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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.

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INDICE: • 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

Tecnología de la construcción básica

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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.

Introducción

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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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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.

Metodología

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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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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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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: Apoyo:

Es la sustentación que menos grados de libertad quita a la pieza. Puede ser fijo o con desplazamiento en su plano.

Capítulo I. Mecánica de los elementos Tema 1. Estados Tensionales

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Articulación: Es la sustentación que sujeta la pieza y la deja moverse en su plano, pero le impide que se separe de ella. Empotramiento:

Es la sustentación que sujetando la pieza, le impide cualquier tipo de movimiento. 1.3.Cargas y reacciones 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). 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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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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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 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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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. 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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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 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.

Capítulo I. Mecánica de los elementos Tema 2. Variaciones Dimensionales

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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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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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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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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 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.

Capítulo I. Mecánica de los elementos Tema 3. Fuerzas Aplicadas

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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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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

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)

Otras acciones: Viento, es la producida por las presiones y succiones que el viento origina sobre

las superficies.


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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: 3,0 kN/m2 Pavimento con relleno de 5cm, peso específico 24,0 kN/m3 Sobrecarga de uso en locales comerciales: 3,0 kN/m2 Sobrecarga de uso en viviendas: 2,0 kN/m2 Sobrecarga de uso en azotea: 1,5 kN/m2 Sobrecarga de nieve: 0,6 kN/m2


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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 Planta de azotea:

Peso propio de la estructura 3,0 kN/m2 Carga permanente del pavimento 1,2 kN/m2 Sobrecarga de uso 1,0 kN/m2 Sobrecarga de nieve 0,6 kN/m2 Total G+Q 5,8 kN/m2 Planta de viviendas

Peso propio de la estructura 3,0 kN/m2 Carga permanente del pavimento 1,2 kN/m2 Sobrecarga de uso 2,0 kN/m2 Total G+Q 6,2 kN/m2 Planta de locales

Peso propio de la estructura 3,0 kN/m2 Carga permanente del pavimento 1,2 kN/m2 Sobrecarga de uso 3,0 kN/m2 Total G+Q 7,2 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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TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN BÁSICA - Novedades · construyen las estructuras; por otra, qué...

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