UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA ACADEMIA DE ELEMENTOS PARA EL DISEÑO APUNTES PARA LA MATERIA DE ELEMENTOS PARA EL DISEÑO III ELABORADOS: ING. ANA ISABEL GARCÍA MONROY ING. JORGE CUAN SANCHEZ DICIEMBRE 2007 ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 1

2 INTRODUCCIÓN El carácter interdisciplinario de las carreras impartidas por la UPIBI requiere que los alumnos de las carreras de ingeniería farmacéutica, ingeniería ambiental e ingeniería en alimentos conozcan los fundamentos teóricos y prácticos de la ingeniería civil. Esta necesidad surge como resultado del tipo de actividad que deberán desarrollar en la vida profesional. En el desarrollo del curso podremos conocer los tipos de estructuras existentes las ventajas y desventajas de cada una de ellas y los elementos que componen cada estructuras como son (losas, trabes, muros, columnas y cimientos) con la finalidad de seleccionar la más idónea para su proyecto y las características. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 2

3 INDICE Unidad I Historia de la evolución de las estructuras Materiales en las estructuras Estructuras de concreto Estructuras de acero Estructuras de mampostería Estructuras de madera Unidad II Generalidades Losas Losas macizas Losas planas Losas aligeradas Losas prefabricadas Trabes Columnas Muros Unidad III Análisis de carga Carga muerta Carga vivas Cimentación Clasificación de la cimentación Zapata aislada Zapata corrida Losa de cimentación Cimentación profunda Pilote de madera Pilotes de concreto Pilote de acero Unidad IV Suelos Principales tipos de suelos Propósito de la exploración del suelo Propiedad de los suelos Clasificación de suelos Uso de suelos Unidad V Instalaciones Instalación hidráulica Instalación sanitaria Instalación eléctrica Unidad VI Planeación Planeación normativa Planeación estratégica Planeación operativa ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 3

4 Historia de la evolución de las estructuras. El hombre primitivo utilizo materiales que transformo en estructuras, para dar solución a problemas y necesidades como resguardarse de las inclemencias metereologicas. El desarrollo de las estructuras avanzo en todos los ámbito. Hace casi años el hombre construyo con palos y pieles viviendas donde se resguardaba de las inclemencias del tiempo. Posteriormente abandono el sistema de vida nómada y se hizo sedentario, con lo que el tipo de construcción y materiales empleados cambiaron, evolucionando rápidamente, las estructuras. Nuestros antepasados levantaron chozas con ramas y troncos de madera, provistas de tejados de barro y paja. Otras veces, cuando se establecían en las cercanías de los lagos y lugares pantanosos, edificaban sus cabañas sobre plataformas de madera sustentadas por gruesas estacas que clavaban en el fondo, llamados palafitos. Así el ser humano ha realizado sus construcciones aprovechando los materiales existentes en su habitad, como los iglúes, construidos por los esquimales con bloques de hielo. El ser humano, consiente que un grupo tenía más posibilidades de cazar y, por lo tanto de sobrevivir, se agrupaban en tribu que vivían en poblados. Que Rápidamente fueron incorporando nuevos materiales en la construcción de sus viviendas. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 4

5 Se empieza a utilizar el barro amasado con paja, así como la piedra, que de forma masiva, se introduce como material de construcción, con el objeto de que estas perdurasen en el tiempo. Los egipcios y posteriormente los romanos, fueron grandes maestros en este tipo de construcciones. Al trabajar con elementos muy pesados se hizo necesaria la utilización de grandes andamios que facilitaran el trabajo, lo que potencio el desarrollo de este tipo de estructuras. En la edad media se desarrollo la construcción de iglesias y catedrales de diferentes estilos arquitectónicos, lo que dio lugar a la incorporación de elementos como los arcos. Realmente se puede hablar del gran desarrollo de las estructuras a partir de la Revolución Industrial (siglo XVII), momento en que empieza a sustituirse la piedra y la madera por el acero. En esta época, Henry Bessemer consiguió un procedimiento para obtener acero, material más resistente y barato que la mayoría de los materiales anteriores, con la ventaja de que este podía trabajar y unir con mayor facilidad y rapidez. El acero permitió que se pudieran formar, retículas triangulares a base de unir piezas sencillas que lograban conjuntos de menor peso y más resistencia. Durante el siglo XX cientos de edificios se construyeron empleando el acero como elemento resistente. Las estructuras se comportan como esqueleto de enorme resistencia, capaz de trasladar el peso de cada piso directamente a los cimientos, por lo que dejan de ser necesarios los muros muy gruesos. De hecho, estos son cada vez más delgados y actualmente algunos se hacen de cristal. El inconveniente del acero es que su resistencia disminuye de forma notable cuando su temperatura aumenta. Por lo que en un incendio de cierta intensidad puede provocar la ruina del edificio. Materiales en las estructuras Una estructura se define como algo que constituye la cobertura protectora o envoltura de un objeto o ser viviente; algo que soporta peso; recibe o resiste cargas y fuerzas de alguna naturaleza. Por ejemplo la concha de un caracol, el esqueleto humano, los troncos de los árboles etc. A este tipo de estructuras se les denomina estructuras naturales. Para ello es necesario decir que una estructura se describe como un sistema; es decir, como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una función dada. La función puede ser, salvar un claro, como sucede en los puentes, encerrar un espacio como sucede en los distintos tipos de edificios o contener un empuje como en los muros de contención. Debe ser además segura en condiciones normales de servicio, mantener el costo dentro del límite económico y satisfacer determinadas exigencias estéticas. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 5

6 Un material estructural es aquel material que se usa para hacer aquellas partes de la estructura que soportan las cargas, que le proporcionan resistencia y estabilidad. Los materiales estructurales se clasifican en tradicionales y modernos. Dentro de los materiales tradicionales se encuentran: Piedra Ladrillo Madera En los materiales modernos se encuentran: Concreto Acero Aleaciones de aluminio. Los materiales estructurales que más se utilizan son: Concreto Acero Mampostería Madera Realmente no existe un material estructural óptimo, la opción depende tanto de la función como de las propiedades no estructurales que se desean en una situación específica. La estructura no suele ser un mero esqueleto resistente, protegido por otros componentes, Ya que el material que la compone debe tener además de características adecuadas, de impermeabilidad, durabilidad ante la intemperie y de aislamiento térmico y acústico. Las principales propiedades de un material pueden representarse mediante Esfuerzo- Deformación y se refiere a características de: Resistencia. Es la propiedad más importante y se define como el esfuerzo máximo que alcanza el material en una maquina de prueba. Además determina la fuerza que podrá resistir la parte más débil de la estructura antes de que el material falle en aquel punto y haga fallar la estructura como un todo. Rigidez. Es la característica que impide que el material se doble. Ductibilidad. Es la capacidad de alargarse, estirarse y adelgazarse sin romperse. Estructuras de concreto Hoy en día no es posible imaginar la industria de la construcción sin el concreto, ni es posible imaginar al concreto sin la tecnología, los equipos, la maquinaria y sus principales componentes: el cemento, los agregados y los aditivos. El concreto es un material pétreo de creación artificial producto de la mezcla de elementos inertes, como la grava y arena; con un aglutinante; el cemento Pórtland con agua. Además, si se desea puede llevar diversos tipos de aditivos que modificarán sus propiedades iniciales. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 6

7 Características del concreto. a) Los elementos que integran su mezcla son de dos tipos: Tipos de cemento Activos: cemento y agua que al entrar en contacto entre si generarán una reacción química mediante la cual la masa empieza a fraguar hasta que a los 28 días alcanza su resistencia de proyecto, permitiendo que todo elemento inmerso en ella quede sujeto en forma definitiva. Inertes son agregados pétreos, minerales o de alguna otra naturaleza. Entre los primeros predominan las gravas y las arenas cuya función será dar la estructura al concreto y quedará amalgamada por la pasta de cemento alojada en los huecos formados en ella. b) La resistencia del concreto estará prevista previamente a su fabricación al predeterminar las cantidades de cemento agregados y agua que participarán en la mezcla las proporciones variarán según la resistencia que se desee obtener, oscilando de acuerdo con los siguientes porcentajes: Cemento: 10 a 15 % Agregados: 70 a 75 % Agua y aire: 12 a 15 % El concreto para estructuras podrá usar cualquier tipo de cemento Pórtland: Tipo I. Normal de uso general. Tipo II. Modificado con menos calor de hidratación y resistente a los sulfatos. Tipo III. De resistencia rápida; su fraguado es rápido Tipo IV. De bajo calor; es recomendable para grandes volúmenes de concreto Por tener un fraguado inicial lento. Tipos de concreto Concreto simple es un material de alta resistencia a los esfuerzos de compresión, de baja resistencia a los esfuerzos cortantes y de nula resistencia a los esfuerzos de tensión El concreto reforzado es el más popular y desarrollado de estos materiales, ya que aprovecha en forma muy eficiente las características de buena resistencia en compresión, durabilidad, resistencia al fuego y moldeabilidad del concreto, junto con las altas resistencias en tensión y ductibilidad del acero, para formar un material compuesto que reúne muchas de las ventajas de ambos materiales componentes. Por su moldeabilidad, el concreto se presenta a tomar las formas más adecuadas para el funcionamiento estructural requerido y, debido a la libertad con que se puede colocar el refuerzo en diferentes cantidades y posiciones, es posible lograr que cada porción de la estructura tenga la resistencia necesaria para las fuerzas internas que se presentan. El concreto presforzado que consiste en inducir esfuerzos de compresión en las zonas de concreto que van a trabajar a tensión y así lograr que bajo condiciones normales de operación, se eliminen o se reduzcan los esfuerzos de tensión en el concreto y por tanto no se produzca agrietamiento. Las compresiones se inducen estirando el acero con que se refuerza la sección de concreto y haciéndolo reaccionar contra la masa de concreto. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 7

8 Las estructuras de concreto, por la composición del material, pueden clasificarse en: Concreto simple Concreto reforzado Concreto prefabricado Por su construcción cabe distinguir los siguientes tipos: Estructuras coladas en obra Estructuras ensambladas a base de elementos precolados Propiedades Las propiedades del concreto son sus características o cualidades básicas. Moldeabilidad significa que tan fácil es colocar, compactar, y dar un acabado a una mezcla de concreto. Resistencia. Capacidad de resistir cargas a compresión, flexión al cortante. Durabilidad. Es la capacidad de la masa endurecida de resistir los efectos del clima o la reacción química. Impermeabilidad. Depende de la cantidad de agua en la mezcla y la reacción entre el cemento y agua. Ventajas Su moldeabilidad permite gran libertad de formas. Facilidad con que puede lograrse la continuidad en la estructura Durabilidad, permeabilidad, resistencia al fuego, a la abrasión, ala intemperie. Limitaciones Poca o nula resistencia a la tensión. Contracción al secar y cambios en la humedad. Permeabilidad. Se fabrica en estado plástico por lo cual obliga a utilizar moldes que lo sostengan mientras adquiere resistencia. Estructuras de concreto En esta figura podemos observar las columnas de concreto reforzado. En esta figura podemos observar tanto trabes, Losa y columnas de concreto.reforzado. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 8

9 Estructuras de acero El Acero Generalidades En la construcción actual el acero es el material de mayor importancia, sea que se utilice, solo o asociado con otro; sin su presencia no se concibe ningún Edificio moderno. Se puede valorar su importancia sabiendo que su empleo con respecto a la totalidad de los metales es superior al 80% de ahí que hasta los años cincuenta era frecuente que junto con el cemento fueran los principales indicadores del desarrollo industrial del país. Propiedades físicas Las propiedades del acero, que se conjuntan con un bajo costo en comparación con el de otros metales, han propiciado su aprovechamiento industrial intensivo. Elasticidad: Ductibilidad: Forjabilidad: Maleabilidad Tenacidad Soldabilidad Recuperación de su forma inicial. Capacidad para alargarse, estirarse y adelgazarse. Acepta nuevas formas por medio de martillazos. Puede aplastarse en láminas. Es resistente a la ruptura. Se puede pegar mediante arco voltaico o fusión con calor y presión. Conductibilidad Es transmisor de temperatura y electricidad lo que en construcción es desfavorable. Oxidación Entra en composición con el oxígeno, lo que igualmente es una característica inadecuada. Cortado Puede hacerse con facilidad. Manufactura del acero La manufactura del acero se logra en altos hornos y por diversos procesos como: Bessemer, siemens, eléctrico hogar abierto o inyección de oxígeno, empleando como materias primas para su fabricación: mineral de hierro, carbón y piedra caliza. Tipos de aceros usados en construcción Los aceros ASTM A 7, A 36, A 42 y A- 52 El primero se utiliza en elementos estructurales de menor calidad y los demás para estructuras que requieren altos esfuerzos. El de alta resistencia por lo general se usa en forma de varillas lisas o corrugadas, estas últimas empleadas como refuerzo del concreto armado. Los templados para usos especiales. El empleo más usual de las estructuras metálicas es en: Estructuras de edificios urbanos e industriales en: columnas, trabes, marcos, armaduras, sistemas de contratrabes, apoyos, etc. Estructuras de puentes: igual que el anterior más diafragmas y parapetos. Estructuras especiales como: tanques, compuertas, ductos, etc. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 9

10 Comparación entre estructuras de acero y de concreto Menor peso: Sus elementos tienen menor sección y son más ligeros Esbeltez: Permite disponer de mayores espacios verticales y horizontales. Rigidez: Puesto que requiere menor sección que los elementos de concreto se tendrán mayores de formaciones Construcción: El montaje representa una simplificación en campo con respecto a la fabricación masiva en concreto. Recuperación: Es mayor que el de las estructuras de concreto armado. Modificaciones: Son más sencillas de realizar que las de concreto armado. Tiempo de ejecución: Generalmente es menor debido a que realizan simultáneamente las primeras etapas de la fabricación de la estructura y de la construcción de la cimentación del edificio. Protección: Corren mayor riesgo de ser dañadas por el fuego y la corrosión, obligando a recubrimientos costosos. Fabricación: La calidad de estas estructuras se encuentra directamente ligada a la capacidad de los operarios, sobre todo de los soldadores que deben ser obligadamente calificados. Transporte: Su costo puede encarecerla hasta volverla inconveniente. De los materiales comúnmente usados para fines estructurales, el acero es el que tiene mejores propiedades de resistencia, rigidez y ductibilidad. Su eficiencia estructural es además alta debido a que puede fabricarse en secciones con la forma más adecuada para resistir flexiones, compresión u otro tipo de solicitación. Las resistencias en compresión y tensión son prácticamente idénticas y pueden hacerse varias dentro de un intervalo bastante amplio modificando la composición química o mediante trabajo en frío. Hay que tomar en cuenta que a medida que se incrementa la resistencia del acero se reduce su ductilidad y que al aumentar la resistencia no varía el módulo de elasticidad, por lo que se vuelven más críticos los problemas de pandeo local de las secciones y global de los elementos. Por ser un material de producción industrializada y controlada, las propiedades estructurales del acero tienen generalmente poca variabilidad. Otra ventaja del acero es que su comportamiento es perfectamente lineal y elástico hasta la fluencia, lo que hace más fácilmente predecible la respuesta de las estructuras de este material. Las extraordinarias cualidades estructurales del acero, y especialmente su alta resistencia en tensión, han sido aprovechadas estructuralmente en una gran variedad de elementos y materiales compuestos, primero entre ellos el concreto reforzado y el presforzado; además en combinación con madera, plásticos, mampostería y otros. La posibilidad de ser atacada por corrosión hace que el acero requiera protección y cierto mantenimiento en condiciones ambientales severas. El costo y los problemas que se originan por este aspecto son suficientemente importantes para que inclinen la balanza hacia el uso de concreto reforzado en algunas estructuras que deben quedar expuestas a la intemperie, como los puentes y ciertas obras marítimas, aunque en acero podría lograrse una estructura más ligera y de menor costo inicial. Uniones en una estructura metálica Las uniones en una estructura metálica se hacen mediante, pernos, remaches, soldaduras. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 10

11 Pernos y remaches. Los pernos y remaches se usan en uniones o conexiones para armados y estructuras por lo general combinados con elementos estructurales, placas y ángulos. Las secciones y los perfiles se producen en forma comercial. Unión de las estructuras de acero En esta figura se observa la placa en forma de C En esta figura podemos observar los pernos Se observa la unión de las estructuras utilizando placa y pernos ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 11

12 Soldaduras La soldadura que comúnmente se emplea es de dos tipos: a) de arco eléctrico, y b) autógena (gas). Actualmente, la primera es la más usual en las estructuras por que la segunda tiene el inconveniente de debilitar las piezas, debido al adelgazamiento de éstas, sin embargo, la autógena es muy útil para cortar piezas estructurales. En esta figura podemos observar la unión mediante la soldadura Ventajas de emplear soldadura eléctrica en las estructuras La soldadura conserva íntegras las secciones de las piezas, por que no se descuenta nada de la sección por el uso de taladros para el remache. Se puede unir con facilidad piezas que prácticamente no son remachables. Los cortes incorrectos de las piezas no impiden un ajuste adecuado. Es un procedimiento silencioso. Frecuentemente se pueden evitar el empleo de las conexiones de ángulos, placas y remaches por que son soldables pieza con pieza. Estructuras de acero En esta estructura se observa las vigas y columnas de acero ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 12

13 Estructuras de mampostería Alcance: se aplica al diseño de muros constituidos por piezas prismáticas de piedra artificial maciza o huecas unidas por un mortero aglutinante. Materiales para mampostería. Piezas Ladrillos, bloques de barro, arcilla o similares, bloques, ladrillo o tabique y tabicones de concreto. Piedras naturales Chiluca, arenisca, tepetate, tezontle, piedra brasa. Piedras artificiales Concreto simple, concreto reforzado, azulejos, loseta, mosaicos, ladrillo rojo. Resistencia en compresión Se determinará para cada tipo de piezas de acuerdo con el ensaye especificado en la NOM C 36 para diseño se empleará un valor de la resistencia medida sobre el área bruta, que se determinará como el que es alcanzado por lo menos por el 98% de las piezas producidas. Cuando se tenga evidencia de que el valor mínimo garantizado por el fabricante cumple con la definición anterior, podrá tomarse como resistencia de diseño. Morteros Los morteros que se empleen en elementos estructurales de mampostería deberán cumplir con los requisitos siguientes: Su resistencia en compresión será por lo menos de 40 kg/cm 2 La relación volumétrica entre la arena y la suma de cementantes se encontrara entre 2.25 y 3. La resistencia se determinará según lo especificado en la NOM C61 Se empleará la mínima cantidad de agua que como resultado un mortero fácilmente trabajable. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 13

14 Estructuras de mampostería Observamos una estructura de mampostería natural Observamos una barda de mampostería natural ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 14

15 Estructuras de madera Es un material estructural tradicional. Se caracteriza por tener resistencia y módulo de elasticidad en compresión relativamente altos y por una baja resistencia a la tensión. La madera como material usado puede ser cualquiera siempre y cuando su densidad relativa promedio sea igual o superior de Las que autoriza el Reglamento de construcción del Distrito Federal (RCDF) a usar son coníferas y latífoliadas. El contenido de humedad. Se denomina madera húmeda aquella que sea menor o igual a 18% ± 2% en peso Se denomina madera seca la que pasa ese límite sin exceder el 50% Es importante saber cual es el contenido de humedad en la madera debido a que a mayor humedad menor resistencia. Por lo cual en estos casos hay que reducir los esfuerzos aceptados para trabajar con esos materiales. Las estructuras de madera presentan un comportamiento sísmico excelente, debido a que son muy ligeras y las fuerzas de inercia inducidas por el sismo son pequeñas además de que la energía se disipa, lo cual reduce radicalmente las fuerzas que se induce en la estructura. Los daños presentados por efecto de sismo son atribuidos a: Degradación de la madera, debido a los insectos y a la intemperie. Conexiones inadecuadas y falla de anclaje en la cimentación. Observamos unas vigas de madera ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 15

16 Losas Generalidades. Las losas se definen como elementos horizontales de soporte, capaces de soportar a las cargas vivas y muertas de la construcción. Se emplean para entrepiso y cubierta. Estas pueden ser coladas en sitio o prefabricadas. Su posición dentro de la estructura puede ser totalmente horizontal o inclinada, según las características del proyecto. Tipos den losas de acuerdo a su ubicación en la construcción. Funciones arquitectónicas de Losas de entrepiso. Su función es la de separar unos espacios verticales formando los diferentes pisos de la construcción; para que esta función se cumpla de una manera adecuada, la losa debe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y de visión directa, es decir, que no deje ver las cosas de un lado a otro. Funciones estructurales losas de entrepiso. Las losas deben ser capaces de sostener las cargas de servicio (Cargas muertas y cargas vivas). Funciones de las losas de azotea. Se construyen prácticamente de igual manera que las losas de entrepiso, pero su función es únicamente cubrir el extremo vertical final de la construcción, por lo que no soportan las mismas cargas que las losas de entrepiso. Las losas de azotea pueden ser rectas o inclinadas de uno o varios lados. A las inclinaciones, generalmente se les denomina aguas. Otra clasificación es de acuerdo al material estructural. Losas macizas Losas macizas. Losas aligeradas. Las losas macizas se caracterizan por ser elementos de concreto reforzado y de peralte medio (ocho a doce centímetros), estas losas se encuentran en una o dos direcciones, lo que depende de su forma de trabajo. Las losas pueden, estar soportadas perimetral e interiormente por vigas monolíticas de mayor peralte, por vigas de otros materiales independientes o integrados ala losa; o soportadas por muros de concreto, mampostería o muros de otro material, en cuyo caso se les llama losas sustentadas sobre vigas o muros respectivamente. Se observa una losa perimetralmente apoyada sobre muros ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 16

17 Losa perimetralmente apoya sobre trabe. Losas planas: se llaman losas planas a las losas que pueden sustentarse directamente sobre columnas. Que en forma tradicional no son adecuadas para zonas de alto riesgo sísmico como las existentes en nuestro país, pues no disponen de capacidad resistente suficiente. Puede utilizarse capiteles y ábacos para mejorar la integración de las losas planas con las columnas y para mejorar la resistencia de las losas al punzamiento. Las losas planas se pueden mejorar relativamente su comportamiento ante los sismos, mediante la incorporación de vigas. Las losas planas se pueden clasificar en los siguientes tipos: Reticulares Flan-plate Flan-Slab Las ventajas de este tipo de losa es la siguiente: 1. Los sistemas de piso con losas permiten tener un menor peralte de la estructura como conjunto, lo que disminuye la altura total del edificio. 2. Su rango de aplicación óptimo (aquellos claros en que el sistema no se encuentra subutilizado) comienza a partir de seis metros. 3. En el caso de las losas reticulares, se obtienen una reducción de magnitud en la carga muerta de la estructura. 4. Permite el paso de instalaciones con relativa facilidad y sencillez. Podemos observar las vigas que ayudan a lograr un peralte menor ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 17

18 Si la geometría de la losa y el tipo de apoyo determinan que la magnitud de los esfuerzos es en dos direcciones, se denominan losas bidireccionales. Si los esfuerzos en una dirección son predominantes sobre los esfuerzos en la dirección ortogonal, se le llaman losas unidireccionales. Observamos como trabajan las losas macizas Losas aligeradas Son las que utilizan un aligerante para rebajar su peso e incrementar el espesor para darle mayor rigidez transversal a la losa. Los aligeramientos pueden ser rígidos o flexibles y pueden ser: Recuperable: Cuando después de vaciada y fraguada la losa se puede sacar el aligerante y darle uso en otra losa. Podemos observar el material recuperable ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 18

19 Perdido: es el aligérate que no se puede recuperar después de vaciada la losa. Se observa que el material no es posible su recuperación por que esta inmerso en la mezcla Losas prefabricadas Las losas prefabricadas, son los sistemas de entrepiso o de cubierta no elaborados en el sitio de la construcción. Estas obras se utilizan en condiciones especiales para abaratar el costo, y por que en ciertos casos se necesita una producción masiva. TIPOS DE LOSAS Observamos como se coloca la losa prefabricada Toda la gama de productos que ofrece el mercado de la construcción y la tecnología actual, tiene peso y características constructivas similares por ese motivo se seleccionaron los siguientes elementos representativos: Vigueta y bovedilla Spancrete Siporex Reticulares Losas aligerada y precolada ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 19

20 Vigueta y bovedilla: Es algo nuevo y diferente para la construcción de losas, entrepisos, puentes y otras aplicaciones es un semiprefabricado, de calidad controlada bajo normas internacionales integrado por los siguientes elementos: 1. Una armadura de acero ( vigueta) 2. Una base prefabricada de concreto 3. Acero de refuerzo según especificaciones del diseño de la losa 4. Elementos de relleno (bloques o bovedillas Se observa el acero de refuerzo de la vigueta Podemos observar la bovedilla Losas Spancrete : Son placas de concreto pretensazo prefabricado, elaboradas en planta industrial mediante el procedimiento de compactación y con estrictas normas de calidad. Acero y concreto de alta resistencia, aunados a una gran precisión en su geometría Se observa su geometría Podemos ver que existen diferentes tamaños de losas ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 20

21 Siporex: Son elementos de concreto ligero reforzado para entrepiso, techos y muros se fabrican con cemento y arena fina adicionándole agentes químicos y son tratados a vapor obteniendo un producto ligero, resistente aislante térmico y acústico. Las losas siporex tienen las siguientes ventajas: 1. Resistencia 2. Ligereza 3. Aislamiento Térmico 4. Capacidad Térmica 5. Acabado Aparente 6. Limpieza de Obra 7. Manejabilidad 8. Rápida Colocación 9. Economía Se puede observar la terminación de la losa siporex Losas reticulares: consiste en una losa aligerada de espesor uniforme que se apoya directamente en las columnas, y esta losa se hace mediante la combinación de un sistema de nervaduras de concreto reforzado formando una retícula de gran rigidez. Los elementos prefabricados en forma de bloques puede ser concreto simple, barro, espuma de poliuretano o unisel y se pueden usar también casetones de plástico. Podemos observar los casetones de unisel ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 21

22 Comportamiento Cada uno de los sistemas mencionados presentan ventajas y desventajas en relación con los sistemas convencionales. Estas ventajas tienen relación con su capacidad de librar un claro mayor, peraltes menores, reducción de mano de obra, bajo costo, rapidez y limpieza de ejecución. Alguno de los factores que se pueden considerar como desventaja son los siguientes. Se requiere equipo especializado para transportarlo al sitio de la obra. Se requiere de equipo especializado para su montaje Tiene poca flexibilidad para adaptarse a cierto tipo de proyectos. Su empleo solamente reditúa en claros grandes. El desperdicio de materiales (en un pequeño número de casos). PREESFUERZO Podemos observar una de las grandes desventajas como son el equipo especializado para su transporte y colocación Presforzar significa la creación de fuerzas internas y de esfuerzos permanentes en una estructura con el propósito de mejorar su comportamiento ante diversas condiciones de servicio. En estructuras de concreto, el preesfuerzo se introduce al tensar cables de refuerzo de alta resistencia. Como el concreto es resistente a la compresión y débil a la tensión, tensar el acero de refuerzo (contra el concreto), coloca a este bajo esfuerzos de compresión empleados para contrarrestar los esfuerzos de tensión producidos por las cargas externas. Los métodos empleados para presforzar el concreto son: Pretensado Postensado Pretensado En el pretensado los tendones (cables de acero, sencillos o trenzados) se tensan, posterior mente se hace el vaciado del concreto. Una vez que el concreto ha fraguado, los tendones se liberan de los anclajes temporales y su fuerza de tensión se transmite por adherencia de los tendones al concreto. El pretensado se puede realizar en grandes plataformas de 100 o más metros de largo o bien en moldes independientes. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 22

23 Postensado En el postensado los tendones se tensan y anclan contra el concreto después de que éste ha fraguado. Generalmente el tensado se emplea utilizando gatos hidráulicos. Podemos observar como se lleva a cabo el preesfuerzo Trabes o vigas Son elementos horizontales de carga que soportan elementos de entrepiso o de cubierta, y pueden ser de concreto armado, prefabricadas, acero etc. Podemos observar como trabajan en conjunto tanto trabes como columnas ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 23

24 Las trabes son elementos que soportan la mayor parte de la carga y los mayores esfuerzos de torsión. Están constituidos por al menos cuatro varillas de acero corrugado dispuesta en los extremos de un cuadrado alrededor de 25 x 25 cm, con una serie de anillos de fijación o estribos, que forman el armazón dependiente De la forma en que se requiera; posteriormente han de rellenarse estas estructuras o armazones con hormigón, para darle mayor rigidez y fuerza. Podemos clasificar a las trabes como: 1. contratrabe: se utilizan enclavadas en el terreno natural y sobre las cuales descansan los muros y los castillos También pueden estar sobre la superficie del terreno natural o parcialmente enclavadas. Se observa la contratrabe unida con el cimiento y la columna 2. Trabes de amarre: Las trabes de amarre son trabes que se emplean para soportar las cargas de los muros y de las losas, deben tener un grueso igual al del muro y una altura mínima de 15cm, una anchura mínima de 12cm y puede contener intersección con la columna. Estas trabes deberán colocarse a la altura del entrepiso para que queden embebinadas en la losa, a la altura de enrase de cubierta de la construcción. Otra función de las trabes de amarre es la de servir de soporte en huecos donde han de instalarse puertas o ventanas. Trabes Podemos observar el armado de la trabe ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 24

25 Existen varios tipos de trabes de acuerdo a sus apoyos es la siguiente: Trabes simplemente apoyada o trabe simple Esta tiene apoyos cerca de sus extremos pero éstos solo restringen los movimientos verticales; es decir los extremos de la viga pueden rotar libremente cuando las cargas tienen una componente horizontal o cuando el cambio de longitud de la viga debido a la temperatura puede ser importante, los apoyos también tienen que evitar movimientos horizontales. En tal caso suele bastar con la restricción horizontal en uno solo de los apoyos. La distancia que hay entre los apoyos recibe el nombre de claro. La carga que tiene que soportar cada uno de los apoyos se denomina reacción. Trabes con extremos empotrados y el otro simplemente apoyado. Cuando se coloca un apoyo simple bajo el extremo de una trabe en voladizo, el resultado es la trabe que tiene un extremo empotrado y el otro simplemente apoyado. Trabe doblemente empotrada La trabe doblemente empotrada tiene ambos extremos empotrados y en ninguno de ellos puede haber rotaciones ni movimientos verticales. En la práctica es difícil lograr un extremo perfectamente empotrado, de modo que lo más usual es que se permita cierta rotación en los extremos de la trabe. Por consiguiente, casi todas las condiciones de apoyo son intermedias entre las de una trabe simple y las de una empotrada. Trabe con voladizos Es una trabe que vuela más allá de sus apoyos simples. Los voladizos así formados, tienen un extremo libre, como las autenticas trabes en cantilever, pero los apoyos permiten una libre rotación. Columnas Las columnas representan el elemento vertical de soporte para la mayoría de las estructuras a base de marcos. La adecuada sección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en la capacidad de carga de las columnas; estas se deben referir al conjunto al que pertenecen, el sistema en el que trabajan, es decir, a las características generales del edificio en términos de la forma en que se encuentran definidas las partes integrantes. Estas partes se denominan marcos y son estructuras reticulares que contienen un cierto número de claros para una serie de niveles o entrepisos. Las columnas forman una unidad con las trabes o vigas de entrepiso y trabajan en conjunto, el cual es capaz de tomar momentos flexionantes y fuerzas cortantes, como resultado de la aplicación de cargas gravitacionales y accidentales, para distribuirlas a lo largo y ancho del marco y así obtener mejor equilibrio de fuerzas o acciones externas. Las características de altura y sección de la columna, al interactuar con las secciones de las trabes que llegan a un mismo nodo, producen un grado de altura efectiva de columna. Esto se traduce en un factor de esbeltez, que permite determinar la capacidad real de una columna en función de la altura, su sección transversal y el número de elementos que le dan soporte lateral. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 25

26 Las columnas y su grado de esbeltez (L /r): Es el cociente de la longitud entre puntos de apoyos laterales consecutivos y el radio de giro mínimo de la sección transversal de la columna, con respecto al eje centroidal alrededor del cual puede sufrir una flexión lateral o pandeo. Las columnas se clasifican de acuerdo a los siguientes criterios: por su grado de esbeltez, por su geometría y por el material del que están constituidas. A continuación se describirá cada uno de estos criterios. Grado de Esbeltez Columnas cortas: el grado de esbeltez es menor a 30. estas columnas se rompen bajo una carga axial que produce un esfuerzo unitario casi constante y que corresponde al punto crítico de elasticidad para materiales dúctiles o la resistencia a la ruptura por compresión para materiales frágiles. La carga crítica depende de área de la sección transversal y de la resistencia del material. Columnas largas: el grado de esbeltez es mayor a 150. estas columnas fallan por pandeo. La carga crítica para una columna de este tipo depende de su rigidez, longitud y condiciones de apoyo lateral en los extremos a lo largo de la columna. Cuando se alcanza la carga crítica, la columna queda en equilibrio inestable y el más pequeño desplazamiento lateral al eje aumentará progresivamente hasta que el material falle en algunos de sus puntos, por los esfuerzos combinados de compresión y flexión. Columnas para edificios: el grado de esbeltez esta entre 30 y 120. Estas columnas componen una serie, que va desde las columnas cortas a las largas y algunos de cuyos tipos pueden tener las características de unas y otras, las columnas pueden fallar por compresión directa del material, si tienen características de las cortas, por flexión lateral o pandeo si tienen características de las largas o por un defecto local seguido de un pandeo. Geometría La geometría que pueden adoptar las columnas de concreto reforzado son diversas, las empleadas más comúnmente son las cuadradas, rectangulares y circulares. Las cuadradas tienen la ventaja de presentar el mismo momento de inercia en ambas direcciones, con lo que su resistencia, se puede decir es igual tanto para el eje xx como para el eje yy. Presentando las mismas proporciones en ambas caras y son fáciles de modular en relación con otros elementos de la construcción. Las rectangulares se tienen momentos de inercia diferentes entre el eje mayor y el eje menor de la columna, Para este tipo de secciones es necesario calcular los momentos resistentes y su capacidad de carga para cada uno de sus ejes. Las circulares tienen características de simetría en sus ejes, los cuales se pueden suponer perpendiculares entre sí, hecho que las hace similares en su comportamiento a las cuadradas. La geometría circular requiere de consideraciones especiales de diseño en relación con las cuadradas y rectangulares. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 26

27 Columnas de acuerdo a los materiales: Columnas de tabique: Las columnas de tabique son aquellas que se constituyen a base de ese material y las dimensiones de las columnas se logran acomodando el tabique en formas diferentes formas. El mortero usado para asentar tabique generalmente es (cemento / arena). Una disposición en forma de rehilete producirá a la columna, una pequeña cavidad central. En la parte de la cavidad se coloca una varilla de acero, para estar reforzada, esta columna se acepta como mínimo 16 pulg. De ancho. Columnas de concreto: Son elementos de apoyo vertical en una estructura. Las columnas de concreto quedan comprendidas de la siguientes categorías: 1. Cuadradas con refuerzo ( zunchado ) 2. Redondas con refuerzo ( Espiral ) Las columnas zunchadas: El refuerzo se mantiene en su lugar mediante anillos hechos de varilla de refuerzo. Este tipo de refuerzo puede adoptar con facilidad otras formas así como cuadradas, rectangulares etc. Las columnas espiral: Son aquellas en las que el refuerzo se coloca dentro de un círculo, con el grupo completo de varillas encerrado por un espiral cilíndrico hecho de varilla de acero o alambrón. El tipo de apoyo de una columna determina su longitud libre de pandeo, su esbeltez o su grado de restricción de tal manera que al trabajar en voladizo, para efectos de diseño su altura se duplica. Este comportamiento provoca una reducción en la capacidad de carga de la columna. Tradicionalmente se han clasificado las columnas según su esbeltez, en largas y cortas. Sección mínima El reglamento de construcción del GDF. (Gobierno del distrito federal), en sus Normas Técnicas Complementarias, diseño de concreto considera las siguientes normas en relación con columnas. Lado menor 30 centímetros Una relación de lado largo a lado corto no mayor a cuatro Una relación de altura a lado menor no mayor de 15. Existen otras limitaciones específicas en cuanto a diseño estructural se refiere, pero dependen de las antes mencionadas. Las dimensiones de las columnas varían dependiendo de los claros de la estructura, y las magnitudes de los momentos flexionantes y cortantes que producen dichas cargas. Finalmente las deformaciones que sufre la estructura ante la presencia de cargas laterales, determinan la necesidad de secciones transversales de columnas, mayores a las supuestas originalmente. Normalmente, en edificios de varios niveles, se tienen secciones transversales de columnas que varían de un piso, o de un grupo de pisos, a otro, esto se efectúa con el objeto de reducir el peso de la estructura, adecuarla a las solicitaciones de las cargas y tener una mayor economía en el proceso de construcción. Por esta razón, en los primeros niveles las columnas requieren de una sección transversal mayor y disminuye de tamaño en la medida que se alcanzan los niveles superiores. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 27

28 Muros Son elementos verticales de carga que desarrollan un trabajo similar al de las columnas pero dada su magnitud, también se emplean para proporcionar rigidez lateral a una estructura. Así mismo existen muros colados en sitio y prefabricados. Muro de carga Los muros de carga de concreto armado pueden diseñarse como columnas cargadas excéntricamente, o bien por un método empírico al que se hace referencia en el reglamento. Muro sin carga Los muros de concreto armado que no soportan carga, comúnmente denominados muros divisorios o paneles, pueden ser precolados o colados en situ. Los paneles que sólo sirven como recubrimiento exterior, cuando son precolados, suelen estar fijos a las columnas o entre pisos del marco rígido, se apoyan en una contratrabe ( viga de desplante) o descansan entre zapatas, cubriendo el claro entre ellas y sirviendo al mismo tiempo como contratrabes y muros. Los muros divisorios colados in sitio. Son más comunes en las sub estructura. Menos frecuentes son los paneles colados in situ, apoyados en contratrabes y fijos al marco En casi todas estas aplicaciones de los muros sin carga los esfuerzos son bajos, lo que permite el uso alternativo de otros materiales, como obra de albañilería sin refuerzo- siempre y cuando vaya apoyado sobre vigas- e incluso paneles de otros materiales. Es necesario procurar el espesor mínimo, un esfuerzo mínimo, y el uso máximo de la estandarización para aprovechar técnicas de producción en masa y diseñar de modo que se cumplan funciones dobles, como cuando los paneles sirven como muros y como vigas de gran peralte. Muros divisorios interiores Son la solución ideal a los diferentes desempeños requeridos de un muro divisorio sencillo hasta el muro con las especificaciones más exigentes. Sus materiales son de alta calidad y están específicamente pensados, diseñados y fabricados para lograr el óptimo funcionamiento en cada tipo de muro. Junto con las especificaciones de instalación asegura al proceso constructivo un excelente resultado. La estructura de los muros divisorios Panel Rey se construye con perfiles de acero galvanizado, que garantiza la resistencia y durabilidad, esta se reviste con paneles de yeso que dan al muro solidez y una superficie lisa y tersa para la aplicación de los acabados de su preferencia (texturizados, tapiz, pintura etc.) Muros sencillos Es muy fácil construir muros curvos, con nichos, arcos, relieves verticales, horizontales o diagonales. Se puede colocar todo tipo de accesorios (cuadros, repisas, gabinetes, etc) Es el muro más adecuado para pasillos, estancias, oficinas, sala comedor etc. Muros resistentes a la transmisión del sonido Cuando se requiere aislar un recinto de los sonidos externos podrá lograr una resistencia al paso del sonido S.T.C. (Sound transmisión class) de 60, con lo cual cumple con la más exigente especificación. Excelente para hospitales, hoteles, auditorios, oficinas, cines, etc. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 28

29 Muros resistentes a la humedad La humedad en interiores afecta a los materiales del muro cuando no se ha previsto su protección. El panel de yeso RH Resistente a la Humedad repele la humedad. Sirve de substrato para adherir eficazmente azulejos o mármol con el adhesivo normal para azulejos. Ideal para baños, cocinas, lavanderías y sótanos. Muros resistentes al fuego Protege y evita la generación o propagación de incendios. Un muro de panel de yeso RF Resistente al fuego dará protección por períodos durante 45 minutos y hasta 3 horas en caso de incendio. Es el muro protector ideal para cocinas, cuartos de máquinas, para cubos de elevadores, etc. Muros termo aislantes Aísla la transmisión de calor, y nos protege del frío brindando un mayor confort y un ahorro de energía en aire acondicionado o calefacción. Es el muro más adecuado para accesos, cuartos refrigerados, divisiones entre cocina y comedor, cuartos de calderas, muros ductos, etc. Revestimiento de muros de mampostería Los materiales panel rey permiten remodelar en forma rápida y eficiente los muros de mampostería, el acabado que se tendrá será insuperable, logrando superficies planas, lisas y tersas, ideales para recibir el acabado final de su elección. Asimismo podrá dar a su muro otras propiedades adicionales. Excelente para toda remodelación. Muros fachada El muro fachada Panel tiene como función principal el de cerrar los espacios de una edificación creando una barrera entre el exterior y el interior. Los muros fachadas son resistentes y durables ante los agentes climatológicos tales como vientos y sismos. Utiliza perfiles de acero galvanizado y paneles para exteriores e interiores. El muro fachada se adapta a una gran variedad de estilos arquitectónicos, es ideal para edificaciones tales como hoteles, edificios de oficinas, centros comerciales, escuelas, departamentos, etc. Muro cortina: Ideal para edificar superficies de edificios de grandes volúmenes. Se crean grandes superficies continuas en la fachada. Muro tapón: Ideal para construir muros entre las losas de entrepisos de edificios, como por ejemplo los que tienen balcones. Según su forma de colocación se les denomina: Capuchino.- cuando los tabiques se asientan por su cara angosta, son útiles en divisiones pequeñas. ANA ISABEL GARCÍA MONROY/ JORGE CUAN SÁNCHEZ 29