diseño de estructuras de concreto ii (clase2)

Presentacin de PowerPoint

DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO II

William Gmez Zabaleta

Departamento de ingeniera civil

Universidad del Magdalena

[email protected]

GENERALIDADES DEL CURSO

Cdigo y nombre del curso

CONCRETO II

Componente curricular

ESTRUCTURAS

Pre-Requisitos Horas de Clase

CONCRETO I 48

Crditos

3

Prof. William Gmez Universidad del Magdalena

DESCRIPCION DEL CURSO

El curso de Concreto II permite al estudiante conocer y estudiar las metodologas actuales que permiten disear elementos viga, columnas, zapatas, losas en dos direcciones apoyadas sobre vigas rgidas y muros de contencin. Tambin hace nfasis en el manejo de software especializados para el anlisis y diseo estructural.


JUSTIFICACION DEL CURSO

Conscientes que, la mayora de las estructuras en nuestro medio se construyen con concreto reforzado y el sistema estructural de mayor uso para estructuras de mediana altura lo constituye el aporticado; cuya base son las zapatas, vigas y columnas, Se hace necesario ensear los conceptos y procedimientos que permitan disear racionalmente cada uno de los elementos constitutivos de la estructura, a la luz de la normativa vigente en nuestro pas como lo es la NSR-2010.


TEMATICA


TEMATICA


METODOLOGIA


Una parte del curso se desarrollar siguiendo el sistema tradicional de enseanza como lo es la clase magistral dictada por el docente, el tiempo restante el dicente ser el encargado de generar o crear su propio conocimiento por medio del trabajo independiente.

CRITERIOS DE EVALUACION


Los criterios de evaluacin a tener en cuenta son: anlisis, creatividad, capacidad de comunicacin escrita y verbal, asistencia puntual al curso, respeto por las normas establecidas al inicio del curso, responsabilidad, valores morales y sentido de pertenencia por la institucin, participacin en clase y colaboracin.

NOTAS


1er y 2do Seguimiento

30 puntos Talleres

30 puntos Quiz

90 puntos Parcial

3er Seguimiento

50 puntos Talleres

50 puntos Quiz

90 puntos Parcial

BONIFICACION

BONIFICACION


Las bonificaciones son reconocimientos al merito estudiantil. Son puntos extra para el estudiante que demuestre conocimientos adquiridos por lectura personal e individual.

En todas las clases el profesor realizara preguntas acerca de una lectura especifica de un tema tratado, si la respuesta del estudiante extrapola los fundamentos dados en la aula de clase, al estudiante se le premiara con puntos.

INCENTIVO

ESTUDIANTE


La palabra estudio viene del latn Studium, que en ultima instancia nace del verbo studeo.

El verbo studeo en un principio no significaba estudiar en el sentido moderno, sino mas bien dedicarse con atencion (a algo), tener gran gusto (por algo), estar deseoso (de algo).

BIBLIOGRAFIA INTERNACIONAL


BIBLIOGRAFIA NACIONAL


BIBLIOGRAFIA


American Concrete Institute ACI. Design Handbook : Design of Structural Reinforced Concrete Elements in Accordance With the Strength Design Method of Aci 318-95 . December 1997.

Nilson Arthur, Winter George. Diseo de Estructuras de Concreto Reforzado. Mc. Graw Hill.

Mc Cormac Jack. Design of Reinforced Concrete. Wiley Edition

R. Park, T. Pauly. Estructuras de Concreto Reforzado, editorial Limusa, Mxico, 1997, primera edicin, novena reimpresin, 796 pg.

James K. Wight, James MacGregor. Reinforced Concrete, Fifth Edition.

AIS (Asociacin Colombiana de Ingeniera Ssmica), Reglamento Colombiano de construccin Sismo Resistente NSR-10.

Robert Rochel Awad. Hormign reforzado, segunda parte, editorial Digital Express, 1999, primera edicin, 235 pg.

Jorge I. Segura Franco. Estructuras de Concreto I, Universidad Nacional de Colombia, 1999, Cuarta edicin, 455 pg.

PERFIL PROFESIONAL DEL DOCENTE

Ingeniero civil - Universidad del Magdalena (2010)

Candidato a Magister en Ingeniera Civil con nfasis Estructural (2015)

Experiencia

Construccin (Residente de obras)

Diseo Estructural ( Concreto)

Modelacin (Elementos Finitos)

Programacin Computacional Bsica (Matlab)


HABILIDADES EN MODELACION Y SIMULACION COMPUTACIONAL


SOFTWARE COMSOL MULTYPHISICS



SOFTWARE ABAQUS CAE



VIDEO SOFTWARE ABAQUS CAE

HABILIDADES EN PROGRAMACION COMPUTACIONAL (Matlab)


HABILIDADES EN PROGRAMACION COMPUTACIONAL (Matlab)


Lo peor es educar por mtodos basados en el temor, la fuerza, la autoridad, porque se destruye la sinceridad y la confianza, y slo se consigue una falsa sumisin. Albert Einstein


IDEOLOGA DE APRENDIZAJE

No es mejor maestro el que sabe ms, sino el que mejor ensea.

Vanceli

CLASE 1


REPASO GENERAL DEL DISEO A FLEXION EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO E INTRODUCCION AL COMPORTAMIENTO DE LOSAS EN 2 DIRECCIONES


REPASO GENERAL DEL DISEO A FLEXION EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO.

Para aprender y entender el comportamiento a flexin de distintos elementos estructurales ( Columnas, Vigas, Zapatas, Losas, etc) es necesario conocer de fondo las bases de mecnica de materiales y esttica bajo los cuales se demostraron las formulas que utilizamos hoy en da.

Para aprender esto utilizaremos la siguiente dinmica

Plantee alguna idea de como usted hubiese creado una teora para comprender el comportamiento a flexin en vigas?


Como hubiese creado usted la teora de flexin en vigas?

Lo primero que debe saber, es que la mayora de fundamentos y demostraciones matemticas que se crearon con el pasar del tiempo en la ingeniera estructural, surgieron a partir de una observacin general de la geometra de una estructura, antes y despus de deformada; Posterior a esta observacin se fueron puliendo Teoras.


1. Observacin (Elementos Viga)


1. Observacin (Elementos Viga)

Si se dibujan lneas paralelas a la cota de altura de la viga (en la posicin no-deformada), se puede observar deformaciones internas de la viga en la posicin deformada.

Estas deformaciones tienden a variar linealmente (sin tener en cuenta alabeos), Por esta razn se puede suponer que las secciones planas despus de la flexin permanecen planas


1. Anlisis (Elementos Viga)

Como primera conclusin de la observacin se puede decir que al cargar la viga (con una carga perpendicular a su eje longitudinal), esta se flexiona y una parte de esta se comprime mientras otra se tensiona.


2. Anlisis (Elementos Viga)

Si esta viga esta construida en concreto reforzado, siendo el concreto un material dbil a tensin y no lineal (despus de 0.45 Fc) , entonces ocurre lo siguiente:

Concreto

Barras de acero

Barras de acero

Barras de acero

Concreto

Concreto


3. Diseo a flexion (Elementos Viga)

En la grafica anterior es posible apreciar que la parte del concreto que esta sometida a tensin, no aporta nada de resistencia; Esto se debe a que el concreto falla incluso a cargas muy pequeas de tensin, por esta razn se refuerza con acero estas zonas especificas.

Esta apreciacin es la base principal del diseo de estructuras de concreto reforzado, el cual se puede resumir en proporcionar resistencia a una estructura dada bajo unas cargas estipuladas, teniendo en cuenta las cualidades del concreto a compresin y del acero a Tensin


3. Diseo a flexion (Elementos Viga)

Teniendo estas pautas y partiendo de cumplir requisitos de resistencia, surgieron teoras de fallas, donde se empez a observar diferentes grados de ductilidad en la estructura antes de colapsar.

Diseo Sub-reforzado ----- Falla primero el acero --- Falla Dctil

Diseo Sobre-reforzado ----- Falla primero el Concreto --- Falla Frgil

Diseo Balanceado ---- Falla Concreto y Acero simultneamente --- Falla Frgil

Falla escogida para disear--- Dctil--- Diseo Sub-reforzado

El acero falla primero que el concreto, por lo tanto se pueden apreciar grietas en la estructura antes de ocurrir el colapso. Estas grietas son advertencias que indican que el elemento estructural esta siendo solicitado a cargas mayores para las que fue diseado, las personas se percatan de esto y pueden salir del lugar .


3. Diseo a flexin (Elementos Viga)

Diseo Sub-reforzado

Algunas de las recomendaciones del ACI para el diseo a flexin de vigas son las siguiente:

Limitacin cdigo ACI 10.3.3

max = 0.75 b ---------- Cuanta Mxima

min= ----------- Cuanta mnima (dimensiones psi)

Para vigas rectangulares


3. Diseo a flexin (Elementos Viga)

Formulas de Diseo Subreforzado

,

---------- = 0.9


3. Diseo a cortante (Elementos Viga)

Formulas de diseo a Tensin diagonal ( Psi, Pulg )

---------- = 0.75

Refuerzo mnimo si


3. Diseo a cortante (Elementos Viga)

Formulas de diseo a Tensin diagonal (Psi, Pulg)

De acuerdo al cdigo ACI, en ningn caso el valor de Vs debe exceder el valor de


4. Formulaciones de Diseo Reglamento NSR-10

no menor que:





para refuerzo a cortante

Smax d/2

Smax 600 mm

Cuando

Los anteriores desplazamientos se reducen a la mitad

Refuerzo mnimo a cortante



Las anteriores formulaciones fueron demostradas para elementos estructurales sometidos a fuerzas de flexin, como se vera a continuacin el uso de estas formulas no se limita a vigas solamente, si no que abarca otros elementos como losas, columnas, cimentaciones, entre otras.


CLASE 2.

DISEO DE LOSAS EN

DOS DIRECCIONES


DISEO DE LOSAS EN

DOS DIRECCIONES

Antes de empezar a disear una losa conozcamos un poco que es una losa? Qu tipos de losas hay? Como funcionan?


DEFINICION DE LOSA

Una losa de concreto es una amplia placa plana, generalmente horizontal, cuyas superficies (Superior e Inferior) son paralelas o casi paralelas entre si.

Puede estar apoyada en vigas de concreto reforzado, en muros de mampostera o de concreto, en elementos de acero estructural, en columnas o en el terreno.


DEFINICION DE LOSA

Las losas pueden estar apoyadas en dos lados opuestos, caso en el que la accin estructural de la losa es fundamentalmente en una direccin (Losa en una direccin), o pueden estar apoyadas en los 4 bordes (Losa en dos direcciones).

Dependiendo de como se apoye las losas cambia el comportamiento y diseo de estas.


LOSAS EN 1 Y 2 DIRECCIONES

Losa armada en una direccin

Losa armada en dos direcciones


TIPO DE LOSAS

Las losas se clasifican de acuerdo a su forma de apoyo y caractersticas den dos grupos y sus correspondientes subgrupos

Apoyadas en los bordes sobre muros y vigas rgidas

Apoyadas o soportadas en columnas

Losas Macizas

Losas Aligeradas

Losas Macizas

Losas Aligeradas

Losas Macizas con bacos y/o capiteles


LOSAS MACIZAS

Elementos estructurales de concreto armado, de seccin rectangular llena, de poco espesor y abarcan una superficie considerable de piso.

Sirven para conformar pisos y techos en un edificio y se apoyan en vigas o pantallas

Pueden tener uno o varios tramos continuos


LOSAS ALIGERADAS

Tipo de losa en la que parte del concreto se reemplaza por otros materiales como cajones de madera, poli estireno, esferas, etc

En algunos casos se realiza el aligeramiento de ladrillos o bloques. De esta forma se disminuye el peso de la losa y se pueden cubrir mayores luces de manera mas econmica


DISEO DE LOSAS EN DOS DIRECCIONES

Nuevamente como se detallo en la clase anterior, se demostraran los principios del diseo de losas basados en 4 parmetros.

1. Observacin

2. Anlisis

3.Diseo Estructural (ACI)

4.Formulaciones de Diseo segn el Reglamento NSR-10


1.OBSERVACION

Siguiendo la misma dinmica pasada observaremos dos tipos de losas ( Armadas en 1 direccin, Armadas en 2 direcciones) a las cuales se les someter a un tipo de fuerzas y se obtendrn graficas de deformada.

Losas armadas en una direccin


1.OBSERVACION

Siguiendo la misma dinmica pasada observaremos dos tipos de losas ( Armadas en 1 direccin, Armadas en 2 direcciones) a las cuales se les someter a un tipo de fuerzas y se obtendrn graficas de deformada.

Losas armadas en dos direcciones


1.OBSERVACION

Como primera conclusin se puede decir que las losas armadas en una direccin se fletan solamente en la direccin perpendicular al eje de sus apoyos, lo cual indica que su comportamiento es similar al de una viga, con la excepcin de tener su dimensin de anchura mucho mayor.

Como segunda conclusin se puede decir que las losas armadas en dos direcciones se fletan en sus dos ejes formando un valle, este comportamiento es similar a tener dos vigas perpendiculares unidas sometidas a flexin. El punto central de las dos vigas es el mismo y en ese mismo punto las deflexiones son iguales.


2.ANALISIS

Es lgico comentar que si una losa se deflecta como un valle, esto significa que en cualquier punto la losa tiene curvatura en sus dos ejes principales y puesto que los momentos flectores son proporcionales a las curvaturas, tambin existen momentos en ambas direcciones.

Para resistir los momentos la losa debe entonces reforzarse en las dos direcciones, al menos por dos capas de barras perpendiculares con respecto a los dos pares de bordes. La losa debe disearse para tomar una parte proporcional de la carga en cada direccin.


2.ANALISIS

Para visualizar el comportamiento a flexin en dos direcciones es conveniente pensar que la losa esta conformada por dos conjuntos de franjas paralelas en cada una de las dos direcciones, que se interceptan entre si.

Evidentemente parte de la carga es tomada por una franja de viga y el resto de carga la toma la otra franja.

SIMPLIFICACION


2.ANALISIS

Si se igualan las deflexiones en el centro de la franja corta y larga se obtiene:

Evidentemente parte de la carga es tomada por una franja de viga y el resto de carga la toma la otra franja. Se puede observar que la mayor fraccin de carga se transmite en la direccin corta.

La = longitud corta ; Lb=Longitud Larga


2.ANALISIS

Esta reparticin de cargas como se ha planteado es como tal un resultado aproximado, puesto que existen otros factores como la redistribucin inelstica y la presencia de momentos torsores que hacen que estas cargas sean mucho menores de las que se han detallado anteriormente.

Un planteamiento mas preciso para hallar los momentos de diseo en losas armadas en dos direcciones se presenta a continuacin (Mtodo 3-ACI).

El mtodo 3 del cdigo ACI de 1963 se utiliza de forma amplia para losas apoyadas en bordes por muros, vigas de acero o vigas de concreto, cuya altura total no sea menor que tres veces el espesor de losa


3.DISEO DE LOSAS EN 2 DIRECCIONES

METODO 3 DEL CODIGO ACI

El mtodo utiliza tablas de coeficientes de momento que cubren varias condiciones. Estos coeficientes se basan en anlisis elsticos pero tambin tienen en cuenta la redistribucin inelstica. En consecuencia, el momento de diseo en cada direccin es menor en cierta cantidad que el momento mximo elstico en esa direccin. Los momentos en las franjas centrales en las dos direcciones se calculan a partir de

Donde




El mtodo establece que cada panel debe dividirse, en ambas direcciones, en una franja central cuyo ancho es la mitad del panel y en dos franjas de borde o franjas de columna con un ancho igual a un cuarto del ancho del panel. Los momentos en dos direcciones son mayores en la porcin central de la losa que en las regiones cercanas a los bordes.




La franja central se disea para el momento de diseo total tabulado.

Para las franjas de borde, este momento disminuye desde su valor mximo en el borde de la franja hasta un tercio de su valor en el borde del panel.




Es adecuado comentar en este punto del diseo, que la continuidad de los bordes de una losa afecta en gran parte la variacin de la distribucin de cargas en las dos direcciones y por consiguiente los momentos en las losas.

Por esta razn las tablas que sern presentadas a continuacin tienen relacin con esta variable de continuidad.



TABLAS DE COEFICIENTES

Coeficientes para momento positivo (carga muerta)

Coeficientes para momento positivo (carga viva)

Coeficientes para momento negativo en bordes continuos (Cargas Viva y Carga Muerta)

Coeficientes para cortante

Nota: Los momentos negativos en bordes discontinuos se toman como 1/3 de los momentos positivos para la misma direccin



Recomendaciones

Smax= 2h Espaciamiento del refuerzo . ( h = espesor de losa)

Cortante por unidad de longitud:

a= ancho de viga

Refuerzo Especial en esquinas

Refuerzo con tamao y espaciamiento igual al de momento mximo en el panel

hmin= Permetro/180

hmin= espesor mnimo de losa















diseño de estructuras de concreto ii (clase2)

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