Propiedades del Hormigón Armado
1.1) Resistencia a la compresión: En su gráfico posee un comportamiento no lineal, este alcanzará su resistencia última bajo deformaciones unitarias cercanas a 0,002.
1.2) Módulo de elasticidad: Varía dependiendo de su resistencia y se calcula dependiendo de su peso.
1.3) Módulo de Poisson: Deriva de la expansión lateral respecto del acortamiento longitudinal del cilindro, y su valor varía entre 0,11 en H. de alta resistencia y 0,21 en aquellos de baja resistencia. Por lo general, solo se considera en el análisis y diseño de estructuras estáticamente indeterminadas como presas de arco y túneles.
1.4) Contracción: Una vez curado, el agua adicional se aflora y se evapora, el hormigón se contrae y se agrieta. Por estas grietas se puede ver reducida la resistencia a la cortante de los miembros de hormigón.
1.5) Fluencia plástica: Las cargas a compresión en un miembro de hormigón provocan un acortamiento instantáneo de la sección. Tras este acortamiento inicial, la deformación adicional se debe a la fluencia plástica. En el caso de las cargas permanentes, el hormigón continuará acortándose con el tiempo, y la deformación final será aproximadamente dos a tres veces mayor que la deformación inicial.
1.6) Resistencia a la tensión: La resistencia a la tensión es entre un 8% y un 15% de su resistencia a la compresión debido a su tendencia al agrietamiento. En una carga a compresión, las grietas se cierran, lo que permite una distribución uniforme de la carga. Sin embargo, bajo carga a tensión, las grietas siguen creciendo, lo que limita la transferencia de carga y puede llevar a la falla de la sección. El hormigón se agrietará en la zona de tensión, pero las grietas no superarán el eje neutro. Bajo condiciones normales, los esfuerzos no excederán 0,5 fc’. Esta fase continuará mientras el esfuerzo del acero esté por debajo de su límite elástico.
3.2) Resistencia última: En esta etapa, los esfuerzos de compresión en el hormigón dejan de comportarse de manera lineal debido al aplastamiento en la región opuesta al agrietamiento. Además, las grietas y el eje neutro de la sección se desplazan hacia arriba.
4) Porcentaje mínimo de acero.
4.1) Armadura mínima en vigas: Se calcula con resistencia a la compresión H, fluencia acero, ancho viga y altura viga, área acero mínima.
4.2) Verificación % acero.
4.3) Disposición armadura: En base al área mínima del acero, se debe asegurar que la cantidad dispuesta de barras sea factible constructivamente. El acero de refuerzo debe ir en las esquinas o perímetro.
Requisitos Básicos del Hormigón Armado
1.1) Amarre de alambres: Sujetar armadura de refuerzo, para mantener posición correcta. No transmite esfuerzos.
1.2) No soldar
1.3) Espaciamiento mínimo entre barras de refuerzo: Igual o superior al diámetro de la barra y no menor a 25 mm; 1.5 veces el diámetro de las barras y 40mm en elementos sometidos a compresión. Para muros y losas las separaciones de las barras de refuerzo principal por flexión no debe ser mayor a 3 veces el espesor de muro o losa.
1.4) Recubrimiento mínimo: Las barras de refuerzo deben estar recubiertas por hormigón por las siguientes razones: transmitir esfuerzos a los que serán sometidos, proteger armadura contra la corrosión, proteger barras del calor de incendios.
Condiciones severas: Interiores con alta humedad, zonas de escurrimiento de agua, condiciones atmosféricas o marítimas.
Condiciones normales: No incluidas en las severas.
Normativas: NCh o ACI.
1.5) Doblado de barras: Diámetro interior mínimo de doblado no debe ser menor que 6d para barras entre 10 y 15 mm de diámetro y menor a 8d para barras mayores a 25mm. El diámetro de doblado para estribos hasta 16mm de diámetro podía ser 4d.
1.6) Anclaje de barras y empalmes por traslapo: Las zonas de anclaje y empalme de barra deben quedar confinadas, los empalmes por traslape se dispongan en forma escalonada, es recomendable que los esfuerzos de losa no terminen en una misma línea, que terminen en forma escalonada con diferencias de longitud mayor de 1,5 veces el espesor de la losa y 1,5 veces el espaciamiento de las barras.
Traslape: Barras solapadas sin conexión. Empalme: Conectadas por amarre y soldadura.
2. Disposiciones básicas.
2.1) Anclaje de los refuerzos: Soportan tracciones en fluencia. Deben estar firmemente anclados a sus extremos.
2.2) Empalme de refuerzo por traslape: Los refuerzos pueden empalmarse mediante un simple traslape de las barras. Debe ubicarse preferentemente en zonas comprimidas del hormigón. El largo del traslape debe ser igual a ld si el empalme se realiza en una zona comprimida, y 1,3 ld si se encuentra en una zona traccionada del hormigón. Además, los empalmes deben situarse preferentemente de forma escalonada a lo largo del elemento.
2.3) Estribos y trabas: Incrementan resistencia al corte en vigas, columnas y muros. Confinar hormigón de columnas y de zonas comprimidas de las vigas. Confinar las zonas de empalmes de barras en tracción y compresión. Amarrar las barras en compresión.
2.4) Espaciamiento máximo entre estribos: En elementos bajo compresión moderada, el espaciado entre estribos no debe superar los siguientes límites: 16 veces el diámetro de la barra longitudinal, 48 veces el diámetro del estribo, o la menor dimensión del elemento. En vigas, el espaciado máximo entre estribos debe ser inferior a la mitad de la altura del elemento. El primer estribo de vigas y columnas debe ubicarse a una distancia inferior a la mitad del espaciamiento entre estribos del elemento, medida desde la cara de apoyo del mismo.
2.5) Amarras transversales de barras en compresión: Las barras en compresión de columnas y muros deben ser atadas transversalmente para evitar su pandeo antes de alcanzar la tensión de fluencia.
2.6) Requerimiento mínimo para obtener integridad estructural: Según ACI 318-14, para estructuras en obra se recomienda el uso de vigas perimetrales con refuerzo continuo y empalmes. En construcciones prefabricadas, se sugiere el uso de amarras de tracción y conexiones con resistencia mínima especificada. En ambos casos, se destaca la importancia de no depender solo de la fricción por cargas gravitacionales y se recomienda verificar la efectividad de las conexiones mediante análisis y ensayos.
Estructuración y Diseño Sísmico
La teoría del rebote elástico explica que las placas tectónicas se desplazan y se traban en ciertos puntos, lo que genera aumento gradual del esfuerzo y la energía de deformación.
La magnitud mide la energía liberada en un terremoto y se expresa en la amplitud de las ondas sísmicas. La intensidad es una medida cualitativa de la fuerza del movimiento del terreno, que varía según la distancia al epicentro y los daños observados.
2) Efectos secundarios sísmicos:
2.1) Licuefacción: Fenómeno en que la resistencia y rigidez del suelo disminuyen debido a vibraciones sísmicas. La resistencia al suelo se reduce drásticamente afectando la capacidad de soporte y provocando el colapso de estructuras.
2.2) Tsunamis, fuego.
Estructuración: Metodología de diseño. Problemas que se pueden presentar debido a sismos.
3) Configuración en planta: Distribución del espacio y forma de la estructura en el plano horizontal. La longitud en planta de una edificación influye en la respuesta estructural frente a las ondas sísmicas que se transmiten a través del terreno. A medida que aumenta la longitud en planta el comportamiento estructural tiende a empeorar incrementando la vulnerabilidad de la estructura ante sismos.
Solución: Inserción de juntas totales para dividir la estructura en secciones más pequeñas.
3.2) Forma de la planta: Influye en la respuesta de la estructura, ya que puede generar concentraciones de esfuerzo en ciertas zonas debido al movimiento sísmico.
Solución: Colocación de juntas totales en puntos estratégicos.
3.3) Configuración vertical: Ocurren en cambios bruscos de rigidez, lo que genera concentraciones de esfuerzo, las que pueden aumentar la vulnerabilidad ante movimientos sísmicos.
Solución: Minimizar escalonamientos y que los cambios entre niveles sean lo más graduales.
3.4) Concentraciones de masa: Se producen al ubicar elementos pesados en ciertos niveles. Esto puede generar desbalances y aumentar las fuerzas sísmicas, comprometiendo la estabilidad.
Solución: Distribuir adecuadamente.
3.5) Columnas débiles: Se tolera cierto nivel de daño pero debe ocurrir preferentemente en vigas que en columnas ya que las columnas comprometerían gravemente la estabilidad de la estructura. Columnas cortas: Bajo acción sísmica presentan grietas a 45°.
3.6) Pisos débiles, excesiva flexibilidad estructural (propensas a grandes desplazamientos), dirección poco resistentes a fuerzas horizontales, columnas no alineadas, torsión (ocurre debido a la excentricidad entre centro de masa y el centro de rigidez de la estructura.), fundaciones inadecuadas.
3.15) Esfuerzos indirectos: Licuefacción, asentamientos, deslizamientos, pueden ser causantes de importantes daños a la estructura. La licuefacción.
3.16) Calidad de materiales y procesos constructivos.
4. Tipos de estructuras para edificación en altura. Para pórticos: todas las columnas comprimidas. 2) Columna traccionada y columna comprimida.
4.1) Tipos de estructuraciones para cargas horizontales: Pórtico, muro en voladizo y muro acoplados.
4.2) Desventajas y ventajas de los tipos de estructuración: Estructuración de pórticos: desfavorables frente a sismos de gran severidad. Estructuración en base a muros: favorables con densidades de muro respecto al área de la planta de edificios de HA y albañilería.
Normativa Chilena: NCH334 y NCH433
NCH334. Límites de desempeño estructural. Niveles de desempeño estructural.
1.1) Estado de límite operacional (B): La estructura conserva sustancialmente la resistencia y rigidez. Agrietamiento menor de fachadas. Daño general muy leve. Componentes no estructurales: Daño insignificante.
1.2) Estado límite de ocupación inmediata (IO): La estructura conserva sustancialmente la resistencia original y rigidez. Grietas menores de fachadas así como de elementos estructurales. Daño general leve. Componentes no estructurales: Equipos y contenidos seguros pero no pueden funcionar por fallas mecánicas.
1.3) Estado límite seguridad de vida (LS): Un poco de fuerza residual y rigidez fue dejada en todos los pisos. No hay falla fuera de plano de las paredes ni vuelco de parapetos. Daño moderado. Componentes no estructurales: Riesgos de caída se mitigan.
1.4) Estado límite prevención del colapso (CP): Poca rigidez y resistencia residual. Grandes derivas permanentes. Componentes no estructurales: Daño extendido.
Estado límite de colapso (C): Colapso de la edificación.
2. NCH433 La norma establece requisitos para el diseño sísmico de edificios, incluyendo exigencias para equipos y elementos secundarios. También ofrece recomendaciones sobre la evaluación y reparación de daños sísmicos. No se aplica a puentes, presas, túneles, acueductos, muelles, canales, ni a edificios industriales o instalaciones industriales. Solo se aplica a materiales o sistemas con una norma técnica de diseño sísmico, o que, mediante ensayos cíclicos no lineales, demuestren tener resistencia y ductilidad equivalente a los materiales sísmicos convencionales.
3. Para análisis estático de una estructura según normativa, se utiliza fórmula que considera: factor de ponderación, peso de la estructura, altura edificio, esfuerzo de corte basal.
3.1) Corte basal.
Disposiciones de aplicación general: zonificación sísmica, 2.efecto del suelo de fundación y de la topografía en las características del movimiento sísmico, 3.clasificación sísmica del terreno de fundación, 4.clasificación de ocupación de edificios y otras estructuras de acuerdo a su importancia, uso y riesgo de falla. 5. Valores máximos de los factores de modificación de respuesta.
Ventajas HA: alta resistencia a la compresión, resistencia ante fuego y agua, poco mantenimiento, larga vida. Desventajas: baja resistencia a la tensión, requiere de cimbras para mantener su posición durante el endurecimiento, peso propio elevado, lo que aumenta momentos flexionante, sus propiedades varían ampliamente debido a las modificaciones que pueda sufrir la dosificación durante el mezclado.
Mecanismo Focal y Tipos de Falla
El mecanismo focal se determina graficando los sismogramas en una red estereográfica, donde se ubican las estaciones sismológicas y sus polaridades. Se separan las zonas de dilatación y compresión, generando cuatro cuadrantes delimitados por dos planos perpendiculares, lo que permite identificar el tipo de falla del sismo.
Tipos de falla:
- Falla normal: Desplazamiento vertical hacia abajo (extensión).
- Falla inversa: Desplazamiento vertical hacia arriba (compresión).
- Falla oblicua: Desplazamiento tanto vertical como horizontal (combinación de compresión y extensión).
- Falla transcurrente: Desplazamiento horizontal lateral (deslizamiento lateral).