GUIA DE ESTUDIO INTRO. MATERIALES CONSTRUCCION

UNIDAD 4ESTRUCTURASVISIÓN DE CONJUNTOASTM International, anteriormente conocida como la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), es un líderreconocido a nivel mundial en el desarrollo y entrega de las normas internacionales de consenso voluntario. Hoy en día,alrededor de 12.000 normas ASTM se utilizan en todo el mundo para mejorar la calidad del producto, aumentar la seguridad,facilitar el acceso a los mercados y el comercio, y fomentar la confianza de los consumidores.ASTM liderazgo en el desarrollo de normas internacionales es impulsado por las contribuciones de sus miembros: más de30.000 de los mejores expertos técnicos del mundo y profesionales de negocios que representan a 135 países. Trabajar enun proceso abierto y transparente, y con la más avanzada infraestructura electrónica de la ASTM, los miembros de ASTMentregar los métodos de prueba, especificaciones, guías y prácticas que las industrias de apoyo y gobiernos de todo elmundo.

Hormigón

El hormigón o concreto es el material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante)con áridos (grava, gravilla y arena) y agua. La mezcla de cemento con arena y agua se denomina mortero.Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigónasfáltico que utiliza betún para realizar la mezcla.

El cemento, mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que enpocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea.

La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero notiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, cortante, etc.), por este motivo eshabitual usarlo asociado al acero, recibiendo el nombre de hormigón armado, o concreto pre-reforzado enalgunos lugares; comportándose el conjunto muy favorablemente ante las diversas solicitaciones.

Además, para poder modificar algunas de sus características o comportamiento, se puedenañadir aditivos y adiciones, existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores, retardadores defraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras, etc.

Cuando se proyecta una estructura de hormigón armado se establecen las dimensiones de los elementos, el tipode hormigón, los aditivos, y el acero que hay que colocar en función de los esfuerzos que deberá soportar y delas condiciones ambientales a que estará expuesto.

Su empleo es habitual en obras de arquitectura e ingeniería, tales como edificios, puentes, diques, puertos,canales, túneles, etc. Incluso en aquellas edificaciones cuya estructura principal se realiza en acero, suutilización es imprescindible para conformar la cimentación.

Etimología

Hormigón procede del término fórmico, palabra latina que alude a la cualidad de «moldeable»o «dar forma». El término concreto, definido en el diccionario de la RAE como americanismo,también es originario del latín: procede de la palabra concretus, que significa «crecer unidos»,o «unir». Su uso en idioma español se transmite por vía de la cultura anglosajona,

como anglicismo (o calco semántico), siendo la voz inglesa original concrete.

Historia del hormigón

Precedentes

La historia del hormigón constituye un capítulo fundamental de la historia de la construcción. Cuando el hombreoptó por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o pétreos, surgió la necesidad de obtener pastas omorteros que permitieran unir dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. Inicialmente seemplearon pastas elaboradas con arcilla, yeso o cal, pero se deterioraban rápidamente ante las inclemenciasatmosféricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguirpastas que no se degradasen fácilmente. Así, en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas conmezclas de yesos y calizas disueltas en agua, para poder unir sólidamente los sillares de piedra; como las queaún perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirámide de Guiza.

Hormigones de cementos naturalesEn la Antigua Grecia, hacia el 500 a. C., se mezclaban compuestos de caliza calcinada con agua y arena,añadiendo piedras trituradas, tejas rotas o ladrillos, dando origen al primer hormigón de la historia, usando tobasvolcánicas extraídas de la isla de Santorini. Losantiguos romanos emplearon tierras o cenizas volcánicas,conocidas también como puzolana, que contienen sílice y alúmina, que al combinarse químicamente con la caldaban como resultado el denominado cemento puzolánico (obtenido en Pozzuoli, cerca delVesubio). Añadiendoen su masa jarras cerámicas o materiales de baja densidad (piedra pómez) obtuvieron el primer hormigónaligerado.1 Con este material se construyeron desde tuberías a instalaciones portuarias, cuyos restos aúnperduran. Destacan construcciones como los diversos arcos del Coliseo romano, los nervios de la bóveda dela Basílica de Majencio, con luces de más de 25 metros,2 las bóvedas de las Termas de Caracalla, yla cúpula del Panteón de Agripa, de unos 43 metros de diámetro, la de mayor luz durante siglos.3

Hormigón medieval

Tras la caída del Imperio romano el hormigón fue poco utilizado, posiblemente debido a la falta de mediostécnicos y humanos, la mala calidad de la cocción de la cal, y la carencia o lejanía de tobas volcánicas; no seencuentran muestras de su uso en grandes obras hasta el siglo XIII, en que se vuelve a utilizar en los cimientosde la Catedral de Salisbury, o en la célebre Torre de Londres, en Inglaterra. Durante el renacimiento su empleofue escaso y muy poco significativo.

Civilizaciones precolombinas

En algunas ciudades y grandes estructuras, construidas por Mayas y Aztecas en México o las de MachuPichu en el Perú, se utilizaron materiales cementantes.1

El siglo XVIII

En el siglo XVIII se reaviva el afán por la investigación. John Smeaton, un ingeniero de Leeds fue comisionadopara construir por tercera vez un faro en el acantilado de Edystone, en la costa de Cornwall, empleando piedrasunidas con un mortero de cal calcinada para conformar una construcción monolítica que soportara la constanteacción de las olas y los húmedos vientos; fue concluido en 1759 y la cimentación aún perdura.

El siglo XIX: cemento Portland y hormigón armadoEl cemento Portland

Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement, obtenido de caliza arcillosa y carbóncalcinados a alta temperatura –denominado así por su color gris verdoso oscuro, muy similar a la piedra dela isla de Pórtland. Isaac Johnson obtiene en 1845 el prototipo del cemento moderno elaborado de una mezclade caliza y arcilla calcinada a alta temperatura, hasta la formación del clinker; el proceso de industrialización y la

introducción de hornos rotatorios propiciaron su uso para gran variedad de aplicaciones, hacia finales del sigloXIX.4

El hormigón armado

El hormigón, por sus características pétreas, soporta bien esfuerzos de compresión, pero se fisura con otrostipos de solicitaciones (flexión, tracción, torsión, cortante); la inclusión de varillas metálicas que soportaran dichosesfuerzos propició optimizar sus características y su empleo generalizado en múltiples obrasde ingeniería y arquitectura.

La invención del hormigón armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicitó en 1854 lapatente de un sistema que incluía armaduras de hierro para «la mejora de la construcción de viviendas,almacenes y otros edificios resistentes al fuego». El francés Joseph Monier patentó varios métodos en la décadade 1860, pero fue François Hennebique quien ideó un sistema convincente de hormigón armado, patentado en1892, que utilizó en la construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.5

CARACTERISTICAS FISICAS DEL CONCRETOPeso del concreto, factor importante que determina las condiciones de diseño estructural el cual lo podemosdeterminar en Kg. o en Lbs.

PESO 2,400Kg/m35,280Lbs/m3

MODULO DE ELASTICIDAD (RESISTENCIA)El concreto tiene un rango en su resistencia que va de 120,000 a 420,000

kg/cm2. A 28 días de fraguado. Y para poder determinar y alcanzar una resistencia basada en un calculoestructural se tiene un procedimiento para lograrlo, y a este procedimiento se define como:

Diseño de Mesclas.Por su resistencia y su necesitamos diseñar un concreto adecuado a cada renglón de

trabajo. Para definir su uso a compresión se enmarca con la especificación de esfuerzo a

compresión: f´c. = Kg/cm3 o Lbs/plgs2

Y de esta forma podemos clasificar a los concretos en:

• CONCRETOS CON BAJA PERMEABILIDAD. 4,000Lbs/plgs2Son los que están expuestos al agua.

• CONCRETOS EXPUESTOS AL CLORURO DE SODIO 5,000Lbs/plgs2

El diseño de mesclas de concreto se define en cuanto a las proporciones de material cementante (MC)agregados, agua, aire.

Para lograr una resistencia deseada es se da en función de los agregados que conformen la mescla.FACTORES QUE INFLUYEN EN UN CONCRETO QUE LLENE UNA ESPECIFICACION DE RESISTENCIADEFINIDA

• La Función a la que este requerido.• Materiales disponibles, los cuales se cuenten en el medio donde se requieren.• La forma de mesclado, factor determinante en la buena disposición de un concreto fraguado.• El curado, proceso técnico de manejo del concreto fresco para que este alcance la resistencia de diseño

en un tiempo mayor a 28 días.

CANTIDAD DE MATERIALES DE CONCRETO FRAGUADO

COMPONENTES ESTRUCTURALESDE CONCRETO REFORZADO.COLUMNAS

Soporte vertical de forma alargada que permite sostener el peso de un estructura.CLASIFICACION:

• AISLADAS, y estas en continuas y discontinuas.• ADOSADAS, en muros de mampostería y prefabricados.

CONFORMACION DE COLUMNAS Y VIGAS.

Se define al proceso de construcción de columnas mediante la conformación de esta por mediode estribos de hierro, espaciados de tal forma que servirá para la absorción de los esfuerzos que una columnaeste sometida en cuanto a lo momentos laterales.

Confinamiento enColumnas.

VIGAS:Se define como un segmento de hierro, madera o concreto armado de gran extensión y de forma

prismática, para sostener cubiertas o entrepisos.

Antecedentes históricos.

Hierro y acero

PROPORCIONC. A. P.

CEMENTOSACOS

ARENA DE RIOM3

PIEDRINM3

AGUAGALONES

USOS RESISTENCIA

1 2 3 8.8 0.42 0.84 44 OBRAS HIDRAULICAS 250Kg/cm21 2.5 3 8.1 0.52 0.78 40 PAVIMENTOS, PILOTES 166Kg/cm21 2 4 7.7 0.48 0.86 37 VIGAS,COLUMNAS,LOSAS 150Kg/cm21 2.5 5 6.5 0.50 0.90 35 ESTRUCTURAS LEVES 145Kg/cm21 3 6 5.6 0.53 0.96 35 TORTAS DE CONCRETO 75Kg/cm2

DEFINICION.Hierro: elemento químico natural y metálico de gran resistencia mecánica (Fe).

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; esferro magnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamenteduro y pesado.

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre,representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. Elnúcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando almoverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período dela historia recibe el nombre de Edad de Hierro. En cosmología, es un metal muyespecial, pues es el metal más pesado que puede producir la fusión en el núcleo deestrellas masivas; los elementos más pesados que el hierro solo pueden ser creadosen supernovas.

AplicacionesEl hierro es el metal duro más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de

metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvoexcepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación paraformar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otroselementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades almaterial. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1%de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en automóviles,barcos y componentes estructurales de edificios.

Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendode su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

HISTORIA Y DONDE SE OBTIENE

Se tienen indicios de uso del hierro,cuatro milenios antes de Cristo, porparte de los sumerios y egipcios.

En el segundo y tercer milenio,antes de Cristo, van apareciendo cadavez más objetos de hierro (que sedistingue del hierro procedente demeteoritos por la ausencia de níquel)en Mesopotamia, Anatolia y Egipto.

Sin embargo, su uso parece serceremonial, siendo un metal muy caro,más que el oro. Algunas fuentessugieren que tal vez se obtuvieracomo subproducto de la obtenciónde cobre.

El hierro es el metal de transiciónmás abundante en la cortezaterrestre, y cuarto de todos loselementos. También existe enel Universo, habiéndoseencontrado meteoritos que locontienen. Es el principal metal quecompone el núcleo de la Tierra hastacon un 70%. Se encuentra formandoparte de numerosos minerales, entrelos que destacanla hematites(Fe2O3),la magnetita (Fe3O4),la limonita (FeO (OH)),la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2),la ilmenita (FeTiO3), etcétera.

ESTRUCTURAS DE ACEROEn estas estructuras se cuenta con perfiles en el mercado y se constituyen por se de

ALMA LLENA, LAMINAS PLEGADAS, que funcionan para la construcción de cubiertas y entrepisos.

Perfil de alma llena anclado a columnas de concreto.

CUBIERTAS DE LAMINASPLEGADAS.

Estructuras de maderaDEFINICION.La madera es el único material renovable dotado de buenas propiedades estructurales talescomo elasticidad, flexibilidad y poco peso.

La durabilidad de este material dependerá del ambiente a que se exponga y lostratamientos que se le apliquen para controlar el contenido de humedad, reduciendo el riesgode pudrición y crecimiento de hongos.

Columnas y Vigas de Madera:

Por sus características físicas y mecánicas estas se conformaran de maderas duras.

La conformación se da en GRAN SECCION. 4¨x 4¨, 5¨x 5¨, 6¨x 6¨ y mas.

CLASIFICACIONCOLUMNAS AGRUPADAS:

Sistemas que se utilizan en estructuras prefabricadas o construcciones en serie.

COLUMNAS DE ENSAMBLE:Consiste en el armado de piezas de poco espesor (Tablas) separadas por tacos de

madera unidos por tornillos pasados, formado secciones agrupadas.

ARTESONADOProviene de la palabra "artesón" maderaso vigas situadas en las techumbres entrecuyos huecos se cubrían de adornos.Generalmente este nombre se refiere atoda techumbre con decoración demadera, que resuelve los problemasestructurales de los edificios, y muyespecialmente la realización de forjados depiso y armaduras de cubierta.

ANCLAJESEste es un procedimiento de fijación oconexión y se clasifican en:

1.- POR ENSAMBLES

2.- POR FIJACION.

FIJACION POR HERRAJES PARA MADERA

Por ensambles

ESTRUCTURAS DE MADERATIJERAS

UNA DE LAS TIPOLOGIAS ESTRUCTURALES MAS FRECUENTES ES LA VIGA DECELOSIA. SU USO SE DA EN LA CONTRUCCION INDUSTRIAL. Y SU FIN ES PARARESOLVER AREAS DE MEDIANA Y GRANDES LUCES.

SISTEMAS PLANARES: CERCHAS

DEFINICION CONSTRUCTIVA

VENTAJAS:

Presentan una buena relación peso – resistencia en comparación de vigas de almallena.

DESVENTAJAS:

Constructivamente presenta ciertos inconvenientes tales como:

El número de elementos y componentes lineales unidos entre si. Basadosen el tiempo de ejecución de una cercha.

ANCLAJES Y HERRAJES.

En esta sección se encuentran los herrajes y kits de una línea de productos varios.Como es el caso de las cerchas, los herrajes que componen los kits son constituidos porplatinas de hierro negro tornillos tuercas y arandelas de presión, por lo que se puede modificaro completar un kit substituyendo o adicionando los herrajes necesarios en cuanto a su diseñoy especificación de espesor y diámetro de uso.También se pueden suministrar piezas especiales fabricadas a pedido.

ESTRUCTURAS ESPACIALES DE ENTRAMADOS:RETICULADOS ESPACIALES

Reticulados espaciales cúbicos: conformados por armaduras longitudinales ytransversales unidas en 90°, principalmente vigas reticuladas.

Estereométricas o reticuladas espaciales triangulares: conformadas por pirámides ytetraedros regulares. También se puede decir que son 2 retículas cuadriculadasdesfasadas entre sí, unidas por diagonales en 45° o 60°.

Estructuras muy livianas y económicas si son bien diseñadas.

Uniones relativamente complejas, mediante conectores planos multidireccionales o unionesesféricas

LOSA DE CONCRETO ARMADO.Una losa de concreto armado, es la superficie plana horizontal de una construcción, preferentemente entrepiso y

azoteas, se dice que es armada porque en su interior esta compuesta de concreto y una especie de "red" o malla

llamada parrilla, compuesta de varillas amarradas entre si por alambre recocido, las varillas que se colocan en

ambos sentidos van del No. 3 hacia denominaciones mayores, según las características de peso y claro que

quieras salvar, también pueden tener dobleces a 45º para lograr mayor resistencia y la distancia entre ellas

generalmente es entre los 5 o 10 cm., mientras que el ancho de la losa o mejor llamado como espesor

generalmente es de 10 cm. hasta los 15 dependiendo nuevamente la distancias que quieras cubrir, todo esto en

su perímetro o intermedio reforzado por vigas o cadenas de concreto también armado que son tipo castillos

horizontales y van armados igualmente de varilla y estribos, y que sus dimensiones dependeran del cálculo

previo a las características del espacio que necesitas

• Función arquitectónica: Separa unos espacios verticales formando los diferentes pisos de una construcción; para que esta

función se cumpla de una manera adecuada, la losa debe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y de visión directa, es

decir, que no deje ver las cosas de un lado a otro.

ALGUNOS DATOS QUE TOMAR EN CUENTA:LA LOSA REQUIERE CUATRO APOYOS O MUROS DE SOSTEN. EN UNA CASA DE VARIOS CUARTOS SEPUEDE COLAR UNA SOLA LOSA PARA TODA LA CASA; PERO HAY QUE TOMAR EN CUENTA QUE LASUMA DEL LADO CORTO, MAS EL LADO LARGO DE CADA CUARTO SUMEN HASTA NUEVE METROS Y SILLEGAN A SUMAR MAS DE NUEVE METROS ENTONCES EL CUARTO NECESITARA UNA VIGA EN MEDIO.SI NO SE PUEDE COLAR LA LOSA DE TODA LA CASA, O SI SE VA A CONSTRUIR CUARTO POR CUARTO,ES RECOMENDABLE HACER INDIVIDUALMENTE LA LOSA DE CADA CUARTO. ASI, CUANDO SE MEJOREO AMPLIE LA CASA, CADA CUARTO TENDRA SU PROPIA LOSA. EN CASO DE NECESITAR UN CUARTOMAS GRANDE, Y LA SUMA DEL LADO LARGO MAS LADO CORTO DE MAS DE NUEVE METROS, SE PONEUNA VIGA EN MEDIO DEL CUARTO O UN MURO EN EL CUAL SE APOYE LA LOSA.

LOSACEROMarcas o nombre comúnSteelDeck Losacero ®El losacero encuentra sus aplicaciones de entrepisos para edificaciones, ampliaciones, puentes, estacionamientos, techospara viviendas unifamiliares.• Actúa como plataforma de trabajo durante la construcción.• Sirve como encofrado para la losa. Estabiliza el marco (si se utiliza estructura metálica). Reemplaza la armadura de varillasde hierro funcionando como armadura de tracción para los momentos flectores positivos en el trabajo a la flexión de la losadurante la vida útil del edifi cio.• Provee resistencia para cargas horizontales al actuar como diafragma.• Losacero es una lámina corrugada de acero galvanizado estructural, perfilada para que se produzca un efectivo ajustemecánico con el concreto, gracias a las muescas especiales que además sustituyen el acero a la tracción de la placa.• Medidas.- 4,10 m; 4,60m; 5,10m y 6,10mOtros largos, previa consulta• El galvanizado de la lámina le garantiza una larga vida útil en cualquier condición ambiental• En la mayoría de los proyectos se elimina el uso de puntales, reduciendo costos de instalación• Se obtienen placas más livianas ( 8 a 10 cm de espesor )• Se instala de forma rápida y limpia.Sencillez y economía en su instalación al disminuir considerablemente la mano de obra requerida.• Permite el colado simultáneo en diferentes niveles, incrementando de esta manera el rendimiento de instalación.• Excelente resistencia estructural.• Rápida y fácil instalación.

Descripción

Panel metálico para cubiertas, tipo sándwich, inyectado en línea continua con poliuretano expandido de altadensidad (40 Kg-7m3)y ambas caras de lámina de acero galvanizada pre pintada.

Usos

• Elementos de cubierta para edificaciones industriales, comerciales y residenciales.• Elemento para fachadas por la rigidez que proporcionan las nervaduras.

Características

• Elevada resistencia mecánica con posibilidad de mayor separación entre apoyos.• Optimo aislamiento térmico y acústico.• Permite suprimir la instalación de pláfon / cielo raso u otro detalle de acabado.• Excelente acabado interior y exterior.• Ligero.