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Las estructuras metálicas articuladas tipo cercha

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo de José Cándido Guisado López del Blog CivilGeek encontrado en https://civilgeeks.com/2019/08/20/las-estructuras-metalicas-articuladas-tipo-cercha/, que como siempre esperamos les sea de utilidad.

Las estructuras metálicas articuladas tipo cercha se emplean para salvar grandes luces por su formidable capacidad de redistribución de tensiones a través de sus barras, haciéndolas trabajar principalmente a esfuerzo axil.

Las cerchas metálicas son estructuras que permiten salvar grandes luces con poco material, gracias a su morfología de barras formando triangulaciones. El triángulo es la forma geométrica que, aunque se articulen sus nudos, mantiene su forma, por lo que una serie de triángulos concatenados forman una estructura plana o espacial estable.

El principio resistente de las estructuras en celosía es la distribución de las tensiones a lo largo de sus barras, con esfuerzo eminentemente axial, despreciando los posibles fenómenos de flexión en las barras. Esto se consigue analíticamente, estudiando el modelo como si todos sus nudos fuesen articulados, si bien en la práctica casi nunca se construyen con nudos rótula.

Los métodos de cálculo de este tipo de estructuras metálicas son varios, desde los métodos gráficos de Cremona, al equilibrio de nudos, pasando por el método matricial, como el empleado en la hoja de cálculo aportada en el siguiente enlace: Cercha educacional Barras.

Una vez estudiados los esfuerzos, es necesario comprobar la capacidad resistente de las barras, en especial aquellas que están sometidas a compresión, pues serán las que experimenten el fenómeno del pandeo.

En cerchas con aplicación en las estructuras metálicas de naves industriales, como las que se estudian en el Máster de Cálculo de Estructuras de Obra Civil en la escuela EADIC, el fenómeno de pandeo afecta de distinta manera a cada una de las barras que componen la triangulación.

Es necesario estudiar el pandeo según plano paralelo o perpendicular a la cercha.

En el plano de la cercha, la longitud de pandeo es igual o menor a la longitud de cada tramo de triangulación, pues la confluencia de barras genera su propio arriostramiento a pandeo.

En el plano perpendicular a la cercha, el cordón superior está atado por las correas de cerramiento, por lo que la longitud de pandeo se asocia a la distancia entre correas.

Sin embargo el cordón inferior tiene liberado el modo de pandeo en el plano horizontal a lo largo de toda su longitud, por lo que encontramos en este elemento el punto débil del dimensionamiento de cerchas articuladas. Por este motivo puede ser habitual encontrar diseños con un cordón inferior cuyo eje fuerte de inercia esté orientado para resistir mejor en horizontal.

Se trata este tipo de soluciones estructurales, de una forma versátil, económica y de buen resultado estético para resolver grandes luces, cuyo dimensionamiento debe estudiarse de acuerdo a ciertos aspectos propios de las estructuras articuladas.

Autor: José Cándido Guisado López, docente en el Máster de Cálculo de Estructuras de Obra Civil de EADIC.

Acerca del autor: EADIC https://www.eadic.com/

Otro de nuestros servicios: PROYECTO y CÁLCULO de ESTRUCTURAS METÁLICAS

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Principales retos en la ingeniería civil del siglo XXI

Estimados, en este oportunidad les republicamos un artículo del Blog Structuralia, encontrado en: https://blog.structuralia.com/principales-retos-en-la-ingenieria-civil-del-siglo-xxi, que como siempre, esperamos les sea de interés.

El mantenimiento de infraestructuras: una tarea pendiente

A lo largo de toda la historia, la ingeniería y los avances que han ido ligados a ella han hecho posible el desarrollo de la humanidad, permitiendo con el paso de los años una notable mejora de la calidad de vida de las personas.

En este sentido, la ingeniería civil en particular ha tenido un papel fundamental en la capacidad del ser humano para adaptarse a su entorno gracias a la construcción de infraestructuras que han facilitado el transporte de materiales y personas, la comunicación, la captación de recursos naturales o la propia residencia y convivencia.

Y es que la ingeniería civil es una de las ramas de conocimiento que más campos de actuación tiene dentro de todas las competencias que engloban a la ingeniería. En el artículo sobre las subdisciplinas y funciones de un ingeniero civil de nuestro blog, puedes ver las principales especializaciones que la componen, profundizando en las principales infraestructuras que llevan a cabo cada una.

Sin embargo, la ingeniería civil ha sufrido grandes transformaciones hasta convertirse en lo que conocemos actualmente. En un principio no existía el término como tal, y no es hasta el siglo XVIII cuando se empieza a utilizar para diferenciar su uso civil de la ingeniería militar.

Durante este periodo son muchas las grandes infraestructuras que se han construido, como las pirámides egipcias, consideradas las primeras obras de gran envergadura que llevó a cabo el ser humano, o los avances de la civilización romana, que fue capaz de desarrollar calzadas, puentes, puertos, presas, alcantarillados u obras de ingeniería civil que llegan tan bien conservadas al Siglo XXI como el Acueducto de Segovia. 

Más cercano en el tiempo y más lejos de nuestras fronteras encontramos una de las joyas de la ingeniería civil lo encontramos en Alaska la vía ferrea white pass Yukon.

No obstante el recorrido no ha sido fácil hasta llegar al nivel de conocimientos que tenemos en la actualidad puesto que desgraciadamente en varias ocasiones a lo largo de la historia esta sabiduría ha venido precedida de fallos en infraestructuras con pérdidas de vidas humanas.

Uno de los ejemplos más conocidos es el caso del puente Tacoma Narrows, construido en 1940 con una longitud de 1.810 metros y una longitud del vano de 853 metros. Unos meses más tarde de su inauguración, el puente colapsó debido a los efectos dinámicos del viento que no se tuvieron en cuenta. 

Esta catástrofe permitió mejorar los conocimientos en el comportamiento de este tipo de puentes, y actualmente los diseños consideran la variable del viento en relación con la longitud entre apoyos, de manera que se tiene en cuenta el efecto destructivo de la resonancia.

Por último es necesario hablar de la importancia que tiene el sector de la construcción en la economía de un país. Normalmente es usado como indicador del bienestar económico de una región, debido a que un incremento en la inversión en infraestructuras está ligado a una mayor capacidad económica del Estado.

Asimismo, tiene una gran capacidad de generación de empleo puesto que por cada trabajador del sector de la construcción se generan alrededor de seis puestos de trabajo en otros sectores de la economía.

A continuación, tras este breve repaso general, vamos a centrarnos en los principales retos a los que se enfrenta la ingeniería civil en los próximos años:

El mantenimiento de infraestructuras: una tarea pendiente

El término vida útil hace referencia al periodo de tiempo en el cual una infraestructura es capaz de soportar, con garantías, las solicitaciones externas (físicas o químicas) con las que ha sido diseñado. Pasado ese tiempo, debido principalmente al deterioro de los materiales que la componen, es posible que no se comporte de forma óptima y se produzcan fallos estructurales graves.

Sin embargo, es frecuente que aparezcan deterioros mucho antes de alcanzar la vida útil de la obra, por lo que es necesario la realización de inspecciones y labores de mantenimiento para prever posibles fallos que pongan en peligro el buen funcionamiento de la infraestructura.

Actualmente, en los países más desarrollados, no existe tanta necesidad de construir nuevas infraestructuras como de mantener en buen estado las que ya están construidas para que cumplan correctamente la función para la que fueron diseñadas.

Al respecto, en el año 2018 vimos dos ejemplos de fallos en estructuras que provocaron numerosos heridos y la pérdida de vidas humanas: la pasarela del paseo marítimo de Vigo y el derrumbe del puente Morandi en Génova.

Si bien es cierto que para que ocurran este tipo de accidentes es necesario que se den varios factores atípicos, los expertos coinciden en que un mejor mantenimiento podría haber ayudado a que no ocurriese.

Otro ejemplo del déficit en la conservación de infraestructuras que existe en la actualidad es el estado actual de las carreteras españolas. Tal y como explicamos en el post: Mantenimiento de carreteras: tipos de firmes y sus deterioros (1ª Parte), la Asociación Española de Carreteras (AEC) expone en su informe que 1 de cada 13 kilómetros de la red del país presenta problemas en más del 50% de su superficie.

Este mal estado influye considerablemente en la calidad del transporte pudiendo generar averías a los vehículos que circulan por ellas y, sobre todo, provocar accidentes de tráfico que conlleven fallecimientos. 

En relación con todo lo explicado anteriormente, desde el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos aconsejan a las administraciones destinar al mantenimiento de las grandes infraestructuras el 5% del total de la inversión en obra pública como es el caso de la inversión en el AVE en España.

Por lo tanto, uno de los grandes desafíos a los que se enfrentan las administraciones es el encontrar un equilibrio entre la inversión para nuevas infraestructuras y el gasto destinado para mantener en condiciones óptimas las ya construidas.

Hacia una construcción industrializada

El sector de la construcción no ha sufrido cambios profundos a lo largo de la historia. Se ha ido añadiendo nueva maquinaria o se han incorporado nuevas técnicas de ejecución en función de los conocimientos y tecnologías que iban apareciendo, pero la hoja de ruta de un proyecto constructivo se ha mantenido. Sin duda el sector de la construcción no ha  sido capaz de avanzar al mismo ritmo que otros sectores en cuanto a la productividad y modernización se refiere. 

Por ejemplo, la eficiencia y velocidad que se alcanza hoy en día en una cadena de montaje es muy superior a cuándo se tenía que montar a mano, una a una, todas las piezas que componen el elemento final. 

Debido a ello el sector de la construcción se encuentra a la cola de la productividad, por la poca inversión que se destina a la innovación en comparación con otros sectores, y también por las peculiaridades que presenta, como el hecho de que en cada proyecto las características y condiciones constructivas son distintas.

En busca de resolver este problema, en los últimos años se han dado importantes pasos en dirección a conseguir una mejora en este aspecto, que repercute positivamente en aspectos económicos, reducción de tiempos de ejecución, seguridad laboral o disminución de la contaminación.

Entre las medidas que se han tomado se encuentran la aplicación de nuevas tecnologías, de las que hablaremos más adelante en el artículo, o la industrialización de la construcción, en la que nos centraremos a continuación.

Pero, ¿qué entendemos por construcción industrializada? La podemos definir como aquella en la que un tanto por ciento alto de las tareas que se ejecutan en un proyecto se anticipan a la obra, lo que difiere enormemente de la ejecución in situ en la que es en el propio emplazamiento de la obra donde se realizan la mayor parte de las labores.

Asimismo, la industrialización de la construcción se realiza en entornos automatizados y controlados por lo que es posible realizar elementos con mejores características que repercutirá en mejorar su respuesta frente a las acciones a las que estará sometido, o reducir la cantidad de gases contaminantes que se generan en su producción.

En definitiva, el futuro debe estar ligado a la innovación y a su aumento de la productividad en busca de ser más competitivo, y esto vendrá de la mano de la industrialización y la aplicación de las nuevas tecnologías.

Las nuevas tecnologías en la ingeniería civil

La revolución que estamos viviendo con la entrada de nuevas tecnologías está suponiendo un cambio radical en muchas de las acciones que realizamos en nuestro día a día. Rara es la semana en la que no leemos en los medios una noticia sobre un material con unas características increíbles o la nueva aplicación de una tecnología.

Tal y como hemos comentado anteriormente, la aplicación de las nuevas tecnologías pretende dar un salto cualitativo y cuantitativo de la productividad en el sector de la construcción. A continuación haremos un repaso de las tecnologías más importantes que aspiran a cambiar la ingeniería civil:

  • Building Information Modeling

La metodología BIM está revolucionando el desarrollo de los proyectos constructivos como ya ocurrió con la entrada de los programas informáticos de diseño asistido por ordenador (CAD), siendo ya obligatorio en proyectos con administraciones públicas en muchos países.

Las múltiples ventajas de su uso está generando un efecto bola de nieve en cuanto a su implantación en las empresas del sector AECO, que están viendo la diferencia competitiva que se origina entre las compañias que la han implantado y las que no.

Por todo ello, y viendo que cada vez son más los países que obligan a usarlo en proyectos de obra pública, se puede afirmar que en los próximos años su uso estará tan generalizado como actualmente lo están los software CAD. Una buena opción para formarse es el Máster en cálculo de estructuras .

  • Impresión 3D

El uso de impresoras 3D en construcción aún no está muy extendido, pero son varios los proyectos de grandes dimensiones en las que se han utilizado como es el caso del puente de hormigón impreso más largo del mundo construido en china en tan solo unos días.

Sin embargo, el puente chino se queda en nada frente al plan de una firma de diseño que este verano pretende construir un barrio al completo por medio de impresoras 3D, asegurando que serán capaces de construir una vivienda en tan solo 24 horas.

Por lo tanto, aunque aún queda mucho para que esta tecnología alcance su máximo potencial, ya se están viendo su enormes aplicaciones en el sector.

  • Big Data

La exorbitante cantidad de datos que generamos cada día en la era actual obliga a que aparezcan herramientas que sean capaces de recopilar y analizar toda esta información, que posteriormente será utilizada para diferentes propósitos.

En cuanto a su uso en la ingeniería civil, existen múltiples aplicaciones que ya se están utilizando como en el caso de la gestión de puertos y aeropuertos o en el análisis y gestión del tráfico y la seguridad vial.

Un ejemplo de la aplicación del Big Data lo encontramos en el proyecto de la profesora del MIT Carolina Osorio, que por medio de un algoritmo recoge la información recogida por cámaras y sensores para modificar la frecuencia de los semáforos en función del tráfico, reduciendo un 20% los atascos.

Smart city big data
  • Carreteras inteligentes

El avance que han sufrido las carreteras en el último siglo ha sido muy reducido, limitándose al uso de nuevos materiales con mejores prestaciones. Sin embargo, esto está a punto de cambiar por completo.

Tecnologías como el Big Data, la red 5G, el internet de las cosas o la conducción autónoma están a la orden del día y pretenden revolucionar el transporte por carretera tal y como las conocemos, ayudando a reducir los accidentes y a mejorar el transporte.

En este sentido, Suecia quiere tomar la delantera construyendo la primera carretera eléctrica del mundo que será capaz de cargar los vehículos eléctricos que circulen por ella de forma inalámbrica.

  • Smart cities

La tendencia actual es la concentración de la población en las grandes urbes de los países, en las que según los estudios se prevé que habite el 70% la población mundial. Por ello, es necesario la transformación de las ciudades tal y como las conocemos ahora para su sostenibilidad.

Y en busca de dar respuesta a estos problemas han aparecido las Smart Cities, ciudades que incorporan nuevas tecnologías como el Big Data o el Internet de las Cosas para mejorar su eficiencia energética, una mejora en el transporte público, la comunicación con los ciudadanos o el mantenimiento de las infraestructuras.

En definitiva, el presente y el futuro de la ingeniería civil está ligado a los avances tecnológicos, y desde el sector se deberá hacer una fuerte apuesta para su pronta aplicación para mantener la competitividad.

Impactos medioambientales de las infraestructuras: ¿cómo podemos reducirlos?

El consumo energético es un tema candente que cada vez preocupa a más personas. Por ello, desde todos los ámbitos de la sociedad están creciendo las voces que ven necesario un cambio en el actual modelo en busca de reducir el consumo de recursos fósiles.

Según las últimas cifras ofrecidas por el Banco Mundial la industria de la construcción, en el que la ingeniería civil realiza la mayor parte de sus actividades, es la responsable del 20% de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera teniendo en cuenta únicamente la quema de combustible.

Sin embargo, si incluimos todos los trabajos realizados desde el inicio de la obra hasta su demolición, incluyendo el consumo energético durante su vida útil, esta cifra puede ascender hasta el 40%.

En vista de estos números, ya se están tomando medidas para reducir el impacto que supone en el medio ambiente, como el uso de materiales sostenibles, la construcción de edificios energéticamente sostenibles, la industrialización de la construcción que vimos anteriormente o la aplicación de nuevas tecnologías.

Respecto al uso de materiales para una construcción sostenible, siempre que las características de nuestro proyecto nos lo permita, podemos elegir materiales más respetuosos con el medioambiente, como la madera, las pinturas naturales o aislantes como las fibras de celulosa de papel reciclado.

No obstante, si hay un material que caracteriza a la obra civil es el hormigón, debido a sus características y su bajo coste en comparación con el acero. En su fabricación es inevitable generar un impacto ambiental debido a los procesos que se llevan a cabo en su elaboración, pero en los últimos años se ha reducido la contaminación generada.

En el post sobre hormigones sostenibles utilizados en construcción hablamos de algunos tipos de hormigones que ayudaban a reducir su impacto ambiental, como el caso del hormigón reciclado, en el que parte de los áridos utilizados provienen de residuos de construcción o el hormigón fotocatalítico, que gracias a la adición de nanopartículas de óxido de titanio es capaz de descontaminar la zona cercana al edificio.

Además de la tendencia de utilizar materiales más respetuosos con el medio ambiente, en edificación cada vez son más los edificios que se construyen bajo estándares como Passivhaus o los edificios nZEB (nearly Zero Energy Building) cuyo consumo energético es casi nulo.

Este tipo de edificaciones generan su propia energía a partir de tecnologías renovables y, adicionalmente, incorporan medidas tecnológicas que permiten alcanzar una alta eficiencia energética. Para conseguirlo se tendrá en cuenta la orientación del edificio o la creación de una ventilación natural que junto con un gran aislamiento térmico minimiza la necesidad de calefacción o aire acondicionado.

Por último es necesario hablar de la contaminación que se genera en la extracción, transporte, fabricación y puesta en obra de los materiales, que suponen un tanto por ciento importante de los impactos ambientales de un proyecto constructivo.

Aunque en la realización de estas operaciones en inevitable la contaminación, mediante un buen estudio del impacto ambiental se pueden estudiar medidas para impedir o reducir estos efectos.

En definitiva, la industria de la construcción debe seguir la tendencia actual que lucha para reducir la contaminación, y para ello será necesario tanto el uso de materiales más sostenibles, el uso de energía limpias y nuevos métodos constructivos que hagan que el sector disminuya su aportación en los impactos medioambientales.

La formación en los ingenieros civiles

Para acabar con este repaso sobre los retos a los que se enfrenta la ingeniería civil en los próximos años, nos vamos a centrar en la parte más importante: sus profesionales.

La formación en ingeniería civil ha ido evolucionando desde que se creara en 1747 la École Nationale des ponts et chaussées de París, considerada la primera escuela de ingenieros civiles más antigua del mundo.

En el tiempo transcurrido son múltiples los cambios que ha sufrido la profesión, desde la entrada de nuevos materiales como el hormigón armado, a la aparición de los programas informáticos que facilitan los cálculos o el diseño de las infraestructuras.

Por ello, los profesionales han tenido que ir evolucionando y añadiendo conocimientos para mantenerse actualizados en un oficio en el que no estar al día puede suponer graves consecuencias.

En los últimos años esta evolución ha sido más notable debido a la aparición de un sinfín de nuevas tecnologías que pueden ser aplicadas a la construcción, mejorando notablemente las infraestructuras, reduciendo los costes o facilitando su mantenimiento y a nuevas formas de gestionar los proyectos de ingeniería con el Máster BIM aplicado a la Ingeniería Civil  lo podrás comprobar de primera mano.

Por consiguiente, los ingenieros civiles no deben dejar de mejorar sus conocimientos durante su vida laboral, y para ello la mejor forma es optar por la formación en línea debido a las facilidades que proporciona.

La opción de poder formarte con cursos de una temática muy específica que te ayudará en tu desarrollo profesional, la ventaja que supone adaptar los horarios a tus necesidades o la ausencia de desplazamientos que supone la pérdida de un tiempo muy valioso ha hecho que el e-learning sea una de las opciones preferenciales de los ingenieros para su formación.

Artículo de Structuralia

https://blog.structuralia.com/principales-retos-en-la-ingenieria-civil-del-siglo-xxi

Otro de nuestros Servicios: Proyecto y Cálculo de Entrepisos Metálicos

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El edificio más grande del mundo impreso en 3D se abre en Dubai después de 2 semanas de construcción

Estimados, en esta oportunidad les compartimos un artículo de Nicole Jewell del Blog Inhabitat, publicado en https://inhabitat.com/worlds-largest-3d-printed-building-opens-in-dubai-after-2-weeks-of-construction/, que esperamos les resulte interesante.

Quickly gaining popularity as an affordable and sustainable way to build, 3D printing is becoming a go-to construction choice for architects around the world. In fact, one Boston-based company, Apis Cor, well-known for its 3D-printed architecture, has just completed construction on the world’s largest 3D printed building. Located in Dubai, the 6,998-square-foot building was completed in just two weeks.

Working under its motto, “we print buildings,” Apis Cor has become a prominent leader in the world of 3D-printed architecture. From a tiny home in Moscow to affordable housing developments in California and Louisiana, its state-of-the-art techniques have been used for various types of projects.

curving white wall of a building
tall white building

Although the company is accustomed to building in various parts of the world, Dubai‘s harsh conditions put its standard methods of printing to the test. Dubai is known for its severe climate, in which the temperatures rise and drop suddenly. As such, the materials used in the printing process for this particular building had to be able to withstand extreme heat and cold. “The Dubai climate is very harsh — temperature and humidity change significantly even within a day,” said Nikita Cheniuntai, founder and CEO of Apis Cor. “The material has to behave the same way all the time, despite the changing environmental conditions.”

light gray building being 3D-printed
people standing in front of white building

Working on such a large project presented additional challenges. The construction site spanned approximately 7,000 square feet, which, under normal building circumstances, would require assembly of ample scaffolding. However, because the company’s custom, car-sized 3D printer is mobile, the building was constructed directly onsite faster and more efficiently than a traditional construction project.

machine printing a building
close-up of a gray wall

Along with three workers and a single construction crane, the machine printed out the structure section by section using Apis Cor’s gypsum-based mixture. Later, traditional constructions methods were used to install the windows and roof, and rebar supports were added to reinforce the walls.

person walking up tall, bright staircase
white building with a rounded front

The resulting building, which will house administrative offices for the Dubai Municipality, has a white facade that reflects the sun rays. The concrete and gypsum printing materials created by Apis Cor also provide the building with a naturally insulated envelope, keeping the interior at a pleasant temperature year-round.

+ Apis Cor

Via Dwell

Images via Apis Cor

¿Qué es cuantía de área de acero?

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Blog CivilGeek encontrado en https://civilgeeks.com/2017/07/01/cuantia-area-acero/, que como siempre esperamos les sea de utilidad.

Las fallas a tensión están precedidas por grietas grandes en el concreto y tienen un carácter dúctil. Para asegurar que las vigas tengan características de adherencia visibles, si la falla es inminente al igual que la ductilidad razonable en la falla se recomienda que: El área de acero a tensión en vigas simplemente reforzada no exceda a 0.75 del área para una falla balanceada, dado que ρ ≤ 0.75 ρb (para asegurar falla dúctil) donde:ρb es la cuantía balanceada para elementos sometidos a flexión sin fuerza axial

Existen tres tipos de cuantía de acero

Cuantía balanceada de acero (provoca falla balanceada):

La cuantía balanceada del área de acero puede determinarse con base en las condiciones de que en la falla balanceada la deformación en el acero sea exactamente igual que la deformación del concreto (0.003) Cuando el acero alcanza la fluencia al mismo tiempo que el concreto alcanza la deformación de la fibra externa de 0.003 entonces, Es = fy/Es = Ey

Cuantía mínima de acero (provoca falla a tensión):

Si el contenido de acero de la sección es bajo, el acero alcanza la resistencia fy de cedencia antes que el concreto alcance su capacidad máxima. La fuerza del acero As fy permanece entonces constante a mayores cargas.

Cuantía máxima de acero (provoca falla a compresión):

Si el contenido de acero de la sección es grande, el concreto puede alcanzar su máxima capacidad antes que ceda el acero. En tal caso aumenta la profundidad del eje neutro, lo que provoca un aumento en la fuerza de compresión. Esto se comienza ligeramente por una reducción en el brazo de palanca. Nuevamente se alcanza la resistencia a flexión en la sección creando la deformación en la fibra a compresión externa del concreto es aproximadamente 0.003. Para una falla a compresión fs < fy ya que el acero permanece dentro del rango elástico, se puede determinar el esfuerzo del acero, es términos de la profundidad del eje neutro, considerando los triángulos semejantes de:

¿Qué es índice de refuerzo?


El índice de refuerzo esta designado por la expresión


Únicamente se toma el signo negativo ya que si tomamos el valor positivo del radical resultaría “W” muy alto y al calcular el porcentaje de acero “p” con

resultaría mayor que el máximo permisible

así que la ecuación final para el índice de refuerzo resulta de la siguiente manera:

Definición de diseño elástico y diseño plástico y diferencia entre ellos.

Existen dos teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado: “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos de trabajo” y “La teoría plástica” o “Diseño a la ruptura”.

Teoría elástica: es ideal para calcular los esfuerzos y deformaciones que se
presentan en una estructura de concreto bajo las cargas de servicio. Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia última de la estructura con el fin de determinar la intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder asignar coeficientes de seguridad, ya que la hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es completamente errónea en la vecindad de la falla de la estructura.

Teoría plástica: es un método para calcular y diseñar secciones de concreto reforzado fundado en las experiencias y teorías correspondientes al estado de ruptura de las teorías consideradas, entre sus hipótesis podemos mencionar:

  • Las deformaciones unitarias en el concreto se supondrán directamente proporcionales a su distancia del eje neutro. Excepto en los anclajes, la deformación unitaria de la varilla de refuerzo se supondrá igual a la deformación unitaria del concreto en el mismo punto.
  • La deformación unitaria máxima en la fibra de compresión extrema se supondrá igual a 0.003 en la ruptura.
  • El esfuerzo en las varillas, inferior al límite elástico aparente Fy, debe tomarse igual al producto de 2.083 x 106 kg/cm2 por la deformación unitaria de acero. Para deformaciones mayores que corresponden al límite elástico aparente, el esfuerzo en las barras debe considerarse independientemente de la deformación igual el límite elástico aparente Fy.
  • Se desprecia la tensión en el concreto en secciones sujetas a flexión.
  • En la ruptura, los esfuerzos en el concreto no son proporcionales a las deformaciones unitarias. El diagrama de los esfuerzos de compresión puede suponerse rectangular, trapezoidal, parabólico, o de cualquier otra forma cuyos resultados concuerden con las pruebas de los laboratorios.
  • La hipótesis anterior puede considerarse satisfecha para una distribución rectangular de esfuerzos definida como sigue:

En la ruptura se puede suponer un esfuerzo de 0.85 f’c, uniformemente distribuido sobre una zona equivalente de compresión, limitada por los bordes de la sección transversal y una línea recta, paralela al eje neutro y localizada a una distancia a = ß1*c a partir de la fibra de máxima deformación unitaria en compresión y el eje neutro, se medirá perpendicularmente a dicho eje. El coeficiente “ß1” se tomará como 0.85 para esfuerzos f’c hasta de 280 kg/cm2 y se reducirá continuamente en una proporción de 0.05 por cada 70 kg/cm2 de esfuerzo en exceso de los 280 kg/cm2.

Diferencias:

  1. En la teoría plástica se considera que en la proximidad del fenómeno de ruptura, los esfuerzos no son proporcionales a las deformaciones unitarias, si se aplica la teoría elástica, esto llevaría errores hasta de un 50% al calcular los momentos resistentes últimos de una sección. En cambio, si se aplica la teoría plástica, obtenemos valores muy aproximados a los reales obtenidos en el laboratorio.
  2. La carga muerta en una estructura, generalmente es una cantidad invariable y bien definida, en cambio la carga viva puede variar más allá del control previsible. En la teoría plástica, se asignan diferentes factores de seguridad a ambas cargas tomando en cuenta sus características principales.
  3. En el cálculo del concreto pre-esforzado se hace necesario la aplicación del diseño plástico, porque bajo cargas de gran intensidad, los esfuerzos no son proporcionales a las deformaciones.

¿Por qué el concreto no es tan resistente a la tensión?

Debido a que la resistencia a tensión del concreto es tan solo una pequeña fracción de su resistencia a la compresión, el concreto en aquella parte sometido a del elemento sometido a tensión estará usualmente fisurado. Aunque para elementos bien diseñados estas fisuras son en general tan delgadas que resultan apenas visibles (a veces se les llaman gritas capilares), estas evidentemente obligan a que el concreto fisurado sea incapaz de resistir esfuerzos de tensión, de acuerdo a esto se supone que el concreto no es capaz de resistir ningún esfuerzo de tensión.
Se supone que el concreto no resiste esfuerzos de tensión, ya que la resistencia a la tensión fR = 7.5 fc o entre el 10 a 15% de su resistencia a compresión para concretos de peso normal, es muy baja comparada con la del acero, por lo tanto la capacidad del concreto para resistir esfuerzos de tensión puede ser despreciada.

Calculo y diseño de entibaciones para excavaciones en profundidad

Calculo y diseño de entibaciones para excavaciones en profundidad

Estimados, en esta oportunidad, republicamos un artículo de CivilGeek, encontrado en: https://civilgeeks.com/2012/07/15/calculo-y-diseno-de-entibaciones-para-excavaciones-en-profundidad/, que como siempre esperamos sea de su interés.

En esta investigación se dan a conocer las características de las entibaciones, manera de calcularlas y el tipo de sistema que se debe elegir dentro de los parámetros estipulados, tomando en cuenta casos especiales como lo son las excavaciones bajo nivel freático en el cual se presenta un análisis completo del sistema de achique por bombas.

Entre los problemas que pueden ocurrir dentro de la realización de trabajos en profundidad ya sean colocación de tuberías, obras maestras o la colocación de estructuras como plantas elevadoras, se encuentran los derrumbes o desprendimientos de suelos colindantes a la zona de excavación. Para evitar este problema es necesario realizar un estudio previo a la obra del suelo implicado en las labores para verificar es capaz de soportar la deformación de su estado natural sin colapsar.

Existen varios casos de suelos donde las paredes de las excavaciones pueden mantenerse por si misma, ello ocurre, en suelos cohesivos sin presencia de napas. Pero no siempre ocurre por lo que es imprescindible la colocación de entibaciones las cuales tienen como finalidad principal la realización de un trabajo expedito asegurando la vida de los trabajadores involucrados dentro de la obra.

Dentro de la problemática está presente el hecho del incremento final del costo total de la obra por la utilización de estas estructuras de contención, pero haciendo un contrapeso de los eventuales problemas que pudieran suscitarse con los beneficios que otorga queda claro que es de suma importancia la utilización de este tipo de solución para obras de excavación donde implica un suelo poco cohesivo, suelos con grietas o con presencia de la napa freática.

El motivo de esta memoria de título es realizar un análisis detenido de este sistema debido a la poca documentación existente para este tipo de medida preventiva destacando los tópicos más importantes a considerar en las distintas etapas de este proceso.

Pueden descargar el manual en el siguiente enlace de CivilGeek : https://civilgeeks.com/2012/07/15/calculo-y-diseno-de-entibaciones-para-excavaciones-en-profundidad/