REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA

LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIAALDEA UNIVERSITARIA “ROMULO GALLEGOS”

MISIÓN SUCRE PNF CONSTRUCCIÓNES CIVILES MÉRIDA ESTADO MERIDA

Análisis, revisión y diseño de secciones de

miembros de concreto armado sometidos a

flexión

MERIDA mayo 2014

PROFESOR:

Mary Elena ramos

INTEGRANTES:

Avendaño yenifer

Pérez Roiman

Vargas Luis

FUNDAMENTOS DEL COMPORTAMIENTO A FLEXION PURA.

VIGAS

Las vigas al formar parte de sistemas estructurales como son los pórticos, los puentes y otros, se encuentran sometidas a cargas externas que producen en ellas solicitaciones de flexión, cortante y en algunos casos torsión.A continuación se analizan en este capítulo los esfuerzos y deformaciones que se producen sobre una viga cuando esta se encuentra en flexión pura, biaxial o asimétrica. Así mismo se analizan los esfuerzos y deformaciones causados cuando se presenta simultáneamente flexión y cortanteSeguidamente se estudiaran los elementos prismáticos sometidos a partes

actúan en el mismo plano longitudinal. Para

demostrar que elementos están sometidos a flexión pura.A demás se examinaran los esfuerzos y deformaciones que existen en los elementos homogéneos que poseen un plano de simetría. Después de establecer que las secciones transversales permanecen planas durante las deformaciones por flexión, se desarrollan ecuaciones para determinar los esfuerzos normales y los radios de curvatura en elementos sometidos a flexión pura dentro del rango elástico. Por otra parte superpondremos los esfuerzos debidos a flexión pura y los debidos a carga céntrica para analizar casos de carga excéntrica

FLEXION PURA

La flexión pura se refiere a la flexión de un elemento bajo la acción de un momento flexionante constante. Cuando un elemento se encuentra sometido a flexión pura, los esfuerzos cortantes sobre él son cero.

SECCIONES SINPLEMENTE ARMADAS, REVISION Y DISEÑO:VIGAS RECTANGULARES SIMPLEMENTE ARMADAS

Una viga de concreto es rectangular, cuando su sección transversal en compresión tiene esa forma.Es simplemente armada, cuando sólo tiene refuerzo para tomar la componente de tensión del par interno.En general, en una viga la falla puede ocurrir en dos formas: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. 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 “Sobre forzadas” y su falla ocurre más ó menos lentamente y va precedida de fuertes deflexiones y grietas que la anuncian con anticipación.

El segundo tipo de falla se presenta cuando el concreto alcanza su límite 0.85 F`c mientras que el acero permanece por debajo de su fatiga Fy. Este tipo de falla es súbita y prácticamente sin anuncio previo, la cual la hace muy peligrosa. Las vigas que fallan por compresión se llaman “Sobre reforzadas” Puede presentarse un tipo de vida cuya falla ocurra simultáneamente para ambos materiales, es decir, que el concreto alcance su fatiga límite de compresión 0.85 F’c

a la vez que el acero llega también a su límite Fy. A estas vigas se les da El nombre de “Vigas Balanceadas” y también son peligrosas por la probabilidad de la falla de compresión. Para evitar las vigas sobre reforzadas y las balanceadas, el reglamento del ACI 318-04 limita el porcentaje de refuerzo al 75% del valor correspondiente a las secciones balanceadas.

SECCIONES DOBLEMENTE ARMADAS, REVISION Y DISEÑO:

Las secciones de las vigas doblemente reforzadas tienen acero de refuerzo tanto en la cara de tensión como en la de compresión, por lo general únicamente donde existe un apoyo en la viga. Las vigas doblemente reforzadas son necesarias cuando se restrinja el peralte de éstas, debido a limitaciones arquitectónicas en el centro del claro o porque la sección en el centro del claro, no es suficiente para soportar el momento negativo que se presenta en el apoyo, aun cuando se aumente de manera suficiente el acero de tensión en dicho apoyo. Así la mayoría de las varillas inferiores en el centro del claro se prolongan y anclan de manera apropiada en los apoyos para que actúen como refuerzo a compresión y reforzar adecuadamente en la cara de tensión (arriba) de la viga en el apoyo con el área de acero necesaria.

SISTEMA DE ENTREPISO:

Constituido por paneles nervados pretensados, como Elementos resistentes a la flexión, utilizados tanto en Construcciones industriales como comerciales. Los bordes de los paneles se vinculan entre sí, y en sitio se hormigón a una carpeta superficial, logrando de este modo la uniformidad horizontal. Diferentes alturas de nervios y espesores de carpetas permiten cubrir un amplio rango de luces a salvar y de sobrecargas admisibles. Estos paneles se apoyan sobre vigas de diferentes tipos en función de las necesidades de alturas libres de la construcción: vigas rectangulares, vigas “T”, vigas “L”.Los pilares de apoyo presentan diferentes niveles de ménsulas según los requerimientos del proyecto

DISEÑO DE LOSAS NERVADAS:

Son un tipo de cimentaciones por losa que, como su nombre lo indica, están compuestas por vigas a modo de nervios que trabajan en colaboración ofreciendo gran rigidez y enlazan los pies de los pilares del edificio. Para modelar las losas nervadas se debe utilizar el análisis matricial de estructuras tradicional, para estructuras conformadas por barras rectas espaciales bajo la hipótesis de que el efecto de flexión es dominante sobre las deformaciones de cortantes y torsión.Las tablas para las losas nervadas constituyen una novedad importante con respecto a otras publicaciones similares. Las deformaciones y los momentos flectores que se obtienen en el modelo de losas nervadas son generalmente mayores que los valores obtenidos en losas macizas, debido a que los momentos torsores en las placas se transforman en momentos flectores en los nervios.

El EMPOTRAMIENTO:

Se lo emplea para modelar la continuidad de la losa en el borde seleccionado, usualmente proporcionada por otra losa contigua de dimensiones comparables, proporcionada por un muro extremo integrado a la losa como los que se tienen en los subsuelos de las edificaciones, o proporcionada por una viga de borde de gran rigidez torsional (de gran sección y dimensiones transversales).

EL APOYO CON ROTACION ALREDEDOR DE UN EJE:

Se utiliza para modelar la presencia de una viga de borde de dimensiones normales (de peralte mayor al de la losa, pero no una viga de gran peralte ni una viga de gran sección transversal) sin losa contigua, o para modelar la presencia de un muro no integrado a la losa (usualmente muros de otro material).

EL BORDE LIBRE:

Modela la inexistencia de una viga de borde de mayor peralte que la losa, la inexistencia de una losa contigua, y la inexistencia de un muro de hormigón integrado a la losa, que provean apoyo y continuidad.

DISEÑO DE LOSAS MACIZA:

Sustentadas perimetralmente en vigas de mayor peralte que las losas (de este modo nos aseguramos que las deflexiones en las vigas no tienen gran influencia sobre el comportamiento de las losas), sometidas a cargas uniformemente distribuidas. El tipo de sustentación está definido por las condiciones de borde de las losas. Para el modelamiento de las losas macizas se ha utilizado el Método de los Elementos. Finitos basado en la Teoría de Placas, el mismo que se recomienda para analizar losas macizas de geometrías, estados de carga o condiciones de borde especiales, que no aparezcan en las tablas. Otra alternativa de análisis podría ser el uso del Método de las Diferencias Finitas.

DISEÑO DE FUNDACIONES AISLADAS Y CORRIDAS:

ZAPATAS AISLADAS Y CORRIDAS:

Este tipo de cimentación somera (superficial) se usa cuando las descargas de la estructura son suficientemente pequeñas y existen a poca profundidad estratos de suelo con la capacidad de carga y rigidez necesarias para aceptar las presiones transmitidas por las zapatas sin que ocurran fallas o hundimientos excesivos. Se suele recomendar que cuando el área del terreno cubierta por las zapatas se acerca a la mitad de la total, conviene buscar otra solución para la cimentación.

Conviene que las zapatas aisladas bajo columnas sean cuadradas en planta, ya que esta es la forma para la cual los momentos flexionantes son menores; se recurrirá a forma rectangular solo cuando las condiciones del predio impidan extenderse en alguna dirección o cuando la columna transmita, además de carga axial, momentos flexionantes importantes. A este respecto hay que señalar que la zapata no es un elemento eficiente para transmitir al suelo momentos flexionantes de consideración, ya que ello implica aumentos importantes en el tamaño de zapatas lo cual las hace ineficientes.

Cuando el suelo de apoyo no tiene gran rigidez, la distribución excéntrica de presiones ocasiona giros en la zapata quedan lugar generalmente a deformaciones indeseables de la construcción o a condiciones de continuidad diferentes supuestas en el análisis. En estas situaciones resulta casi siempre conveniente unir dos zapatas formando una zapata combinada en que la resultante de la carga coincide con el centroide de la zapata, o recurrir a ligar dos zapatas con una contratrabe que tome los momentos flexionantes, o finalmente, el empleo de pilotes

En zonas de riesgo sísmico moderado o grande es conveniente unir las zapatas de una construcción por medio de trabes de liga, cuya función es lograr que la estructura se mueva como una sola unidad ante la acción de un desplazamiento horizontal del terreno; no se pretende que estas vigas absorban momentos flexionantes de consideración, sino solamente fuerzas axiales y por ello suelen diseñarse para que su capacidad ante una carga axial de tensión sea igual al 10 por ciento de la carga máxima transferida por las columnas que se unen .

Las zapatas corridas bajo muros de carga serán de preferencia simétricas, excepto bajo muros de lindero en cuyo caso hay que considerar en el diseño el efecto de la excentricidad. Estas zapatas están sujetas generalmente a una descarga uniforme en toda su longitud, por lo cual basta analizar un tramo de longitud unitaria. (Piraya,2004)

ZAPATAS AISLADAS:

Este tipo de cimentación es apropiado para terrenos de gran resistencia, se emplea como base de columnas y son por lo general cuadradas. Son poco recomendables para suelos de baja resistencia y columnas con cargas considerables, ya que puede sufrir asentamientos diferenciales de acuerdo a la calidad del terreno sustentante, en general, este tipo de cimentación requiere de una cadena, trabe de liga o contra trabe que ayude a rigidizar la infraestructura.

En el cálculo de este tipo de cimentación debe rectificarse el esfuerzo de penetración que ejerce la columna sobre la zapata y esta sobre el terreno: así mismo su diseño estará regido de acuerdo a las fatigas del terreno, esfuerzos de flexión, adherencia, etc.Pude darse el caso de que el cálculo nos de secciones muy pequeñas para zapatas aisladas de concreto armado, por lo cual puede omitirse en este caso el acero y hacer un nuevo cálculo para zapatas aisladas de concreto simple, siempre y cuando el talud de sus caras forme un ángulo con la horizontal entre 45° y 60°; así mismo la altura mínima en las orillas será de 15 cm y las varillas de las columnas deberán penetrar hasta la base de la zapata con el objeto de lograr continuidad

ZAPATAS CORRIDAS:

Las cimentaciones con zapatas corridas se emplean bajo muros de carga o columnas en las cuales el cálculo haya dado secciones muy grandes para zapatas aisladas, quedando muy próxima una a otra, el cálculo debe estar regido por la resistencia del terreno, los esfuerzos flexionantes, adherencia, etc.La forma de este tipo de cimentación es variable, para cargas iguales las dimensiones son uniformes, para cargas asimétricas puede hacerse la zapata corrida en forma trapezoidal, para que las fatigas lleguen al terreno lo más uniformemente posible, tiene esta forma la desventaja de que el fierro sufre muchos cortes de diferentes longitudes, por lo cual es conveniente elaborar una zapata corrida con ampliaciones rectangulares, facilitando así el sistema constructivo. (Plazola, 1981)

Una zapata es una ampliación de la base de una columna o muro, que tiene por objeto transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada a las propiedades del suelo. Las zapatas que soportan una sola columna se llaman individuales o zapatas aisladas. La zapatas que se construye bajo un muro se llama zapata corrida o zapata continua. Si una zapata soporta varias columnas se llama zapata combinada. Una forma especial de zapata combinada que se usa comúnmente en el caso de que una de las columnas soporte un muro exterior es la zapata en voladizo o cantiliver.

En las zonas frías, las zapatas se desplantan comúnmente a una profundidad no menor que la penetración normal de la congelación. En los climas más calientes, y especialmente en las regiones semiáridas, la profundidad mínima de las zapatas puede depender de la mayor profundidad a que los cambios estacionales de humedad produzcan una contracción y expansión apreciable del suelo.La elevación a que se desplante una zapata, depende del carácter del subsuelo, de la carga que debe soportar, y del costo del cimiento. Ordinariamente, la zapata se desplanta a la altura máxima en que pueda encontrarse un material que tenga la capacidad de carga adecuada. En algunos casos, si se encuentra un estrato especialmente firme a mayor profundidad, puede ser más económico desplantar la zapata a una elevación menor, debido a que el área necesaria para la zapata es menor. La excavación para una zapata de concreto reforzado debe mantenerse seca, para poder colocar el refuerzo y sostenerlo en su posición correcta mientras se cuela el concreto.

ZAPATAS COMBINADAS:

Si las cargas de varias columnas se trasmiten a una misma zapata, las dimensiones de esta deben ser tales que su centroide coincida con el de las cargas de las columnas, bajo condiciones normales, y de manera que la presión máxima debajo de la zapata no exceda la presión de seguridad del suelo bajo las cargas más severas.

Se acostumbra usar las zapatas combinadas a lo largo de los muros de los edificios en los linderos de la propiedad, donde las zapatas corridas no pueden prolongarse fuera de los límites de la estructura. Bajo estas circunstancias, las zapatas corridas se combinan usualmente con las zapatas interiores empleando alguno de los tres métodos mostrados. (Peck, 1993)

Las zapatas aisladas consisten generalmente en un cuerpo regular de concreto colocado a poca profundidad bajo el nivel superficial del terreno, y sirven para sostener una columna de edificio. Las zapatas aisladas son el tipo más común de cimentaciones para edificios. La superficie inferior de la zapata debe ser tan firme como el mismo suelo en el que se apoyan, hasta una profundidad mínima de 1.5 veces la anchura de las zapatas.Las zapatas corridas: tales como las de muros y las continuas, así como las cimentaciones con trabes, son zapatas asiladas alargadas, a la longitud suficiente para recibir un muro una hilera de varias columnas. Las zapatas corridas tienen la ventaja que sirven como puentes sobre las zonas blandas locales. Por consiguiente ofrecerán un apoyo más uniforme para un muro o una hilera de columnas que las zapatas individuales. (Fletcher, et. al, 1991).

Una zapata corrida es simplemente una ampliación de la parte inferior de un muro, cuya finalidad es distribuir adecuadamente la carga sobre el suelo de la cimentación. Las zapatas corridas se usan normalmente en el perímetro de un edificio y a veces bajo los muros interiores.

Una zapata aislada: se usa para soportar la carga de una sola columna. Éstas son zapatas más comúnmente usadas, particularmente cuando las cargas son relativamente ligeras y las columnas no están muy cercanas entre sí. (McCormic, 2002).

Las zapatas aisladas son losas rectangulares o cuadradas que sirven de apoyo a columnas. Tiene peralte constante o variable, disminuyendo hacia los bordes. También pueden ser escalonadas. En este caso, el elemento debe vaciarse integralmente y no por escalones. El peralte efectivo mínimo en el borde de una zapata de sección variable es 15 cm.

Las zapatas aisladas son el tipo más usual de cimentación pues son las más económicas. La columna puede ser centrada o excéntrica, aunque el primer caso es el más común. Si la cimentación se ubica en el límite de propiedad, la excentricidad de las cargas aplicadas puede ser tan elevada que la capacidad portante del suelo es superada.

Las zapatas de muros pueden ser de concreto simple o de concreto armado, dependiendo de la magnitud de los esfuerzos a los que se encuentran sometidas. Por lo general, los muros de albañilería no portante tienen cimentación de concreto simple mientras que los muros portantes, de concreto o albañilería, utilizan zapatas de concreto armado, sobre todo en terrenos de mala calidad. Las zapatas de muros son elementos que trabajan básicamente en una dirección. Presentándose los esfuerzos principales perpendicularmente al muro. En este tipo de cimentación, sólo se analiza la flexión en esta dirección y no se chequea corte por punzonamiento.

DISEÑOS DE ESCALERAS Y MUROS:

La escalera consiste en la unión de dos o más niveles desiguales en altura con peldaños colocados sobre losas o vigas capaces de resistir flexión y con la particularidad de colocarse de manera inclinada, siendo un elemento constructivo indispensable en construcciones que requieren más de un nivel. Generalmente están hechas de hormigón armado, madera o solo de acero. La escalera se conforma por la huella y la contrahuella, la primera se caracteriza por ser el componente horizontal y la segunda la pieza vertical que unidos conforman un escalón o peldaño, los cuales a su vez conforman tramos unidos entre sí por descansos. Los tramos cuentan con un máximo de 16 escalones con dimensión constante por tramo.

En cuanto al proceso constructivo se refiere, usualmente se acostumbra a colocar peldaños sobre vigas previamente colocadas sobre especies de zancas o miembros laterales apoyados en vigas que a su vez se apoyan en una estructura principal o muro de carga. Existen por igual métodos de construcción con cerámicas para los cuales se requiere elevar un elemento abovedado con ladrillos que transmitan las cargas a los muros y pueda resistir los empujes. Otro método de colocación de estas, consiste en empotrar los escalones en un elemento vertical o muro, quedando los peldaños en voladizo.

ESCALERAS:

Las escaleras pueden ser diseñadas con trazados curvos o líneas rectas. Los muros curvos lateralmente dan una apariencia más suave y natural. Los muros rectos y esquinas ofrecen un estilo preciso y tradicional; Sin embargo necesitan la utilización de bloques A Esquineros y requieren más tiempo para su construcción.

El labio frontal patentado de las piezas de Allan Block provee un canto funcional cuando se instala el material de la huella de la escalera. Las tapas Allan Block, los adoquines, el hormigón vaciado, la roca triturada, las mezclas orgánicas, y losas prefabricadas son buenos ejemplos para la formación de huellas de escalera. Asegure que las huellas del escalón sean colocadas con seguridad. Recordar siempre consultar las normativas locales antes de su construcción. Para obtener una proporción adecuada entre la huella y la contrahuella nos valeos de la siguiente ecuación: H + 2C = 63 cm. Dónde: C= contrahuella H= huella La inclinación de la escalera va a depender tanto de su uso como del terreno y lugar de colocación, dicha inclinación varia de 15° hasta 45°, aunque las inclinaciones más cómodas se encuentran entre los 25° para edificaciones públicas y los 35° en viviendas. Existe un término conocido como altura de paso que no es más que una longitud libre medida en perpendicular desde cualquier punto con la particularidad de nunca ser menor que 2m.

Las escaleras pueden ser:Integradas: son aquellas que no están aisladas de las circulaciones horizontales y cuyo objetivo es satisfacer las necesidades de transito de las personas entre pisos de manera fluida y visible. De evacuación: son aquellas que son a prueba de fuego y humos y pueden ser:

Con vestíbulo previo ventilado; sus características son las siguientes:

-Las cajas de las escaleras deberán ser protegidas por muros de cierre.

-No deberán tener otras aberturas que las puertas de acceso.

-El acceso será únicamente a través de un vestíbulo que separe en forma continua la caja de la escalera del resto de la edificación.

-Los escapes, antes de desembocar en la caja de la escalera deberán pasar forzosamente por el vestíbulo, el que deberá tener cuando menos un vano abierto al exterior de un mínimo de 1.5 m2.

-La puerta de acceso a la caja de la escalera deberá ser puerta corta fuego con cierre automático

-En caso el vestíbulo previo este separado de las áreas de circulación horizontal, la puerta corta fuego deberá ubicarse en el acceso al vestíbulo ventilado. En este caso, la puerta entre el vestíbulo y la caja de escalera podrá no ser contrafuego, pero deberá cortar con cierre automático.

-En caso que se opte por dar iluminación natural a la caja de la escalera se podrá utilizar un vano cerrado con bloques de vidrio el cual no excederá de 1.50 m2.

Presurizadas: sus características son las siguientes:

-Contaran con un sistema mecánico que inyecte aire a presión dentro de la caja de la escalera siguiendo los parámetros térmicos requeridos para estos sistemas.

-Deben estar cerradas al exterior.

-Este tipo de escaleras no está permitido en edificaciones residenciales.

Abiertas: sus características son las siguientes:

-Están abiertas al exterior en uno de sus lados con una superficie de al menos 1 m2 de cada piso.

-El vano abierto al exterior estará a una distancia de 3 metros o más de un vano de la edificación a la que sirve.

-Esta separación deberá tener una resistencia al fuego no menor de 1 hora.

-La separación de 3 metros deberá ser medida horizontal y perpendicular al vano.

-Esta escalera es solo aceptada para edificaciones residenciales no mayores de 5 niveles medidos sobre el nivel de la calle.

Cerradas: sus características son las siguientes:-Cuando todos sus lados cuentan con un cerramiento corta fuego con una resistencia no menor a 1 hora, incluyendo la puerta.

-Serán aceptadas únicamente en edificaciones no mayor de 4 niveles y protegidas 100% por un sistema de rociadores según estándar NFPA13.

El tipo de escalera se provea depende del uso y de la altura de la edificación, de acuerdo con la siguiente tabla:

INTEGRADA: DE EVACUACIONVivienda Hasta 5 niveles Más de 5 niveleshospedaje Hasta 3 niveles Más de 3 niveleseducación Hasta 4 niveles Más de 4 nivelessalud Hasta 3niveles Más de 3 nivelescomercio Hasta 3 niveles Más de 3 nivelesoficinas Hasta 4 niveles Más de 4 nivelesServ comunales Hasta 3 niveles Más de 3 nivelesRecreación ydeporte Hasta 3 niveles Más de 3 nivelesTransporte ycomunicaciones Hasta 3 niveles

Más de 3 niveles

La ventilación al exterior puede ser a un pozo de luz, cuya dimensión medida perpendicularmente a la superficie abierta no debe ser menor que un 5to de la altura total del parámetro más abajo del pozo, medido a partir del alfeizar del vano más bajo de la escalera. Las dimensiones del pozo no deberán ser menores que 2.20 m por lado