CÓDIGO: LIC-01 Nombre del Curso: Concreto II Horas por semana: 3 Créditos: 4 Período: I Cuatrimestre Modalidad: Cuatrimestral Requisitos: BIC-29 Concreto I I Descripción del Curso Este es el último de los dos cursos de Estructuras de Concreto que contempla el Plan de Estudios de Ingeniería Civil. Es un curso de análisis y diseño en el cual se integran y complementan los cursos de Estructuras de Concreto I, Estructuras I y Construcción II, para formar un todo coherente, de donde resultan las pautas que el ingeniero sigue cuando diseña. Como las obras de ingeniería pueden ser muy complejas, se ejemplifica con edificios sencillos y regulares, en los cuales se hace énfasis en el diseño sismorresistente. Es un curso teórico-práctico en el cual se siguen reglas definidas de diseño (especificaciones), pero profundizando en los principios teóricos que lo sustentan. II Objetivo General Al final del curso el estudiante será capaz de analizar, diseñar y detallar estructuras sencillas de concreto. III Objetivos Específicos El requisito fundamental es haber aprobado el curso de Estructuras de Concreto I. Por lo tanto, al comenzar las lecciones los estudiantes serán capaces de: 1. Al término de las lecciones introductorias sobre las estructuras de concreto y los métodos de diseño, el estudiante estará en capacidad de: Definir el concepto de estructura, y explicar en qué consiste el proceso de diseño Explicar en qué consiste el diseño global, y cuál es su relación con el análisis de la estructura. Distinguir entre elástico y análisis límite. Explicar en que consiste el diseño local, y cual es su relación con el dimensionamiento de los elementos. Distinguir entre dimensionamiento por teoría elástica y por teoría plástica. Hacer un análisis de coherencia entre las posibilidades metodológicas anteriores, y explicar cual combinación de ellas se usa en la actualidad y por qué. 2. A partir de un estudio de la naturaleza, magnitud y distribución de las cargas, el estudiante estará en capacidad de: 1
Efectuar un análisis preliminar de carga permanente y carga temporal de un edificio sencillo. Estimar las fuerzas horizontales de sismo, por medio del método estático del Código Sísmico de Costa Rica Calcular las fuerzas internas (permanentes, temporal y sísmica), utilizando los métodos de la mecánica estructural. 3. Utilizando la teoría y especificaciones adecuadas el estudiante estará en capacidad de diseñar y detallar los siguientes elementos de concreto: Vigas continuas sujetas a la acción de cargas verticales. Vigas y columnas sujetas a la acción de carga permanente, temporal y de sismo. Uniones viga-columna en marcos. 4. Con base en la teoría de losas, y utilizando especificaciones adecuadas, el estudiante será capaz de: Diseñar y detallar losas de entrepiso, armadas en una dirección. Diseñar y detallar losas soportadas por vigas en sus cuatro bordes, armadas en dos direcciones por el método directo y por el método de estructura equivalente. Analizar el comportamiento de losas sencillas, por el método de las líneas de fractura. Aplicar el diseño a escaleras y marquesinas. 5. Por medio de la aplicación de los conceptos de capacidad de soporte y empuje de suelos, y utilizando losas en una y dos direcciones, el estudiante podrá: Diseñar y detallar cimientos aislados rectangulares. Diseñar y detallar muros de retención en voladizo. 6. Al final de las lecciones sobre concreto pre-esforzado, el estudiante será capaz de: Proponer una lista de las ventajas y desventajas del concreto pre-esforzado. Distinguir entre pre-tensión y post-tensión. Evaluar las pérdidas de pre-esfuerzo. Calcular los esfuerzos en las diferentes etapas constructivas y durante condiciones de servicio. Evaluar el momento último y el momento de firsuramiento en miembros en flexión. IV Contenido 1. LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO Y METODOS DE ANALISIS Y DISEÑO: Aspectos del diseño estructural. Metodología de diseño. Diseño local y global. Teoría elástica y teoría de resistencia última para el diseño de elementos de concreto reforzado. Filosofía del diseño sismorresistente. 2. SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA: Solicitaciones (acciones). Condiciones de servicio. Carga permanente, temporal y sísmica. Análisis estructural y fuerzas internas. 2
3. DISEÑO MARCOS DUCTILES DE CONCRETO: Tipos de marcos de concreto. Solicitación permanente, temporal y sísmica. Refuerzo longitudinal y transversal de vigas. Refuerzo longitudinal y transversal de columnas. Refuerzo longitudinal y transversal de muros estructurales. Uniones viga-columna. 4. FUNDACIONES: Capacidad soportante del suelo. Factores de seguridad utilizados en la capacidad soportante del suelo de acuerdo con el Código Sísmico de Costa Rica. Tipos de cimentaciones. Cimientos aislados rectangulares. Detallado de refuerzo. 5. UNIONES VIGA-COLUMNA. Columna fuerte viga débil. Cortante en el nudo. Detallado de nudos. 6. MUROS ESTRUCTURALES. Requisitos para muros en zonas no sísmicas y sísmicas. Tipos de muros. Elementos de borde y confinamiento. Detallado de muros estructurales. 7. DISEÑO DE LOSAS EN UNA DIRECCION: Tipos de losas, espesores mínimos, diseño a flexión, revisión de cortante, acero por retracción o temperatura. V Metodología El curso está estructurado de manera que el estudiante dedique nueve horas como mínimo de trabajo individual por cada hora de lección en el aula. El curso está organizado para impartir su contenido por medio de clases magistrales a las cuales se les da seguimiento mediante la asignación de tareas sobre los temas desarrollados en clases. Al inicio del curso se forman grupos de tres o cuatro estudiantes que pueden participar en el desarrollo de las tareas asignadas. Estas asignaciones son un medio para que los alumnos estudien la materia en el libro de texto y en los libros de consulta u otras publicaciones, además de las notas tomadas en clase y profundicen en el significado y ampliación de las especificaciones. Tanto el trabajo en clase como la asignación de tareas se desarrolla alrededor de un Ejemplo Integrado de Diseño, el cual consiste en un edificio de concreto de tres o cuatro pisos, regular en planta y en altura, cuyo diseño global se define en términos muy generales al inicio del cuatrimestre (en la segunda clase). Este se usa para ilustrar el diseño local de cada uno de los elementos estructurales y la confección de los respectivos planos de construcción. Al final del cuatrimestre se deberá entregar un proyecto final que contempla la memoria de cálculo completa del diseño del edificio desarrollado en clase, así como un juego de planos estructurales para construcción de la estructura. En la segunda clase se entregarán los lineamientos a seguir para la preparación de dicho proyecto. VI Estrategias de aprendizaje Resolución de problemas Análisis de casos Exposiciones Giras técnicas dirigidas Investigación Bibliográfica Investigación en Internet 3
VII Recursos Didácticos Equipo de Multimedia VIII Evaluación Dos exámenes parciales 40% Examen final 30% Tareas en grupo e individuales y quices 10% Proyecto Final 20% IX Bibliografía Libro de Texto: Nilson, A.H. y Winter, G., Diseño de Estructuras de Concreto. E. McGraw-Hill., 2005. American Concrete Institute. Building Code Requirements for Reinforced Concrete and Comentary. ACI 318-02. Detroit, Michigan, U.S.A., 2006. Comisión Permanente de Estudio y Revisión del Código Sísmico de Costa Rica. Código Sísmico de Costa Rica 2002. Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica. 2003. Libros de Consulta: Paulay T., Priestley M.J.N., Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings. John Wiley & Sons, Inc. U.S.A. 2004. Nawy Edward G., Reinforced Concrete a Fundamental Approach, 3 era Edition., Prentice Hall, U.S.A. 2006. Portland Cement Asociation (PCA) Notes on ACI 318-99, Building Code Requeriments for Structural Concrete with Design Applications.U.S.A. 2004. Meli P. Roberto, Diseño Estructural, Editorial Limusa, México 2005. Mac Gregor, Reinforced Concrete Mechanics and Design. Prentice Hall Book Co., 2006. Park R., Paulay T., Estructuras de Concreto Reforzado, Editorial Limusa, México 2005. 4
X Cronograma Cronograma de Sesiones FECHA 1 Sesión 2 Sesión CONTENIDO Objetivos, contenido, metodología, evaluación, bibliografía. Aspectos del diseño estructural: metodología del diseño, diseño elástico y último, incertidumbre en el análisis y el diseño. Filosofía del diseño sismorresistente y seguridad. Especificaciones y códigos vigentes Cambios en ACI 318-02 Flujo de cargas en un edificio. Cálculo de las cargas permanentes y temporales en un edificio. Estimación de las fuerzas horizontales de sismo (método estático CSCR-02), 1 era parte. 3 Sesión Introducción al diseño sismorresistente, de estructuras de concreto reforzado 4 Sesión 5 Sesión Continuación fuerzas horizontales de sismo. Análisis estructural. Modelación de estructuras de concreto (rigidez en nudos, reducción de rigidez en vigas y columnas por efectos sísmicos). Revisión del software disponible para el cálculo. Estimación de momentos y cortantes en vigas usando las tablas del Código ACI 318-02. Diseño de vigas marcos dúctiles de concreto (cálculo del acero longitudinal y transversal). 1 era parte 6 Sesión Diseño de vigas marcos dúctiles de concreto. 2 da parte 7 Sesión 1 er Examen Parcial 8 Sesión Diseño de columnas marcos dúctiles de concreto. 9 Sesión Uniones viga-columna. 10 Sesión Fundaciones. Generalidades. Aspectos de mecánica de suelos. Placas rectangulares y vigas de amarre 11 Sesión Continuación de Fundaciones. Diseño de muros estructurales (1 era parte) 12 Sesión 2 do Examen Parcial 13 Sesión Diseño de losa de concreto en una dirección 14 Sesión (ENTREGA DEL PROYECTO FINAL) 15 Sesión Examen Final (Incluye toda la materia cubierta en el curso). XI Observaciones Generales Se deben respetar todas las normas establecidas en el Reglamento de Régimen Académico de la Universidad Latina de Costa Rica. XII. NOTAS SOBRE CONVALIDACION Y OTROS. Este curso es convalidable: SÍ Este curso se puede presentar por suficiencia: SÍ Este curso tiene examen de ampliación: SÍ 5