Requisitos de Código para Hormigón Estructural (ACI 318M-99)

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1 aci Instituto Americano del del Hormigón ACI ACI Farmington Hills, Michigan, USA USA Seminario sobre el el Código ACI ACI Mayo del del año año 2000 Requisitos de Código para Hormigón Estructural (ACI 318M-99)

2 aci Seminario sobre el el Código ACI ACI Mayo del del año año 2000 Código ACI Requisitos de Construcción, Durabilidad y Control de Calidad Por: Luis Enrique García Socio de de Proyectos y Diseños Ltda. Ingenieros Consultores Profesor de de la la Universidad de de los los Andes Bogotá, Colombia

3 Parte 1 General Código ACI Capítulo 1 Requisitos generales Capítulo 2 --Definiciones Parte 2 Normas para ensayos y materiales Capítulo 3 Materiales Parte 3 Requisitos de construcción Capítulo 4 Requisitos de de durabilidad Capítulo 5 Calidad el el hormigón, mezclado y colocación Capítulo 6 Formaletas, conductos embebidos y juntas de de construcción Capítulo 7 Detalles del refuerzo

4 Capítulo 1 Requisitos Generales Alcance El Código ACI 318 provee requisitos mínimos para el diseño y construcción de elementos de hormigón estructural que formen parte de estructuras construidas de acuerdo con un código general de construcción, del cual forma parte. Para estructuras especiales tales como arcos, tanques, contenedores, silos, estructuras resistentes a las explosiones y chimeneas, sus requisitos gobernarán cuando sean aplicables.

5 Capítulo 1 Requisitos Generales Requisitos especiales de sismo resistencia En las regiones de amenaza sísmica baja, o para estructuras designadas dentro de las categorías de comportamiento bajo, no se deben emplear los requisitos del Capítulo 21. En las regiones de amenaza sísmica moderada y alta, o para estructuras designadas dentro de las categorías de comportamiento intermedio o alto, deben cumplirse los requisitos del Capítulo 21.

6 Capítulo 1 Requisitos generales Planos y especificaciones Se exige que los planos lleven el sello de un ingeniero o arquitecto debidamente registrado. Se relaciona el contenido mínimo de los planos, detalles y especificaciones. Se indica el contenido de la memoria de cálculos, permitiéndose el empleo de programas de computador y de análisis por medio de modelos.

7 Capítulo 1 Requisitos generales Inspección La construcción de estructuras de hormigón debe supervisarse por parte de un profesional facultado para realizar la inspección, o por parte de un inspector calificado. El inspector debe obligar a seguir los planos y especificaciones y debe llevar un registro de sus labores, cuyo contenido mínimo está fijado por el código. En las zonas de amenaza sísmica alta, cuando se empleen pórticos especiales que deban resistir fuerzas inducidas por el sismo, la construcción debe adelantarse contando con una inspección continua.

8 Capítulo 1 Requisitos generales Además en este capítulo se dan requisitos para: Hormigón colocado sobre formaletas permanentes de acero (steel deck) Aprobación de sistemas especiales de diseño o construcción

9 Sistema de Unidades

10 Capítulo 3 - Materiales Contenido 3.0 Nomenclatura 3.1 Ensayo de los materiales 3.2 Cementos 3.3 Agregados (Áridos) 3.4 Agua 3.5 Acero de refuerzo 3.6 Aditivos 3.7 Almacenamiento de los materiales 3.8 Normas citadas en el Código

11 Capítulo 3 - Materiales Cementos Se permite el empleo de: Cemento pórtland (ASTM C 150) Cementos adicionados (ASTM C 595) Cementos expansivos (ASTM C 845)

12 Capítulo 3 - Materiales Agregados (Áridos) Se permiten agregados de peso normal (ASTM C 33) y agregados ligeros (ASTM C 330) Tamaño mínimo del agregado: a losa 3s/4 a/5 h h/3 s s

13 Capítulo 3 - Materiales Acero de refuerzo Las barras de acero deben ser corrugadas. Se permiten barras lisas en espirales o como tendones de preesforzado. Se permite acero de refuerzo galvanizado y recubierto con epóxico Se permite malla electro-soldada fabricada con alambre liso o corrugado En preesforzado alambres y torones Se permite soldar el acero de refuerzo cumpliendo la norma AWS D1.4 de la Sociedad Americana de Soldaduras Se permite el uso de perfiles y tubos de acero

14 TIPOS DE ACERO DE REFUERZO BARRAS CORRUGADAS BARRAS LISAS MALLAS ELECTRO-SOLDADAS ALAMBRES PARA PREESFORZADO CABLES TRENZADOS DE PREESFORZADO BARRAS DE PREESFORZADO

15 Capítulo 3 - Materiales Aditivos Su empleo debe ser aprobado por el ingeniero. No se pueden emplear aditivos que contengan cloruro de calcio en preesforzado, en hormigón que contenga elementos embebidos de aluminio, ni en donde se empleen formaletas permanentes de acero galvanizado. Además se mencionan las normas que rigen el empleo de incorporadores de aire, reductores de agua, retardadores, acelerantes, cenizas volantes, puzolanas, escoria de alto horno, aditivos cuando se usan cementos expansivos y humo de sílice.

16 Capítulo 4 Requisitos de durabilidad Contenido 4.0 Nomenclatura 4.1 Relación agua-material cementante 4.2 Exposición a congelación y deshielo 4.3 Exposición a sulfatos 4.4 Corrosión del refuerzo

17 Capítulo 4 Requisitos de durabilidad Un nuevo término: Relación Agua : Material cementante relación a mc = peso peso de del agua cemento ceniza humo + + puzolanas + escoria + volante de sílice

18 Capítulo 4 Requisitos de durabilidad exposición a ciclos de congelamiento y deshielo El hormigón que esté expuesto a ciclos de congelamiento y deshielo, o a químicos que impidan el congelamiento, debe tener aire incorporado, en las cantidades indicadas en la Tabla donde el contenido de aire se da en función del tamaño nominal máximo del agregado

19 Capítulo 4 Requisitos de durabilidad Condiciones especiales de exposición El hormigón que esté expuesto a agua salina o a humedad en ambientes salinos debe ser impermeable y cumplir requisitos de resistencia mínima a la compresión y máxima relación a/mc. El hormigón que esté expuesto a condiciones ambientales especiales debe ajustarse a relaciones a/mc especiales, tener una resistencia mínima a la compresión, y en algunos casos tener un contenido mínimo de cemento por peso.

20 Capítulo 4 Requisitos de durabilidad Exposición a sulfatos El hormigón que pueda verse expuesto a soluciones o suelos que contengan sulfatos, debe cumplir requisitos especiales respecto al tipo de cemento, máxima relación a/mc y resistencia a la compresión mínima. o bien fabricarse con cemento resistente a los sulfatos El cloruro de calcio no debe utilizarse como aditivo en hormigón que puedan verse expuestos a soluciones que contengan sulfatos.

21 Capítulo 4 Requisitos de durabilidad Corrosión del refuerzo Para proteger el acero de refuerzo contra la corrosión, las concentraciones máximas de ion cloruro soluble en agua aportado por los ingredientes del hormigón incluyendo el agua, los agregados, el material cementante y los aditivos, no debe exceder ciertos límites que dependen del tipo de elemento.

22 Capítulo 5 - Calidad del hormigón, mezclado y colocación Contenido 5.0 Nomenclatura 5.1 Generalidades 5.2 Dosificación de hormigón 5.3 Dosificación basada en experiencia previa o mezclas de prueba, o ambos 5.4 Preparación del equipo y del sitio de colocación continua...

23 Capítulo 5 - Calidad del hormigón, mezclado y colocación Contenido continuación Mezclado 5.6 Transporte 5.7 Colocación Curado 5.9 Requisitos para climas fríos Requisitos para climas cálidos

24 Capítulo 5 - Calidad del hormigón, mezclado y colocación Por definición un ensayo de resistencia corresponde al promedio de las resistencias de dos cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, ensayados a los 28 días. f 1 ++ f 2 == 22 f f c fc

25 Capítulo 5 - Calidad del hormigón, mezclado y colocación La La dosificación de de los componentes del hormigón debe hacerse para suministrar: (a) (a) Manejabilidad y consistencia adecuadas para que el el hormigón fluya fácilmente dentro de de las formaletas y alrededor del refuerzo, en en las condiciones de de colocación que se se usen, sin segregación ni ni exudación excesivas. (b) Resistencia a condiciones especiales de de exposición, de de conformidad con el el Capítulo (c) (c) Cumplimiento de de los requisitos de de los ensayos de de resistencia indicados en en 5.6.

26 frecuencia Resistencia promedio requerida cuando existe suficiente experiencia f c f cr f cr f f = f s cr f cr cr cr cr = = f + c c s - s = desviación estándar resistencia a la la compresión

27 Resistencia promedio requerida = s f cr = f c cr + s Conduce a una probabilidad de 1 en 100 de que el promedio de 3 ensayos consecutivos esté por debajo de la resistencia especificada f f cr = cr c + - f f 2.33 s 3.45 Conduce a una probabilidad de 1 en 100 de que un ensayo individual este 3.5 MPa por debajo de la resistencia especificada f f c c

28 Resistencia promedio requerida cuando no existe suficiente experiencia Resistencia especificada f f c (MPa) menos de 21 MPa 21 a 35 MPa más de 35 MPa Resistencia promedio requerida f f cr cr (MPa) 0 f cr f c + cr + f cr f c cr + cr f cr f c

29 Resistencia promedio requerida cuando no existe ninguna experiencia La resistencia promedio requerida debe cumplir: cr cr c + f f 8.5 MPa Este procedimiento no debe emplearse para resistencias especificadas f f c mayores de 28 MPa. Además deben cumplirse los requisitos de durabilidad y los criterios de evaluación de la resistencia en obra.

30 Evaluación y aceptación del hormigón Deben tomarse muestras, para cada clase de hormigón, al menos una vez al día, no menos de una vez por cada 120 m 3 de hormigón empleado, ni menos de una vez por cada 500 m 2 de área de losas o muros. No obstante, deben tomarse al menos cinco muestras, aún en proyectos pequeños. Una muestra corresponde a dos cilindros los cuales deben tomarse de acuerdo con ASTM C 172. Las probetas se deben curar y ensayar en el laboratorio de acuerdo con ASTM C31 y C39.

31 Evaluación y aceptación del hormigón La resistencia se considera satisfactoria si: Todos los promedios aritméticos de tres ensayos de resistencia consecutivos (cada uno a su vez consistente en el promedio de la resistencia de dos cilindros), excede f f Ningún ensayo individual (promedio de dos cilindros) tiene una resistencia menor de 3.5 MPa de la resistencia nominal f f c c

32 Investigación cuando se obtienen resistencias bajas Si no se cumple alguno de los criterios de aceptación anteriores, se deben extraer núcleos del hormigón en la obra de acuerdo con ASTM C 42. Deben tomarse 3 núcleos por cada ensayo de resistencia que esté 3.5 MPa por debajo de la resistencia nominal. El hormigón se considera satisfactorio si el promedio de tres núcleos alcanza al menos el 85% de f f c y ningún núcleo individual está por debajo del 75 % de f f c Si no se cumple lo anterior debe ordenarse una prueba de carga de acuerdo con el Capítulo 20.

33 Capítulo 5 - Calidad del hormigón, mezclado y colocación Otros requisitos del Capítulo 5 Preparación del equipo empleado para mezclar, transportar y compactar el hormigón y del lugar de su colocación. Requisitos respecto al mezclado y transporte del hormigón. Requisitos respecto a su colocación y curado. Requisitos para climas cálidos y climas fríos.

34 Capítulo 6 Encofrados, tuberías embebidas y juntas de construcción Contenido 6.1 Diseño del encofrado 6.2 Remoción del encofrado y la cimbra, y recimbrado 6.3 Conductos y tubos embebidos en el hormigón 6.4 Juntas de construcción

35 Capítulo 6 Encofrados, tuberías embebidas y juntas de construcción Conductos y tubos embebidos en el hormigón zona donde es posible localizar conductos o tubos 3 dia. dia. h/3 zona donde es posible localizar conductos o tubos h/3 h h/3 l/4 l/4 l/3 l/3 l

36 Capítulo 6 Encofrados, tuberías embebidas y juntas de construcción Juntas de construcción en losas y vigas, deben localizarse en el tercio central junta de construcción l n /3 l n /3 l n /3

37 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Contenido 7.0 Nomenclatura 7.1 Ganchos estándar 7.2 Diámetros mínimos de doblado 7.3 Doblado 7.4 Condiciones de la superficie de las armaduras 7.5 Colocación de las armaduras 7.6 Límites al espaciamiento de las armaduras 7.7 Hormigón de protección de las armaduras continua...

38 Capítulo 7 Detalles de las armaduras continuación... Contenido 7.8 Detalles especiales de las armaduras de columnas 7.9 Conexiones 7.10 Armaduras transversales en columnas 7.11 Armaduras transversales en elementos a flexión 7.12 Armaduras de retracción y temperatura 7.13 Requisitos de integridad estructural

39 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Ganchos estándar (90 y 180 ) 4d b 12d b 6d b 6d b d b db

40 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Ganchos de estribos y refuerzo transversal 6d b 4d b d b 6d b 4d b d b En zonas sísmicas 6d 6d b b mm mm 4d 4d b b d b b

41 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Diámetros mínimos de doblado 10 mm d b 25 mm 6d b 29 mm d b 36 mm 8d b 43 mm d b 57 mm 10d b 6d b 8d b 10d b Estribos 4d b 4d b d b d b 2d b Malla electrosoldada 2d b d b

42 Capítulo 7 Detalles de las armaduras El doblado de las barras debe hacerse en frío y no deben doblarse barras que estén ya parcialmente embebidas en el hormigón La superficie de las armaduras debe estar libre de barro, aceite u otros recubrimiento no metálicos que afecten adversamente la adherencia con el hormigón. Excepto para tendones de preesforzado, la presencia de oxido o escamas de laminación es aceptable siempre y cuando se cumpla con el mínimo diámetro y peso por metro de la barra.

43 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Separación de las armaduras 25 mm 25 mm d b s s s elementos a flexión d b s s s s 25 mm s d b s d b s s db s s 1.5 d b s 40 mm columnas

44 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Hormigón de protección de las armaduras Se divide en tres grupos: Hormigón vaciado en sitio (no preesforzado) Hormigón prefabricado Hormigón preesforzado

45 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Hormigón vaciado en sitio (no preesforzado) Vaciado contra la tierra 75 mm 50 mm No expuesto a la intemperie Vigas y columnas Expuesto a la intemperie 40 mm Losas, muros y viguetas 30 mm

46 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Detalles especiales para columnas Barras dobladas por cambio de sección La pendiente de la la porción 1 inclinada no debe exceder 1:6 6 Las barras arriba y abajo deben ser paralelas al al eje de la la columna En el el doblez deben colocarse estribos, los cuales deben resistir 1.5 veces la la componente horizontal de la la fuerza en la la barra inclinada. Estos estribos no deben estar a más de 150 mm del doblez. Las barras se deben doblar antes de vaciar cualquier hormigón Cuando el el desplazamiento de la la cara de la la columna es mayor de 1/6 de la la altura de la la viga o losa, no se permite doblar el el refuerzo.

47 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Nudos viga-columna (véase 7.9 y 11.11). Los estribos en el nudo deben ser capaces de resistir un esfuerzo cortante horizontal al menos de 1/3 MPa. refuerzo long. columna estribos viga estribos columna nudo estribos viga refuerzo long. viga estribos columna estribos nudo: s 3 A v f y / b w

48 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Refuerzo transversal en columnas (estribos) x < 150 mm x x x x x x barras longitudinales h x x b x x x > 150 mm x x x x x x estribo ss menor menor de de 16d 16db 8d 8db b b b estribo estribo longitud. longitud.

49 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Refuerzo transversal en columnas (espiral) barras longitudinales A c espiral s A g espiral d c h barras longitudinales A b p b p d Ø Ø Ag ø c c g ø ffc r c rs = s = Œ - Œ -1 œ A œ c s c s º A º c f c ßß fys ys A

50 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Cuantía de refuerzo de retracción y temperatura en losas f y < 350 MPa f y > 350 MPa f y > 420 MPa f y 420 h s 5h s 500 mm s s

51 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Requisitos de integridad estructural En construcción con viguetas al menos una barra inferior debe ser continua a través del apoyo y allí se debe empalmar por medio de un empalme por traslapo tipo A (l d ) y cuando se suspenda debe terminar en un gancho estándar. En construcción prefabricada deben colocarse amarres efectivos a tensión en las direcciones vertical, longitudinal y transversal de los elementos y en el perímetro de la estructura.

52 Capítulo 7 Detalles de las armaduras Requisitos de integridad estructural Las vigas del perímetro de la estructura deben tener un refuerzo continuo en toda su longitud igual por lo menos a 1/6 del refuerzo negativo requerido en el apoyo y 1/4 del refuerzo positivo requerido en el centro de la luz. Este refuerzo debe estar rodeado por estribos cerrados. Sus empalmes deben ser tipo A (l d ). ). En las otras vigas, cuando no se empleen estribos cerrados, por lo menos 1/4 del refuerzo positivo solicitado en el centro de la luz debe ser continuo a través del apoyo, o empalmarse con traslapos tipo A, y terminar con un gancho estándar en los apoyos extremos.

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