UNIDAD I: INTRODUCCION SUBTEMAS: 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: 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: 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.
