OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

 Desarrollar conceptos técnicos y normativos acerca del concreto

armado.

OBJETIVOS ESPECIFÍCOS

 Conocer y reconocer las propiedades del concreto endurecido y del

acero de refuerzo para aplicarlos en el desarrollo de las actividades.
 Conocer los fundamentos de diseño de concreto armado.
 RESUMEN

Varias construcciones a lo largo de la historia han sufrido daño o

colapsos por la poca resistencia a las cargas externas en el medio.
Así que el hombre con el fin de sobrevivir en este mundo y capaz de
innovar ha ido perfeccionándose y para contrarrestar estos efectos
empezó a hacer edificaciones con aceros de refuerzo, ya que solo el
concreto solo tiene la resistencia a la compresión y colocar este
material hace que las construcciones sean menos propensas a sufrir
daños colaterales.

El objetivo de este informe es presentar la importancia del concreto

armado, describiendo sus componentes y sus propiedades en el
estado endurecido así como también el acero de refuerzo.

Tal y como se describe en el informe este tipo de concreto utilizado

en las construcciones, se deben realizar análisis antes de entrar en
ejecución, identificar el límite las deformaciones que sufren tanto el
concreto como el acero, ya que ambos materiales son elementos
elásticos, para evitar futuros colapsos y tener una edificación
segura. Finalmente, se presenta consideraciones para el diseño
estructural y factores de seguridad que ayudan a asegurar que las
deformaciones bajo cargas de servicio no sean excesivas.
 INTRODUCCIÓN

Como en todas las civilizaciones, el hombre siempre ha buscado un lugar

para poder vivir, es decir, un hábitat. A medida  que han pasado los años
aquel  ha tenido y tiene que lidiar con la fuerzas de la naturaleza cuando
de construcción se trata. En siglos anteriores las construcciones eran
básicamente de adobe, barro y /o yeso, es decir, materiales que eran
fáciles y económicos de obtener acompañados de la tecnología de la
época. Pero el factor fundamental por el cual el hombre y/o industria de la
construcción ha ido perfeccionándose, ha sido el tener que hacer frente a
las fuerzas naturales a las cuales estamos impunes sobre la tierra, es decir,
terremotos, vientos huracanados, ciclones, entre otros.
El concreto armado en el Perú se comenzó a usar por los años 20
aproximadamente, este material de construcción consta de la unión del
concreto (cemento, arena y piedra) más el acero de refuerzo. El concreto
es una especie de maza pegante que tiene la propiedad de endurecer con
el tiempo y es  muy resistente a la compresión, mientras tanto el acero al
tener la propiedad de resistir a la tracción  y al ser corrugado, permite que
el concreto se le adhiera formando así la dupla perfecta en un sistema
constructivo. El concreto armado (sin dejar de lado la cimentación de toda
estructura) es aquel que la da rigidez y estabilidad a toda estructura. A lo
largo de los años los ingenieros se han visto obligados a modificar los
estándares de resistencia de acuerdo a las zonas donde se construye, es
decir, ahora se tiene en consideración si una zona es sísmica o no, como
por ejemplo, la isla de Japón al estar ubicada sobre 4 placas tectónicas, sus
sistemas constructivos varían constantemente y la producción del
concreto no es ajena a estos cambios. En el caso de nuestro país, que
también está sobre zona sísmica, los constructores se basan en el factor
de seguridad Nro2 para el acero y 210kg/cm2 para concreto, lo cual
permite obtener una resistencia  de sismo grado 8 en las edificaciones
antisísmicas.
La construcción es una técnica y arte que requiere de análisis, felizmente
se puede afirmar que en la actualidad el país si cuenta con tecnología de
construcción para poder hacer frente a los desastres naturales, contamos
con una de las mejores productoras de acero del mundo, como lo es
Aceros Arequipa, la industria del concreto se ha especializado en la
producción de este elemento, y hoy se cumplen con los estándares de
calidad que exigen las normas que ordenan los organismos respectivos
como el colegio de ingenieros y el ministerio vivienda y construcción.

CAPÍTULO I: CONCEPTOS BÁSICOS

1.1. Generalidades
El concreto es un material pétreo artificial, que se obtiene al
mezclar en determinadas proporciones cemento, agregados gruesos
y finos, con agua. El concreto y el agua forman una pasta que rodea
a los agregados, dando por resultado un material de gran
durabilidad que fragua y endurece, incrementando su resistencia
con el paso del tiempo.
El concreto simple es resistente a la compresión, pero es débil en
tracción, por lo cual se lo debe armar conveniente con barras de
acero que absorben los esfuerzos de tracción y evitan la formación
de grietas en la masa del concreto.
Las curvas de esfuerzo-deformación del concreto simple que se
obtienen en ensayos en probetas sujetas a carga axial en
compresión uniformemente distribuida de corta duración se
obtiene que la deformación unitaria a la carga máxima es de Ec=
0.003, tal como se observa en la figura 1.1.

El módulo de elasticidad del concreto es: Ec = 0.14 Wc1.5 f’c^1/2 (en

Kg/cm2) donde Wc es el peso unitario del concreto, en kg/cm3 y f’c
la resistencia especificada del concreto en compresión en Kg/cm2.
 Los valores f’c referidos a la relación agua/cemento se indican en la
Tabla 1.1. para el concreto normal a los 28 días, y los diagramas de
esfuerzo-deformaciones para diferentes calidades del concreto se
grafican en la figura 1.2.

1.2. ESPECIFICACIONES SOBRE EL REFUERZO

El refuerzo está constituido por armaduras de barras corrugadas,

permitiéndose el uso de barras lisas en el refuerzo helicoidal de
columnas o pilotes, y en ligaduras. También se permite el refuerzo
en forma de perfiles de acero, formando secciones mixtas.

A los efectos de diseño, en flexión se utilizará una resistencia de la

armadura no mayor a fy= 5.600 Kg/cm2. En columnas, la resistencia
cedente fy de la armadura helicoidal no será mayor a 4.200
Kg/cm2.

El módulo de elasticidad para cualquier tipo de acero es de Es= 2.1 x

106 Kg/cm2.
Se supone que el comportamiento del acero es elástico-plástico, los
diámetros de las barras más usuales en la práctica, con los
respectivos pesos, área de la sección transversal y perímetros, se
dan en la Tabla 1.2.

El acero de refuerzo es usualmente laminado en caliente o

trabajado en frío. Los diferentes tipos de acero se caracterizan por
su límite de cedencia fy como muestra la figura 1.3.
CAPÍTULO II: PROPIEDADES DEL CONCRETO Y EL ACERO DE REFUERZO
2.1. PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

La resistencia del hormigón a incrementos de carga lentos, y a

cargas que permanecen durante largo tiempo actuando sobre el
material, es menor que la resistencia del mismo hormigón sometido
a procesos rápidos de carga y a cargas de corta duración.
La prueba estándar para medir la resistencia del hormigón, definida
por ASTM(American Standards for Testing Materials), conlleva un
proceso rápido de carga de cilindros, que usualmente toma menos
de tres minutos para llegar a la rotura.
La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física
fundamental, y es frecuentemente empleada en los cálculos para
diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de
uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y
350 kg/cm cuadrado. Un concreto de alta resistencia tiene una
resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm cuadrado.
Resistencia de 1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar en
aplicaciones deconstrucción.
La resistencia a la flexión del concreto  se utiliza generalmente al
diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la
compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la
flexión, una vez que entre ellas se ha establecido la relación
empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión.
La resistencia a la flexión, también llamada módulo de ruptura, para
un concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65
veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión.
El valor de la resistencia a la tensión del concreto es
aproximadamente de 8% a12% de su resistencia a compresión y a
menudo se estima como 1.33 a 1.99veces la raíz cuadrada de la
resistencia a compresión.
La resistencia a la torsión para el concreto  está relacionada con el
módulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.
La resistencia al cortante del concreto puede variar desde el 35% al
80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre la
resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y
 cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio
ambiente en que se encuentre.
El módulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, se
puedes definir como la relación del esfuerzo normal la deformación
correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por
debajo del límite de proporcionalidad de un material. Para
concretos de peso normal, E fluctúa entre 140,600 y 422,000kg/cm
cuadrado, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la
raíz cuadrada de la resistencia a compresión.

2.2. VARIACIÓN VOLUMÉTRICA DEL CONCRETO

El volumen del concreto varía principalmente por estas causas:

a) Contracción de fragua
b) Deformación plástica o creep

a) Variación De Volumen Por Contracción De Fragua

El agua que se añade a la mezcla de concreto es casi el doble de la

necesaria para hidratar el cemento, pero se incluye para mejorar la
trabajabilidad del material. Después del curado, el agua en exceso
comienza a evaporar. La contracción de fragua se debe a la pérdida
de humedad durante el endurecimiento y secado del concreto. Si
éste puede deformarse libremente, disminuye su volumen, pero si
contiene armadura o esta fijo en algunos de sus extremos se raja.

Factores que afectan la contracción del concreto son: 

Relación Agua/Cemento: A mayor relación agua/cemento, mayor

cantidad de agua disponible para ser evaporada y por lo tanto
mayor posibilidad de contracción.

Relación volumen/superficie del elemento del concreto: El agua

evapora a través de la superficie y por lo tanto mientras ésta sea
mayor, las deformaciones por contracción se incrementarán.

Humedad del ambiente: El agua se evapora por la diferencia de

humedad entre dos medios. Si el medio ambiente es muy húmedo,
entonces la evaporación será menor.
Porcentaje del refuerzo: El refu erzo restringe la contracción del
concreto. Una cantidad de refuerzo elevada origina una pequeña
contracción con la aparición de un gran número de grietas.

Tipo de cemento utilizado: Los cementos de fragua rápida y los de

bajo calor de hidratación generan concretos con mayor tendencia a
la contracción.

Agregados: Los agregados restringen la contracción de la pasta de
cemento. Los más ásperos y con elevados módulo de elasticidad son
los que más la limitan. Si el agregado es pequeño, la contracción
aumenta.

Para reducir la contracción de fragua en el concreto

es conveniente: 

 Reducir el contenido de agua de la mezcla.

 Usar agregados no porosos.
  Curar bien el concreto.
 Usar juntas de contracción y construcción en la estructura.
 Proveer refuerzo adicional, llamado de contracción, para limitar
el ancho delas grietas.

b) Deformación Plástica O Creep

La deformación plástica se produce por la aplicación de cargas

permanentes. Inmediatamente que se aplica la carga se produce
una deformación elástica (DE), mientras que la carga actúa
permanentemente se produce una deformación plástica (DP) y
que se incrementa con el tiempo.

La deformación plástica se debe a la disminución del agua que

rodea las partículas de los compuestos de la hidratación del
concreto. Estos se acercan y con el tiempo se unen, si la carga se
retira parte de la deformación se recupera pero la unión de
algunas partículas ocasionan que se presenten deformaciones
permanentes.

Algunos factores que afectan este proceso son:

 Nivel de esfuerzo a que está sometido el concreto: Ya que la
deformación es proporcional al esfuerzo.

Duración de la carga: Mientras la carga se mantenga más tiempo,

el efecto del creep es mayor. Por eso las cargas permanentes
producen mayor deformación que las cargas vivas.

Resistencia y edad a la cual se aplica la carga: Si el concreto es

cargado a edad avanzada la deformación es menor.

Condiciones ambientales: A mayor humedad del medio ambiente,

menor deformación plástica. Con una humedad de 50% la
deformación es el doble que con una humedad de 100%.
Velocidad de carga: Mientras más rápido se aplique, más se
deforma el concreto.

Cantidad y distribución del refuerzo: Pues éste restringe las

deformaciones.

Tipo, finura y contenido de cemento: Ya que el cemento presenta

deformaciones plásticas que son aproximadamente, quince veces
mayor que las del concreto.

Relación agua/cemento: A mayor cantidad de agua, mayor efecto

del creep.

Tipo y gradación del agregado, mientras más denso sea el

concreto, el creep será menos crítico.

Temperatura: Se ha demostrado que durante incendios el

concreto acentúa su deformación plástica.

2.3. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

Resistencia: es la oposición al cambio de forma y a las fuerzas

externas que pueden presentarse como cargas son tracción,
compresión, cizalla, flexión y torsión.
Elasticidad: corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar
su forma al dejar de actuar la fuerza que lo ha deformado.
 Plasticidad: es la capacidad de deformación de un metal sin que
llegue a romperse si la deformación se produce por alargamiento se llama
ductilidad y por compresión maleabilidad.
Fragilidad: es la propiedad que expresa falta de plasticidad y por lo
tanto tenacidad los metales frágiles se rompen en el límite elástico
su rotura se produce cuando sobrepasa la carga del límite elástico.
Tenacidad: se define como la resistencia a la rotura por esfuerzos
que deforman el metal; por lo tanto un metal es tenaz si posee
cierta capacidad de dilatación.
Dureza: Es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente
que sufre un metal bajo la acción directa de una fuerza
determinada. Existen dos Dureza física y dureza técnica.
Ductilidad: es la capacidad que tienen los materiales para
sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al
punto de fractura.
Resilencia: Es la capacidad que presentan los materiales para
absorber energía por unidad de volumen en la zona elástica.

2.4. PROCESOS Y ACABADOS DEL ACERO

Existen distintos tipos de acabados para el acero, por lo tanto tiene una
salida al mercado de gran variedad de formas y de tamaños, como
varillas, tubos, raíles de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas
formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminado los
lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado
del acero mejora también su calidad al refinar su estructura
cristalina y aumentar su resistencia.

2.4.1. Acero laminado

El acero que se utiliza para la construcción de estructuras metálicas

y obras públicas, se obtiene a través de la laminación de acero en
una serie de perfiles normalizados de acuerdo a las Normas
Técnicas de Edificación. El proceso de laminado consiste en calentar
previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que
permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste
que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de
laminación. Estos cilindros van formando el perfil deseado hasta conseguir
 las medidas que se requieran. Las dimensiones del acero que se
consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso muchas veces a los
productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar
su tolerancia.

2.4.2. Acero corrugado

El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente
En construcción, para armar hormigón armado, y cimentaciones de
obra civil y pública, se trata de barras de acero que presentan resaltos
o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón está dotado de
una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no
sufra daños, y tiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas
operaciones resulten más seguras y con un menor gasto energético.

CAPÍTULO III: FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE CONCRETO ARMADO

3.1. El diseño estructural
La estructura debe concebirse como un sistema de conjunto de partes y
componentes que se combinan ordenadamente para cumplir una función
dada. El proceso de diseño de un sistema, comienza con la formulación de
los objetivos que se pretende alcanzar y de las restricciones que deben
tenerse. El proceso es cíclico, se parte de consideraciones generales, que
se afinan en aproximaciones sucesivas a medida que se acumula
información sobre el problema.
3.2. El diseño por estado límite
El diseño por estado Iímite trata de lograr que las características acción-
respuesta de un elemento estructural o de una estructura estén dentro de
límites aceptables. Según este método una estructura o un elemento
estructural dejan de ser útil cuando alcanza un estado Iímite en el que
deja de realizar la función para el cual fue diseñada. Se propone que la
estructura se diseñe con referencia a varios estados Iímite. Los estados
Iímite más importantes son: resistencia bajo carga máxima deflexiones y
ancho de grietas bajo carga de servicio. En consecuencia la teoría
de la resistencia máxima se enfoca para el dimensionamiento de las
secciones utilizando la teoría elástica solamente para asegurar el
comportamiento bajo cargas de servicio.
Para revisar la seguridad de una estructura, se debe verificar que la
resistencia de cada elemento estructural y de la estructura en conjunto
sea mayor que las acciones que actúan sobre los elementos o sobre la
estructura.
A continuación se da las recomendaciones de resistencia para la seguridad
estructural de acuerdo al ACI la cual se divide en dos partes: factores
de carga y factores de reducción de capacidad.

3.2.1. Factores de carga

Los factores de carga tienen el propósito de dar

seguridad adecuada contra un aumento en las cargas de servicio más allá
de las especificaciones en el diseño para que sea sumamente improbable
la falla. Los factores de carga también ayudan a asegurar que las
deformaciones bajo cargas de servicio no sean excesivas. El código ACI
recomienda que la resistencia requerida U para resistirlas cargas sean:

a) Para combinaciones de carga muerta y carga viva

U = 1.4 D + 1.7 L

Donde D es el valor de la carga muerta y L el valor de la carga viva.

b) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y carga accidental

U = 0.75 (1.4 D + 1.7 L + 1.7 W) o

U = 0.75 (1.4 D + 1.7 L + 1.87 E)

Donde W es el valor de la carga de viento y E el de la carga de sismo.

Cuando la carga viva sea favorable se deberá revisar las
combinaciones de carga muerta y carga accidental con los
siguientes factores de carga.

U = 0.9 D + 1.3 W o
U = 0.9 D 1.43 E

3.2.2. Factores de reducción de capacidad

Los factores de reducción de capacidad toman en cuenta las

inexactitudes en los cálculos y fluctuaciones en la resistencia del
 material en la mano de obra y en las dimensiones. En las vigas se
considera el más alto valor de Φ debido a que están diseñadas
para fallar por flexión de manera dúctil con fluencia del acero en
tracción. En las columnas tienen el valor más bajo de Φ, puesto que
pueden fallar en modo frágil cuando la resistencia del concreto es el
factor crítico; adicionalmente la falla de una columna puede
significar el desplome de toda la estructura y es difícil realizar la
reparación.

Para flexión: Φ = 0.90

Para cortante: Φ = 0.85
Para flexo-compresión: Φ = 0.75 (columnas zunchadas)
Φ = 0.70 (columnas estribadas)

3.3. Consideraciones sobre el comportamiento para cargas de servicio y

cargas factoradas.

Se debe verificar que las deflexiones bajo cargas de servicio estén dentro

delos límites aceptables. El control del agrietamiento también es muy
importante para fines de apariencia y durabilidad. El código CI
proporciona recomen-daciones para ambos. Es importante asegurar en el
caso de cargas extremas que una estructura se comporte en forma dúctil.
Esto significa asegurar que la estructura no falle en forma frágil sin
advertencia, sino que sea capaz de sufrir grandes deformaciones bajo
cargas cercanas a la máxima. El comportamiento deseable para
estructuras sometidas a cargas sísmicas solo se puede obtener si
la estructura tiene suficiente ductilidad para absorber y disipar energía
mediante deformaciones inelásticas. Para asegurar el comportamiento
dúctil, los diseñadores deben dar especial atención a los detalles tales
como cuantía de refuerzo longitudinal, anclaje del refuerzo y
confinamiento del concreto comprimido, evitando así los tipos frágiles de
falla.
 CONCLUSIONES

En definitiva, el concreto armado y su uso práctico en la vida

moderna es muy importante, ya que refuerza los materiales en su
estructura interna haciéndolos más resistente ante las diferentes
fuerzas que se van a ejercer sobre ellos a lo largo de su vida útil.

Dentro de las diferentes propiedades que tiene el concreto se

puede decir que la más esencial es su poca resistencia a la tensión y
que por lo tanto para esto se debe añadir el acero como refuerzo,
logrando un perfecto complemento entre estos dos para construir
edificaciones donde se verán sometidos a acciones internas como
flexión, cortante, tensión, cargas axiales entre otras y así evitar
fallas o colapsos.

También hay que tener conocimiento sobre los fundamentos de

diseño estructural de un concreto armado, porque así como sufren
acciones internas existen cargas externas como cargas sísmicas y
factores ambientales que pueden ocasionar daños. Para estos
existen factores de seguridad, como son de carga y de reducción de
capacidad, que serán de utilidad durante los análisis respectivos a
realizar.
RECOMENDACIONES

Para la mezcla del concreto se recomienda que el cemento no

presente grumos, la arena esté libre de raíces, excrementos, polvo o
sales y no tenga una apariencia muy oscura porque este afectaría a
la resistencia a la concreto, así como también la piedra chancada no
debe tener arcilla, polvo ni barro y el tamaño puede ser ½”, ¾”, 1”.

El fierro de construcción debe tener corrugas, las varillas deben ser

de 9m que es lo adecuado para un concreto armado estructural,
evitar que las varillas se oxiden y el grosor y resistencia (grado 60)
estén grabados en las varillas.

BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS