UNIDAD I: INTRODUCCION
SUBTEMAS:
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Sistemas Estructurales
Tipos de Estructuras de Hormigón
Proceso y filosofía de diseño
Estados límites de diseño
Código Colombiano de construcciones sismo resistentes NSR-10 – Titulo B: CARGAS
Propiedades físicas, mecánicas y químicas del concreto y el acero de refuerzo.
CONCRETO, REFUERZO Y CONCRETO REFORZADO
DEFINICIONES
Concreto
Material estructural que se forma por medio de la mezcla homogénea de los agregados
inertes finos o arena, agregados gruesos o grava, un ligante que es el cemento hidráulico y
agua, con o sin aditivos.
Concreto Liviano
Concreto con agregado fino y grueso de peso liviano y que cumple con lo especificado en
NTC 4045 (ASTM C330).
Acero de refuerzo para el concreto
Acero en barras corrugadas que cumplen con la norma NTC 2289 (ASTM A706M), barras de
acero inoxidable fabricadas bajo la norma ASTM A955M siempre y cuando que cumplan
con la norma NTC 2289 (ASTM A706M), refuerzo en barras lisas de acuerdo a la norma
NTC 161 (ASTM A615M) permitido sólo para estribos, refuerzo de retracción y
temperatura o refuerzo en espiral y cuando conforma mallas electrosoldadas, alambre de
refuerzo electrosoldado liso que debe cumplir la norma NTC 1925 (ASTM A185M), alambre
de refuerzo electrosoldado corrugado de acuerdo a la norma NTC 2310 (ASTM A497M).
El acero de refuerzo se coloca en el concreto para absorber esfuerzos de tracción, de
compresión de cortante y de torsión. Para cortante también se pueden utilizar los pernos
con cabeza y deben cumplir la norma ASTM A1044M y las fibras de acero deformadas
dispersas y deben cumplir NTC 5214 (ASTM A820M).
Concreto Reforzado
Concreto al cual se le ha adicionado un refuerzo de acero en barras, mallas electrosoldadas,
pernos con cabeza y fibras de acero deformadas dispersas para absorber los esfuerzos que
el concreto por su propia condición no lo puede hacer, pero entendiéndose que el trabajo
de los dos materiales es de conjunto, es decir, a partir de la compatibilidad de
deformaciones de los dos materiales.
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
Enunciamos las principales características de uso inmediato en el diseño de elementos
estructurales de concreto reforzado:
CONCRETO:
Resistencia especificada del concreto a la compresión:(𝒇′𝒄 ): Define la calidad del material
y corresponde a la resistencia a la compresión en MPa que se utiliza en el diseño de los
elementos estructurales y se determina como el promedio de las resistencias de al menos
dos probetas de 150 por 300 mm o de al menos tres probetas de 100 por 200 mm,
preparadas de la misma muestra de concreto y ensayadas a 28 días o a la edad de ensayo
establecida. Según el Reglamento Colombiano NSR-10, para el concreto estructural 𝑓′𝑐 no
debe ser inferior a 17 MPA.
En la figura 1, presentamos curvas típicas esfuerzo-deformación unitaria a la compresión
para concretos de 𝑓′𝑐 = 35.2 MPa (352 kgf/cm2 o 5000 psi), 28.1 MPa (281 kgf/cm o 4000
psi) y 21.1 MPa (211 kgf /cm2 o 3000 psi); se llama la atención del lector sobre la parte inicial
de las mismas aproximadas a unas rectas en las que se puede concluir la proporcionalidad
entre las deformaciones y los esfuerzos que las producen. Por esta razón, esta primera parte
también se denomina porción elástica de la curva.
Resistencia a la tracción: Su valor es poco determinado y depende del tipo de ensayo con
el cual se trabaja y del tipo de agregados utilizados. En cuanto a los tipos de ensayos, existen
ensayos de tensión directa, de tensión indirecta y también se puede determinar en términos
del módulo de rotura fr. La resistencia a la tracción es de especial importancia en la
resistencia del concreto al cortante, torsión y otras acciones.
Coeficiente de dilatación térmica: Los efectos de los cambios de temperatura (expansión y
contracción) en el volumen del concreto son muy similares a los del acero de refuerzo y se
pueden tomar aproximadamente como:
a= 0.00001 por un grado centígrado
Por tanto, para el cálculo de las deformaciones por cambios de temperatura puede
considerarse aproximadamente 0.01 mm por metro y por grado centígrado.
Peso: variable según las proporciones de la mezcla y la calidad de los agregados. De acuerdo
con el Reglamento NSR-10 se pueden tomar los siguientes valores:
Concreto Simple
Concreto reforzado
23 kN/𝑚3
24 kN/𝑚3
Retracción de fraguado: disminución de volumen del concreto por la acción del proceso de
fraguado y la pérdida de agua o secado. A medida que el concreto se seca, se retrae en
volumen. Igualmente, si el concreto seco se sumerge en el agua, se expande y estos
procesos pueden causar agrietamientos que es necesario controlar. Por lo tanto, este
proceso depende en alguna forma del grado de absorbencia de los agregados y su
correspondiente control.
Fluencia lenta: Deformación adicional a la elástica adquirida por el concreto sometido a
carga permanente y de la cual no se recupera.
Módulo de elasticidad o Flujo Plástico (Creep): Corresponde a la relación entre el esfuerzo
y la deformación unitaria que este produce y es la pendiente del tramo recto inicial de la
curva esfuerzo-deformación unitaria y aumenta con la resistencia del concreto. Según el
Reglamento NSR-10 (Artículo C.8.5.1), el módulo de elasticidad 𝐸𝑐 , para el concreto puede
tomarse como 𝑊𝑐 1.5 * 0.043√𝑓′𝑐 (en MPa) para valores de comprendidos entre 1440 y 2560
kg/𝑚3 . Para concretos de densidad normal, 𝐸𝑐 puede tomarse como 4700√𝑓′𝑐
Por considerarlo de importancia para el lector, transcribimos el artículo CR8.5.1 del
Reglamento NSR-10. "Los estudios que condujeron a la expresión que tradicionalmente ha
contenido para el módulo de elasticidad del concreto el Reglamento ACI 318 en C.8.5.1. se
resumen en la Referencia C.8.7 en donde 𝐸𝑐 se define como la pendiente de la secante
trazada desde un esfuerzo nulo hasta un esfuerzo de compresión de 0.45 𝑓′𝑐 .El módulo de
elasticidad del concreto es sensible al módulo de elasticidad del agregado y puede diferir
del valor especificado. Los valores medidos varían típicamente de 120 a 80 por ciento del
valor especificado. La Norma NTC 4025 (ASTM C469c.s.s) se describen métodos para la
determinación del módulo de elasticidad del concreto. Allí se indica, además como medir el
Módulo de Poisson. En caso de que no se disponga de un valor experimental el módulo de
Poisson puede tomarse como 0.20.
ACERO DE REFUERZO PARA EL CONCRETO:
Resistencia nominal a la fluencia (punto de fluencia) del acero de refuerzo (𝒇𝒚 ): Define la
calidad del material y corresponde a la resistencia a los esfuerzos de tracción y compresión
en MPa en el límite o punto de fluencia 𝒇𝒚 y que se utiliza en el diseño de los elementos
estructurales. En la figura 2 se presentan curvas típicas tracción-deformación para aceros de
𝒇𝒚 = 240 MPa (2400 kgf /cm2 o 34000 psi), 350 MPa (3500 kgf/cm2 o 50000 psi) y 420 MPa
(4200 kgf/cm2 o 60000 psi) que corresponden a una clasificación muy general de aceros de
baja, mediana y alta resistencia, respectivamente.
Se destaca que estos esfuerzos de tracción y de compresión en el límite expresado son
generalmente iguales.
Módulo de elasticidad: Corresponde a la relación entre el esfuerzo de tracción o de
compresión y la deformación unitaria que este produce. Según el Reglamento NSR-10, el
módulo de elasticidad, Es, para el acero de refuerzo no preesforzado puede tomarse como:
Es = 200000 MPa
Resistencia a la Fatiga: Para elementos estructurales de concreto reforzado sometidos a
una importante repetición de ciclos de esfuerzos se presenta el fenómeno de la fatiga. La
fatiga de metales se manifiesta en fisuras microscópicas, usualmente en los puntos de
concentración de esfuerzos o en zonas de discontinuidades y puede producir falla súbita o
frágil.
CONCRETO REFORZADO:
A continuación, se enuncian aquellas características de los materiales que convierten la
combinación concreto y acero de refuerzo en un eficiente material estructural:
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

La notable resistencia a la compresión del concreto y a la tracción del acero hacen
posible combinarlos dentro de la sección estructural en forma tal que los dos
materiales se utilizan de una manera óptima.
La relativa similitud de los coeficientes de dilatación térmica de ambos materiales
permite su combinación para ser sometida a deformaciones por cambios de
temperatura normales para estructuras.
El concreto actúa como protector del acero cuya resistencia a la corrosión es muy
baja.
La baja conductividad térmica del concreto resulta útil protegiendo al acero en el
caso de estructuras expuestas transitoria o permanentemente al fuego.
Como complemento de lo anteriormente expuesto, a continuación, se presentan algunos
ejemplos de calidades de concreto con sus características y un listado resumen de las
dimensiones nominales y los pesos de las barras de acero de refuerzo, tal como figuran en
el Reglamento NSR-10.
Tabla 1.1 Calidades del concreto según su resistencia especificada a la compresión,
esfuerzo máximo admisible de compresión por flexión módulo de elasticidad según el
Reglamento NSR-10 y la relación de los módulos de elasticidad acero/concreto:
Tabla 1.2 Dimensiones nominales de las barras de refuerzo, con diámetros basados en
milímetros.
Tabla 1.3 Dimensiones nominales de las barras de refuerzo, con diámetros basados en
octavos de pulgada.
Tabla 1.4 Alambre de refuerzo estándar de la ASTM.
SISTEMAS ESTRUCTURALES
La configuración estructural tiene que ver con la geometría en planta y en altura de la
edificación, con la distribución de las masas, con el tamaño relativo de los elementos
estructurales que la conforman y con sus uniones (nudos).
Edificios asimétricos, esto es, con irregularidades, han sufrido muchos más daños por
sismos que edificaciones simétricas; por ello, los códigos de construcción penalizan la
utilización de configuraciones irregulares, en planta y en elevación, y recomiendan el
empleo de una configuración regular. Entre más sencilla sea la configuración más real es el
modelo matemático de la estructura.
Imagen 3. La disposición asimétrica de muros en edificios de esquina puede inducir torsión
en la estructura.
Es importante que cuando existan discontinuidades en la distribución, ya sea en las inercias
(masas), en la geometría o en la rigidez en cualquiera de las tres dimensiones, éstas sean
incluidas en el diseño mediante un análisis más detallado de los efectos de estas
irregularidades, y en tal caso, debe hacerse un diseño más conservador y un cuidadoso
detallado de las zonas de mayor posibilidad de falla.
En toda edificación se distinguen tres sistemas estructurales: uno que soporta las cargas
verticales o de gravedad (cargas vivas y muertas), otro que soporta las cargas horizontales
de viento y de sismo, y la fundación que distribuye las cargas en el suelo. Comúnmente, y
para reducir los costos de construcción, el sistema vertical y horizontal es el mismo, el cual
se denomina la superestructura del edificio. Los sistemas más comunes y aceptados por los
códigos de construcción, tales como el ATC-3-06, son los siguientes:
1. SISTEMA DE MUROS
En este sistema los muros soportan tanto las cargas verticales como las horizontales.
Los muros que soportan las cargas verticales se denominan muros cargueros;
mientras que los que soportan las cargas horizontales son muros estructurales
reforzados. En el sistema de muros no existen columnas ni vigas, y si se presentan
son pocas y transmiten cargas muy pequeñas. Este sistema es popular en estructuras
de mampostería o de concreto reforzado (sistema túnel).
Imagen 4. Sistema estructural con muros de cortante
2. SISTEMA DE PÓRTICOS DÚCTILES A FLEXIÓN
Consiste en un pórtico tridimensional de alta ductilidad que soporta las cargas por
la flexión de las vigas y columnas, tanto para cargas verticales como horizontales.
Este pórtico puede tener ductilidad intermedia o alta (especial). Los pórticos con alta
ductilidad requieren un detallado muy especial del refuerzo, tanto en los elementos
como en las uniones. Este sistema es común en acero y en hormigón reforzado.
Imagen 5. Sistema estructural con pórticos dúctiles de hormigón.
3. SISTEMA DE PÓRTICOS
En este sistema los pórticos soportan las cargas verticales, y las horizontales son
soportadas por pórticos arriostrados con diagonales. Es un sistema popular en
estructuras de acero.
Imagen 6. Sistema estructural con pórticos de acero arriostrados (arriba).
Disponibilidad de espacios en una estructura con pórticos dúctiles de hormigón.
(abajo).
4. SISTEMA DUAL
Consiste en un pórtico tridimensional acoplado con muros estructurales, ambos de
alta ductilidad y resistencia. Los pórticos deben soportar al menos el 25% de las
cargas horizontales. El pórtico acoplado con los muros estructurales debe soportar
la totalidad de las cargas laterales.
5. SISTEMA COMBINADO
Consiste en un pórtico tridimensional acoplado con muros estructurales, ambos de
alta ductilidad y resistencia en los cuales los pórticos no alcanzan a soportar el 25%
de la carga horizontal.
La experiencia ha indicado que el comportamiento de edificaciones de concreto
reforzado con sistemas duales, y de configuración regular, es uno de los más
adecuados para zonas de alta sismicidad. Este sistema ha sido muy investigado en
Japón y en Estados Unidos tanto experimental, como analíticamente. El sistema dual
es un sistema racional que ofrece: dos niveles de defensa contra sismos (los muros
estructurales y los pórticos especiales), gran estabilidad y ductilidad, y alta
resistencia que excede las especificaciones mínimas de los códigos de construcción.
Si el sistema estructural es regular y los elementos y nudos se diseñan de acuerdo
con las especificaciones, el sistema es bastante noble, es decir, poco susceptible de
deterioro prematuro por terremotos de gran capacidad destructiva. Por otra parte,
ubicar estratégicamente los muros permite gran versatilidad en el manejo de
espacios, pues da lugar a soluciones flexibles que conducen a proyectos muy
comerciales, ya que los diseños pueden adecuarse a los requerimientos de los
clientes.
Los pórticos dúctiles bien diseñados han respondido adecuadamente ante
terremotos severos; su inconveniente estriba en que su alta ductilidad conduce a
grandes deformaciones que han ocasionado muchos daños en los elementos no
estructurales, lo cual hace costosas las reparaciones. Los códigos de construcción
tratan de obviar este inconveniente al limitar las derivas de los pisos y aislar los
elementos no estructurales, regularmente rígidos, de la estructura flexible. Al igual
que el sistema dual, este sistema es muy flexible, permite el manejo de espacios
amplios y ofrece múltiples soluciones desde el punto de vista comercial.
Imagen
7.
Limitaciones en
la distribución
de espacios en
un sistema de
muros.
El sistema de muros es un sistema muy rígido, que además de su excelente
comportamiento ante cargas horizontales permite procesos constructivos muy
acelerados que le dan ventajas económicas si se le compara con el aporticado y el
dual. Su desventaja está en la arquitectura rígida, en el manejo de espacios
reducidos, y en las limitaciones constructivas de parqueaderos en los primeros
niveles, pues los muros deben iniciarse desde la cimentación. Este sistema no
permite realizar diseños de acuerdo con las necesidades de los clientes, por lo que
se obtienen proyectos menos comerciales desde este punto de vista.
Este sistema es una solución ideal para proyectos de vivienda de interés social o de
unidades residenciales en las cuales los parqueaderos se construyen en estructuras
aporticadas independientes.
TIPOS DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN
El hormigón y el hormigón armado se utilizan como materiales de construcción en
todos los países. En muchos de ellos, incluidos Estados Unidos y Canadá, el hormigón
armado es un material estructural dominante en la construcción de ingeniería.
El carácter universal de la construcción con hormigón armado se debe a la amplia
disponibilidad de barras de refuerzo y de los componentes del hormigón (grava o
roca triturada, arena, agua y cemento) relativamente sencillas que requiere la
construcción en hormigón, y de la economía en comparación con otras formas de
construcción. El hormigón simple y el hormigón armado se utilizan en edificios de
todo tipo: estructuras subterráneas, depósitos de agua, cimentaciones de
aerogeneradores, cimientos de turbinas eólicas y torres, estructuras de exploración
y producción de petróleo en alta mar, presas, puentes e incluso barcos.
Imagen 7. Torre Trump de Chicago.
Imagen 8. Cimentaciones de aerogeneradores.
Imagen 9. Puente St. Anthony Fall.
ELEMENTOS ESTRCUTURALES DEL HORMIGÓN
Las estructuras de hormigón están formadas por una serie de “elementos” que
interactúan para soportar las cargas a las que está sometida la estructura.
El hormigón se compone de un esqueleto constituido por gravas cuyas dimensiones
y granulometría varían en función de la finalidad requerida, contiene
conglomerantes hidráulicos para unir el mencionado “esqueleto” y por consiguiente
agua.
Es importante indicar que el aire se encuentra en todas partes, y que el resulta, por
tanto, difícil de eliminar totalmente, por lo que surge la idea de burbujas.
Finalmente, en algunos casos, el hormigón contiene también:
 Armaduras (hormigón armado y pretensado);
 Aditivos.
PROCESOS Y FILOSOFIA DE DISEÑO
Todo proyecto se inicia con la identificación de una necesidad que requiere algún
tipo de construcción para ser satisfecha y con la realización del estudio
socioeconómico que demuestre su factibilidad.
El lugar donde se construirá la nueva edificación no suele estar en discusión, aunque
sea en una zona de alta sismicidad. Toda edificación debe diseñarse y construirse
con especificaciones que ofrezcan garantías en cuanto a su seguridad, funcionalidad,
estética, factibilidad y economía.
La seguridad de una edificación es el factor más importante, y está relacionado con
la capacidad de la estructura para resistir las cargas o solicitaciones máximas posibles
que puedan ocurrir durante su vida útil, sin incurrir en daños excesivos o en colapso
parcial o total de la edificación.
Hay varios tipos de funcionabilidad, las más importantes son la arquitectónica y la
estructural. La funcionabilidad arquitectónica está ligada a su función misma como
edificio y a sus aspectos estéticos, que suponen una configuración o distribución de
espacios y formas agradables con el fin de crear un ambiente positivo y productivo
para la comunidad en la cual está localizado y para los usuarios que hacen uso
directo de él.
La funcionabilidad estructural, por su parte, se relaciona con las limitaciones por las
deformaciones, el fisuramiento y la vibración de los elementos estructurales, de ella
depende que, durante su servicio normal, la edificación no dé la impresión de haber
perdido su valor, porque se considera insegura y poco confortable.
Esta clase de funcionabilidad representa la respuesta de la edificación durante su
vida útil, cuando es sometida a las cargas o solicitaciones normales; mientras que la
seguridad estructural se refiere al comportamiento de la edificación durante su vida
total (incluyendo el tiempo de construcción, uso, reparaciones, etc.) cuando se
somete a cargas excesivas, como son las cargas vivas altas, las laterales de sismos
destructivos y las de vientos de alta velocidad.
En los países donde el riesgo sismo es alto—como en los países del cinturón del
Pacífico, del sur de Europa y de Asia– el diseño apropiado para resistir las cargas
inducidas por terremotos es de vital importancia en cualquier edificación. Los
investigadores y profesionales suelen estar de acuerdo en los siguientes criterios de
diseño que permiten definir conceptualmente la acción sísmica:
 Las estructuras deben resistir, en el rango lineal elástico, todos aquellos
sismos de intensidad reducida que ocurran durante su vida útil.
 Las estructuras deben resistir, sin daños significativos -aunque admitiendo
que se podría comportar de manera no lineal, todos aquellos sismos de
intensidad moderada que ocurran durante su vida útil. Se permiten daños
menores como algún fisuramiento a flexión en el hormigón y pequeñas
incursiones de fluencia del acero de vigas y losas, o a fallas en los elementos
no estructurales cuya reparación económica sea rápida y factible.
 Las estructuras deben resistir, en el rango no lineal un sismo severo que
ocurra una sola vez durante su vida útil. Se admiten daños significativos en
los elementos estructurales, aunque no el colapso de la estructura. El nivel
permitido de daños depende de la importancia de la edificación: si una
edificación es vital para la supervivencia de la comunidad, como lo son los
hospitales, centros de salud, plantas de energía, agua, teléfonos, etc., el nivel
permitido de daños debe ser mínimo, para así garantizar su funcionamiento
después de la ocurrencia de sismos destructivos.
La norma colombiana NSR-10, en el parágrafo del Artículo 1° expresa que:
Una edificación diseñada siguiendo los requisitos consagrados en
las normas que regulen las construcciones Sismo Resistentes, debe
ser capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso,
temblores de poca intensidad sin daño, temblores moderados sin
daño estructural, pero posiblemente con algún daño en elementos
no estructurales y un temblor fuerte con daños a elementos
estructurales y no estructurales, pero sin colapso.
No existe, sin embargo, un claro consenso sobre qué se entiende por sismo de
intensidad reducida, moderada o severa, pues existen varios factores que los
determinan, como localización geográfica, calidad y tipo de las construcciones
existentes, entre otros. Los anteriores criterios son particularmente difíciles de
establecer para estructuras con un comportamiento no lineal, ya que la solicitación
que produce la respuesta más desfavorable es compleja y depende del tipo de
estructura. Su objetivo, sin embargo, está cualitativamente especificado y es
ampliamente aceptado en el diseño sismo resistente.
Las normas sísmicas actuales prescriben que una estructura sometida a sismos
moderados puede experimentar daño estructural reparable, pero no definen
claramente el concepto de daño, ni la metodología para su cuantificación.
Con frecuencia las edificaciones sometidas a sismos severos sufren daños
significativos, que incluso pueden llegar al colapso total de las mismas. Para el
ingeniero estructural es muy importante la predicción y estimación del daño
estructural, aunque las normas sísmicas se refieren al daño estructural de manera
ambigua y establecen indirectamente las prescripciones para reducirlo, pues sólo
propone valores límites para las derivas laterales. Esto, en general, apunta en la
dirección correcta, pero una mala distribución de rigideces y resistencias relativas
entre vigas y columnas puede cumplir los límites de desplazamiento establecidos por
ella sin reducir el nivel de daño esperado. En consecuencia, es más racional limitar
el daño en forma cuantitativa.
ESTADOS LÍMITES DE DISEÑO
Cuando una estructura o un elemento estructural deja de ser apto para el uso
previsto, se dice que ha alcanzado un estado límite.
Los estados límite de las estructuras de hormigón armado pueden dividirse en tres
grupos básicos:
1. Estados límite últimos. Estos implican un colapso estructural de parte o de toda
la estructura. La probabilidad de que se produzca un estado límite de este tipo es
muy baja, ya que puede provocar la pérdida de vidas humanas y grandes pérdidas
económicas. Los principales estados límite últimos son los siguientes
(a) Pérdida de equilibrio de una parte o de toda la estructura como cuerpo rígido. Se
produciría si no pudieran desarrollarse las reacciones necesarias para el equilibrio.
(b) Rotura de partes críticas de la estructura, que provoque un colapso parcial o total.
(c) Colapso progresivo. En algunas estructuras, una sobrecarga en un miembro
puede provocar el fallo de un elemento. La carga que actúa sobre él se transfiere a
los miembros adyacentes, los cuales, a su vez, pueden sobrecargarse y fallar,
haciendo que transmitan su carga a los miembros adyacentes, haciendo que fallen
uno tras otro, esto se denomina colapso progresivo.
El colapso progresivo se previene, o al menos se limita, mediante una o varias de las
siguientes medidas:
(i) Controlando los sucesos accidentales mediante la adopción de medidas
como la protección contra colisiones de vehículos o explosiones.
(ii) Proporcionando resistencia local mediante el diseño de elementos clave
para resistir eventos accidentales.
(iii) Proporcionar uniones horizontales y verticales mínimas para transferir
fuerzas.
(iv) Proporcionando líneas de apoyo alternativas para anclar las fuerzas de
amarre.
(v) Limitar la propagación del daño subdividiendo el edificio con planos de
debilidad, a veces denominados fusibles estructurales. Se dice que una
estructura tiene integridad estructural general si es resistente al colapso
progresivo.
(d) Formación de un mecanismo plástico. Se forma un mecanismo cuando la
armadura cede para formar bisagras plásticas en secciones suficientes para que la
estructura sea inestable.
(e) Inestabilidad debida a deformaciones de la estructura.
(f) Fatiga. La fractura de los elementos debido a los ciclos de tensión repetidos de las
cargas de servicio puede provocar el colapso.
2. Estados límite de servicio. Implican la interrupción del uso funcional de la
estructura, pero no el colapso per se. Dado que el peligro de pérdida de vidas
humanas es menor, en general puede tolerarse una mayor probabilidad de
ocurrencia que en el caso de un estado límite último.
Los principales estados límite de servicio incluyen los siguientes:
(a) Deflexiones excesivas para el servicio normal. Las deformaciones excesivas
pueden provocar el mal funcionamiento de la maquinaria, pueden ser
visualmente inaceptables y pueden provocar daños en elementos no
estructurales o cambios en la distribución de fuerzas. En el caso de cubiertas
muy flexibles, las deformaciones debidas al peso del agua sobre la cubierta
pueden provocar un aumento de la profundidad del agua, mayores
deformaciones, etc., hasta que se supere la resistencia de la cubierta. Se
trata de un fallo por encharcamiento y, en esencia, es un colapso provocado
por el incumplimiento de un estado límite de servicio.
(b) Anchura excesiva de las fisuras. Aunque el hormigón armado debe fisurarse
antes de que la armadura pueda funcionar eficazmente, es posible detallar
la armadura para minimizar la anchura de las fisuras. Una anchura excesiva
de las fisuras puede resultar antiestética y dar lugar a fugas a través de las
fisuras, corrosión de la armadura y deterioro gradual del hormigón.
(c) Vibraciones indeseables. Las vibraciones verticales de pisos o puentes y las
vibraciones laterales y torsionales de los edificios altos pueden molestar a
los usuarios. Los efectos de las vibraciones raramente han sido un problema
en los edificios de hormigón armado.
3. Estados límite especiales. Esta clase de estados límite implica daños o fallos
debidos a condiciones o cargas anormales e incluye:
(a) daños o colapso en terremotos extremos,
(b) efectos estructurales de incendios, explosiones o colisiones de vehículos,
(c) efectos estructurales de la corrosión o el deterioro, y
(d) inestabilidad física o química a largo plazo (normalmente no es un problema
con estructuras de hormigón).
ESTADOS LIMITE DE DISEÑO
El diseño de estados límite es un proceso que implica
1. La identificación de todos los modos potenciales de fallo (es decir, la identificación
de los estados límite significativos),
2. La determinación de los niveles aceptables de seguridad frente a la aparición de
cada estado límite, y
3. El diseño estructural para los estados límite significativos.
NORMA SISMO- RESISTENTE 2010. TITULO B: CAGAS
Capítulo B1: Requisitos generales
La estructura y todas sus partes deben cumplir, además de las prescripciones dadas
en el título A por razones sísmicas, los siguientes requisitos:




Resistencia
Funcionamiento
Fuerzas causadas por deformaciones impuestas
Análisis
El sistema estructural debe diseñarse de tal manera que exista una trayectoria
continua para todas las cargas y solicitaciones consideradas en el diseño, a esto se le
conoce como trayectoria de cargas.
Capitulo B2: Combinaciones de carga
En este capitulo se presentan las combinaciones de carga para ser utilizadas con el
método de esfuerzos de trabajo o en las verificaciones del estado limite de servicio,
de estas hablaremos más adelante.
Capitulo B.3: Cargas Muertas:
Las cargas muertas cubren todas las cargas de elementos permanentes de
construcción incluyendo su estructura, los muros, pisos, cubiertas, cielos rasos,
escaleras, equipos fijos y todas aquellas cargas que no son causadas por la ocupación
y uso de la edificación. Las fuerzas netas de pre-esfuerzo deben incluirse dentro de
la carga muerta.
En el capitulo B.3.2 presenta masas y pesos de los materiales para tener en cuenta
en los diseños y los presenta en la tabla B.3.2-1.
De igual forma se plantea que al calcular las cargas muerta deben utilizarse las masas
reales de los materiales. Debe ponerse espacial cuidado en determinar masas
representativas en este cálculo, utilizar el peso especificado por el fabricante o en su
defecto deben evaluarse analítica o experimentalmente.
En la sección B.3.4 se presentan las cargas muertas de elementos no estructurales
tanto de cielo raso como de relleno de pisos (horizontales); de igual modo para
recubrimiento de muros, particiones livianas, enchapes, muros ventanas (verticales).
También se presentan unos valores mínimos para aquellos elementos no
estructurales cuando no se efectúa un análisis más detallado.
Dentro de las cargas muertas se deben tener en cuenta las masas correspondientes
a los equipos fijos que estén apoyados sobre elementos estructurales tales como
ascensores, bombas hidráulicas, transformadores, equipos de aire acondicionado y
ventilación y otros.
Capitulo B.4 Cargas Vivas:
Las cargas vivas son aquellas cargas producidas por el uso y ocupación de la
edificación y no deben incluir cargas ambientales tales como viento y sismo. Las
cargas vivas en la cubierta son aquellas causadas por:
(a) Los materiales, equipos y trabajadores utilizados en el mantenimiento de la
cubierta.
(b) Las causadas por objetos móviles, tales como materas u otros objetos
decorativos, y por las personas que tengan acceso a ellas.
 Cargas vivas requeridas: las cargas vivas que se utilicen en el diseño de la
estructura deben ser las máximas cargas que se espera ocurran en la
edificación debido al uso que ésta va a tener. En ningún caso estas cargas
vivas pueden ser menores que las cargas vivas mínimas.
 Carga parcial: Cuando la luz de un elemento esté cargada parcialmente
con la carga viva de diseño produciendo un efecto más desfavorable que
cuando está cargada en la totalidad de la luz, este efecto debe ser tenido
en cuenta en el diseño.
 Impacto: cuando la estructura quede sometida a carga viva generadora
de impacto, la carga viva debe incrementarse, para efectos de diseño.
 Efectos dinámicos: Las edificaciones expuestas a excitaciones dinámicas
producidas por el público tales como: estadios, coliseos, teatros,
gimnasios, pistas de baile, centros de reunión o similares, deben ser
diseñadas de tal manera que tengan frecuencias naturales verticales
iguales o superiores a 5 Hz.
 Cargas por empozamiento de agua: El proyecto hidráulico de la
edificación debe incluir el diseño del sistema de drenaje de la cubierta y
del sistema auxiliar de evacuación de exceso de agua y definirá el
volumen de agua que pueda acumularse ante de que el sistema auxiliar
de drena del exceso opere.
 Carga de granizo: Las cargas de granizo G, debe tenerse en cuenta en las
regiones de país con mas de 2000 metros de altura sobre el nivel del mar
o en lugares de menor altura donde la autoridad municipal o distrital así
lo exija.
Capitulo B.5 Empuje de Tierra y Presión Hidrostática:


Empuje en muros de contención de sótanos: el diseño de los muros de contención
de los sótanos y otras estructuras aproximadamente verticales localizadas bajo tierra
debe tenerse en cuenta el empuje lateral del suelo adyacente. Igualmente deben
tenerse en cuenta las posibles cargas tanto vivas como muertas que puedan darse
en la parte superior del suelo adyacente.
Presión ascendente, subpresión, en losas de piso de sótanos: En el diseño de la losa
de piso de sótano y otras estructuras aproximadamente horizontales localizadas bajo


tierra debe tenerse en cuenta la totalidad de la presión hidrostática ascendente
aplicado sobre el área.
Suelos expansivos: Cuando existan suelos expansivos bajo la cimentación de la
edificación, o bajo losas apoyadas sobre el terreno, la cimentación, las losas y los
otros elementos de la edificación, deben diseñarse para que sean capaces de tolerar
los movimientos que se presenten, y resistir las presiones ascendentes causadas por
la expansión del suelo, o bien los suelos expansivos deben retirarse o estabilizarse
debajo y en los alrededores de la edificación.
Zonas inundables: En aquellas zonas designadas por la autoridad competente como
inundables, el sistema estructural de la edificación debe diseñarse y construirse para
que sea capaz de resistir los efectos de flotación y de desplazamiento lateral
causados por los efectos hidrostáticos, hidrodinámicos y de impacto de objetos
flotantes.
Capitulo B.6 Fuerzas de Viento
Procedimientos permitidos: Las cargas de diseño para edificios y otras estructuras,
incluyendo el SPRFV y todos los componentes y elementos de revestimiento de estos, se
determinarán usando uno de los siguientes procedimientos:



Procedimiento simplificado
Procedimiento analítico
Procedimiento de túnel
En este capitulo encontramos definiciones y limitaciones, nomenclatura que se utilizaran en
las fuerzas de viento además nos explica el procedimiento a realizar de cada método
anteriormente mencionados y además explica los tipos de cargas de viento como lo son:

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Fuerza de viento de diseño en edificios cerrados o parcialmente cerrados.
Cargas de viento de diseño de edificios abiertos con cubiertas a una, dos, aguas y en
artesa.
Cargas de viento de diseño en muros libres y vallas macizas.
Cargas de viento de diseño en otras estructuras.