DISEÑO DE CONCRETO REFORZADO – 10ª Edición

El concreto es una mezcla de arena, grava, roca triturada, entre otros materiales, que se encuentran unidos en una masa rocosa por medio de una pasta de cemento y agua. Sin embrago, a pesar de que este material tenga una alta resistencia a la compresión, no pasa lo mismo con su resistencia a la tensión. A partir de esto, encontramos la importancia del concreto reforzado, ya que éste, gracias al refuerzo de acero del cual está hecho, posee una alta resistencia a la tensión. El acero de refuerzo es también capaz de resistir fuerzas de compresión y se usa en columnas, así como en otros miembros estructurales.

Posiblemente, al hablar de materiales de construcción, el concreto reforzado sea el número uno en cuanto a su importancia y utilidad, pues éste puede usarme para la cimentar estructuras tanto grandes como pequeñas. Entre algunas de estas estructuras encontramos edificios, puentes, pavimentos, presas, muros de retención, túneles, instalaciones de drenaje e irrigación, tanques, etcétera, que fueron construidos a partir de concreto reforzado.

Además de su utilidad en las construcciones antes mencionadas, otra gran ventaja es que tiene gran resistencia a las acciones del fuego y el agua. Esto explica, entre otras cosas, porque es el material ideal en caso de incendios de intensidad media, ya que con un recubrimiento adecuado de concreto sobre las

varillas de refuerzo, estas sufren sólo daño superficial sin fallar.

También, cabe señalar que es un material económico, el cual puede ser usado, además, para la construcción de losas de piso, muros de sótano, pilares y construcciones similares.

VENTAJAS

En este libro resulta novedoso y de gran utilidad y vigencia ya que se encuentra actualizado conforme al Reglamento de Construcciones 2008 del American Concrete Institute (ACI 318-08).

Otra cuestión importante, es que posee materiales interactivos que hacen de este libro un texto de gran utilidad para la formación básica de los alumnos y, también, de los profesores, pues los docentes al adquirir este material encontraran una guía útil para la enseñanza dentro del aula.

CONOZCA

• Los materiales que intervienen en la construcción de diferentes estructuras hechas a partir de concreto.

• Las propiedades, ventajas y desventajas del concreto reforzado

• Las estructuras de concreto reforzado ysu diseño

ARENDA

• Sobre los códigos de diseño, la compatibilidad del concreto y el acero, los concretos de lata resistencia y los que son reforzados con fibras

• A diseñar cimentaciones superficiales

• A seleccionar las cargas de diseño

MERCADO

Diseño de concreto reforzado está diseñado para los alumnos de Ingeniería Civil interesados en el campo. También para alumnos de áreas afines que quieran ampliar su conocimientos en cuanto al diseño y la construcción. Asimismo, este libro va dirigido a docentes que siguen estas líneas de investigación.

CONTENIDO

Prefacio v

1. Introducción 1

1.1 Concreto y concreto reforzado, 1

1.2 Ventajas del concreto reforzado como material

estructural, 1

1.3 Desventajas del concreto reforzado como material

estructural, 2

1.4 Antecedentes históricos, 3

1.5 Comparación del concreto reforzado con el acero

estructural para edificios y puentes, 5

1.6 Compatibilidad del concreto y el acero, 6

1.7 Códigos de diseño, 7

1.8 Resumen de cambios del código ACI 2014, 7

1.9 Unidades SI y recuadros sombreados, 8

1.10 Tipos de Cemento Portland, 9

1.11 Aditivos, 10

1.12 Propiedades del concreto reforzado, 11

1.13 Agregados, 18

1.14 Concretos de alta resistencia, 19

1.15 Concretos reforzados con fibras, 21

1.16 Durabilidad del concreto, 22

1.17 Acero de refuerzo, 22

1.18 Grados del acero de refuerzo, 24

1.19 Tamaños de varillas y resistencias de materiales en

unidades SI, 26

1.20 Ambientes corrosivos 27

1.21 Identificación de las marcas en las varillas de refuerzo, 27

1.22 Introducción a las cargas, 29

1.23 Cargas muertas, 29

1.24 Cargas vivas, 29

1.25 Cargas ambientales, 31

1.26 Selección de las cargas de diseño, 33

1.27 Exactitud de los cálculos, 34

1.28 Impacto de las computadoras en el diseño de concreto

reforzado, 35

Problemas 36

2. Análisis de vigas sometidas a flexión, 37

2.1 Introducción, 37

2.2 Momento de agrietamiento, 40

2.3 Esfuerzos elásticos: concreto agrietado 43

2.4 Momentos últimos o nominales de flexión, 50

2.5 Ejemplo de problema usando unidades SI, 53

2.6 Hojas de cálculo de la computadora, 54

Problemas, 56

3. Análisis por resistencia de vigas de acuerdo con el

Código ACI 67

3.1 Métodos de diseño, 67

3.2 Ventajas del diseño por resistencia, 68

3.3 Seguridad estructural, 68

3.4 Obtención de expresiones para vigas, 69

3.5 Deformaciones unitarias en miembros sujetos a flexión, 72

3.6 Secciones balanceadas, secciones controladas por tensión,

y secciones controladas por compresión o secciones

frágiles, 73

3.7 Reducción de resistencia o factores f, 73

3.8 Porcentaje mínimo de acero, 75

3.9 Porcentaje de acero de equilibrio, 77

3.10 Problemas de ejemplo, 78

3.11 Ejemplos con computadora, 82

Problemas, 82

4. Diseño de vigas rectangulares y losas en una

dirección 85

4.1 Factores de carga, 85

4.2 Diseño de vigas rectangulares, 87

4.3 Ejemplos de diseño de vigas, 92

4.4 Consideraciones diversas en el diseño de vigas, 98

4.5 Determinación del área de acero cuando las dimensiones

de la viga son predeterminadas, 99

4.6 Varillas en racimo, 101

4.7 Losas en una dirección, 102

4.8 Vigas en voladizo y vigas continuas, 105

4.9 Ejemplo con unidades SI ,106

4.10 Ejemplo con computadora, 108

Problemas, 109

5. Análisis y diseño de vigas T y vigas doblemente

reforzadas 115

5.1 Vigas T, 115

5.2 Análisis de vigas T, 117

5.3 Otros métodos para analizar vigas T, 121

5.4 Diseño de vigas T, 122

5.5 Diseño de vigas T para momentos negativos, 128

5.6 Vigas L, 130

5.7 Acero de compresión, 130

5.8 Diseño de vigas doblemente reforzadas, 135

5.9 Ejemplos con unidades SI, 139

5.10 Ejemplos con computadora, 141

Problemas, 146

6. Estado límite de servicio 157

6.1 Introducción, 157

6.2 Importancia de las deflexiones, 157

6.3 Control de las deflexiones, 158

6.4 Cálculo de deflexiones, 159

6.5 Momentos de inercia efectivos, 159

6.6 Deflexiones a largo plazo, 162

6.7 Deflexiones en vigas simples, 164

6.8 Deflexiones en vigas continuas, 166

6.9 Tipos de grietas, 172

6.10 Control de las grietas por flexión, 173

6.11 Normas del Código ACI relativas a grietas 176

6.12 Ejemplo con unidades SI, 177

6.13 Grietas diversas, 178

6.14 Ejemplos con computadora, 178

Problemas, 180

7. Adherencia, longitudes de desarrollo

y empalmes 185

7.1 Corte y doblado de las varillas (barras) de refuerzo, 185

7.2 Esfuerzos de adherencia, 188

7.3 Longitudes de anclaje para el refuerzo de tensión, 190

7.4 Longitudes de anclaje para varillas en racimo, 198

7.5 Ganchos, 199

7.6 Longitudes de anclaje para malla de alambre soldada en

tensión, 205

7.7 Longitudes de anclaje para varillas a compresión, 206

7.8 Secciones críticas para la longitud de anclaje, 208

7.9 Efecto del momento y el cortante combinados en las

longitudes de anclaje, 208

7.10 Efecto de la forma del diagrama de momento en las

longitudes de anclaje, 209

7.11 Corte o doblado de las varillas de refuerzo

(continuación), 210

7.12 Empalmes de varillas en miembros a flexión, 213

7.13 Empalmes a tensión, 214

7.14 Empalmes a compresión, 215

7.15 Varillas ancladas mecánicamente y con anclaje interno,

216

7.16 Ejemplo con unidades SI, 217

7.17 Ejemplo con computadora, 218

Problemas, 219

8. Cortante y tensión diagonal 225

8.1 Introducción, 225

8.2 Esfuerzos cortantes en vigas de concreto, 225

8.3 Concreto de peso ligero, 226

8.4 Resistencia del concreto al cortante, 226

8.5 Agrietamiento por cortante en vigas de concreto

reforzado, 228

8.6 Refuerzo del alma, 229

8.7 Comportamiento de las vigas con refuerzo del alma, 230

8.8 Diseño por cortante, 232

8.9 Requisitos del código ACI, 234

8.10 Ejemplos de problemas de diseño por cortante, 238

8.11 Separación económica de los estribos, 248

8.12 Fricción al cortante y ménsulas, 250

8.13 Resistencia al cortante de miembros sometidos a fuerzas

axiales, 252

8.14 Requisitos para el diseño por cortante en vigas de gran

peralte 254

8.15 Comentarios introductorios sobre torsión, 255

8.16 Ejemplo en unidades SI, 257

8.17 Ejemplo con computadora, 258

Problemas, 259

9. Introducción al estudio de columnas 265

9.1 Generalidades, 265

9.2 Tipos de columnas, 266

9.3 Capacidad por carga axial de las columnas, 268

9.4 Fallas de columnas con estribos y espirales, 268

9.5 Requisitos del código para columnas coladas en obra, 271

9.6 Precauciones de seguridad para columnas, 273

9.7 Fórmulas de diseño, 274

9.8 Comentarios sobre diseño económico de columnas, 275

9.9 Diseño de columnas cargadas axialmente, 276

9.10 Ejemplo con unidades SI, 279

9.11 Ejemplo con computadora, 280

Problemas, 281

10. Diseño de columnas cortas sometidas a carga axial

y flexión 283

10.1 Carga axial y flexión, 283

10.2 El centroide plástico, 284

10.3 Desarrollo de los diagramas de interacción, 286

10.4 Uso de los diagramas de interacción, 292

10.5 Modificaciones de código a los diagramas de interacción

de columna, 294

10.6 Diseño y análisis de columnas cargadas excéntricamente

usando los diagramas de interacción, 295

10.7 Fuerza cortante en columnas, 303

10.8 Flexión biaxial, 304

10.9 Diseño de columnas con carga biaxial, 308

10.10 Continuación del estudio del factor de reducción de

capacidad, f, 311

10.11 Ejemplo con computadora, 312

Problemas, 314

11. Columnas esbeltas 319

11.1 Introducción, 319

11.2 Marcos con y sin desplazamiento lateral, 319

11.3 Efectos de esbeltez, 320

11.4 Determinación de los factores k con nomogramas, 322

11.5 Determinación de factores k mediante ecuaciones, 324

11.6 Análisis de primer orden usando propiedades especiales

de los miembros, 325

11.7 Columnas esbeltas en marcos con y sin desplazamiento

lateral, 326

11.8 Tratamiento del Código ACI de los efectos de esbeltez,

329

11.9 Amplificación de momentos de columnas en marcos sin

desplazamiento lateral, 329

11.10 Amplificación de los momentos en las columnas de

marcos con desplazamiento lateral, 334

11.11 Análisis de marcos con desplazamiento lateral, 337

11.12 Ejemplos con computadora, 343

Problemas, 346

12. Zapatas 349

12.1 Introducción, 349

12.2 Tipos de zapatas, 349

12.3 Presiones reales del suelo, 351

12.4 Presiones permisibles del suelo, 352

12.5 Diseño de zapatas para muros, 354

12.6 Diseño de zapatas cuadradas aisladas, 359

12.7 Zapatas que soportan columnas circulares o con sección

en forma de polígono regular, 365

12.8 Transmisión de la carga de las columnas a las zapatas, 365

12.9 Zapatas rectangulares aisladas, 370

12.10 Zapatas combinadas, 373

12.11 Diseño de zapatas con asentamientos iguales, 379

12.12 Zapatas sometidas a cargas axiales y momentos, 381

12.13 Transmisión de fuerzas horizontales, 383

12.14 Zapatas de concreto simple, 384

12.15 Ejemplo con unidades SI, 387

12.16 Ejemplos con computadora, 389

Problemas, 392

13. Muros de retención 395

13.1 Introducción, 395

13.2 Tipos de muros de retención, 395

13.3 Drenaje, 398

13.4 Fallas de muros de retención, 399

13.5 Presiones laterales sobre muros de retención, 399

13.6 Presiones del suelo sobre zapatas, 404

13.7 Diseño de muros de retención de semigravedad, 405

13.8 Efectos de sobrecarga, 408

13.9 Estimación del tamaño de muros de retención en voladizo,409

13.10 Procedimientos de diseño para muros de retención en

voladizo, 413

13.11 Grietas y juntas en los muros, 424Problemas 426

14. Estructuras continuas de concreto reforzado 431

14.1 Introducción, 431

14.2 Consideraciones generales sobre los métodos de análisis,431

14.3 Líneas de influencia cualitativas, 431

14.4 Diseño al límite, 434

14.5 Diseño al límite según el código ACI, 441

14.6 Diseño preliminar de miembros, 444

14.7 Análisis aproximado de marcos continuos por cargas

verticales, 444

14.8 Análisis aproximado de marcos continuos por cargas

laterales, 454

14.9 Análisis por computadora de marcos de edificios, 457

14.10 Arriostramiento lateral en edificios, 458

14.11 Requisitos de la longitud de desarrollo en miembros

continuos, 458

Problemas, 464

15. Torsión 469

15.1 Introducción, 469

15.2 Refuerzo por torsión, 470

15.3 Momentos torsionales que se han de considerar en el

diseño, 473

15.4 Esfuerzos de torsión, 474

15.5 Cuándo se requiere refuerzo de torsión según el ACI, 475

15.6 Resistencia al momento por torsión, 476

15.7 Diseño del refuerzo por torsión, 477

15.8 Requisitos adicionales del ACI, 478

15.9 Problemas ejemplo usando unidades comunes en Estados

Unidos, 479

15.10 Ecuaciones para SI y ejemplo de problema, 482

15.11 Ejemplo con computadora, 486

Problemas, 487

16. Losas en dos direcciones, método directo

de diseño 491

16.1 Introducción, 491

16.2 Análisis de losas en dos direcciones, 494

16.3 Diseño de losas en dos direcciones según el código ACI,494

16.4 Franjas de columna y franja central, 495

16.5 Resistencia al cortante de losas, 496

16.6 Limitaciones al espesor y requisitos de rigidez, 498

16.7 Limitaciones del método directo de diseño, 504

16.8 Distribución de momentos en losas, 504

16.9 Diseño de una placa interior plana, 510

16.10 Colocación de las cargas vivas, 514

16.11 Análisis de losas en dos direcciones con vigas, 515

16.12 Transmisión de momentos y cortantes entre losas y

columnas, 521

16.13 Aberturas en los sistemas de losas, 526

16.14 Ejemplos con computadora, 527

Problemas, 529

17. Losas en dos direcciones, método del marco

equivalente 531

17.1 Distribución de momentos para miembros

no prismáticos, 531

17.2 Introducción al método del marco equivalente, 532

17.3 Propiedades de las vigas losas, 534

17.4 Propiedades de columnas, 537

17.5 Ejemplo de problema, 538

17.6 Análisis con computadora, 542

17.7 Ejemplos con computadora, 543

Problemas, 544

18. Muros 545

18.1 Introducción, 545

18.2 Muros no portantes, 545

18.3 Muros de concreto de carga. Método empírico de diseño, 547

18.4 Muros de concreto soportantes de carga. Diseño racional,550

18.5 Muros de cortante, 552

18.6 Requisitos del ACI para muros de cortante, 556

18.7 Aspectos económicos de la construcción de muros, 561

18.8 Ejemplo con computadora, 562

Problemas, 563

19. Concreto presforzado 565

19.1 Introducción, 565

19.2 Ventajas y desventajas del concreto presforzado, 567

19.3 Pretensado y postensado, 567

19.4 Materiales usados para el concreto presforzado, 568

19.5 Cálculo de esfuerzos, 570

19.6 Formas de las secciones presforzadas, 574

19.7 Pérdidas de presfuerzo, 577

19.8 Resistencia última de secciones presforzadas, 580

19.9 Deflexiones, 584

19.10 Fuerza cortante en secciones presforzadas, 588

19.11 Diseño del refuerzo por cortante, 589

19.12 Temas adicionales, 593

19.13 Ejemplos con computadora, 595

Problemas, 596

20. Mampostería de concreto reforzado

20.1 Introducción

20.2 Materiales de mampostería

20.3 Resistencia a la compresión especificada de lamampostería

20.4 Refuerzo máximo de tensión por flexión

20.5 Muros con cargas fuera del plano-muros que no son decarga

20.6 Dinteles de mampostería

20.7 Muros con cargas fuera del plano-muros de carga

20.8 Muros con carga coplanar-muros de cortante

20.9 Ejemplo con computadoraProblemas

A. Tablas y gráficas: unidades usuales en EUA 599

B. Tablas en unidades del SI 637

C. El método de diseño del puntal y el tirante

C.1 Introducción

C.2 Vigas de gran peralte

C.3 Claro de cortante y regiones de comportamiento

C.4 La analogía de la armadura

C.5 Definiciones

C.6 Requisitos del código ACI para el diseño de puntal tirante

C.7 Selección de un modelo de armadura

C.8 Ángulos de los puntales en los modelos de armaduras

C.9 Procedimiento de diseño

D. D. Diseño sísmico de las estructuras de concreto reforzado

D.1 Introducción

D.2 Terremoto máximo considerado

D.3 Clasificación de suelo en el sitio

D.4 Factores de riesgo y de importancia

D.5 Categorías de diseño sísmico

D.6 Cargas de diseño sísmico

D.7 Requisitos de detallado para las diferentes clases de

marcos de concreto reforzado para momentos