tecnología de la construcción básica

TECNOLOGÍA DE LA
CONSTRUCCIÓN BÁSICA
Luis Ferre de Merlo
Título: Tecnología de la Construcción Básica
Autor: © Luis Ferre de Merlo.
I.S.B.N.: 84-8454-270-X
Depósito legal: A-1119-2003
Edita: Editorial Club Universitario Telf.: 96 567 38 45
C/. Cottolengo, 25 - San Vicente (Alicante)
www.ecu.fm
Printed in Spain
Imprime: Imprenta Gamma Telf.: 965 67 19 87
C/. Cottolengo, 25 - San Vicente (Alicante)
www.gamma.fm
[email protected]
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse
o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia,
grabación magnética o cualquier almacenamiento de información o sistema de
reproducción, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.
INDICE:
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INTRODUCCION
METODOLOGIA
TEMAS
Capítulo I. Mecánica de los elementos
1. Estados Tensionales .................................................................................... 11
2. Variaciones Dimensionales........................................................................... 23
3. Fuerzas aplicadas......................................................................................... 31
4. Sistemas constructivos ................................................................................. 39
Capítulo II. Estructuras de Edificación
5. Obras de Fábrica .......................................................................................... 47
6. Madera y Acero ............................................................................................ 67
7. Hormigón y Mixtas ........................................................................................ 83
8. Forjados........................................................................................................ 95
9. Soleras y Cimentaciones ............................................................................ 107
Capítulo III. Terreno de cimentación
10. Composición del Terreno.......................................................................... 119
11. Cargas y Presiones................................................................................... 125
12. Movimiento de tierras................................................................................ 135
Capítulo IV. Cerramientos y Acabados
13.Higrotermia y Acústica............................................................................... 143
14.Muros de fachada ...................................................................................... 159
15.Cubiertas ................................................................................................... 165
16. Instalaciones............................................................................................. 175
17.Revestimientos .......................................................................................... 185
18.Terminaciones ........................................................................................... 193
Capítulo V. Industria de la Construcción
19.Proceso de Industrialización ...................................................................... 201
20.Construcción Bioclimática.......................................................................... 207
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Tecnología de la construcción básica
INTRODUCCIÓN
INTENCIONES
Este libro intenta ser el primer eslabón en el encuentro del alumno que viene
del bachillerato a la universidad, y que quiere cursar una carrera técnica en la que
aparece la disciplina de la construcción.
La construcción es un conjunto de oficios, con su lenguaje propio, sus
procedimientos y su organización, que necesita de un aprendizaje, como todos los
oficios, a través de conocimientos teóricos y sobre todo de realizaciones prácticas.
Construir, es producir un objeto acabado y dispuesto para ser utilizado. En el
proceso constructivo habrán intervenido diferentes oficios que han sido coordinados
para obtener el producto final; es un proceso complejo pero unitario, y como tal se
debe entender, aunque su enseñanza va por otro lado.
Por una parte, se aprende cómo se comporta el terreno; por otra, cómo se
construyen las estructuras; por otra, qué materiales se deben utilizar; por otra, qué
clase de instalaciones son las más adecuadas; y, finalmente, cómo hacerlo bien con
el mínimo coste posible..., y en este proceso, se pierde la idea de unidad.
Este libro pretende que esta idea no se pierda, ya desde el principio.
CONTENIDOS
El contenido de este libro es una selección y puesta en órden de la tremenda
cantidad de información que existe sobre la materia, para que el alumno se
encuentre cómodo en el aprendizaje, y que, de esta manera inicie, con gusto, su
formación en la disciplina de la construcción.
El libro está estructurado en cinco capítulos que contienen veinte temás en total
y cuya materia se corresponde con los conocimientos imprescindibles para
introducir al lector en la construcción elemental y su terminología. No trataremos de
construcción histórica ni de construcción del futuro; ni siquiera de construcción
singular; vamos a tratar de la construcción habitual que utiliza materiales, elementos
y técnicas que todo el que se inicia en la construcción debe conocer, así como de
las normás aplicables en cada uno de los casos.
Se trata, pues, de una selección y puesta en orden de información dispersa, de
nivel básico, que una vez estructurada en capítulos y temás sirva para la formación
del lector. Hemos utilizado el mismo criterio para la inserción de los dibujos que
hemos considerado más adecuados para la comprensión de los conceptos que
explicamos y que ha sido expresado por otros autores con la claridad y
entendimientos.
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Introducción
Todas las referencias a imágenes seleccionadas estas debidamente citadas en
sus títulos y en sus autores en las páginas finales, mientras la bibliografía y la
normativa aplicable, figura en cada uno de los temás
Finalmente proporcionar a los lectores mi dirección de correo electrónico para
cualquier sugerencia constructiva que deseen hacer: [email protected] de la
Universidad de Alicante.
COLABORACIONES
Dibujaron las ilustraciones Susana Rosique y Sergio Muñoz.
DEDICATORIA
A la memoria de mi padre.
Otoño de 2003.
EL AUTOR
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Tecnología de la construcción básica
METODOLOGÍA
Estamos convencidos de que en el aprendizaje de la construcción es preciso
una metodología adecuada a las dificultades de una disciplina dirigida a los
alumnos que nunca han oído hablar de este complejo oficio.
Utilizaremos:
-Un lenguaje sencillo y directo sin perder su carácter científico
-Secuencia lógica y natural en el acercamiento al proceso edificatorio
-Aprendizaje de las técnicas habituales del momento, sin entrar en procedimientos
históricos ni futuros
Dadas las dificultades para realizar visitas a obras en construcción, planteamos
al final de cada capítulo, ilustración tendente a conectar los diferentes temás que lo
integran, en su aspecto práctico.
Nuestro mayor empeño ha sido el método. Sabemos que hay más que sobrada
información en textos y en soporte informático en circulación como para pretender
plantear cuestiones conceptuales originales. Sólo hemos querido marcar un camino
que sea de utilidad haciendo una selección y una ordenación de los contenidos.
Método de los Temas
I. Mecánica de los Elementos
II. Estructuras de Edificación
III. Terreno de Cimentación
IV. Cerramientos y Acabados
V. Industria de la Construcción
I. Mecánica de los Elementos
Comportamiento mecánico de las barras, que en su materialidad constituyen la
mayor parte de los elemento constructivos, que colocados unos junto a otros y
sometidos a diferentes solicitaciones, se comportan de distinta manera por su
particular naturaleza material, variando sus dimensiones que al no ser compatibles
las de unos y otros, producen determinados efectos que es preciso controlar.
Al mismo tiempo necesitan estar en equilibrio y ser estables frente a las acciones
exteriores que soportan debido a su capacidad resistente. Estas acciones son
cargas actuantes que adoptan las formas de los diferentes elementos constructivos
y que es preciso canalizar adecuadamente.
Los otros elementos que no son barras, son arcos y placas, que completan la
totalidad de los elementos constructivos y son estudiados en su conjunto con la
misma óptica que las barras, haciendo así un primer acercamiento físico al aspecto
material de las formas constructivas.
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Metodología
II. Estructuras de Edificación
Agrupar en cinco capítulos los diferentes tipos de estructuras diferenciadas por las
determinadas características mecánicas de cada una de ellas. Desde las que
trabajan sólo a compresión, las que trabajan bien a tracción y las que lo hacen muy
bien a flexión, siguiendo el método iniciado en el capítulo anterior, es decir,
empezando por las estructuras puntuales, y siguiendo por las lineales y las
superficiales.
Los entramados formados por barras, y nudos se estudian a parte, mientras las
placas que apoyan sobre ellas o sobre el terreno completan el capítulo, que
concluye con el estudio de los sistemas que transmiten todas esas cargas al
terreno, las cimentaciones. Estas son contempladas también como estructuras que
estarán en contacto con el terreno, pero que lo interesante ahora es saber cómo se
construyen y por qué, sin considerar la interacción con aquél.
III. Terreno de Cimentación
En este capítulo nos encontramos de lleno con el terreno como elemento integrante
de la construcción estudiando los grandes grupos en los que se divide, y la reacción
del terreno ante la recepción de las cargas que vamos a enviarle, como resultado
de haber diseñado la estructura más adecuada para enviarlas con éxito.
La forma en que se propagan las cargas que enviamos al terreno y la necesidad de
hacer estudios del mismo debido el desconocimiento que tenemos de su
composición, dirige los pasos a buscar la seguridad y durabilidad de las estructuras
que hemos estudiado en el capítulo anterior.
Termina con las posibilidades que tiene el terreno de ser transformado en su forma
inicial para adaptarlo a las necesidades que determine el proyecto, teniendo en
cuenta su comportamiento cuando se le interviene y las consecuencias de esa
intervención en las construcciones que sobre él descansen.
IV. Cerramientos y Acabados
Habiendo diseñado una estructura y emplazándola sobre un terreno adecuado
hemos conseguido reunir las condiciones necesarias para desarrollar en ella todo
tipo de condiciones de uso y habitación en función de las necesidades impuestas en
el programa previo.
El primer paso es conocer la influencia de la humedad, la temperatura y de los
sonidos en los elementos de cierre que vamos a diseñar para el edificio, para que
cumplan determinados requisitos fijados en las Normás. El paso siguiente es el
conocimiento básico del comportamiento de los muros, de las cubiertas, de las
instalaciones, de las terminaciones y de los acabados.
Si conocemos las prestaciones básicas de todos y cada uno de estos sistemas,
estaremos en condiciones de afrontar el estudio especializado de ellos en etapas de
mayor profundización.
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Tecnología de la construcción básica
V. Industria de la Construcción
Una vez obtenido el producto final por los métodos tradicionales, nos debemos
plantear si la tecnología seguida y los materiales empleados responden a las
necesidades de una nueva civilización como la que estamos inmersos, sin ser
conscientes de ello.
Si bien por una parte la industria nos ofrece alternativas a casi todas las técnicas
utilizadas hasta ahora, el verdadero progreso, nos pone de manifiesto por una parte
que los elementos construidos en la industria y trasladados a obra ofrecen más
fiabilidad que los producidos artesanalmente en ella, con la consiguiente
transformación del personal no cualificado; pero por otra se introducen materiales
que ejercen una influencia negativa para la salud de las personas.
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Tecnología de la construcción básica
Capítulo I. Mecánica de los Elementos
Tema 1. Estados Tensionales
1. Conceptos básicos
1.1. Piezas estructurales
1.2. Sustentaciones
1.3. Cargas y reacciones
1.4. Equilibrio
2. Fuerzas y solicitaciones
2.1. Tracción y Compresión
2.2. Cortadura
2.3. Torsión
2.4. Flexión simple y compuesta
2.5. Pandeo
3. Referencias e Ilustraciones
Bibliografía
ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS.
Salvadori, M. y Heller, R.CP67 Editorial. Buenos Aires,1987
Normativa
INSTRUCCIÓN EHE. Ministerio de Fomento. Madrid, 1998.
1. Conceptos básicos
1.1.Piezas estructurales
Llamaremos pieza prismática a todo elemento resistente formado por una línea
llamada directriz o eje de la pieza, sobre la que se desplaza una generatriz o
superficie plana normal y con centro en ella, llamada sección.
La pieza prismática se denomina barra si su directriz es recta y arco si su
directriz es una curva plana.
Por placa rectangular entendemos todo elemento resistente paralelepipédico
con un desarrollo superficial muy importante en relación con su espesor.
1.2.Sustentaciones
Cada pieza prismática se une por uno o los dos extremos al terreno de
cimentación o a otras piezas mediante sustentaciones que coaccionan los grados
de libertad al movimiento que tiene la pieza, en diferentes grados:
ƒ Apoyo:
Es la sustentación que menos grados de libertad quita a la pieza. Puede ser fijo o
con desplazamiento en su plano.
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 1. Estados Tensionales
ƒ Articulación:
Es la sustentación que sujeta la pieza y la deja moverse en su plano, pero le impide
que se separe de ella.
ƒ Empotramiento:
Es la sustentación que sujetando la pieza, le impide cualquier tipo de movimiento.
1.3.Cargas y reacciones
ƒ Cargas
En cada sección de la directriz de la pieza prismática, actúa un sistema de
fuerzas exteriores (fuerzas y momentos). Las componentes de la fuerza y del
momento sobre los ejes coordenados son funciones continuas (carga repartida) o
discontinuas (cargas aisladas).
ƒ Reacciones
Una sustentación produce su reacción sobre la pieza, con componentes de
fuerza en la dirección de toda traslación que suprima, y con componentes de
momento, en el plano de todo giro que suprima.
Las reacciones de cada tipo de sustentación, son las siguientes:
Apoyo, fuerza con una componente
Articulación, fuerza con dos componentes
Empotramiento, fuerza con dos componentes y momento
1.4.Equilibrio
En construcción, todo elemento debe estar en equilibrio estable, lo que quiere
decir que el sistema de fuerzas actuante no alcanza valores críticos; el equilibrio
será indiferente cuando se alcanzan estos valores; y el equilibrio será inestable
cuando estos valores sean superados.
Los estados de equilibrio inestable e indiferente no son admisibles en las
construcciones por la imposibilidad de materializar la durabilidad de la misma en el
primero; y por el riesgo que entraña una situación continuada en el tiempo, como la
segunda.
2.Fuerzas y solicitaciones
Distinguiremos entre:
-Sistemas de Fuerzas, que son las fuerzas exteriores y los momentos
-Solicitación en una sección de la pieza, que es el sistema de fuerzas exteriores que
actúa desde el extremo hasta la sección, referido al centro de ella.
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Tecnología de la construcción básica
2.1.Tracción y Compresión
• Tracción
Una pieza prismática puede estar sometida a una fuerza en la dirección de su
eje o esfuerzo axial que la estire o la acorte según el sentido en que se produzca. Si
la estira, diremos que está solicitada a tracción; si la comprime diremos que está
solicitada a compresión.
Es el estado de tensión en el cual las partículas del material tienden a
separarse. El cable de una grúa que levanta una carga se deforma con tendencia a
estirarse, está trabajando a tracción.
El alargamiento no es la única deformación que acompaña a la tracción, pues
si medimos el cable después de aplicar la carga nos damos cuenta de que ha
disminuido el diámetro.
• Compresión
Es el estado de tensión en el cual las partículas del material se aprietan entre
sí. Una columna sobre la cual apoya un peso se encuentra sometida a compresión:
su altura disminuye por efecto de la carga. El acortamiento es típico de la
compresión.
Las deformaciones provocadas por compresión son de sentido contrario a las
producidas por tracción: hay un acortamiento en la dirección de la carga y un
ensanchamiento perpendicular a esa dirección.
Los elementos estructurales sometidos a compresión simple son muy
comunes, pues, en última instancia, todas las cargas deben transferirse al terreno.
Los materiales incapaces de resistir tracción son a menudo resistentes a la
compresión: la piedra, el hormigón, etc.y pueden desarrollar tensiones de
compresión muy elevadas.
2.2.Cortadura
Es la solicitación en el cual dos planos próximos de la sección transversal de la
pieza, se deslizan con movimiento relativo entre uno y otro; diremos que esta
sección está sometida a esfuerzo cortante.
El corte introduce deformaciones capaces de cambiar la forma de un elemento
rectangular, convirtiéndolo en un paralelogramo inclinado. La distorsión se mide por
el ángulo de inclinación del rectángulo deformado y no por una variación de longitud
como sucede en el caso de la tracción o la compresión.
Para que haya equilibrio, deben actuar sobre los lados horizontales del
rectángulo dos fuerzas de igual magnitud y de sentidos contrarios. Estas fuerzas
horizontales necesarias para mantener el equilibrio producen una tendencia al corte
en planos horizontales. La existencia de fuerzas horizontales de corte puede
deducirse también analizando la deformación del elemento rectangular.
La inclinación del elemento produce un alargamiento en una de sus diagonales
y un acortamiento en la otra. Como el alargamiento acompaña siempre a la tracción
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 1. Estados Tensionales
y el acortamiento a la compresión, la misma deformación podría obtenerse
comprimiendo el elemento en el plano de la diagonal corta y sometiéndolo a
tracción en el de la diagonal larga. Así pues, el corte puede considerarse como una
combinación de tracción y compresión.
2.3.Torsión
En un elemento estructural se produce cada vez que las cargas aplicadas
tienden a torcerlo. La tendencia al deslizamiento, característica del corte, se
encuentra en elementos estructurales torsionados por acción de las cargas
aplicadas.
Consideremos una barra de sección circular sobre cuya superficie se ha
dibujado un cuadriculado de circunferencias y rectas. Si se torsiona esta barra de
modo que una sección extrema gire respecto de la otra, los cuadrados dibujados
sobre su superficie se transforman en cuadriláteros inclinados.
Como el mismo tipo de deformación puede deberse sólo al mismo tipo de
esfuerzo, la torsión debe producir distorsiones y, por lo tanto, tensiones de corte en
la sección de la barra; para mantener el equilibrio debe producir también tensiones
de corte en los planos perpendiculares a la sección. Este estado de tensión, aunque
de corte puro, se denomina torsión.
Como la torsión desarrolla tensiones por corte, debe ser equivalente a tracción
y compresión perpendiculares entre sí. Al retorcer un trapo mojado para expulsar el
agua que contiene, se comprueba que la compresión inducida por la torsión,
expulsa el agua del trapo.
2.4.Flexión simple y compuesta
ƒ Flexión simple
Se denomina flexión la combinación de la tracción y la compresión en distintas
fibras del mismo elemento estructural. La flexión puede considerarse como un
mecanismo estructural capaz de canalizar cargas verticales en dirección horizontal
o, dicho en forma más general, en dirección perpendicular a las cargas. En la
sección de la pieza, la solicitación tiene dos componentes: esfuerzo cortante y
momento flector.
En vista de la resistencia a la compresión de la mayor parte de los materiales
usados en estructuras, es relativamente fácil canalizar las cargas verticalmente
hacia la tierra. El problema fundamental consiste, en cambio, en transferir cargas
verticales horizontalmente, con el fin de salvar la distancia entre apoyos verticales.
La flexión es entonces, como se ve, factor de importancia primordial como
mecanismo estructural.
Un buen material para flexión debe tener resistencias prácticamente iguales a
la tracción y a la compresión. Esto explica el predominio de la madera entre los
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Tecnología de la construcción básica
materiales estructuralmente naturales, y el papel del acero, sin rival en las
estructuras modernas.
El hormigón armado es el único material con propiedades de flexión
comparables a las del acero. En este material de factura humana, la resistencia a la
compresión del hormigón se usa en las fibras comprimidas del elemento y la
resistencia a la tracción del acero, en las fibras sometidas a tracción.
ƒ Flexión compuesta
En la sección de la pieza, la solicitación tiene las componentes de la flexión simple,
y además un esfuerzo de compresión en la dirección longitudinal que puede se axial
o no.
2.5. Pandeo
Cuando en una barra esbelta actúa un esfuerzo axial de compresión, cualquier
imperfección en el centrado del esfuerzo o en la rectitud de la directriz de la barra
da lugar a una excentricidad que produce flexión compuesta, cuya magnitud viene
aumentada considerablemente por la deformación que se produce, y la carga que
produce la rotura de la barra es menor, por tanto, que la que correspondería a la
solicitación de compresión simple.
Cuando la carga de compresión aumenta lentamente, llega a un valor en el
cual el elemento esbelto, en lugar de limitarse a acortar su longitud, ”pandea” y por
lo común se rompe. Este valor peligroso se denomina carga de pandeo del
elemento. Se convierte en un factor básico del diseño cuando la resistencia de los
materiales a la compresión es suficientemente elevada para permitir el uso de
secciones pequeñas y, por tanto, de elementos estructurales delgados.
Cuando la carga alcanza su valor de pandeo, resulta a la columna más fácil bajar el
punto de aplicación de la carga curvándose, que no
acortándose. La carga límite por compresión que provoca el pandeo se denomina
carga de pandeo.
Suponiendo que pudiera conseguirse un centrado absoluto del esfuerzo, en
una barra de directriz completamente rectilínea, el equilibrio de fuerzas en la barra
es estable, si la carga no sobrepasa un valor crítico: la carga de pandeo. Cuando se
alcanza este valor, el equilibrio es indiferente y cualquier incremento lo convierte en
inestable. La carga que produce la rotura de la barra cuando existe una
excentricidad, es siempre menor que la carga de pandeo.
La carga de pandeo está directamente relacionada con la esbeltez de la pieza.
Si llamamos N a la carga de pandeo y e a la esbeltez, para relacionar la influencia
de la sustentación y la carga de pandeo, aplicando la fórmula de Euler, se deduce
que:
N = es inversamente proporcional al cuadrado de la esbeltez
e = es directamente proporcional a la longitud de la barra, y
según el tipo de sustentación se afecta con un coeficiente:
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 1. Estados Tensionales
Para la misma longitud, sección y material:
Si la barra está doblemente articulada, coef = 1
Si la barra está empotrada y libre, coef = 2
3.Referencias e Ilustraciones
El tema que desarrollamos contiene referencias textuales y gráficas de la
normativa citada, y de los siguientes libros:
-FORMULARIO PARA PROYECTO DE ESTRUCTURAS
Javier Lahuerta. E.T.S de Arquitectura de Madrid, 1966
-RESISTENCIA DE MATERIALES
A. García de Arangoa. E.T.S. de Arquitectura de Madrid, 1967
-ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS.
Salvadori, M. y Heller, R.CP67 Editorial. Buenos Aires,1987
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
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Tema 1. Estados Tensionales
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Tema 1. Estados Tensionales
Tecnología de la construcción básica
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
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Tema 1. Estados Tensionales
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Capítulo I. Mecánica de los Elementos
Tema 2. Variaciones Dimensionales
1. Deformaciones
1.1.Estado de los materiales
1.2.Tensión y deformación
2. Tipos de movimientos
2.1. Mecánicos
2.2. Térmicos
2.3. Higrométricos
3.Medidas a adoptar
3.1. Sistema de sustentación
3.2. Juntas estructurales
4.Referencias e Ilustraciones
Bibliografía:
-COMO FUNCIONA UN EDIFICIO. Principios elementales
Edward Allen. Editorial Gustavo Gili, S.A. Barcelona. 1982
Normativa:
INSTRUCCIÓN EHE Ministerio de Fomento. Madrid, 1998
1.Comportamiento mecánico
1.1.Estado de los materiales
Se dice que un material cuya deformación cesa rápidamente con la
desaparición de las cargas, se comporta de manera elástica. Los materiales que
presentan deformaciones permanentes una vez desaparecidas las cargas, se
comportan de forma plástica. Si en esta etapa plástica continúa actuando la carga,
el material se encuentra en estado de fluencia. Esta etapa, en la que las partículas
del material se separan definitivamente, conduce finalmente a la rotura en la que se
hace inservible.
1.2.Tensión y deformación
Hay dificultades matemáticas en la descripción y manejo de la tensión, pero un
primer y fundamental problema físico es que la tensión no se puede medir. Lo que
sí se puede medir es la deformación: con aparatos suficientemente sensibles se
puede determinar el alargamiento de la muestra para un cierto valor de la carga
aplicada.
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 2. Variaciones Dimensionales
La deformación, es un mecanismo de respuesta de los materiales frente a las
acciones mecánicas. Ningún material por muy resistente que sea, será capaz de
soportar acción mecánica alguna sin deformarse.
2.Tipos de movimientos
2.1. Mecánicos
Las cargas que actúan sobre los elementos constructivos provocan unas
deformaciones que no deben aumentar de forma indefinida y que además, deben
desaparecer una vez terminada la acción de las cargas.
Se llama isotrópico aquel material cuya resistencia no depende de la dirección en
la cual se aplican las cargas.
La deformación se define como el alargamiento por unidad de longitud de la
muestra y, por tanto, es adimensional; es decir una deformación de 1/1000 implica
que una barra de 1 m. de longitud se ha alargado 1 mm.
Para una deformación elástica recuperable, la Ley de Hooke afirma que la tensión
es proporcional a la deformación; para un cierto material esta constante de
proporcionalidad, el Módulo de Young, puede determinarse experimentalmente. Así
si se mide un valor de la deformación, se puede deducir el valor correspondiente de
la tensión multiplicando simplemente por el Módulo de Young.
Deformación ε = ∆l/l
Módulo de elasticidad (Módulo de Young), es una constante específica de cada
material dentro de su comportamiento elástico, el cual establece la relación entre
una carga y la deformación causada por ella. Indica la rigidez de un material, su
oposición al cambio de forma al actuar una carga.
Ley de Hooke: σ = ε x E ,sabiendo que ε = ∆l/l
Siendo σ la tensión que soporta la barra; ε la deformación unitaria de la misma;
E el módulo de Young; y ∆l/l el cociente entre la deformación y la longitud de la
barra.
Deducciones que podemos extraer de la ley de Hooke:
a) Si el módulo de elasticidad es constante, la tensión es inversamente
proporcional a la longitud de la barra.
b) Si la tensión es constante, la deformación es inversamente proporcional al
módulo de elasticidad de la barra.
c) Si la deformación unitaria es constante, la tensión es directamente proporcional
al módulo de elasticidad de la barra.
2.2.Térmicos
Todas las estructuras están expuestas a cambios de temperatura, y varían de
forma y dimensiones durante el ciclo de temperaturas diurnas-nocturnas, como
también durante el ciclo más prolongado de verano-invierno. Esta variación de
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Tecnología de la construcción básica
tamaño es proporcional a su longitud, a la importancia del cambio de temperatura y
al módulo de dilatación térmica.
Los efectos de la variación de dimensiones debida a la dilatación y contracción
térmica equivalen a menudo a grandes cargas, las cuales pueden resultar muy
peligrosas por ser invisibles.
Toda estructura es sensible a los cambios de temperatura si debido a su forma,
a las condiciones de apoyo y a los materiales, tiende a restringir los cambios de
dimensiones debidos a la temperatura. Por otra parte el comportamiento
satisfactorio bajo la acción de las cargas exige que la
estructura sea rígida. Por consiguiente los requerimientos de rigidez y los
planteados por las cargas térmicas son contradictorios.
Cuando una estructura ha de resistir cargas pesadas y pequeños cambios de
temperatura, puede ser rígida. Toda vez que deban resistir grandes
cambios de temperatura y cargas relativamente pequeñas, debe ser flexible a fin de
absorber tales cambios. La estructura resiste con éxito esta condición de carga
cediendo a ella en lugar de combatirla.
El módulo de dilatación térmica (α), determina la capacidad de reacción
característica de ese material, a las variaciones de temperatura: ε = α∆tº.
2.3. Higrométricos
Por lo general, todos los materiales acusan variaciones reversibles de sus
dimensiones si se varía su contenido de agua. El contenido de agua de los
materiales de construcción es, en general, elevado y cambiante e implica
variaciones de sus dimensiones.
Sobre algunos materiales, el agua ejerce una acción química, con
modificaciones en parte irreversibles de la estructura cristalina de la materia. Estas
variaciones son a menudo difíciles de distinguir de las debidas a los efectos de
temperatura y que ponen en juego fenómenos de evolución, en general, muy lenta.
Tienen su origen en los procesos de fabricación, de extracción, de puesta en
obra o variaciones ambientales. Se distinguen dos movimientos: irreversible y
reversibles.
-Irreversibles, los que son consecuencia del proceso de fabricación:
Compuestos de cemento, empiezan su vida húmedos y se endurecen al secarse
(morteros y hormigones hasta 1mm/m). Productos cerámicos, terminan su proceso
de fabricación completamente secos y aumentan de volumen al incrementar su
grado de humedad en la puesta en obra o como consecuencia de valores
ambientales (hasta 1mm/m). Yesos, aumentan de volumen al hidratarse con
incremento de 1,5 a 3,5mm/m y en la retracción disminuyen de 0,2 a 1,5mm/m.
-Reversibles, son movimientos a los que el material está sujeto durante toda su
vida como consecuencia de sucesivos procesos de humectación o secado,
producidos por las variaciones meteorológicas o ambientales: Hormigones, no hay
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 2. Variaciones Dimensionales
orientaciones precisas (0,5mm/m). Cerámicas, muy estables en gres pero mucho
menos en ladrillos comunes (0,5mm/m). Yesos, sujetos a peligrosos movimientos
higrotérmicos con grandes variaciones dimensionales (1,5 a 2mm/m). Madera, muy
sensible a cambios de humedad (0,5mm/m y por grado de humedad con diferencias
del 10%Hr).
3.Medidas a adoptar
3.1.Sistema de sustentación
Para evitar que se produzcan variaciones en las dimensiones de los elementos
constructivos, tomaremos las medidas adecuadas en cada caso. Las estructuras
resisten con éxito las variaciones dimensionales
rigidizándose en algunos casos o flexibilizándose en la mayoría de las veces,
cediendo ante las cargas en lugar de combatirlas.
En las estructuras distiguimos entre el sistema de sustentación y las juntas
entre elementos. Existen numerosos ejemplos como las juntas de dilatación entre
edificios, las juntas de retracción, las de dilatación en falsos techos, pavimentos,
paredes, las juntas entre diferentes materiales, el tratamiento de la madera, y la
flexión de los elementos estructurales.
3.2.Juntas estructurales:
a) hormigón armado cada 30 m; normales contra temperatura al enrase de
cimientos; especiales contra asientos hasta la base de cimientos. Espesor 1cm/10m
de longitud del bloque
b) metálicas cada 40 m; se formarán dobles pilares como medida correcta. En
caso de imposibilidad de duplicar los pilares se apoyará sobre una de las vigas o
sobre apoyos deslizantes en ele colocando debajo una capa de plomo o de
neopreno
c) muros de fábrica; para evitar la fisuración producida por la retracción de los
morteros y por variaciones higrotérmicas, en muros de excesiva longitud, se dividirá
ésta disponiendo juntas de dilatación que estarán entre 30m y 40m para fábricas
con morteros de altas resistencias, y entre 40m y 50m para fábricas con morteros
de bajas resistencias, según sea el clima continental o marítimo respectivamente.
Los morteros monocapa tienen una retracción de 1,5mm por metro (0,15%)
d) paneles de hormigón; cada panel se sustentará al menos, en sus dos lados
horizontales por elementos capaces de resistir el peso del panel y los esfuerzos del
viento transmitidos por éste. La unión entre paneles se hará mediante junta vertical
de dilatación, las cuales se dispondrán en todas las juntas verticales de unión entre
paneles, de manera que la longitud en el sentido horizontal no exceda de 5m para
ningún panel.
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Tecnología de la construcción básica
4.Referencias e Ilustraciones
El tema que desarrollamos tiene referencias textuales y gráficas de la
normativa citada, y de los siguientes libros:
-COMO FUNCIONA UN EDIFICIO. Principios elementales
Edward Allen. Editorial Gustavo Gili, S.A. Barcelona. 1982
-LA CIENCIA DE LAS ESTRUCTURAS
Jacques Heyman. Instituto Juan de Herrera. Madrid, 2001
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
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Tema 2. Variaciones Dimensionales
Tecnología de la construcción básica
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Tecnología de la construcción básica
Capítulo I. Mecánica de los Elementos
Tema 3. Fuerzas Aplicadas
1.Unidades habituales
1.1. Fuerzas y momentos
1.2. Tensiones
1.3. Pesos específicos
1.4. Sistemas
2.Acciones sobre los edificios
2.1. Equilibrio y estabilidad
2.2. Clasificación
2.3. Tipos
3.Tipología de cargas
3.1. Puntuales
3.2. Lineales
3.3. Superficiales
4.Aplicación práctica
4.1. Acciones a considerar
4.2. Distribución de cargas
5.Referencias e Ilustraciones
Bibliografía:
ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS.
Salvadori, M. y Heller, R.CP67 Editorial. Buenos Aires,1987
Normativa:
NBE-AE 88. Acciones en la Edificación
INSTRUCCIÓN EHE. Ministerio de Fomento. Madrid, 1998.
NTE-ECG. Estructuras: cargas gravitatorias 1988
NTE-ECR. Estructuras: cargas por retracción 1988
NTE-ECT. Estructuras: cargas térmicas 1988
NTE-ECT. Estructuras: cargas de viento 1988
1.Unidades habituales
La acción de las fuerzas sobre una estructura producen deformaciones en la
misma. Estas deformaciones no se suelen apreciar a simple vista, pero las fuerzas
que las producen tienen valores que se pueden medir. La tensión o presión es una
magnitud física que se expresa como el cociente entre una fuerza y una superficie.
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 3. Fuerzas Aplicadas
El sistema de unidades adoptado en la Instrucción EHE corresponden a las del
Sistema Internacional de Unidades de Medidas, S.I. declarado de uso legal en
España.
1.1. Fuerzas y momentos
Para fuerzas: el kilonewton kN.
Para fuerzas por unidad de longitud: el kilonewton por cada metro lineal kN/m
Para momentos: el metro por kilonewton: mkN
1.2. Tensiones o presiones
Para fuerzas por unidad de superficie: el kilonewton por metro cuadrado kN/m2.
Para tensiones o presiones: N/mm2.
1.3. Pesos específicos
Para fuerzas por unidad de volumen o peso específico: el kilonewton por metro
cúbico kN/m3.
1.4. Sistemas
La correspondencia entre las unidades del Sistema Internacional S.I. y las del
sistema Metro-Kilopondio-Segundo es la siguiente:
Kilopondios (Kp) y Newtons (N), sabiendo que 1 Kp = 10 N aproximadamente, ya
que Kp = Kg .9,8 m/seg2 =10 N aproximadamente, que 1 N = 0,1 Kp y que 1 kN =
100 Kp
2.Acciones sobre los edificios
2.1. Equilibrio y estabilidad
Coacciones al movimiento de los elementos que intervienen en la construcción:
Apoyo: Se permite el desplazamiento en el plano de apoyo
Articulación: Se permite el giro
Empotramiento: No se permite ningún movimiento
Garantía de que no se mueve el edificio, aunque es inevitable y necesario
cierto grado de movimiento.
Equilibrio en una dirección, cuando a una fuerza aplicada en una dirección
dada se opone otra de igual magnitud y sentido contrario.
Las estructuras deben ser estables e indeformables para cumplir con las
condiciones que se espera de ellas. Serán estables cuando estén en equilibrio y
serán indeformables cuando las barras con las que están formadas, mantengan la
posición y la forma que se les dió al ser diseñadas. La indeformabilidad de una
estructura se consigue mediante la triangulación de la misma.
No confundir Resistencia con Rigidez. Hay casos de excesiva flexibilidad de los
materiales y entonces hay que calcular por deformación y no por resistencia.
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Tecnología de la construcción básica
2.2. Clasificación
Son las condiciones de carga a las que está sometido el edificio, las cuales
pueden modificarse de tiempo en tiempo, o bien cambiar rápidamente de un
instante a otro.
Las condiciones de carga las dictan los códigos de la edificación. Todas las
cargas son reemplazadas por los códigos en la carga equivalente que se obtiene
en base a pruebas estadísticas para tipos dados de edificios.
Las acciones se clasifican según su naturaleza, según la variación en el tiempo
y según la variación en el espacio.(Cap.3, art.9 EHE)
Por su Naturaleza, se dividen en acciones directas y acciones indirectas. Las
directas son el peso propio, la carga permanente y las sobrecargas. Las indirectas
son las producidas por variaciones de temperatura, las inducidas por la
cimentación, las reológicas inducidas por el tiempo y las sísmicas producidas por
los terremotos.
Por su Variación en el Tiempo, se dividen en acciones permanentes (G), que
son el peso propio de la estructura y los elementos fijos. Las acciones variables (Q)
que son las sobrecargas de uso y las originadas por el proceso
constructivo. Las acciones accidentales (A) que son las producidas por
impactos, explosiones y las acciones sísmicas.
Por su Variación en el Espacio, se dividen en acciones fijas como el peso
propio, acciones libres como las sobrecargas de uso.
2.3. Tipos
ƒ Acción Gravitatoria:
Es la producida por el peso de los elementos constructivos de los objetos que
puedan actuar por razón de uso, y de la nieve en cubiertas. Comprende tres grupos
de carga, a saber:
Peso Propio, directa, permanente y fija; es la carga debida al peso del
elementos resistente.
Carga permanente, directa; es la carga debida a los pesos de todos los
elementos constructivos, instalaciones fijas, etc., que soporta el elemento.
Sobrecargas, directas, variables y libres; es la carga cuya magnitud y/o posición
puede ser variable a lo largo del tiempo. La sobrecarga de uso, es la sobrecarga
debida al peso de todos los objetos que puedan gravitar por el uso, incluso durante
la ejecución. La sobrecarga de nieve es la debida al peso de la nieve sobre las
superficies de cubiertas. La tabiquería no se considera peso propio sino sobrecarga
variable cuando no se tenga la certeza de que va a ocupar el mismo lugar a lo largo
del tiempo.(Anexo A de EHE que modifica al art.2º de NBE-AE-88)
ƒ Otras acciones:
Viento, es la producida por las presiones y succiones que el viento origina sobre
las superficies.
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Capítulo I. Mecánica de los elementos
Tema 3. Fuerzas Aplicadas
Sísmica, es la producida por las aceleraciones de las sacudidas sísmicas. De
elle se trata en la Norma Sismorresistente; estas acciones son indirectas y
accidentales.
Térmica, es la producida por las deformaciones debidas a los cambios de
temperatura.
Reológica, es la producida por las deformaciones que experimentan los
materiales en el transcurso del tiempo por retracción, fluencia bajo cargas u otras
causas.
Acción del Terreno, es la producida por él y la inducidas por la cimentación; son
todas indirectas. Impacto y Explosión, que son accidentales.
3.Tipología de cargas
Según el tipo y la forma de distribución de las cargas, se dividen en puntuales,
lineales y superficiales. Así encontramos las cargas siguientes:
Puntuales, como las columnas sobre las cuales descansa el peso del edificio;
también se llaman pilares si no son de sección curva, y los pies derechos que son
elementos verticales de cualquier forma o tamaño.
Lineales, como los muros sobre los cuales queramos que descanse el edificio,
de longitud limitada al tamaño del recinto que queramos diseñar.
Superficiales, como los techos sobre los que queramos habitar o caminar; que
también tendrán las dimensiones que exija el diseño.
Los elementos puntuales serán capaces de recibir y transmitir cualquier tipo de
carga, sea puntual, lineal o superficial, convertida en carga puntual.
Los elementos lineales serán capaces de recibir y transmitir cualquier tipo de
carga, sea puntual, lineal o superficial, convertida en carga lineal.
Los elementos superficiales serán capaces de recibir y transmitir cualquier tipo
de carga, sea puntual, lineal o superficial, convertida en carga superficial.
4.Aplicación práctica
4.1. Acciones a considerar
Proponemos una serie de datos numéricos para hacer el cálculo de las cargas
que soportaría un edificio en altura compuesto de dos plantas de locales
comerciales, cuatro plantas de viviendas y una planta de azotea. Las acciones a
considerar son:
Peso propio de la estructura:
Pavimento con relleno de 5cm, peso específico
Sobrecarga de uso en locales comerciales:
Sobrecarga de uso en viviendas:
Sobrecarga de uso en azotea:
Sobrecarga de nieve:
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3,0
24,0
3,0
2,0
1,5
0,6
kN/m2
kN/m3
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
Tecnología de la construcción básica
Se trata de Acciones Gravitatorias, y tenemos dos grupos de acciones, a saber
Permanentes (G) y Variables (Q); las permanentes son el peso propio de la
estructura y la carga permanente del pavimento; las variables son las sobrecargas
de uso y de nieve.
Como la carga permanente del pavimento está determinada por su peso
específico y su espesor total, obtendremos el valor de su carga superficial así:
Carga permanente del pavimento: 24 kN/m3 x 0,05m = 1,2 kN/m2
4.2. Distribución de cargas
Carga por planta
ƒ Planta de azotea:
Peso propio de la estructura
Carga permanente del pavimento
Sobrecarga de uso
Sobrecarga de nieve
Total G+Q
3,0
1,2
1,0
0,6
5,8
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
ƒ Planta de viviendas
Peso propio de la estructura
Carga permanente del pavimento
Sobrecarga de uso
Total G+Q
3,0
1,2
2,0
6,2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
ƒ Planta de locales
Peso propio de la estructura
Carga permanente del pavimento
Sobrecarga de uso
Total G+Q
3,0
1,2
3,0
7,2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
5.Referencias e Ilustraciones
El tema que desarrollamos contiene referencias textuales y gráficas de la
normativa citada, y de los siguientes libros:
-ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS.
Salvadori, M. y Heller, R.CP67 Editorial. Buenos Aires,1987
-COMO FUNCIONA UN EDIFICIO. Principios elementales
Edward Allen. Editorial Gustavo Gili, S.A. Barcelona. 1982
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