Estructuras de hormigón armado. Tomo 1, bases para el dimensionado de estructuras de hormigón armado / Fritz Leonhardt, Eduard Mönnig.

CONTENIDO
Notación XVII
Bibliografía de mayor importancia XXIII
1. INTRODUCCION 1
2. HORMIGON 3
2.1. Cemento 4
2.1.1. Cementos normales según DIN 1164 4
2.1.2. Elección del cemento 5
2.1.3. Cemento no normalizado 5
2.2. Agregados inertes 5
2.2.1. División de los agregados 5
2.2.2. Dosificación de los agregados 6
2.3. Agua de amasado 7
2.4. Aditivos al hormigón 7
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 fresco 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. Recompactado 11
2.6.5. Curado 11
2.7. Plazo de desencofrado 11
2.8. Resistencia del hormigón endurecido 12
2.8.1. Resistencia a la compresión 12
2.8.1.1. Probetas y método de ensayo 12
2.8.1.2. Resistencia característica Beta wm según DIN 1045 13
2.8.1.3. Ensayos de urgencia del hormigón 14
2.8.1.4. Ensayos acelerados 14
2.8.1.5. Resistencia a la compresión para cargas de larga duración 14
2.8.1.6. Resistencia a la compresión para cargas de fatiga u oscilantes 14
2.8.1.7. Resistencia a compresión para temperaturas muy altas y muy bajas 14
2.8.1.8. Resistencia a la compresión en la estructura 14
2.8.2. Resistencia a la tracción 15
2.8.2.1. Resistencia axil 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) 16
2.8.2.4. Valores numéricos de las resistencias a la tracción 17
2.8.3. Resistencias para solicitaciones en más de una dirección 17
2.8.4. Resistencias al corte, punzonado y torsión 18
2.9. Deformación del hormigón 19
2.9.1. Deformaciones elásticas 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 función 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 afectan la fluencia 25
2.9.3.4. Restricciones a la contracción de fraguado y a la fluencia 27
2.9.3.5. Efectos de la fluencia y la contracción de fraguado sobre las estructuras 28
2.9.3.6. Expresiones para el cálculo de la contracción de fraguado y la fluencia según DIN 1045 29
2.9.3.7. Expresiones para el cálculo de la contracción de fraguado y de la fluencia según DIN 4227 31
2.10. Propiedades físicas del hormigón desde el punto de vista constructivo 34
2.10.1. Durabilidad del hormigón 34
2.10.2. Conductibilidad térmica 35
3. ACERO PARA HORMIGON 36
3.1. Clases y grupos de aceros para hormigón 36
3.2. Propiedades de los aceros para hormigón 37
3.2.1. Resistencias 37
3.2.1.1. Resistencia a la tracción 37
3.2.1.2. Resistencia a la fatiga 37
3.2.2. Características de la deformación 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 conjunto del acero con el hormigón 44
4.1.1. La adherencia en la barra fraccionada de hormigón armado 44
4.1.2. La adherencia en vigas de hormigón armado 47
4.1.3. Orígenes 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 arrancamiento 53
4.2.3. Resistencia a la adherencia 54
4.2.3.1. Influencia de la calidad del hormigón sobre la resistencia a la adherencia 54
4.2.3.2. Influencia del perfilado de la superficie y del diámetro de las barras 55
4.2.3.3. Influencia de la posición de la barra al hormigonar 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 trasversales soldadas 58
4.4. Valores numéricos de la adherencia para el cálculo 58
4.4.1. Generalidades 58
4.4.2. Verificación de la adherencia según DIN 1045 58
5. COMPORTAMIENTO BAJO CARGA DE LAS ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO 60
5.1. Vigas simplemente apoyadas de hormigón armado solicitadas por flexión y corte 60
5.1.1. Estados y comportamiento bajo cargas 60
5.1.1.1. Estados I y II 60
5.1.1.2. Solicitaciones del acero y hormigón 65
5.1.1.3. Rigidez y deformación a la flexión 65
5.1.2. Comportamiento para flexión pura 66
5.1.2.1. Capacidad de carga y capacidad útil 66
5.1.2.2. Tipos de rotura por flexión 67
5.1.3. Comportamiento para flexión y corte 67
5.1.3.1. Estado I 67
5.1.3.2. Estado II 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 72
5.3.2. Torsión con flexión 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. Cascaras (membranas) 82
5.9. Comportamiento de estructuras de hormigón armado para solicitaciones especiales 82
5.9.1. Forma de aplicar las cargas 82
5.9.2. Influencia de la temperatura 83
5.9.3. Fuego, incendios 83
5.9.4. Contracción del hormigón 85
5.9.5. Fluencia del hormigón 85
5.9.6. Comportamiento para oscilaciones e impactos 85
5.9.7. Comportamiento sísmico 86
6. BASES PARA LA VERIFICACION DE LA SEGURIDAD 87
6.1. Conceptos básicos 87
6.1.1. Objeto 87
6.1.2. Solicitaciones 87
6.1.3. Límites de las posibilidades de uso, estados límites 88
6.2. Métodos de cálculo para garantizar la seguridad 88
6.2.1. El procedimiento antiguo sobre la base de tensiones admisibles 89
6.2.2. Procedimientos basados sobre los estados límites 89
6.2.3. Procedimiento basado en la teoría de la probabilidad 89
6.3. Magnitud de los 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 característicos en una sección 93
6.4.4. Influencia sobre los esfuerzos característicos de las relaciones de rigidez de los estados I y II en las estructuras estáticamente indeterminadas 94
6.4.5. Observaciones relativas a los procedimientos usuales de cálculo 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 característicos de las resistencias de los materiales y de los diagramas tensión-deformación 97
7.1.2.1. Valores característicos del hormigón 97
7.1.2.2. Valores característicos del acero para hormigón 100
7.1.3. Tipos de rotura, distribución de las deformaciones y magnitud del coeficiente de seguridad 100
7.1.3.1. Tipos de rotura 100
7.1.3.2. Repartición de las deformaciones específicas y magnitud del coeficiente de seguridad 101
7.1.4. Esfuerzos característicos en las secciones y condiciones de equilibrio 104
7.1.4.1. Esfuerzos característicos debidos a causas externas 104
7.1.4.2. Esfuerzos internos en la sección 105
7.1.4.3. Magnitud y ubicación de la resultante de compresión Db en el hormigón 107
7.1.4.4. Condiciones de equilibrio 110
7.2. Dimensionamiento de secciones con zona comprimida rectangular 112
7.2.1. Observaciones previas 112
7.2.2. Dimensionamiento para flexión con esfuerzo axil con grandes excentricidades (eje neutro ubicado muy arriba de la sección) 112
7.2.2.1. Ecuaciones para el cálculo numérico 112
7.2.2.2. Diagrama de dimensionamiento adimensional (según H. Rüsch) para secciones sin armadura comprimida 115
7.2.2.3. Utilización del diagrama de cálculo (según H. Rüsch) para secciones con armadura comprimida 118
7.2.2.4. Tablas de cálculo, con dimensiones, para secciones sin armadura comprimida 118
7.2.2.5. Empleo de las tablas con dimensiones para secciones con armadura comprimida 121
7.2.2.6. Deducción de un diagrama de cálculo adimensional para secciones sin armadura comprimida, solicitadas a flexión simple 124
7.2.2.7. Fórmulas empíricas para dimensionar secciones sin armadura comprimida en flexión simple normal 126
7.2.3. Cálculo para flexión con esfuerzo axil para excentricidades media y reducida (eje neutro muy bajo o que no corte a la sección) 127
7.2.3.1. Diagramas de cálculo según Mórsch-Pucher para armadura asimétrica (el eje neutro corta a la sección muy abajo de la misma) 127
7.2.3.2. Diagrama de cálculo para flexión con esfuerzo axil y armadura simétrica 133
7.2.3.3. Dimensionado para esfuerzo normal de tracción con pequeña excentricidad 136
7.2.4. Diagramas generales para el dimensionado de secciones rectangulares (diagramas de interacción) 137
7.3. Dimensionado de secciones para zona comprimida del hormigón no rectangular 139
7.3.1. Introducción 139
7.3.2. Ancho activo de las vigas-placa 139
7.3.2.1. Planteo del problema 139
7.3.2.2. Determinación del ancho activo 143
7.3.3. Dimensionamiento de las vigas-placa 145
7.3.3.1. División de los procedimientos de cálculo 145
7.3.3.2. Dimensionado sin aproximaciones 146
7.3.3.3. Procedimiento aproximado para secciones compactas con b/bo menor o igual a 5 148
7.3.3.4. Procedimiento aproximado para vigas-placa con alma delgada (b/bo mayor o igual a 5) 148
7.3.4. Dimensionado para zonas comprimidas del hormigón de forma arbitraria 151
7.3.4.1. Generalidades 151
7.3.4.2. Dirección y posición del eje neutro 152
7.3.4.3. Determinación de los esfuerzos característicos críticos Mu y Nu mediante el procedimiento gráfico de Mórsch 155
7.3.4.4. Verificación de la capacidad de carga suponiendo una distribución constante de las tensiones en la zona comprimida del hormigón 157
7.3.4.5. Dimensionado de secciones circulares 160
7.4. Cálculo de elementos comprimidos zunchados sin peligro de pandeo 161
7.5. Armadura mínima de tracción en la flexión 166
7.6. Dimensionado de secciones sin armadura 169
8. DIMENSIONADO PARA ESFUERZOS DE CORTE 171
8.1. Conceptos fundamentales para el dimensionado a los esfuerzos de resbalamiento 171
8.2. Tensiones principales en elementos portantes homogéneos (Estado I) 172
8.2.1. Determinación de las tensiones de resbalamiento para secciones homogéneas (Secciones de hormigón armado en el Estado I) 172
8.2.2. Determinación de las tensiones principales para secciones homogéneas 174
8.3. Esfuerzos y tensiones en almas fisuradas (Estado II) 176
8.3.1. Analogía clásica del reticulado según E. Mórsch 176
8.3.2. Cálculo de los esfuerzos y tensiones en las barras ideales de los reticulados de Mórsch 176
8.3.2.1. Reticulado clásico con barras fraccionadas Inclinadas de un ángulo arbitrario alfa 176
8.3.2.2. Reticulados clásicos con barras de alma traccionadas, inclinadas, de 45 grados o 90 grados 180
8.3.2.3. Influencia del nivel de aplicación de las cargas sobre los esfuerzos en un reticulado 180
8.3.3. Valor numérico de la tensión de resbalamiento to en el alma para el Estado II 182
8.4. Capacidad portante al corte del alma de las vigas 182
8.4.1. Tipos de rotura por corte 182
8.4.1.1. Rotura al corte por flexión 182
8.4.1.2. Rotura de corte por tracción 183
8.4.1.3. Rotura de las diagonales ideales comprimidas 183
8.4.1.4. Rotura en el anclaje 183
8.4.2. Factores que influyen en la capacidad portante al corte 184
8.4.2.1. Enumeración de las influencias 184
8.4.2.2. Posición y tipo de carga 186
8.4.2.3. Forma de aplicar la carga 188
8.4.2.4. Influencia de la armadura longitudinal 189
8.4.2.5. Influencia de la forma de la sección y de la cuantía de armadura 190
8.4.2.6. Influencia de la altura absoluta de la viga 194
8.4.3. Aplicación de la analogía del reticulado 194
8.5. Dimensionamiento al corte en el alma de las vigas 195
8.5.1. Fundamentos y conceptos 195
8.5.2. Dimensionado de la armadura del alma para cobertura total al corte según Mórsch 196
8.5.3. Dimensionado de la armadura del alma para cobertura al corte disminuida 197
8.5.3.1. Conceptos básicos 197
8.5.3.2. Valor toD de reducción 199
8.5.3.3. Cuantía ns necesaria para la cobertura al corte 200
8.5.3.4. Armadura mínima al corte en el alma de vigas 200
8.5.3.5. Reducción adicional de la armadura de corte necesaria en el caso de cargas cercanas a los apoyos o vigas cortas 201
8.5.3.6. Límite superior de las tensiones de corte To para evitar la rotura de las diagonales ideales comprimidas 202
8.5.3.7. Valores límites de To para losas sin armadura de corte 203
8.5.4. Dimensionado según DIN 1045 204
8.5.4.1. Esfuerzo de corte determinante 204
8.5.4.2. Valor característico To 204
8.5.4.3. Zonas para los dimensionados al corte 204
8.6. Dimensionado al corte en casos especiales 206
8.6.1. Armaduras de unión de cordones 206
8.6.2. Vigas de hormigón armado de altura variable 209
8.6.3. Consideración de los esfuerzos axiles en el dimensionado al corte 212
8.6.3.1. Flexión compuesta cuando el eje neutro corta a la sección 212
8.6.3.2. Flexión y esfuerzo axil de compresión cuando el eje neutro no corta a la sección 213
8.6.3.3. Flexión con esfuerzo axil de tracción cuando el eje neutro es exterior a la sección 213
8.6.3.4. Influencia de los esfuerzos axiles en vigas de cordones pretensados 214
9. DIMENSIONADO A LA TORSION 215
9.1. Conceptos fundamentales 215
9.2. Tensiones principales en vigas homogéneas sujetas a torsión pura (Estado I) 216
9.2.1. Torsión de Saint Venant 216
9.2.2. Observaciones acerca de la torsión con alabeo restringido de la sección 220
9.3. Esfuerzos y tensiones en elementos estructurales de hormigón armado debidos a torsión pura (Estado II) 223
9.3.1. Analogía del reticulado en torsión pura 223
9.3.2. Esfuerzos y tensiones en reticulados espaciales tubulares 225
9.3.2.1. Reticulados espaciales tubulares con barras traccionadas a 45 grados 225
9.3.2.2. Reticulado espacial con barras longitudinales y estribos trasversales 226 9.3.3. Valor característico de la tensión tangencial de torsión para el Estado II 229
9.4. Comportamiento de estructuras de hormigón armado para torsión pura 232
9.4.1. Ensayos clásicos a la torsión de E. Mórsch efectuados en los años 1904 y 1921 232
9.4.2. Rotura a la tracción por torsión (agotamiento de la armadura) 232
9.4.3. Rotura a la compresión por torsión (aplastamiento de los puntales comprimidos del hormigón) 232
9.4.4. Roturas en las aristas 235
9.4.5. Rotura en los anclajes 235
9.5. Dimensionado de estructuras de hormigón armado sujetas a torsión pura 235
9.5.1. Planteo del dimensionado a torsión pura 235
9.5.1.1. Cuantías de armadura a la torsión y tensiones 235
9.5.1.2. Armadura mínima para torsión pura 236
9.5.1.3. Dimensionado de la armadura 236
9.5.1.4. Límite superior de la solicitación por torsión 238
9.5.2. Dimensionado según DIN 1045 para torsión pura 238
9.6. Dimensionado en el caso de torsión combinada con esfuerzos de corte y/o momentos flexores 238
9.6.1. Modelos de rotura y resultados experimentales 238
9.6.2. Cálculo simplificado en el caso de torsión combinada con otras solicitaciones 240
9.6.2.1. Armadura mínima 240
9.6.2.2. Dimensionado de las armaduras 240
9.6.2.3. Límite superior para (To mas Tt) 241
9.6.3. Dimensionado para torsión y corte según DIN 1045 241
10. DIMENSIONADO DE ELEMENTOS COMPRIMIDOS DE HORMIGON ARMADO 243
10.1. Sobre la estabilidad de los elementos comprimidos 243
10.1.1. Influencia de las deformaciones, teoría de II orden 243
10.1.2. Problemas relativos a la estabilidad y a tensiones 244
10.1.2.1. Capacidad portante para carga axil de compresión 244
10.1.2.2. Capacidad portante para compresión excéntrica 244
10.2. Capacidad portante de elementos esbeltos de hormigón armado comprimidos 245
10.2.1. Planteo del problema de los elementos esbeltos de hormigón armado comprimidos 245
10.2.2. Factores que influyen en la capacidad portante de elementos comprimidos de hormigón armado 247
10.2.2.1. Influencia de la distribución de momentos 248
10.2.2.2. Influencia de las calidades del hormigón y del acero 249
10.2.2.3. Influencia de la cuantía de armadura 249
10.2.2.4. Influencia de la deformación lenta para cargas de larga duración 249
10.3. Verificación de la capacidad portante según la teoría de II orden para elementos comprimidos esbeltos 251
10.3.1. Introducción 251
10.3.2. Reflexiones sobre el valor del coeficiente de seguridad 252
10.3.3. Deducción de las expresiones de la curvatura en secciones rectangulares de hormigón armado 253
10.3.4. Verificación de la capacidad portante según la teoría de II orden 260
10.4. Método de la barra sustituta y determinación de las correspondientes luces de pandeo 263
10.4.1. Método de la barra sustituta 263
10.4.2. Longitudes de pandeo para el método de la barra sustituta 264
10.4.2.1. Generalidades 264
10.4.2.2. Longitud de pandeo de columnas (pilares) en pórticos no desplazables 264
10.4.2.3. Longitud de pandeo de columnas (pilares) en pórticos con nudos desplazables 267
10.5. Verificación de la seguridad al pandeo según DIN 1045 y DIN 4224 271
10.5.1. Resumen del problema 271
10.5.2. Disposiciones fundamentales 272
10.5.3. Verificación simplificada de elementos comprimidos de reducida esbeltez (20 menor a lambda menor a 70) y sección constante 273
10.5.4. Verificación al pandeo simplificada para elementos comprimidos esbeltos (Lambda mayor a 70) 275
10.5.4.1. Conceptos fundamentales 275
10.5.4.2. Hipótesis para las relaciones entre M - N - x 275
10.5.4.3. Deformaciones supuestas de la barra y momentos correspondientes según la teoría de II orden 276
10.5.4.4. Nomogramas 278
10.5.4.5. Determinación simplificada de las deformaciones por contracción diferida vk 278
10.5.4.6. Ejemplo de cálculo 280
10.5.5. Recomendaciones sobre disposiciones constructivas 282
10.6. Verificación de la seguridad al pandeo en casos especiales 283
10.6.1. Seguridad al pandeo para el caso de esfuerzo de compresión con excentricidad en dos direcciones 283
10.6.1.1. Generalidades 283
10.6.1.2. Verificación simplificada de la seguridad al pandeo en flexión compuesta oblicua 283
10.6.2. Verificación de la estabilidad de sistemas aporticados 286
10.6.3. Verificación de la seguridad al pandeo en columnas zunchadas 287
10.7. Capacidad portante de elementos comprimidos de hormigón simple 287
10.7.1. Sobre el comportamiento bajo carga de elementos comprimidos de hormigón simple 287
10.7.2. Dimensionado de elementos comprimidos esbeltos de hormigón simple según DIN 1045 289
Bibliografía 291