Estructuras de Hormig贸n Carlos Alberto Riveros Jerez Ingeniero Civil, M.Eng., D.Eng.
Listado de Temas Funciones primarias de las edificaciones Tipos de Cargas Tipos de estructuras de hormigón Elementos estructurales de hormigón
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Funciones primarias de las edificaciones Dar soporte a las cargas gravitacionales en condiciones de resistencia y servicio de diseño durante: 1. Uso normal de la edificación (condiciones de servicio) 2. Consideraciones máximas de cargas durante su vida útil 3. Cargas ambientales de variadas intensidades Estructuras de Hormigón – Ingeniería Civil UdeA
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Deflexión Lateral
Deflexión Vertical
Carga Muerta, Viva, etc.
Cargas de Viento o Sismo
Diseño por Desempeño: control de desplazamientos dentro de límites aceptables durante la aplicación de cargas de servicio y cargas ambientales de variada intensidad
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2. Tipos de Cargas Gravedad: Muerta Viva Impacto Lluvia/granizo Inundaciones
Laterales Viento Sismos Presiones laterales de suelo Variación de temperatura Fuerzas centrifugas
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3. Tipos de Estructuras de Hormigón Sistemas de soporte a cargas verticales Sistemas de soporte a cargas laterales
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Sistemas de soporte a cargas verticales • • • •
Placa plana Losa plana (con ábacos y/o capiteles) Losa aligerada armada en una dirección Losa aligerada armada en dos direcciones
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Sistema de Placa Plana
Planta
Alzado
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Sistema de Placa Plana Ventajas: • Relativa facilidad de construcción • Techos a la vista planos (reduce costos acabados) • Muy eficiente para alturas de entrepiso relativamente pequeñas Aplicaciones típicas: • Luces cortas o medianas con cargas pequeñas
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Placa Plana con Viga de Borde
Planta
Alzado
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Placa Plana con Viga de Borde Ventajas: • Las mismas del sistema de placa plana y adicionalmente: – Aumento de la resistencia ante cargas verticales y laterales – Aumento de la rigidez torsional – Disminución de deflexiones en el borde de la placa Aplicaciones típicas: • Las mismas del sistema de placa plana
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Placa Plana con Vigas de Piso
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Placa Plana con Vigas de Piso Ventajas: • Aumento de la resistencia ante cargas verticales y laterales • Relativa facilidad de construcción • Techos a la vista planos (reduce costos acabados) Aplicaciones típicas: • Luces medianas con cargas pequeñas
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Sistema de Losa Plana Losa pana con ábacos y/o capiteles
Planta
Alzado
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Sistema de Losa Plana Ventajas: • Disminución de deflexiones en la losa • Incremento de la resistencia a cortante de la losa • Techos a la vista planos (reduce costos acabados) • Muy eficiente para alturas de entrepiso relativamente pequeñas Aplicaciones típicas: • Luces medianas con cargas moderadas a altas
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Sistema de Losa Aligerada Armada en una Dirección Entramado de viguetas : (Una dirección)
Pórticos planos de resistencia vertical o lateral Pórticos planos de resistencia lateral Viguetas
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Sistema de Losa Aligerada Armada en una Dirección Entramado de viguetas con vigas : (Una dirección)
Pórtico de resistencia lateral
Viguetas
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Sistema de Losa Aligerada Armada en una Dirección Esquema Vigueta Parte Superior Losa
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Sistema de Losa Aligerada Armada en una Dirección Ventajas: • Luces más largas para resistir cargas mayores • Reducción del peso propio de la losa debido al aligeramiento • Las instalaciones hidrosanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas entre las viguetas • Buena resistencia a la vibración Aplicaciones típicas: • Luces medias a largas con altas cargas
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Sistema de Losa Aligerada Armada en dos Direcciones
Pórticos planos de resistencia lateral Aligeramiento
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Sistema de Losa Aligerada Armada en dos Direcciones Ventajas: • Luces más largas para resistir cargas mayores • Reducción del peso propio de la losa debido al aligeramiento • Las instalaciones hidrosanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas entre las viguetas • Buena resistencia a la vibración • Excelente terminado Aplicaciones típicas: • Luces largas con altas cargas Estructuras de Hormigón – Ingeniería Civil UdeA
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Costo Sistemas Soporte Cargas Verticales (PCA 2000)
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Sistemas de Soporte a Cargas Laterales • Generalidades del sistema pórtico • Pórticos placa/losa-columna con ábacos y/o capiteles • Pórticos viga-columna • Sistema de muros de cortante • Sistema dual
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Pórtico:
sistema coplanar de vigas o losas y columnas donde predominan la deformación en flexión
Planar (2D)
Tridimensional (3D)
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Comportamiento Básico
Cargas Gravitacionales
Cargas Laterales
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2D vs. 3D Pórticos (Planta)
Planar
Tridimensional
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Ventajas del Sistema Pórtico • Uso óptimo del espacio de los pisos, i.e. parqueaderos. • Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha experiencia. • Generalmente económico para alturas inferiores a 20 pisos • En Colombia, la mayoría de pórticos han sido hechos en concreto reforzado.
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Desventajas del Sistema Pórtico • Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y su diseño es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos. • Las luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto reforzado tradicional (generalmente inferiores a 12 metros). La longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado.
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Pórticos de Resistencia Lateral Pórtico Placa-Columna: Ancho efectivo de placa
Planta
Alzado
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Pórticos de Resistencia Lateral Pórtico Viga-Columna:
Alzado
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Pórticos de Resistencia Lateral Elementos diafragma (cortante): transmite cargas laterales a un sistema de resistencia lateral Pórtico Resistencia Lateral Elemento Placa
Deformada – la carga lateral es distribuida en forma proporcional al área tributaria de los pórticos
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Pórticos de Resistencia Lateral Para plantas relativamente cuadradas, los diafragmas son considerados rígidos Pórtico espacial con configuración cuadrada en planta La deformada tiene una magnitud constante de desplazamiento lateral – No hay diagrama flexible i.e. la carga lateral se distribuye en forma proporcional a la rigidez de los pórticos
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Sistema de Muros de Cortante Muro de Cortante
Columna
La deformación por cortante domina
Pórticos interiores para cargas gravitacionales
Alzado Estructuras de Hormigón – Ingeniería Civil UdeA
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Sistema de Muros de Cortante Configuración para ascensores Pórticos para resistir cargas gravitacionales Muros de Cortante
Vigas acopladas
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Sistema Dual Sistema dual pantallas-pĂłrticos:
Pórticos de resistencia lateral y para cargas gravitacionales– 25% de la carga lateral Muros de Cortante
Elementos estructurales de hormigón Vigas Columnas Losas/placas/membranas Muros/Diafragmas
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Elementos Viga Definición: Miembros sujetos a flexión y corte
Propiedades Elásticas:
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Elementos Columnas Definición: Miembros sujetos a flexión, corte y fuerza axial
Propiedades Elásticas:
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Elementos Losas/placas Definición: Miembros sujetos a flexión y corte bidireccional
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Elementos Muros/Diafragmas Definición: Miembros sujetos a corte
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Referencias • • • • • • • • • • • •
Profesor Eric W. Sandt, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Texas A&M, notas de clase del curso Structural Concrete Design. Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS. Normas Colombianas de diseño y Construcción Sismo Resistente: NSR-10. Garza Vásquez, Luis. Diseño y Construcción de Cimentaciones, Universidad Nacional de Colombia: Sede Medellín, 2000. McCormac, Jack C., and Brown, Russell. Design of Reinforced Concrete, 8ª Edición. Wiley, 2009. Nawy, Edward. Reinforced Concrete: A Fundamental Approach, 6ª Edición. Pearson/ Prentice Hall, 2009. Massachusetts Institute of Technology, Mechanics and Design of Concrete Structures, MIT Open Course Ware. Nilson, Arthur. Diseño de Estructuras de Concreto. 12ª Edición. Santafé de Bogotá, McGraw-Hill, 1999. Riveros, C.A., García, E.F., Rivero, J.E. Estructuras de Hormigón: vigas y columnas. Reimpresos Universidad de Antioquia. 2012. Riveros, C.A., García, E.F., Rivero, J.E. Estructuras de Hormigón: losas y cimentaciones. Reimpresos Universidad de Antioquia. 2012. Setareh, Mehdi, and Darvas, Robert. Concrete Structures, 1ª Edición. Pearson Education, 2007. Wight, James, and MacGregor, James. Reinforced Concrete: Mechanics and Design, 5ª Edición. Pearson Education, 2009. Winter, George. Proyecto de Estructuras de Hormigón, Reverte, reimpreso 2002, 1986.
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