Comportamiento del concreto armado

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Comportamiento del concreto armado

  1. 1. 1) Comportamiento del concreto armado - El concreto armado y el concreto y el acero trabajan integradamente - Las deformaciones en el acero son similares a las del concreto que esta alrededor del acero - El Principio de Navier – Bernoulli establece que “las secciones transversales planas antesla deformación permanecen planas después de la deformación - Las estructuras se deforman ante la presencia de solicitaciones pues deben resistir yequilibrar las cargas mediantes esfuerzos internos y deformaciones externas. - En el concreto armado, el concreto no resiste a la tracción sino al acero - El concreto se comporta como material inelástico mientras el acero lo hace como materialelasto – plástico 2) Fundamento del cálculo del concreto armado El hormigón en masa es un material moldeable y con buenas propiedades mecánicas y dedurabilidad, y aunque resiste tensiones y esfuerzos de compresión apreciables tiene una resistencia ala tracción muy reducida. Por eso se usa combinado con acero, que cumple la misión de cubrenlas tensiones de tracción que aparecen en la estructura. Por otro lado, el acero confiere a las piezas mayor ductilidad, permitiendo que las mismasse deformen apreciablemente antes de la falla. En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares las barras longitudinales,llamadas armado principal o longitudinal. Estas barras de acero se dimensionan de acuerdo a lamagnitud del esfuerzo axial y los momentos flectores, mientras que el esfuerzo cortante yel momento torsor condicionan las características de la armadura transversal o secundaria. - Cálculo vigas y pilares de hormigón armado La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas opilares de hormigón armado. Los elementos resistentes de hormigón armado presentan unmecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes,hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes y los momentos de inercia son variablesde acuerdo al tamaño de las fisuras de los elementos. Las diferentes propiedades mecánicas dehormigón y acero implican que en un elemento de hormigón armado la tensión mecánica de lasarmaduras y el hormigón en contacto con ellas sean diferentes, ese hecho hace que las ecuacionesde equilibrio que enlazan los esfuerzos internos inducidos por las fuerzas y tensiones en hormigón yacero no sean tan simples como las de secciones homogéneas, usadas en la teoría de Euler-Bernouilli. - Dimensionado de secciones El problema del dimensionado de secciones se refiere a dadas unas cargas y unasdimensiones geométricas de la sección determinar la cantidad de acero mínima para garantizar laadecuada resistencia del elemento. La minimización del coste generalmente implica considerarvarias formas para la sección y el cálculo de las armaduras para cada una de esas secciones posibles,para calcular el coste orientativo de cada posible solución.
  2. 2. Una sección de una viga sometida a flexión simple, requiere obligatoriamente una armadura(conjunto de barras) de tracción colocada en la parte traccionada de la sección, y dependiendodel momento flectorpuede requerir también una armadura en la parte comprimida. - Comprobación de secciones El problema de comprobación consiste en dada una sección completamente definida, porsus dimensiones geométricas y un cierto número de barras con una disposición bien definida,comprobar mediante cálculo si dicha sección será capaz de soportar los esfuerzos inducidos en ellapor la acción de cargas conocidas. 3) Compresión axial La manera más eficiente que tienen los elementos estructurales de resistir las solicitacionesse produce cuando tales solicitaciones tienen una orientación coincidente con el eje longitudinal delos elementos. En este caso los elementos resisten a las solicitaciones mediante esfuerzos axiales(paralelos a las acciones) que pueden ser de tracción o compresión, dependiendo de las accionesexternas. El concreto es un material particularmente apto para resistir las fuerzas de compresión,pero tiene una limitada resistencia a la tracción (apenas alrededor del 10% de su resistencia a lacompresión).
  3. 3. El acero, por otra parte, es un material que se comporta eficientemente resistiendo lassolicitaciones de tracción, pues alcanza toda su capacidad. El acero también puede llegar hasta el100% de su resistencia ante solicitaciones de compresión, siempre que los elementos tengandimensiones transversales importantes. En Norteamérica, Europa y Japón, que poseen industrias deacero altamente competitivas, el costo de los perfiles de acero puede ser comparable, y en ocasionesinferior al de otros materiales estructurales. El concreto armado aprovecha la gran resistencia a la compresión del concreto y lacapacidad de resistir solicitaciones de tracción del acero, integrándolas en un nuevo materialcompuesto. La manera más ineficiente que tienen los elementos, para resistir a las solicitaciones, seproduce cuando esas solicitaciones tienen una orientación perpendicular al eje longitudinal de loselementos. En este caso, los elementos resisten las solicitaciones mediante esfuerzos longitudinales(perpendiculares a las acciones) que generan momentos flexionantes internos, que equilibran a losmomentos flexionantes externos.
  4. 4. 4) Flexión Las cargas que actúan en una estructura, ya sean cargas vivas, de gravedad o de otros tipos,tales como cargas horizontales de viento o las debidas a contracción y temperatura, generan flexióny deformación de los elementos estructurales que la constituyen. La flexión del elemento viga es elresultado de la deformación causada por los esfuerzos de flexión debida a la carga externa. Conforme se aumenta la carga, la viga soporta deformación adicional, propiciando eldesarrollo de las grietas por flexión a lo largo del claro de la viga. Incrementos continuos en el nivelde la carga conducen a la falla del elemento estructural cuando la carga externa alcanza la capacidaddel elemento. A dicho nivel de carga se le llama estado límite de falla en flexión. 5) Corte Los elementos sometidos solo a torsión son muy escasos. Esta solicitación generalmenteactua en combinación con flexión y corte y se presenta en vigas perimetrales, vigas curvas, vigascargas excéntricamente, columnas exteriores en edificios sometidos a cargas laterales, escalerashelicoidales, entre otros. La torsión se presenta en la mayoría de los casos, por compatibilidad dedeformaciones en las estructuras continuas. En estos casos, la torsión no ocasiona el colapso de laestructura pero si puede generar un agrietamiento excesivo de sus elementos. Es imposible analizar de una manera exacta el efecto combinado de flexión, cortante ytorsión debido al comportamiento inelástico del concreto, al estado de esfuerzos complejo que sepresenta y al patrón impredecible de grietas. 6) Flexocompresion La mayor parte de los elementos estructurales sometidos a compresión también estánsolicitados por momentos flectores, por lo que en su diseño debe tomarse en consideración lapresencia simultánea de los dos tipos de acciones
  5. 5. En zonas sísmicas, el efecto flexionante usualmente domina el diseño con relación a lassolicitudes axiales por los que, a pesar de que los momentos por cargas gravitacionales seanimportantes, se suelen escoger columnas con armadura simetrica, dada la reversibilidad de lossismos. 7) Adherencia La adherencia es el principio básico del funcionamiento del hormigón armado comomaterial estructural mediante la cual se transmiten los esfuerzos de tracción entre sus materialesconstitutivos. Una de las hipótesis básicas a considerar en el cálculo de estructuras de hormigón essuponer que se produce la misma deformación para el hormigón y el acero, admitiendo por lo tantoque la adherencia entre ambos materiales es perfecta. Sin embargo, algunas circunstancias que seproducen durante las diferentes fases del proceso constructivo, del período de utilización o demantenimiento, pueden llegar a deteriorar los mecanismos de transferencia de tensiones entre lasarmaduras y el hormigón y disminuir la capacidad portante y las condiciones de seguridad de lasestructuras en servicio. Para caracterizar el fenómeno de la adherencia se emplean curvas tensión de adherencialocal – deslizamiento que se obtienen de ensayos normalizados pull – out o beam test, en las que sepueden apreciar los diferentes mecanismos resistentes que intervienen en el fenómeno de laadherencia: adhesión química, rozamiento e interacción mecánica; dependiendo la importancia decada uno de ellos de las características superficiales de la armadura. Por ejemplo, para barras lisas laadherencia depende fundamentalmente de la adhesión química y, tras el deslizamiento, delrozamiento, mientras que para barras corrugadas depende de la interacción mecánica existente entrelas corrugas y el hormigón que las rodea

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