ACCIONES EXTERIORES QUE AFECTAN UNA ESTRUCTURA

La clasificación más racional de las acciones exteriores que afectan a las estructuras se hace en base a la variación de su intensidad con el tiempo. 

Acciones variables.

Son aquellas que inciden sobre la estructura con una intensidad variable con el tiempo, pero que alcanzan valores importantes durante lapsos grandes.

Se pueden considerar las siguientes:

1.- Cargas vivas, o sea aquellas que se deben al funcionamiento propio de la construcción y que no tienen carácter permanente

2.- Cambios de temperaturas

3.- Cambios volumétricos

Acciones accidentales.

Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de la construcción y que puede tomar valores significativos solo durante algunos minutos o segundos, a lo mas horas en toda la vida útil de la estructura.

Se consideran las siguientes

1.-Sismos

2.-Vientos

3.-Oleajes

4.-Explosiones

Acciones permanentes.

Son las que actúan en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad pude considerarse que no varía con el tiempo. Pertenecen a este grupo las siguientes.

1.- Cargas muertas debidas al propio peso de la estructura y al de los elementos no estructurales de la construcción 

2.- Empujes estáticos de líquidos y tierras 

3.- Deformaciones y desplazamientos debido al esfuerzo de efecto del pre-esfuerzo y a movimientos diferenciales permanentes en los apoyos 

4.- Contracción por fraguado del concreto, flujo plástico del concreto, etc.

PESOS VOLUMETRICOS DE MATERIALES

Módulo de Elasticidad: Concreto y Acero

Las variables de control para el comportamiento estructural son el esfuerzo y la deformación. De manera que al emplear los parámetros del esfuerzo o deformaciones permitidas, se diseña el elemento para obtener así las dimensiones.

El esfuerzo y la deformación se relacionan mediante la ley de Hooke, permitiendo así conocer el esfuerzo o la deformación conocida una de las dos; dado que la deformación es un aspecto que puede ser visible en la estructura, se puede conocer el esfuerzo, el cual es difícil de ver.

El comportamiento de los materiales se caracteriza por tener una fase elástica donde el material se deforma de manera lineal con respecto al esfuerzo aplicado y una vez eliminado el esfuerzo , el material vuelve a su dimensión original. Asimismo, tiene una fase plástica, que se caracteriza porque la relación lineal entre el esfuerzo y la deformación no es lineal y al eliminar el esfuerzo el material queda con una deformación permanente. Estas dos fases están limitadas por el denominado esfuerzo de cedencia (sy); a partir de la cedencia el material deja de ser elástico y no mantiene una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación; es decir pasa de la fase elástica a la fase plástica.

La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación se denomina módulo de elasticidad (E).

Cabe destacar que el comportamiento de la estructuras se delimita a la fase elástica, por ello, el esfuerzo de cedencia y el módulo de elasticidad son las dos medidas identifican un material, porque sy sirve de pauta para establecer el máximo esfuerzo permitido y E permite conocer las deformaciones si son conocidas las fuerzas que actúan sobre el elemento.

Módulo de Young

El módulo de Young o módulo elástico longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. 

Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud.

Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal, puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material.

LOSA RETICULADA

Este tipo de losas se elabora a base de un sistema de entramado de trabes cruzadas que forman una retícula, dejando huecos intermedios que pueden ser ocupados permanentemente por bloques huecos o materiales cuyo peso volumétrico no exceda de 900kg/m y sean capaces de resistir una carga concentrada de una tonelada. La combinación de elementos prefabricados de concreto simple en forma de cajones con nervaduras de concreto reforzado colado en el lugar que forman una retícula que rodea por sus cuatro costados a los bloques prefabricados. También pueden colocarse, temporalmente a manera de cimbra para el colado de las trabes, casetones de plástico prefabricados que una vez fraguado el concreto deben retirarse y lavarse para usos posteriores. Con lo que resulta una losa liviana, de espesor uniforme.

Entre sus ventajas se encuentra

• Los esfuerzos de flexión y corte son relativamente bajos y repartidos en grandes areas.

• Permite colocar muros divisorios libremente. 

• Se puede apoyar directamente sobre las columnas sin necesidad de

trabes de carga entre columna y columna.

• Resiste fuertes cargas concentradas, ya que se distribuyen a areas

muy grandes a través de las nervaduras cercanas de ambas

direcciones.

• Las losas reticulares son más livianas y más rígidas que las losas

macizas. 

• El volumen de los colados en la obra es reducido. 

• Mayor duración de la madera de cimbra, ya que sólo se adhiere a las

nervaduras, y puede utilizarse más veces 

• Este sistema reticular celulado da a las estructuras un aspecto

agradable de ligereza y esbeltez. 

• El entrepiso plano por ambas caras le da un aspecto mucho más limpio

a la estructura y permite aprovechar la altura real que hay de piso a techo para el paso de luz natural. La superficie para acabados presenta características óptimas para que le yeso se adhiera perfectamente, dejando una superficie lisa, sin ocasionar grietas.

• Permite la modulación con claros cada vez mayores, lo que significa una reducción considerable en el número de columnas.

• La construcción de este tipo de losa proporciona un aislamiento acústico y térmico.

• La ausencia de trabes a la vista elimina el falso plafón.

• Permite la presencia de voladizos de las losas, que alcanzan sin problema 3 y 4 metros.

• Mayor rigidez de los entrepisos, gran estabilidad a las cargas dinámicas, soporta cargas muy fuertes.

• Su aplicación es muy variada y flexible, bien puede utilizarse en edificios de pocos niveles, ó grandes edificaciones, para construcciones de índole público, escuelas, centros comerciales, hospitales, oficinas, multifamiliares, bodegas, almacenes, construcciones industriales ó casas económicas en serie o residencias particulares.

Los cajones prefabricados se colocan sobre una cimbra plana, dispuestos por pares, uno de fondo y otro de tapa que forman una celda interior cerrada, en el espacio que queda entre los bloques se coloca el refuerzo y se cuela el concreto de las nervaduras. Los cajones y las nervaduras pasan a formar nervaduras de sección doble T, que son elementos resistentes del entrepiso reticular celulado. Para que las secciones doble T sean estructuralmente correctas, debe admitirse un monolitismo absoluto entre los elementos prefabricas y el concreto colado en el lugar.

Los bloques precolados se fabrican en tres peraltes diferentes: 20, 17.5 y 12.5centímetros. En planta las dimensiones standard son: 85 x 85cm, 85 x 75cm y 65 x 65cm. Combinando varias medidas de bloques haciendo variar ligeramente el ancho de las nervaduras, se puede cubrir cualquier claro. El concreto utilizado en la fabricación es de una resistencia mínima de 140kg/cm a los 28 días. El espesor promedio de la pared del bloque es de 1.5cm y el fondo de 1.5 a 3 cm

MOMENTO, CORTANTE Y TORSION

Momento (M)

En mecánica newtoniana, se denomina momento de una fuerza (respecto a un punto dado) a una magnitud (pseudo)vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza con respecto al punto al cual se toma el momento por la fuerza, en ese orden.

El momento de una fuerza se calcula como el producto vectorial entre la fuerza aplicada sobre un cuerpo y el vector que va desde un punto "O" (por el cuál el cuerpo giraría) hasta el punto dónde se aplica la fuerza.

     

El módulo se calcula como:

M = F d sen θ

F = Módulo del vector fuerza

d = Módulo del vector distancia

θ = Angulo entre los dos vectores trasladados al origen

Momento de torsión 

Se ha definidola fuerza como un tirón o un empujón que tiende a causar movimiento. El momento de torsión   se define como la tendencia a producir un cambio en el movimiento rotacional. En algunas ocasiones también se le llama momento de fuerza.

El movimiento rotacional se ve afectado tanto por la magnitud de una fuerza como por su brazo de palanca, por lo tanto definiremos el momento de torsión como el producto de una fuerza por su brazo de palanca.

Momento de torsión = Fuerza × brazo de palanca.= Fr

Momento de Torsión resultante.

La resultante de varias fuerzas se puede determinar sumando las componentes x y   de cada fuerza, y así obtener las componentes de la resultante.

Cortante

La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega T .

En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor. En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a la sección transversal (i.e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos evidente
.

VARILLAS

Las varillas se utilizan como refuerzo de concreto; son barras de acero generalmente de sección circular con diámetro superior a los 5 milímetros, aunque por lo común sus diámetros se especifican en fracciones de pulgada.

La superficie de estos cilindros está provista de rebordes (corrugaciones) que mejoran la adherencia a los materiales aglomerantes e inhiben el movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea, y de hecho el papel de las varillas no es sólo reforzar la estructura del concreto armado, sino absorber los esfuerzos de tracción y torsión.

Se fabrican varillas de sección redonda, que pueden ser lisas o estradas, y también de sección cuadrada, más empleadas en herrería.

TABLA DE PESOS Y MEDIDAS

FORMULA PARA OBTENER PESO KG/ML DE VARILLA

Peso en kg/m es igual al numero de la varilla elevado al cuadrado y dividido entre 16.
Ejemplo varilla de 5/8" es decir No. 5 se tiene: 5 al cuadrado = 25
25/16 =1.5625 kg/m   que es practicamente igual al peso Nominal de 1.560 kg/m

Propiedades Mecánicas
Resistencia a la tensión = 6,300 kg/cm2
Resistencia a la fluencia = 4,200 kg/cm2

Alargamiento a la Ruptura en 200 mm
3/8, 1/2, 5/8 y 3/4 = 9%
1 = 8%
1 1/4 y 1 1/2 = 7%

Tipo de varillas

Varillas de alambre de hierro y acero.
Alambre de acero estirado y acero reforzado
Varilla de hierro estirado en frío
Varilla de hierro estañado
Varilla de hierro galvanizado
Varilla de acero
Varilla de acero inoxidable
Varilla de acero aleado
Varilla de acero al cromo
Varilla de acero al cromo molibdeno
Varilla de acero al cromo vanadio
Varilla de acero al molibdeno
Varilla de acero al níquel
Varilla de acero al cromo níquel
Varilla de acero al níquel-molibdeno
Varilla de acero al níquel-cromo-molibdeno
Varilla de acero silicomanganoso
Varilla de acero volframioso rectificado
Varilla de acero rápido
Varilla de acero maquinable
Varilla de acero semicalmado
Varilla de acero ácido
Varilla de acero calmado con aluminio
Varilla de acero calmado con silicio
Varilla de acero efervescente
Varilla de acero ácido termoresistente
Varilla de acero estirado para tuercas y tornillos
Varilla de acero recalcado en frío
Varilla de acero para la industria del automóvil
Varilla de acero para cojinetes de bolas
Varilla hexagonal de acero
Varilla octagonal de acero
Varilla redonda de acero
Alambre de acero para resistencias eléctricas
Varilla de acero en rollos
Barras de refuerzo de acero
Varillas de acero para hormigón armado
Varillas de acero según normas aeronáuticas

CONCRETO en obra y en fabrica

EN PLANTA

El concreto es uno de los materiales de construcción más versátil y popular utilizado en la construcción de puentes, represas, canales, muelles, y edificios, sin mencionar aceras, calles y carreteras. Los materiales usados para hacer concreto (agua, arena, grava, y cemento) son relativamente baratos, y fáciles de obtener. Las proporciones correctas de estos materiales necesarios para producir concreto de buena textura y resistencia no son, sin embargo, obtenidos fácilmente debido a que este varía considerablemente de acuerdo al tipo de estructura. En consecuencia, las computadoras se han convertido en equipos estándares en estas plantas modernas de concreto. Estas computadoras no sólo proporcionan cálculos exactos, indicando la cantidad exacta de cada componente, sino que también controlan la maquinaria automática que hace la mezcla asegurando una alta calidad y consistencia del producto.

La elección entre el concreto premezclado en planta y el elaborado in situ se basa en las circunstancias particulares de la obra en cuestión, en los aspectos técnicos y en los costos beneficios asociados con cada uno de ellos. A continuación se presenta una lista de pautas para justificar su elección y obtener una notable economía final con el concreto premezclado. Atendiendo a que ciertos elementos estructurales de una obra, como vigas, castillos y pisos, etc., que ocupan volúmenes pequeños, es común que muchas veces, y a solicitud del director de obra se requieran fabricar in situ. Pero cuando se necesite un concreto homogéneo de calidad controlada que cuente con el respaldo de la asistencia técnica del proveedor especializado, se deberá recurrir al concreto premezclado. 

Diagrama de Flujo de la elaboracion del concreto en planta

 Ventajas del concreto premezclado 

a) Considerables avances en la tecnología y el equipamiento.
b) Adecuado control de calidad sobre
el concreto suministrado.
c) Provisión de materiales componentes con pesadas controladas y precisas.
d) Posibilidad de suministro las 24 horas.
e) No se requiere espacio de almacenamiento para los agregados y el cemento en la obra.
f) Eliminación de desperdicios o fugas de materiales.
g) Menor control administrativo por el volumen y dispersión de compras de agregados y cemento.
h) Mayor limpieza en la obra, evitando multas por invadir frecuentemente la vía pública con los materiales.
i) Asesoramiento técnico especializado sobre cualquier aspecto relacionado con el uso o característica del concreto.
j) La máxima experiencia trasladada al producto y puesta al alcance del usuario.
k) Conocimiento real del costo del concreto.
I) Mayores velocidades de colado y por consecuencia un avance en la terminación de la obra.
m) Reducción de colados suspendidos, ya que el productor normalmente cuenta con más de una planta premezcladora.
n) Disponibilidad de bombas de concreto para concreto bombeado. 

Desventajas de la elaboracion de concreto en obra

a) Reducción de la durabilidad.

b) Agrietamientos.

c) Variaciones de la resistencia a la compresión o flexión.

d) Segregación de los materiales componentes.

e) Falta de continuidad en el elemento estructural.

f) Importantes contracciones.

g) Aumento en la permeabilidad.

h) Aumento en el sangrado.

i) Riesgo en la estabilidad de la estructura.

j) Reducción de la capacidad de adherencia con el acero de refuerzo.

k) Reducción o variación del módulo de elasticidad