Fria Leonhardt TOMO I

ESTRUCTURAS DE HORMIGO N ARMADO Bases para el dimensionado de estructuras de hormig6n armado

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ESTRUCTURAS DE HORMIGO N ARMADO

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PLAN DE LA OBRA

TOMO I

F. Leonhardl • E. MOnnlg: BASES PARA EL DIMENSIONADO DE ESTRUCTURAS DE HORMI. GON ARMADO

TOMO 11

F. Leonhardt - E. MOnnlg: CASOS ESPECIALES DEL DIMENSIONADO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO

TOMO /fJ

F. Leonhardl • E. MOnnig: BASES PARA EL ARMADO DE ESTRUCTURAS DE HOAMIGON AR. MADO

TOMO IV

F. leonhardt: VERIFICACION DE LA CAPACIDAD DE USO

TOMO V

F. Leonhardl: HOAMIGON PRETENSADQ

TOMO VI

F. Leonhardt: BASES PARA LA CONSTRUCCrON DE PUENTES MONOLlTICOS -

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ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO

TOMO I

BASES PARA EL DIMENSIONADO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO

Fritz Leonhardt Ingeniero civil. Profesor emérUo en el Instituto

de Construcciones de la Universidad de Sluttgart. -. Eduard Monnig

Doctor ingeniero. Doc tor Honoris Causa. Profesor eménto en el Instituto de Construcciones de la Universidad de Sluttgarl.

• 11111111

Traducción del Ingeniero civil CURT R. LESSER, Diploma de Honor de la U.B.A. (1936),

con la desinteresada colaboración del Ingeniero civil ENRIQUE D. FLlESS ( t 1984),

Profesor Emérito de la U.B.A.

SEGUNOA I n iCie N REVISADA

Reimpresión

LtB AERIA " EL ATENEO" EDITORIAL

IUENOS AIRES· LIMA - AIO DE JAIIIEIRO • CARACAS· MUltO " BARCELONA · MADRID · I OGOTA

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"El Ateneo" quiere dejar constancia del desinteresado asesoramiento y apoyo para la realización de esta obra, prestados en todo momento por e/Ingeniero Enrique D.

Titulo de r. obra original: " Vorlesungen über Massivbau" C> 1973 por Sprlnger • VerlaO. Berlln/Heldelberg

Todos los derechos reservados. Este libro no puede reproducirse, lola' o parcialmente, por nlngUn método gr', lco , eleclrónlco o mecánico, Incluyendo loa sistemas de fotocopia, regIstro magnetofónico o de allmemacl6n de datos, sin expreso consentimIento del editor.

Oued. hecho.1 dePósl lo QUoe " ',bleee I1 ley N° 11723 1985. 198&, 1988. " El ATENEO" Pedro Garera S.A

L,lmu liI. Edltorl.1 • Inmobiliaria, Flor ida 340, Bue no~ Aires F undaóa en 1912 por don PedrQ Gafer • .

.. S. B.N'. 950-02·5242·2 ediciÓn completa

Flless ( t .1984), prestigioso y antiguo colaborador de nuestra casa.

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lS.B.N. 950-02-5259-7 tomo 1, segunda edición, revisada y corregida (I.S.B.N. 950-02-5243·0 tomo 1, segunda edición) J.S.B.N. 3-540-06488-5 Sprlnger . Verlag , Berlin , edición original

Imp,.1Q en T. G Y"NIN .... A. Aroentlna ~ . v "lIlna. B. Aa., " 10 lIe ma.ro .,. t g/lll

IMPRESO EN LA ARGENTINA

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Prólogo

Sin duda 8S un honor prologar una obra del Dr. Ing. Leonhardt y especlalme,1te ésta que llene tanta Importancia en 10$ más recientes progresos en la TécnIca de las Construc· ciones de Hormigón Armado y Pretensado.

En electo. en los albores de esta técnica fas bases rBcionales con sustento experimen­ta/ fueron establecidas por el famoso Ingeniero E. M6rsch en numerosos trabajos y en su cono­clde obra en seis tomos, cuya traducción a nuestro fdloma ha tenido amplia difusión (Teorla y practica del hormigón armado).

La obra de MOrsch data de la décade de/30 y desde entonces se ha progresado mucho en la teorfa yen fas aplicaciones del hormigón armado. Varios nombres pueden asociarse 8 as­tas progresos, tafes como Sa/iger, Olschlnger, Pucher, etcétera, pero, sin duda, la Influencia más notable es la de Leonhardt, que ha realizado profundos estudios teórIcos, además de "u-merosas experiencias en la Universidad de Stuttgart_ •

Conviene tener presente que los reglamentos en uso en la época de Morsch, tales como la OIN 1045 en su edición de 1932, que fue adaptade en nuestro Reglamento Técnico de la Ciudad de Buenos Aires de 1935, constltulan prácticamente un "manual" en el que unas pocas reglas prácticas permitlan proyectar todos los elementos constitutivos de una estructura de hormigón (en aquella época solamente en bases. columnas. vigas y losas). Eran tan simples las reglas que aun un IngenIero sin conocimIentos profundos de la Técnica de las Construcciones, ni del Análisis Estructural, podfa realizar un proyecto sin dificultad.

De aquel/os reglamentos-manual se ha pasado ahora a lo que pOdrramos l/amar los reglamentos-tratado. En estos últimos, por ejemplo la Norma OIN 1045 de 1978, además de reglas constructivas y de proyecto, se plantean una serie de problemas cuya resolucIón queda 8 cargo de quien realiza el proyecto en cada caso particular.

El proyectista en nuestros dlas debe ser, para poder actuar con éxito, un profundO cono­cedor de la Mecánica de las Estructuras.

Lalnlfuencla de Leonhardt en la Norma O/N 1045 delalJo 1978es, sin duda, importantlsl­ma y se ha ejercido a través de la ComisIón Alemana para el Hormigón Armado y también del Comité Euro-Internacional del Hormigón.

En nuestro pals acaban de ser aprobadOS, en el ámbito nacionel, los Reglamentos CIR­SOC (Centro de InvestigacIón de los Reglamentos Nacionales de SegurIdad para las Obras Ci­viles) que en lo concerniente al Calculo de los Elementos de Hormigón Armado y Pretensado son fundamentalmente una adaptacIón de la norma alemana citada en último término.

La importancia de la obra de Leonhardt, que a partir de ahora estará al alcance de los estudiosos Ingenieros de habla hispana, asl como de quienes tengan un Interés profesional en el hormigón armado, resulta de que él mIsmo no sOlo ha Influido en las nuevas normas, sino que además es un critico de algunos aspectos de e/1as, con los que no está de acuerdo. Sus de­sacuerdos en la gran mayorla de los casos tienen también sustento experimental y los resulta­dos de sus experiencias están cuidadosamente expuestos en este magistral tratado.

Considero que esta obra es Indispensable para cualquier Ingeniero que deba tratar en "

VII

alguna forma los temas del hormlg6n armado y pretensado, puesto que en ella encontrarán no 1010 el porqué de muchas disposiciones reglamentarias que ahora, por lo que se dilo , son co­munes a la Norma OIN y a los Reglamentos CIRSOC, sino también /a descrlpci6n de su funda­mento experimental y además su crftica muy correctamente sustentada.

La versl6n en nuestro Idioma fue realizada por e/Ingeniero Curt R. Lesser, egresado en 1936 de la Universidad de Buenos Aires con Diploma de Honor, habiendo tenido durante su ex­tensa carrera profesional un Intimo contacto con las estructuras de hormig6n. En esta impor­tante y dillclltarea cont6 con la desinteresada colaboraci6n y gula del Ingeniero Enrique D. A.

Flless ( t 1984), Profesor Emérito de la Universidad de Buenos Aires. cuya versaci6n en los te­mas relacionados con e/ hormigón armado quedó evidenciada a lo largo de una serie de traba­jos de la especialidad bien conocidos en nuestro medio y en al extranjero.

En los tiempos que vivimos. la vida útil de los textos y los IIatados es, en general. muy breve. Puedo afirmar que en este caso /a regla general no se cumplirá pues los experimentos y fa profundIdad de la teorfa son tales que perdurarán por muchos allos. Es por ello que esta obra servirá para la formación de alumnos, futuros ingenieros, que luego la seguirán consultando a /0 largo de su vida profeslona/.

Esto justifica plenamente el esfuerzo realizado por ellng. Flless. ellng. Lesser y la Edl· torla/ "El Ateneo".

Arturo Juan Bignoll Ingeniero civil.

Profesor en las Universidades de Buenos Aires y Católica Argentina. Miembro titular

de las Academias Nacionales de Ingeniería y de Ciencias Exactas, Flsicas y Naturales y Académico

Correspondiente de la Academia Nacional de Ciencias de Córdoba.

Buenos Aires, diciembre de 1984

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, VIII

Indica

Notación , XVII

Blbllogralla de mayor Imponencia. XXLII '

, . INTRODUCCtON,

2. HORMIGON, 3 2.1. Cemento, -4

2.1 1. Cementos normales segUn DIN 116-4, -4 2.1.2. Elección del cemento, 5 2.1.3. Cemento no normalizado, 5

2.2. Agregados Inerles, 5 2.2.1. División de los agregados, 5

2.2.2. Dosificación de los agregados, 6 2.3. Agua de amasado, 1 2.4. AdlHvos al hormigón, 1 2.5. Hormigón fresco, 8

2.5.1. Composición del hormigón, 8 2.5.1.1. Contenido de cemento, peso del cemento, 8 2.5.1 .2. Contenido de agua, cantidad de agua, 8 2.5.1 .3. Contenido de material fino, 8

2.5.2. Propiedades del hormigón Iresco, 8 2.6. Factores que Influyen en el endurecimiento del hormigón, 9

2.6.1. Tipo de cemento, 10 2.6.2. Temperatura y grado de madurez, 10 2.6.3. Curado al vapor, 11

2.6.-4. Aecompactado, 11 2.6.5. Curado, 11

2.7. Plazo de desencofrado, 11

2.6. Resistencia del hormigón endurecido, 12 2.8.1. Resistencia ala compresiÓn, 12

2.8.1.1. Probetas y método de ensayo, 12 2.8.1.2. Resistencia caracterlstica /JwN según OIN 10-45, 13 2.8.1.3. Ensayos de urgencia del hormigón, 1-4 2.8.1.-4. Ensayos acelerados, 1-4

•

2.8.1.5. Resistencia a la compresión para cargas de larga duraciÓn, '4 2.8.1.6. Resistencia a la compresiÓn para cargas de fallga u o.cllantes, ,-4

2.8.1.7. Resl.tencla a compresión para temperaturas muy alta, y muy bajas, ,-4 2.8.1.8. Resistencia a la compresión en la estructura, ,-4

2.8.2. Resistencia a la tracción, 15 , IX

2.8.2.1. Resistencia axll a la tracción, 15

2.8.2.2. Resistencia a la tracción por compresiÓn. 15

2.8.2,3. Tracción por flexión (módulo de rotura), t6 2.8.2.4. Valores numéricos de las resistencias a la tracciÓn, t 7

2.8.3. Resistencias para solicitaciOnes en mAs de una direcciÓn, 17 2.8.". Resistencias al corle, punzonado y torsión, 18

2.9. Deformación del hormigón, 19

2.9.1 . Deformaciones elasllcas, 19

2.9.1.1. Módulo de elasticidad del hormigón, 19 2.9.1.2. Deformación térmica, 20

2.9.1.3. Deformación y módulo de elasticidad transversales, 20

2.9.2. Deformaciones plásticas, independientes del tiempo, 21

2.9.3. Deformaciones en func l6n del tiempo. 22

2.9.3.1. Tipos y causas, 22

2.9.3.2. Desarrollo y dependencia de la contracciÓn de fraguado , 24

2.9.3.3. Desarrollo y factores Que alectan la 'Iuencla , 25

2.9.3.4. Restricciones a la contracciÓn de fraguado y a la fluencla , 27

2.9.3.5. Efectos de la fluencla y la contracción de fraguado sobre las estructuras. 28

2.9.3.6. Expresiones para el cálculo de la contracción de fraguado y la fluencla segun OIN 1045. 29

2.9.3.7. Expresiones para el cálculo de la contracción de fraguado y de la fluencla segUn OIN 4227, 31

2.10. Propiedades trslcas del hormlg6n desde el punto de vlsla constructivo. 34 2.10.1 . Durabilidad del hormigón . 34

2.10.2. Conductibil idad térmica. 35

3. ACERO PARA HORMIGON. 36 3.1. Clases y grupos de aceros para hormlg6n , 36 3.2. Propiedades de los aceros para hormigón, 37

3.2.1 . Resistencias, 37

3.2.1.1. Resistencia a la tracci6n, 37

3.2.1.2. Resistencia a la fatiga, 37 3.2.2. Caracterlsllcas de la deformacl6n, 39

3.3. Influencia de la temperatura sobre las propiedades de los aceros para hormigón, 41

3.4. Aptitud para la soldadura de los aceros para hormigÓn, 42

4. El MATERIAL COMBINADO " HORMIGON ARMADO", 44

4.1 . Comportamiento con junto del acero con el hormig6n, 44 4.1.1. la adherencia en la barra traccionada de hormigÓn armado, 44

4.1.2. la adherencia en vigas de hormigÓn armado, 47

4.1.3. Orlgenes de las tensiones de adherencia en las estructuras portantes. 48

4.2. Forma de actuar de la adherencia, 48

4.2.1. Tipos del efecto de adherencia. 48

4.2.1 .1. Adherencia por contacto, 48

4.2.1.2. Adherencia por rozamiento, 48 4.2.1.3. Adherencia por corte, 50

4.2.2. ley de la deformaciÓn por adherencia. 52

4.2.2.1. DescripciÓn cualitativa de la deformación por adherencia, 52

4.2.2.2. Probetas para el ensayo de arrancam iento, 53

4.2.3. Resistencia a la adherencia, 54 4.2.3.1. Inlluencla de la calidad del hormigón sobre la reslslencla ala adherenCia. 54

4.2.3.2. Inltuencla del perfilado de la superllcle y del diámetro de las barras . 55

4.2.3.3. Influencia de la posiciÓn de la barra. al hormlgonar. 55

4.3. leyes que rigen la adherencia en los elementos de anclaje, 56 4.3.1. Ensayos de arrancamiento con ganchos, 56 4.3.2. Ensayos de arrancamiento en barras con barras trasversates soldadas, 58

4.4. Valores numéricoS de la adherencia para el cálculo, 58 4.4.1. Generalidades, 58 4.4.2. Verilieaci6n da la adherencia según DIN 1045. 58

5. COMPORTAMIENTO BAJO CARGA DE LAS ESTRUCTURAS OE HORMIGON ARMADO, 60 5.1. Vigas simplemente apoyadas de hormigOn armado solicitadas por lIexiOn y corte, 60

5.1.1. Estado, y comportamiento bajo cargas, 60

" x

5.1.1.1. Estados I y 11, 60

5.1.1.2. Solicitaciones del acero y hormigOn, 65

5.1 .1.3. Rigidez y delormaciOn a la lIexlOn, 65

5.1.2. Comportamiento para 'laKjón pura, 66 5.1 .2.1. Capacidad de carga y capacidad liUl, 66

5.1.2.2. Tipos de rotura por flexión, 67 5.1.3. Comportamiento para IlexlÓn y corte, 67

5.1.3.1. Estado 1, 67

5.1.3.2. Estado 11, 67 5.1.3.3. Formas de rotura por corte, 71

5.2. Vigas continuas de hormigón armado, 71 5.3. Barras y vigas solicitadas por torsión , 72

5.3.1. Torsión pura, 12 5.3.2. Torsión con lIelCión y corte, 74

5.4. Columnas y otros elementos comprimidos, 74 5.5. losas (placas) de hormigón armado, 75

5.5.1. Losas de hormigón armado. armadas en una dirección, 75 5.5.2. Losas armadas en dos direcciones, 76 5.5.3. Losas de hormigón armado apoyadas en puntos, 77

5.6. Láminas y vigas de gran altura (vigas-pared). 77 5.7. Estructuras plegadas, 80 5.8. Cáscaras (membranas). 82 5.9. Comportamiento de estructuras de hormigón armado para solicitaciones especiales, 82

5.9.t. Forma de aplicar las cargas, 82 5.9.2. Inlluencia de la temperatura, 83 5.9.3. Fuego, incendios, 83

5.9.4. Contracción del hormlQÓn, 85

5.9.5. Fluencla del hormigón, 85 5.9.6. Comportamiento para oscilaciones e Impactos, 85 5.9.7. Comportamiento slsmico, 86

6. BASES PARA LA VERIFICACIQN DE LA SEGURIDAD, 87 6.1. Conceptos básicos, 87

6.1.1. Objeto, 87 6.1.2. Solicitaciones, 87 6.1.3. limites de las posibilidades de uso. est ados limites, 88 •

6.2. Métodos de cálculo para garantizar la seguridad, 86

6.2.1. El procedimiento antiguo sobre la base de tensiones admisibles, 89 6.2.2. Procedimientos basados sobre los estados limites, 89 6.2.3. Procedimiento basado en la leorla de la probabilidad, 89

6.3. Magn itud de 105 coeficientes de seguridad, 90

6.3.1. Seguridad para la capacidad de carga y estabilidad, 90

6.3.2. Seguridad contra la pérdida de la capacidad de uso, 92 6.4. Dimensionamiento de las estructuras. 92

6.4.1. Conceptos fundamentales para el dimensionado, 92 6.4.2. Proceso del dimensionado, 93 6,4.3. Dimensionamiento para los distintos tipos de esfuerzos caracterlstlcos en una

sección. 93 6.4.4. Influencia sobre los esfuerzos caraclerlstlcos de las relaciones de rigidez de los estados I

y 11 en las estructuras estállcamenle Indeterminadas, 94 6.4.5. Observaciones relatlY8S a los procedimientos usuales de calculo, 94

7. DIMENSIONADO PARA FLEXION y ESFUERZO AXIL, 96 7.1. Bases de cálculo, 96

7.1.1. Hipótesis para dimensionar, 96 7.1.2. Valores caracterlstlcos de las resistencias de 108 materiales y de 105 diagramas tensión­

deformación, 97

7.1.3.

7.1.2.1. Valores caracterlstlcos del hormigón, 97 7.1.2.2. Valore!! cafacterlstlCOS,del acero para hormigón, 100 Tipos de rotura, distribución de las deformaciones y magnitud del coeficiente de segurl· dad, 100

, XI