CONSTRUCCION I

ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO.

SECCIONES DE COLUMNAS Y
EMPALMES DE REFUERZO

Docente: Ricardo A. Sosa Sandoval

GENERALIDADES:
Concreto armado: es el
concreto simple + acero de
refuerzo. Básicamente cuando
tenemos un elemento
estructural que trabajará a
compresión y tensión; ningún
esfuerzo de tensión será
soportado por el concreto
simple, es por ello que se debe
incluir un área de acero que
soporte la tensión generada
reflejada en un número de
varillas según su diámetro, así
como su colocación.
 Tipos de Carga
1. CARGAS ESTÁTICAS.
Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo
cual hace que se originen esfuerzos y deformaciones que
alcanzan sus valores máximos en conjunto con la carga
máxima. Prácticamente, estas solicitaciones no producen
vibraciones en la estructura, y a su vez clasifican en:
Cargas Permanentes o Muertas. Son cargas gravitacionales
que actúan durante Ia vida útil de la estructura, como por
ejemplo: el peso propio de la estructura y el peso de los
elementos añadidos a la estructura (acabados, tabiques,
maquinarias para ascensores y cualquier otro dispositivo de
servicio que quede fijo en la estructura).
Carga Viva o Sobrecarga. Son cargas gravitacionales de
carácter movible, que podrían actuar en forma esporádica
sobre los ambientes del edificio. Entre estas solicitaciones se
tiene: al peso de los ocupantes, muebles, nieve, agua, equipo
removibles, puente grúa, etc. Las magnitudes de estas cargas
dependen del uso al cual se destinen los ambientes.
2. CARGAS DINÁMICAS.
Son aquellas cuya magnitud, dirección y sentido varían
rápidamente con el tiempo, por lo que los esfuerzos y
desplazamientos que originan sobre la estructura, también
cambian con el tiempo; cabe indicar que el instante en que
ocurre la máxima respuesta estructural, no necesariamente
coincide con el de Ia máxima solicitación. Estas cargas
clasifican en:
Vibraciones Causadas por Maquinarias. Cuando las máquinas
vibratorias no han sido aisladas de la estructura principal, sus
vibraciones pueden afectar tanto a la estructura que las
soporta como a las estructuras vecinas.
Viento. El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para
simplificar el diseño se supone que actúa como una carga
estática sobre las estructuras convencionales, pero para
estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.)
es necesario verificar que su período natural de vibrar no
coincida con el de las ráfagas de viento, de lo contrario,
podría ocurrir la resonancia de la estructura.
Sismos. Las ondas sísmicas generan aceleraciones en las
masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que
varían a lo largo del tiempo; sin embargo las estructuras
convencionales pueden ser analizadas empleando cargas
estáticas equivalentes a las producidas por el sismo.
Cargas Impulsivas o de Impacto. Son aquellas que tienen
corta duración, por ejemplo las explosiones, choques, etc.
Después que esta solicitación culmina se produce el
movimiento de vibración de la estructura.
3. OTRAS SOLICITACIONES.
Aparte de las cargas descritas existen otras solicitaciones que
pueden comprometer a la estructura y que, por lo tanto,
deben contemplan en el diseño. Ejemplo de estas
solicitaciones son: el asentamiento de los apoyos, cambio
uniforme o diferencial de temperatura, los empujes de tierra, el
deslizamiento del suelo, las tensiones residuales, los
preesfuerzos, el fuego, las subpresión de agua, las
contracciones por secado del concreto, etc.
A continuación se muestra algunas de las sobrecargas especificadas por la
Norma E-020.
SOBRECARGAS PARA DIFERENTES EDIFICACIONES
TIPO DE EDIFICACION SOBRECARGA (Kg/ m2)
 Azoteas 100
 Vivienda 200
 Aulas de Centros Educativos 300
 Oficinas 250
 Salas de Lectura de Bibliotecas 300
 Sala de Operación de Hospitales 300
 Auditorios y Gimnasios 300
 Laboratorios 300
 Salas de Computo 350
 Corredores y Escaleras 400
 Salas de Archivo 500
 Talleres de Centros Educativos 350
 Almacenes de Bibliotecas 750
FACTORES DE CARGA:
 Factor de carga es el número por el cual hay que multiplicar el
valor de la carga real o de servicio para determinar la carga última
que puede resistir un miembro en la ruptura.
 Generalmente la carga muerta en una estructura, puede
determinarse con bastante exactitud pero no así la carga viva
cuyos valores el proyectista solo los puede suponer ya que es
imprevisible la variación de la misma durante la vida de las
estructuras; es por ello, que el coeficiente de seguridad o factor de
carga para la carga viva es mayor que el de la carga muerta. Los
factores que en el reglamento del ACI se denominan U, son los
siguientes:
 A) Para combinaciones de carga muerta y carga viva:
U = 1.4D + 1.7L
Donde: D = Carga muerta y L = Carga viva
 B) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y carga
accidental:
U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.7W) o U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.87E)
Donde: W = Carga de viento y E = Carga de sismo
 Cuando la carga viva sea favorable se deberá revisar la
combinación de carga muerta y carga accidental con los
siguientes factores de carga:
U = 0.90D + 1.30W y U = 0.90D + 1.30E
 Metrado de cargas
 RECUBRIMIENTOS
Es el concreto que separa al acero del medio externo y evita que entre
en contacto con el agua, la humedad o el fuego. Es importante
porque protege el acero. Se debe tomar en cuenta que este
recubrimiento se mide desde la cara exterior del estribo.
El refuerzo debe de tener recubrimiento adecuado cuyo fin es el de
proteger al acero de dos agentes: La corrosión y el fuego.
El recubrimiento se mide desde la superficie del concreto hasta la
superficie exterior del acero, o el borde exterior de los estribos si el
refuerzo transversal confina las varillas principales.
A continuación, se presenta un cuadro resumen con los recubrimientos
usados en concreto armado:
CONCRETO VACIADO EN OBRA RECUBRIMIENTO MINIMO (CMS)
1) Concreto vaciado directamente sobre el terreno sin
encofrado. 7.50
2) Concreto en contacto con el terreno o expuesto a la
intemperie:
- varillas N° 6 a > 5.00
- varillas N° 5 a < 4.00
3) Concreto vaciado al interior de edificaciones:
- Losas muros y aligerados.
 varillas N° 14 A> 4.00
 varillas N° 11 A < 2.00
- Vigas y columnas: refuerzo longitudinal o principal
estribos cerrados, espirales. 4.00
- Bóvedas y elementos laminares, cascarones:
 varillas N° 6 A> 2.00
 varillas N° 5 A< 1.50
 ADHERENCIA Y ANCLAJE
La capacidad del refuerzo en el concreto para desarrollar la
resistencia en tensión de una sección, depende de la
compatibilidad de ambos materiales para actuar unidos al resistir las
cargas externas. Una varilla, por ejemplo, se debe deformar en la
misma medida que el concreto que la rodea, con el objeto de
evitar la separación de los dos materiales cuando están sujetos a la
acción de las cargas.
El acero es un material que posee las característica para desarrollar
la adhesión requerida entre el refuerzo y el concreto.
La resistencia de adherencia es el resultado de la combinación de
varios parámetros, tales como la adhesión mutua entre el concreto
y la superficie de contacto del acero y la presión que ejerce el
concreto endurecido en la varilla o el alambre de acero, debida a
la contracción del concreto al secarse. Además de esto, la
trabazón y fricción que ocasionan la presencia de las corrugaciones
de la superficie del acero, resulta en un incremento de la resistencia
del desplazamiento. El efecto total que producen estos factores se
conoce como adherencia.
En resumen, la resistencia de adherencia es controlada principalmente
por los siguientes factores:
1.- Adhesión entre el concreto y los elementos de refuerzo.
2.- El efecto de sujeción que
resulta al secarse y contraerse el
concreto que rodea a la varilla y
que se forman entre las FUERZAS DE ADHERENCIA QUE ACTUAN EN EL CONCRETO

corrugaciones de la varilla y en
el concreto en el que está
embebida. FUERZAS DE ADHERENCIA QUE SE EJERCEN SOBR EL ACERO

3.- La fricción que resiste al deslizamiento y la trabazón que se

produce cuando el elemento de refuerzo es sujeto a esfuerzos de
tensión.
4.- La calidad y resistencia del concreto a la tensión y a la compresión.
5.- El efecto de anclaje mecánico que se obtiene en los extremos de
las varillas por medio de la longitud de desarrollo, los empalmes, y los
ganchos.
6.- El diámetro, la forma y la separación del refuerzo, debido a que
afectan el desarrollo de grietas.
 Longitud de empalme en columnas
La longitud de empalme* variará de acuerdo con el diámetro
de la barra, de la ubicación del empalme, de la resistencia del
concreto y del tipo de elemento (columna o viga).

A continuación se detallan cada uno de estos casos:

 EMPALMES

Acero
Estribos Columna
Longitudinal
Columna Ln

Empalme de la
Columna
(Longitud de
Desarrollo)
Acero Estribos Viga
Longitudinal
Viga

Ejemplo Unión Viga-Columna

El estudio del comportamiento y diseño de columnas de
concreto reforzado, ha sido un reto y un problema que han
resuelto de acuerdo a sus alcances y conocimientos nuestros
antepasados.
Las columnas son elementos estructurales que sirven para
soportar cargas axiales, y donde actúan fuerzas longitudinales
(carga axial), produciendo en ellas esfuerzos de compresión,
tensión, cortante y momento flexionante, y en algunos casos se
presenta esfuerzos combinados como la flexocompresión; para
absorber estas fuerzas producidas en la columna debido a las
cargas se adiciona acero estructural como refuerzo longitudinal
para absorber los esfuerzos de tensión; así como también acero
transversal para los esfuerzos cortantes que se producen en
dicha columna.
El reglamento A.C.I. 318-04, indica: Que para el diseño de las
columnas se deben considerar las fuerzas axiales que provienen
de las cargas factorizadas de todos los entrepisos o azoteas.
 Clasificación de las columnas de acuerdo a su relación de
esbeltez.
· Columnas cortas.
· Columnas largas.
*Las columnas largas fallan por esbeltez y las
cortas por resistencia
 Clasificación de las columnas de acuerdo a su forma o
geometría.
· Columnas rectangulares.
· Columnas cuadradas.
· Columnas circulares.
· Columnas de sección variada.
* Las columnas pueden llevar según la fuerza cortante: estribo
simple, doble, especial, etc.
 Clasificación de las columnas de acuerdo a su
confinamiento.
· Columnas estribadas.
· Columnas zunchadas.
* Las columnas podrán tener secciones geometricas diversas.
SECCIONES TRANSVERSALES