Concreto Reforzado y sus Aspectos Fundamentales
Las estructuras de concreto
1.1 El diseño estructural
Una estructura puede concebirse como un sistema, es decir, como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una función dada. La función 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 contención, tanques o silos. La estructura debe cumplir la función a la que está destinada con un grado razonable de seguridad y de manera que tenga un comportamiento adecuado en las condiciones normales’de servicio. Además, deben satisfacerse otros requisitos, tales como mantener el costo dentro de límites económicos y satisfacer de terminadas exigencias estéticas.
El proceso de diseño de un sistema principia con la formulación de los objetivos que se pretenden alcanzar y de las restricciones que deben tenerse en cuenta. El proceso es cíclico; se parte de consideraciones generales, que se afinan en aproximaciones sucesivas, a medida que se acumula la información sobre el problema.
En el diseño de estructuras, una vez planteado el problema, supuestas ciertas acciones razonables y definidas las dimensiones generales, es necesario ensayar diversas estructuraciones para resolverlo.
El análisis estructural, es decir, la determinación de las fuerzas internas en los elementos de la estructura, implica un conocimiento de las acciones que actúan sobre la misma y de las dimensiones de dichos elementos. Estos datos son imprecisos cuando se inicia el diseño, ya que sólo se conocen
en forma aproximada las dimensiones que tendrán los elementos. Éstas influyen tanto en el valor del peso propio como en el comportamiento estructural del conjunto. En un proceso cíclico, el proyectista va ajustando los datos iniciales, a medida que afina el análisis. Solamente en la fase final de este proceso hace un cálculo numérico relativamente preciso
Según el enfoque de sistemas, en el diseño del sistema total debe tenerse en cuenta la interacción entre todos los subsistemas.
De esta manera, en el diseño del subsistema estructural deben considerarse no solamente los aspectos de eficiencia estructural, sino también la relación de la estructura con los demás subsistemas. Por ejemplo, puede ser necesario prever pasos para instalaciones que impliquen mayor consumo de materia les que el estrictamente necesario desde el punto de vista estructural.
1.2 Las estructuras de concreto
Las estructuras de concreto reforzado tienen ciertas características, derivadas de los procedimientos usados en su construcción, que las distinguen de las estructuras de otros materiales.
El concreto se fabrica en estado plástico, lo que obliga a utilizar moldes que lo sostengan mientras adquiere resistencia suficiente para que la estructura sea autosoportante.
Esta característica impone ciertas restricciones, pero al mismo tiempo aporta algunas ventajas. Una de éstas es su «moldeabilidad » , propiedad que brinda al proyectista gran libertad en la elección de formas. Gracias a ella, es posible construir estructuras, como los cascarones, que en otro material
serían muy difíciles de obtener.
Otra característica importante es la facilidad con que puede lograrse la continuidad en la estructura, con todas las ventajas que esto supone. Mientras que en estructuras metálicas el logro de continuidad en las conexiones entre los elementos implica serios problemas en el diseño y en la ejecución, en
las de concreto reforzado el monolitismo es consecuencia natural de las características de construcción.
1.3 Características acción – respuesta de elementos de concreto
1.3.1 Conceptos generales
Se ha dicho que el objeto del diseño consiste en determinar las dimensiones y características de los elementos de una estructura para que ésta cumpla cierta función con un grado de seguridad razonable, comportándose además satisfactoriamente una vez en condiciones de servicio. Debido a estos requisitos, es preciso conocer las relaciones que existen entre las características de los elementos de una estructura (dimensiones, refuerzos, etc.), las solicitaciones que debe soportar y los efectos que dichas solicitaciones producen en la estructura. En otras palabras, es necesario conocer las características acción respuesta de la estructura estudiada.
Puede expresarse como deformación, agrietamiento, durabilidad, vibración. Desde luego, la respuesta es función de las características de la estructura, o del elemento estructural considerado. Si se conocen las relaciones
ACCIÓN —->ELEMENTOS DE CIERTAS
CARACTERÍSTICAS —>RESPUESTA
para todas las combinaciones posibles de acciones y características de una estructura, se contará con una base racional para establecer un método de diseño. Éste tendrá por objeto determinar las características que deberá tener una estructura para que, al estar sometida a ciertas acciones, su comportamiento o respuesta sea aceptable desde los puntos de vista de seguridad frente a la falla y utilidad en condiciones de servicio.
1.3.2 Ilustración
Para fijar las ideas anteriores, éstas se aplicarán a un caso específico. Considérese el voladizo mostrado en la figura 1.2 sujeto a la acción de una carga vertical P, que varía desde un valor nulo hasta aquel que produce el colapso. La característica acción -respuesta más inmediata es la curva carga-deflexión presentada también en la figura. En términos de esta característica es posible definir cuatro etapas en el comportamiento del voladizo:
- Una etapa inicial elástica, en la que las cargas son proporcionales a las deformaciones. Es frecuente que bajo las condiciones permanentes de servicio (excluyendo las cargas de corta duración como viento o sismo), la estructura se encuentre en esta etapa. La carga de servicio se ha marcado en la figura como P, y la deformación correspondiente como 1.
- Una etapa intermedia en la que la relación carga – deformación ya no es lineal, pero en la que la carga va creciendo.
- Una etapa plástica, en la que se producen deformaciones relativamente grandes para incrementos pequeños o nulos de las cargas. La resistencia Pr se encuentra en esta etapa. Debido a la forma de la curva, es difícil establecer cuál es la deformación correspondiente a la resistencia.
- Una etapa inestable, caracterizada por una rama descendente hasta el colapso, donde a mayores deformaciones la carga disminuye.
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