Dimensionamiento en hormigón estructural

Transcripción

1 Juan Roldán Ruiz Dimensionamiento en hormigón estructural Manual docente Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación UCAM Cátedra de Estructuras Arquitectónicas

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5 Juan Roldán Ruiz Dimensionamiento en hormigón estructural Manual docente Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación UCAM Cátedra de Estructuras Arquitectónicas 5

6 Dimensionamiento en hormigón estructural Textos y figuras: Juan Roldán Ruiz Esta edición: Fundación Universitaria San Antonio Créditos foto de portada: Monasterio de la Tourette de Le Corbusier. Foto del autor 1ª ed.: Murcia 2010 I.S.B.N. : D.L.: Impreso en España. Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial sin permiso expreso y por escrito de los titulares del Copyright. Realización: 6

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9 Temario general Tema 1.- Hormigón estructural. EHE Tema 2.- Dimensionamiento bajo solicitaciones normales: M y N Tema 3.- Dimensionamiento bajo solicitaciones tangenciales: T y punzonamiento Tema 4.- ELS: fisuración y deformaciones Tema 5.- Cimientos. DB-SE-C Tema 6.- Forjados de hormigón estructural 9

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11 Índice pormenorizado Tema 1.- Hormigón estructural. EHE 1.- Aspectos generales de EHE Bases de cálculo: generalidades Materiales Diagramas σ-τ Controles Resistencia del hormigón Control de la ejecución Adherencia Durabilidad Exposición general Exposición específica Relación A/C, C y F ck Recubrimientos Estrategia CPH Cuadro características EHE Regiones D Dominios de deformación Cuantías mínimas Cuadro de cuantías EHE Aplicación para acero B

12 Índice pormenorizado Tema 2.- Dimensionamiento bajo solicitaciones normales: M y N 1.- Dominios de deformación M y N Dimensionamiento a flexión: M Rango de diseño ξ Fibra solución ξ y U s Canto mínimo, optimo y máximo Ejemplo de dimensionamiento a flexión Dimensionamiento a compresión: N Pandeo general Pandeo habitual Cálculo Ejemplo de dimensionamiento a compresión Ábacos de dimensionamiento directo Ábaco para flexión simple Ejemplo de flexión simple Ábaco de interacción: flexo-compresión Ábaco de interacción: flexo-compresión Ábaco de interacción: flexo-compresión Ábaco de interacción: pilares circulares Ábaco de flexo-compresión esviada Ficha prontuario de dimensionamiento a flexión

13 Índice pormenorizado Tema 3.- Dimensionamiento bajo solicitaciones tangenciales: T y punzonamiento 1.- Esfuerzo cortante T Concepto mecánico Distribución de tensiones elásticas Planteamiento en hormigón estructural Comprobación según EHE Cuantías mínimas frente al esfuerzo cortante Ejemplo de dimensionamiento a esfuerzo cortante Punzonamiento: esfuerzo cortante perimetral Ficha prontuario de dimensionamiento a T y Punzonamiento

14 Índice pormenorizado Tema 4.- ELS: fisuración y deformaciones 1.- Fisuración y adherencia ELS Fisuración Análisis del fenómeno Ejemplo de cálculo de fisuras Análisis de la deformación de la viga biapoyada con carga q Reacciones Graficas de cortantes Grafica de flectores Deformada de la viga Giros y flecha máxima Pirámide diferencial ELS Deformaciones en HA Flechas en HA Ejemplo de cálculo Cantos recomendados según EHE Ficha prontuario para ELS: fisuración y deformaciones

15 Índice pormenorizado Tema 5.- Cimientos. DB-SE-C Parte 1ª.- Aspectos generales y ciment. directas 1.- Generalidades Bases de cálculo Comprobaciones Método de cálculo: E Límite Variables básicas Verificaciones ELU Coeficientes parciales Estudio geotécnico Generalidades Campañas Contenido según DB Cimentaciones directas Tipologías Zapatas aisladas Zapatas combinadas y corridas Pozos y emparrillados Losas de cimentación Análisis y dimensionamiento Concepto carga hundimiento Tabla carga hundim zapatas Verificación ELU hundimiento Asientos 202 Parte 2ª.- Ciment. profundas, contenciones y otros 1.- Cimentaciones profundas. Pilotes Clasificación Pilotes de hormigón: tipos Solicitaciones y otras acciones ELU hundimiento ELS asientos Tope estructural Aspectos constructivos Elementos de contención Tipos de contenciones Tipos de empujes Muros de contención Muros de sótano Pantallas Acondicionamiento del terreno Mejora o refuerzo del terreno Anclajes al terreno Anejos Anejos A, B y C del DB Anejo D. 29 tablas útiles Anejo E. Interacción suelo ST Anejo F. Modelos para cálculo Tablas de dimensionamiento directo 246

16 Índice pormenorizado Tema 6.- Forjados de hormigón estructural 1.- Forjados de HE Clasificación Cuantías mínimas Forjados unidireccionales Generalidades Acciones Solicitaciones Dimensionamiento ELU ELS: canto forjados ELS: canto en vigas Forjados reticulares Generalidades Acciones Solicitaciones Dimensionamiento a ELU flexión Dimens. ELU esfuerzo cortante nervios ELU: punzonamiento ELS y canto recomendado Tablas de dimensionamiento directo Tablas 1 y 2: selección de vigas Tablas 3 y 4: tipos de vigas Tabla 5: zunchos de forjados Tabla 6: zunchos de voladizo Tabla 7: forjados unidireccionales Tablas 8 y 9: forjados reticulares 320 Créditos de figuras, tablas y fotografías 335 Bibliografía básica

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21 Introducción Utilizamos la palabra dimensionamiento como sustantivo ficticio que define la acción de analizar, comprobar y detallar las características que el material objeto de diseño exige para el elemento estructural que se pretende definir. Es evidente que el material a utilizar aporta características específicas a las estructura o sus partes pudiendo, en la mayoría de las ocasiones, ser determinante en el resultado final. En esta publicación se recogen los aspectos singulares que el hormigón armado comporta frente a Estados Límite Últimos (ELU) y frente a Estados Límite de Servicio (ELS) atendiendo a la actual Instrucción de Hormigón Estructural EHE. Se tratan igualmente los aspectos novedosos sobre durabilidad ya incluidos como un Estado Límite más, ya que así lo recoge la instrucción EHE (ELD). Los distintos elementos estructurales como zapatas, losas, muros, vigas, zunchos, forjados, pilares, pilotes, etc., responden a las solicitaciones a que se ven sometidos en función de los esfuerzos esenciales para los que están pensados. Así, los pilares y pilotes trabajan esencialmente a compresión, las vigas y forjados a flexión, en las losas y algunos tipos de forjados suelen presentarse aspectos de punzonamiento que deben abordarse de forma singular, en vigas y zunchos suelen aparecer esfuerzos cortantes en sus extremos cuya comprobación suele ser importante, etc. En definitiva, lo esencial del dimensionamiento no es el elemento estructural sino el tipo de solicitación a la que se ve sometido. Por ello, en este manual, se ha optado por analizar los mecanismos de dimensionado frente a solicitaciones normales, tangenciales, fisuraciones y deformaciones junto a aspectos singulares de algún elemento estructural como es el caso de los forjados. 21 Juan Roldán

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23 Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación UCAM Tema 1 Hormigón estructural. EHE 23

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25 Índice general Tema 1.- Hormigón estructural. EHE Tema 2.- Dimensionamiento bajo solicitaciones normales: M y N Tema 3.- Dimensionamiento bajo solicitaciones tangenciales: T y punzonamiento Tema 4.- ELS: fisuración y deformaciones Tema 5.- Cimientos. DB-SE-C Tema 6.- Forjados de hormigón estructural 25

26 TEMA 1 HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE Tema 1 Hormigón estructural. EHE 1.- Aspectos generales de EHE 2.- Bases de cálculo: generalidades 3.- Materiales Diagramas σ-τ Controles Resistencia del hormigón Control de la ejecución 4.- Adherencia 5.- Durabilidad Exposición general Exposición específica Relación A/C, C y F ck Recubrimientos Estrategia CPH Cuadro características EHE 6.- Regiones D 7.- Dominios de deformación 8.- Cuantías mínimas Cuadro de cuantías EHE Aplicación para acero B

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28 TEMA 1 1 Aspectos generales de EHE Aplicación Evolución HM HA HP Incluye H. reciclado, autocompactante, ligero, con fibras No aplicable Hormigones pesados, refractarios, con serrines Hormigones ultra-resistentes >H100 Elementos hormigón y perfiles de acero juntos 1996 EF EHE NCSE-02 EFHE CTE EHE-08

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30 TEMA 1 HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE Bases de cálculo: GENERALIDADES Método Estados Límites. DOMINIOS de DEFORMACIÓN Acciones Frepr= γψf k Flexión Compresión Pandeo 3 Seguridad γ normales γ G =1.35 ; γ Q =1.5 γ c =1.5; γ S = Materiales H y A ELU Cortante Punzonamiento Esfuerzo rasante 5 Adherencia Anclajes y solapes Fatiga 6 Durabilidad Ambiente, C, r,... ELD Deformación 7 Regiones D Bielas y Tirantes ELS Fisuración Vibraciones

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32 TEMA 1 HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE 3.1 MATERIALES: diagramas σ-ε siendo H 50 N/mm2 Acero Hormigón A. PASIVAS Parábola-rectángulo Rectangular: y=0.8 x Del lado de la seguridad A. ACTIVAS 32

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34 TEMA 1 HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE 3.2 Materiales: controles Componentes Hormigón Acero Régimen Cemento Agua Áridos No obligatorios Obligatorios H. Central + Control de Producción y Sello de Calidad Reconocido En el resto de los casos y en el anterior si PPTP y/o DIO Material Especificaciones Ensayos Acept/Rechazo Aditivos: Si cenizas o H. sílice: Certificado Laborat EHE y PPTP EHE y PPTP EHE y PPTP EHE y PPTP 1Ud /3 meses o DIO s/rc Si no antecedentes o en caso de duda Antes de empezar la obra Antes de empezar la obra Consistencia PPTP y/o DIO Cono Abrams Durabilidad PPTP y/o DIO Control doc: A/C y C Penetración agua: III, IV ó Q Resistencia Ver esquema siguiente Control reducido Control normal Incumplimiento especificaciones Incumple especif. y/o DIO Incumple especif. y/o DIO Incumple especif. y/o DIO Valor medio No especif. y/o DIO No especif. y/o DIO Penetración Agua: Med 30 mm, Máx: 50 mm Sección y agrietamiento f yd =75% de la normal (Sólo A. pasivas) Sección, agrietamiento y límite elástico (Pasivas y activas) 34