar cualquier contaminacin de la mezcla.

El concreto se debe empezar a vaciar por la parte ms baja y debe terminarse por la parte superior. Si lo hacemos en sentido contrario, el concreto resbalar por la rampa de la escalera, producindose una separacin de la piedra de la mezcla.El vaciado debe hacerse de manera continua hasta terminar toda la escalera. Durante este proceso debe compactarse el concreto con una vibradora. En caso de no contar con una, se chuzar* con una varilla de acero.

El desencofrado debe hacerse despus de 7 das, tiempo durante el cual debemos mojar el concreto con bastante agua para evitar rajaduras y garantizar el buen desarrollo de la resistenciaCONSIDERACIONES:

Es muy frecuente que no se le d la debida atencin al acabado del concreto en los pasos y contrapasos. Esto puede traer posteriores picados y nivelados que se pueden evitar fcilmente, si se usa un buen encofrado y se pone un poco de esmero en el acabado final.

Antes del trazo y despus del encofrado, es recomendable chequear que las dimensiones de cada una de las secciones de la escalera sean las correctas. Para ello, debemos verificar las alturas de los contrapasos que generalmente son como mximo 18 cm y el ancho de los pasos que son de 25 cm. Un diseo incorrectoREQUISITOS DE INTEGRIDAD ESTRUCTURAL (ACI-7.13)En aligerados, por lo menos una barra inferior debe ser continua o empalmada con empalmes tipo A, o empalmes mecnicos o soldados. En los extremos no continuos se terminaran con gancho estndar.Las vigas en el permetro de la estructura tendrn un refuerzo continuo consistente en por lo menos dos barras superiores en un rea igual o mayor de 1/6 del rea del momento negativo en el apoyo y por lo menos dos barras inferiores con un rea igual o mayor que 1/4 del rea del fierro positivo.Cuando se requiera empalmes para asegurar la continuidad, el refuerzo superior se empalmar a la mitad de la luz y el inferior en el apoyo.El refuerzo continuo estar encerrado por estribos cerrados con ganchos de 135" alrededor de una de las barras longitudinales.En vigas no perimetrales cuando no se pongan los estribos indicados en requisito(d)En los extremos no continuos, las barras terminarn en gancho.En losas armadas en dos sentidos se cumplir lo que se indica en el artculo 15.9.2 Refuerzo.En estructuras prefabricadas se colocarn tirantes en las direcciones longitudinal, transversal y vertical.

Vigas de confinamientoEl refuerzo mnimo de todas las vigas es: Armadura principal 4 aceros de 3/8 estribos de espaciados 1 a 5 cm, 4 a 10cm y el resto a 25 cm en cada extremo.

Vigas peraltadas

Las vigas chatas van dentro de las losas y ayudan a transmitir el peso de los tabiques a las columnas y los muros. Es mejor no tener vigas chatas de longitud mayor a 4m.

Losa aligerada componentes de la losa

RecomendacionesNunca utilices como encofrados materiales inadecuados como bolsas de cemento, ladrillos o cartones. Si lo haces, entonces los elementos de concreto resultarn deformados.