3. MARCO TERICO3.1. El concreto armado en edificaciones3.1.1. Diseo estructural El diseo estructural se realiza a partir de un adecuado balance entre las funciones propias que un material puede cumplir, a partir de sus caractersticas naturales especficas, sus capacidades mecnicas y el menor costo que puede conseguirse. El costo de la estructura siempre debe ser el menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un anlisis estructural previo.El diseo estructural debe siempre de obtener un rendimiento balanceado entre la parte rgida y plstica de los elementos, ya que en muchas ocasiones, un exceso en alguno de estos dos aspectos puede conducir al fallo de la estructura.Usualmente los materiales que se utilizan en la parte estructural deben cumplir otro tipo de funciones, tales como aislante trmico, acstico, intemperie, impermeabilidad, divisin de aposentos y otros propios dentro de una estructura.Adems, dentro de otras funciones que cumplen los elementos dentro del diseo estructural estn los aspectos arquitectnicos, los cuales deben ser integrados dentro del diseo estructural, a fin de obtener el mejor rendimiento de la estructura total.El diseo de una estructura parte de una tipologa base para a continuacin realizar el clculo adecuado de resistencias en cada una de sus partes conocidos los materiales y las cargas actuantes.Para un diseo adecuado se deben tener en cuenta las combinaciones de cargas y en general cualquier situacin a la cual se pueda ver sometida la estructura diseada.3.1.1.1. Tipos de estructuraLas tipologas de estructuras se pueden dividir atendiendo a diferentes aspectos:1.- Espaciales o planas2.- Materiales: acero, hormign, madera, mixtas...3.- Isostticas, hiperestticas, hipostticas.4.- Uso industrial o residencial: arquitectnico, monumental, artstico, etc.Para su desarrollo se debe atender la normativa legal en cada pas que establece unos mnimos de modo que se puedan establecer responsabilidades penales en caso de accidente (por derrumbe o rotura). En Espaa la norma se engloba dentro del reglamento nacional de edificaciones y normas adicionales.

3.1.2. Concreto armadoLas excepcionales virtudes del concreto armado como material de construccin, determinaron a fines del siglo pasado y principios del presente, una rpida expansin en su utilizacin. El volumen, pero sobre todo la variedad y el aspecto de las obras en concreto armado, gener una tecnologa en permanente transformacin, que acumula un aporte considerable de ingenio y ste a su vez, una industria de equipos, tanto para la fabricacin como para la colocacin en sitio del concreto y su armadura, en continuo desarrollo y de amplia incidencia en la economa mundial.El concreto simple, sin refuerzo, es resistente a lacompresin, pero dbil en tensin, lo que limitasu aplicabilidad como material estructural. Para resistir tensiones, se emplea refuerzo de acero, generalmente en forma de barras, colocado en las zonas donde se prev que se desarrollarn tensiones bajo las acciones deservicio. El acero restringe el desarrollo de las grietas originadas por lapoca resistencia a la tensin del concreto. El uso del refuerzo noest limitado a lafinalidad anterior, tambin se emplea en zonas de compresin para aumentar laresistencia del elemento reforzado, para reducir las deformaciones debidas a cargas de larga duracin y para proporcionar confinamiento lateral al concreto, lo que indirectamente aumenta su resistencia a la compresin. La combinacin de concreto simple con refuerzo constituye lo que se llama concreto armado.

3.1.2.1. Caractersticas de los materiales a) concretoEl concreto es una mezcla de cemento, agregados inertes (por lo general grava y arena) y agua, la cual se endurece despus de cierto tiempo de mezclado. Los elementos que componen el concreto se dividen en dos grupos: activos e inertes. Son activos, el agua y el cemento a cuya cuenta corre la reaccin qumica por medio de la cual esa mezcla, llamada lechada, se endurece (fragua) hasta alcanzar un estado de gran solidez.Los elementos inertes (agregados) son la grava y la arena, cuyo papel fundamentales formar el esqueleto del concreto, ocupando gran parte del volumen del producto final, con lo cual se lograabaratarlo y disminuir notablemente los efectos de la reaccin qumica del fraguado: la elevacin detemperatura y la contraccin de la lechada al endurecerse. El agua que entra en combinacin qumica con el cemento es aproximadamente un33% de la cantidad total yesa fraccin disminuye con la resistencia del concreto. En consecuencia, la mayorparte del agua de mezclado sedestina a lograr fluidez y trabajabilidad de la mezcla,coadyuvando a la contraccin delfraguado ydejando en su lugar los vacos correspondientes, cuya presencia influye negativamente en la resistencia final del concreto.b) acero de refuerzoEl acero para reforzar concreto se utiliza en distintas formas; la ms comn es la barra o varilla que sefabrica tanto de acero laminado en caliente, como deacero trabajado en fro. Los dimetros usuales de barras producidas varan de pulg. a 1 pulg. (Algunos productores han fabricado barras corrugadas de 5/16 pulg, 5/33 pulg y 3/16 pulg.) En otros pases se usan dimetros an mayores. Todas las barras, con excepcin del alambrn de de pulg, que generalmente es liso, tienen corrugaciones en la superficie para mejorar su adherencia al concreto. Generalmente el tipo de acero se caracteriza porel lmite de esfuerzode fluencia. Existe una variedad relativamente grande de aceros de refuerzo. Las barras laminadas en caliente pueden obtenerse con lmites de fluencia desde 2300 hasta 4200 kg/cm2Elacero trabajado en fro alcanza lmites de fluencia de4000 a 6000 kg/cm2.Una propiedad importante que debe tenerse en cuenta en refuerzos con detalles soldados es la soldabilidad. La soldadura de aceros trabajados en fro debe hacerse con cuidado. Otra propiedad importante es la facilidad de doblado, que es una medida indirecta de ductilidad y un ndice de su trabajabilidad. Se ha empezado a generalizar el uso de mallas como refuerzo de losas, muros y algunos elementos prefabricados.Propiedades mecnicas del aceroDependen stas principalmente de la composicin qumica, los procesos de laminado y el tratamiento trmico de los aceros, as como de otros factores como son: tcnicas empleadas en las pruebas, condicin y geometra de la muestra, temperatura existente al llevarse a cabo la prueba, etc.El espcimen de prueba usual es una muestra cilndrica y dado a que es ms sencillo llevar a cabo la prueba de tensin, la mayora de las propiedades mecnicas se toman del diagrama esfuerzo-deformacin a tensin.

Punto de Fluencia (fy)Es el esfuerzo para el cual la deformacin presenta un gran incremento sin que haya un aumento correspondiente en el esfuerzo. Esto queda indicado por la porcin plana del diagrama esfuerzo-deformacin, denominado rango plstico o inelstico.Este punto es el que aparece en las especificaciones de diseo de todos los aceros.Probablemente el punto de fluencia es para el proyectista la propiedad ms importante del acero, ya que los procedimientos para disear elsticamente estn basados en dicho valor .En una estructura que no haya sido cargada ms all de su punto de fluencia, se recuperar su longitud original cuando se le retire la carga. Si se hubiere llevado ms all de este punto, slo alcanzara a recuperar parte de su dimensin original. Este conocimiento conduce a la posibilidad de probar una estructura existente mediante carga, descarga y medicin de deflexiones. S despus de que las cargas se han retirado, la estructura no recobra sus dimensiones originales, es porque se ha visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de fluencia.

3.1.3. Distintas aplicaciones del concreto armado en los elementos de una edificacin: Zapata aislada Vigas y columnas Losas de concreto armado Muros de stano

3.2. Diseo de estructuras de concreto armadoUna estructura puede concebirse como un sistema, es decir, como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una funcin dada, que puede ser: salvar un claro, como en los puentes; encerrar un espacio, como sucede en los distintos tipos de edificios; o contener un empuje, como en los muros de contencin, tanques o silos. La estructura debe cumplir la funcin a la que est destinada con un grado razonable de seguridad y de manera que tenga un comportamiento adecuado en las condiciones normales deservicio. Adems, deben satisfacerse otros requisitos, tales como mantener elcosto dentro de lmites econmicos y satisfacer determinadas exigencias estticas.

3.2.1. Caractersticas, accin y respuesta de los elementos de concreto armadoEl objeto del diseo deestructuras consiste en determinar las dimensiones y caractersticas de los elementos de una estructura para que stacumpla cierta funcin con un grado de seguridad razonable, comportndose adems satisfactoriamente una vezen condiciones de servicio. Debidoa estos requisitos es preciso conocer las relaciones que existen entre lascaractersticas de los elementos de una estructura (dimensiones, refuerzos, etc.), lassolicitaciones que debe soportar y los efectos quedichas solicitaciones producen en la estructura. Enotras palabras, es necesario conocer lascaractersticas accin-respuesta de laestructura estudiada las cuales son:

Las acciones en una estructura son las solicitaciones a que puede estarsometida. Entre stas se encuentran, por ejemplo, el peso propio, lascargas vivas, las presiones porviento, las aceleraciones porsismo y losasentamientos. La respuesta de una estructura, o deun elemento, es su comportamiento bajo una accin determinada, y puede expresarse como deformacin, agrietamiento, durabilidad, vibracin. Desde luego, la respuesta est en funcin de lascaractersticas de la estructura, odel elemento estructuralconsiderado. En los procedimientos de diseo, el dimensionamiento se lleva a cabo normalmente a partir delas acciones interiores, calculadas por medio de un anlisis dela estructura.

Las principales acciones interiores que actan enlas estructuras laspodemos enumerar en: compresin tensin torsin cortante

La compresin en elementos estructurales casi nunca se presenta sola,sino con tensin, combinacin a la que se le denomina flexin; y para trminos de anlisis a la compresin sola se le denomina carga axial asimismo, enlos diversos elementos estructurales se pueden presentar muchas combinaciones. En elsiguiente cuadro se enumeran los elementos estructurales ms importantes y las acciones principales que se presentan en ellos:

DISEO POR FLEXION

DISEO POR CORTANTE