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CAPITULO 8ESTRUCTURAS DE
CONCRETOPREF ABRICADO.
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IESTRUCTURAS DE CONCRETO PREFABRICADO.LI GENERALIDADES.
Por la creciente demanda de vivrenda de npo economico y otras edificaciones, que seanficiles y rapidas de contruir, se ha visto incrementada la construccion en concreto prefabricado
EI concreto prefabricado consiste en elementos de concreto, preesforzado 0 no, que sonfuodidosen un lugar distinto al de su ubicacion final.
Los prefabricados de concreto, dependiendo del uso especifico que se les vaya a dar,puedenser de tres tipos, siendo estos
Prefabricados con refuerzo simple sin preesfuerzo.Prefabricados con preesfuerzoPrefabricados postensados
Los prefabricados con refuerzo simple sin preesfuerzo, son elementos muy comunmenteusadosen construcciones como edificios, viviendas unifam iliares, cercos de cerramientos,& c h a d a s , etc
Los prefabricados con preesfuerzo 0 postensados, se usan en estructuras como puentes,lIurosde contencion, edificios de varios niveles, etc.
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8.2 ELEMENTOS.
8.2.1 COLUMNAS.
Existe una gran variedad de columnas, siendo la mas comun la de seccion transversalrectangular Su altura es generalmente de uno 0dos niveles
Si se utilizan columnas con altura de un myel, las vigas se apoyan en la parte superior de la smismas (figura 8.1 (a)). En el caso de columnas continuas de dos niveles se emplean rnensulasintegrales para proporcionar apoyo a vigas 0 losas (figura 8 1 (b))
. J . . - - - -.-r- - ~1L I,~:... __ I _
(a) (b)Figura 8 I
Columnas de concreto prefabrtcado14 0
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8.2.2 MUROS.
Hay Mucha diversidad de muros, dependiendo del requisito arquitectonico y del sistemaestructural del que forman parte Pueden ser solidos 0 con aberturas para puertas y ventanasE s t o s elementos se caracterizan por poseer una gran rigidez en su plano y por 1 0 tanto resistengrandesfuerzas laterales.
Dependiendo de la funcion que cumplan como elemento de un sistema estructural puedens e r
Muros de carga 0 portantes.
Son muros encargados de soportar cargas gravitacionales y su peso propio.
Muros no portantes.
Solamente soportan su propio peso.
Muros de corte.Son elementos que resisten fuerzas laterales, en el plano del muro.
Dependiendo de su ubicacion dentro del complejo constructivo, los muros pueden ser
Murosde cerramiento.
Son los muros exteriores de la estructura y su funcion es la de cerrar espacios. Estospuedenser de carga, no portantes y/o de corte
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Tabiques.Son los muros interiores de un edificio, que se utilizan para subdividir el area de piso y
son muros no portantes.
Muros de s6tanos.Se utilizan como muros de contencion en sotanos de edificios Generalmente tienen
grandes dimensiones y frecuentemente son preesforzados. Pueden formar parte del sistemaestructural como muros de carga.
8.2.3 PANELES DE FACHADA.
Los paneles de fachada son elementos usados como cubierta exterior de edificros,principalmente en estructuras de marcos rigidos de concreto 0 de acero. Los paneles puedenincluir ventaneria u otro tipo de acabados arquitectonicos, Son elementos no estructurales y seapoyan en la estructura por medio de conexiones metalicas
8.2.4 VIGAS Y VIGUETAS.
Las vigas y viguetas tienen form as y dimensiones muy variadas. Su geometria dependsde varios facto res tales como claro, carga y apoyo de vigas secundarias ylo losas
Las vigas que mas se usan son las simplemente apoyadas Cuando se requiencontinuidad en las uruones como en el caso de vigas continuas 0 en marcos rigidos, las vigaindividuales se unen con los otros elementos con refuerzo colocado despues del montaje Y C O Dconcreto fundido en obra.
Las formas mas comunes de vigas y viguetas son las secciones rectangulares, I, L, Trsus variaciones (ver figura 8.2)
14 2
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(a) (b)
' . . . ' . _ , J.' ,".' .~. . "
(c) (d)
(e)Figura 8.2
Vigas de concreto prefabricado. Rectangular (a), I (b), L (c), T (d) y T invertida (e).143
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8.2.5 CUBIERT AS Y ENTREPISOS.
En concreto prefabricado se utilizan basicamente dos tipos de cubiertas y entrepisos, queson.
a) Losas Planas yb) Losas Nervuradas
Losas Planas.
Son losas sin vigas, soportadas directamente en vtgas de borde, columnas 0 muros(figura 8.3)
\
Figura 83Losa Plana
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Losas Nervuradas.
Las losas nervuradas son una combinacion rnonolitica de viguetas regularmenteespaciadas y una losa superior de minimo espesor
Las viguetas pueden estar colocadas en uno 0 dos sentrdos ortogonales Entre las formasm as usadas estan la doble T, la T simple, la T invertida y la L (figura 8 4), asi como el entrepisoo cubierta de multiples viguetas (figura 8,5),
\j:...,....'f" t,_ _, . '" .
. . ' - : J
(a) (b)
:'
(c) (d)Figura 8 4
Viguetas. Doble T (a), T simple (b), T invertida (c) y L (d).145
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El espacio entre viguetas puede quedar relleno de bloques de concreto liviano sobre loscuales se funde la losa superior (figura 85).
i 1 /
I t [Derno~')nIFigura 8.5
Losa Nervurada.146
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Los techos y entrepisos monoliticos con el resto de la estructura son responsables dedistribuirlas cargas laterales a los elementos resistentes verticales, siendo su funcion principal elb a c e r trabajar todo el sistema estructural como una unidad En este caso se les llama diafragmasborizontales
8 .2 .6 GRADAS .
Las gradas prefabricadas generalmente son losas inclinadas, que unen un piso inferiorconotro de un nivel superior Pueden colocarse con un extremo fijo y el otro extremo librelimplemente apoyado 0 tarnbien con ambos extremos fijos Casi siempre van unidas por mediod e platinas a la estructura de la cual forman parte
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8.3 SISTEMAS ESTRUCTURALES.
8.3.1 MARCOS.
Los marcos son estructuras conformadas por columnas y vigas (figura 8.6)
) ~
) -, ,,I////I/I,///IF////II, /Jl
FIgura 8.6Marcos.
Marcos con vigas simplemente apoyadas.
En este tipo de estructura las vigas estan simplemente apoyadas en rnensulas integrales alas columnas 0 sobre las columnas directamente. Las uniones viga-columna llevan elementos d eacero con el objeto de asegurar la integridad de las conexiones, siendo est as cap aces d etransmitir solamente reacciones verticales y horizontales. En este tipo de estructuras se h a r enecesario usar los marcos en cornbinacion con muros de corte para resistir las fuerzas laterales ysera indispensable tener diafragmas honzontales
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Marco s rigid os.
Los marcos rigidos son estructuras que tienen juntas 0 conexiones rigidas que soncapaces de resistir mementos, cargas verticales y cargas laterales
Existen dos c1ases de marcos r igrdos, que son
Marcos con Juntas resistentes a momento
Estos son marcos que constan de vigas y columnas prefabricadas unidas con conexionesc a p a c e s de resistir momento
Marcos con vigas fundidas en obra y columnas prefabricadas
Este npo de marcos consta de columnas prefabricadas, fundiendose en ellugar las vigas,lograndosecan esto juntas rigidas y continuidad entre los elementos.
Marco s con muros de corte.
Los marcos combinados con muros de corte, son sistemas estructurales formados parma rco s y muros de corte, prefabricados 0parcialmente fundidos en obra. Los muros de corte seadicionan a la estructura can el objeto de resistir fuerzas laterales. Generalmente estancolocados en el perimetro de 1a estructura 0 formando parte de los nucleos de escaleras y/oelevadores
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8.3.2 ESTRUCTURAS TIPO CAJON.
Las estructuras tipo cajon consisten en muras de carte en ambos ejes y losas comodiafragmas horizontales, formando cajanes Las estructuras de este tipo son frecuentes enedificaciones de uno a cuatro niveles (figura 8 7)
En este caso, los muros son de carga y de corte simultaneamente
Este tipo de estructuras se caracteriza por poseer gran resistencia a fuerzas laterales,siendo fundamental tener uniones adecuadas entre los elementos. Cuando se tienenconfiguraciones irregulares puede producirse torsi6n en la estructura
Figura 8.7Estructura tipo cajon
15 0
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Dependiendo de la forma en que se colocan los muros, existen dos variaciones de estes i s t e m a , que son
E s tr uc tu r as tip o L.
Son estructuras en las cuales solo existen muros en dos lados continuos a 900 (figura 8 8).Cuando son afectadas par fuerzas laterales se produce mucha torsion y par 1 0 tantosobreesfuerzosmuy apreciables en los elementos estructurales
Planta.
Elevacion.Figura 8.8
Estructura tipo L15 1
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Estructuras tipo C.
Son estructuras en las cuales hay un lado libre de muros (figura 89) En este tipo deestructura, cuando se ve sometida a fuerzas laterales, se produce torsion, dando como resultadoesfuerzos bastante elevados en elementos que pueden ser criticos en la estructura
' I IIII,j', :II
U Planta
ElevacionFigura 8,9
Estructura tipo C15 2
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8.3.3 SISTEMA TILT-UP (MUROS DE ABATIMIENTO VERTICAL)
Este sistema constructivo consiste en estructuras formadas por muros fundidos enposicion horizontal y luego levantados a su posicion final Su altura puede ser de uno adosniveles. Su funcion puede ser trabajar como muros de carga ylo muros de corte, 0 bien soloc o m o cerramiento.
Su caracteristica principal es que los muros son de la altura total del edificio y estanunidoscon platinas metalicas ylo columnas de concreto fundidas luego de levantado los muros.Lacubierta 0entrepiso puede ser una estructura metalica 0de concreto (figura 8.10)
Figura 8.10.Sistema tilt-up.
15 3
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8.4 DESCRIPCION DE FALLAS.
En las construcciones de concreto prefabricado cuando se yen sometidas a fuerzaslaterales, las fallas frecuentemente se presentan pnmero en las conexiones y no en los elementosprefabricados, siendo las uniones de elementos las partes mas vulnerables del sistema
En una estructura de este tipo, hay puntos claves en los cuales un evaluador debe ponerespecial atencion, siendo estos: juntas de vigas y columnas, posicion de las columnas, estado demensulas, techos 0entrepisos y paneles (figura 8 II)
Danos en mensulas
Separacion de techoso entrepisos
I
I ~ en panel"r = = : : : : : : : : : t ~=:::1l]'tl fJ 0 I
Torsion endiafragmas
Separacl0n de juntasen plano vertical
Inclinaci6n de muros Columnasfuera de plomoFigura 8.11
Inspeccion de puntas de falla en estructuras de concreto prefabricado15 4
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Como un caso especial deben de considerarse las fallas que se presenten en lacimentaci6n. Pueden suceder por diversas causas entre las que estan las de origen geotecnico,asentamiento par mala compactacion en rellenos y deslizamientos por agua subterran ea, nodebiendo descartarse fallas constructivas como errores en los anclajes, amarres inadecuados, etc
Como una guia de las posibles fallas en los elementos y en las uniones entre elementosprefabricados de concreto, se presentan los detalles conterudos en las siguientes paginas
08.01Descripci6n de falla Esquema
Uniones viga- Grietas inclinadas a 45 encolumna. nudos 0 cercanas a ellos, en
una 0 dos direcciones
C6digo Elem ento ~I+---- '-----r
08.02 Columnas Grietas con desmoronamientodel concreto y exposicion delrefuerzo en la parte cercana ala union viga-columna.
c
15 5
x-.tj- --
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Codigo Elemento Descripcion de falla Esquema (0803 Columnas Grietas inclinadas cerca del
nudo con la viga, en forma de " . .espiraI., .
,. . . . ,- - - -~"'V'l
08.04 Columnas. Grietas horizontales cercanas auniones viga-columna debidas Aa flexion
c ll 7
. . . . . .-0805 Mensulas. Agrietamiento vertical cast a Iras de la columna.
i)< ,
08.06 Mensulas. Grieta inclinada en el borde Jsuperior /
l56
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Codigo Elemento Descripci6n de falla EsquemaGrieta inclinada en el puntal decornpresion
Grietas inclinadas a 45cercanas a los apoyos
Aplastamiento del concreto
Grietas verticales en el centrode la viga.
08.07
08.08
Mensulas.
Vigas.
0809 Vigas.
08.10 Vigassimplementeapoyadas
15 7
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Codigo Elemento Descripcion de falla Esquema08 11 Vigas
continuasGnetas verticales cercanas alos apoyos
08 12 Vigas Separacion 0 corrimiento ensus apoyos
---,III
08 13 Losas. Separacion 0 corrimiento ensus apoyos ,,~---~- ---
08.14 Losasnervuradas Agrietamiento y aplastamientodel concreto en el alma de lasnervaduras
( - ~ " ~ - - - - - - - - - - - - -..~L _+-- Muros
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Codigo Elemento Descripcion de Falla Esquema0815 Losas.
08 18 Losas planas Grietas a 45 en la partecuadradas inferior de la losa
0816
0817
Losas planas.
Losas en unsentido.
Danos 0 quebraduras en losapoyos de losa
Grietas concentricas alrededorde la columna
Grietas en el senti do de losapoyos
159
1 1 I _ I _ I
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Codigo Elemento Descripcion de falla Esquema08.19 Losas planas
rectangulares.Grieta a 45 a partir de lasesquinas y una longitudinal alcentro
08.20 Losas Grietas cercanas a los apoyos / hicontinuas. continuos 7 J1I/ I1/(/'/(/, . , r 1I < {L-
0821 Muros Agrietamiento a partir deesquinas de aberturas
1 \ ;\(
'!
,. . . . .0822 Uniones de Agrietamiento en juntasmuros verticales, deslizamiento
vertical entre muros.
')
l ~
16 0
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" s o Elemento Descripcion de falla Esquema1 1 . 2 3 Uniones de Agrietamiento ymuros desplazamiento en Juntashorizontales --- - - ---II..." II " " " " '"-_ ). . .
1 1 2 4 Muros Grietas inclinadas a partir de labase
j _ ~".25 Muros. Agrietamiento ydesmoronamiento del concreto
en esquinas de los bordes ls.."-'superiores y /o inferiores ~ ~
~
.26 Paredes de Agrietamiento y separaci6n enposte y la union de pastes y planchasplanchas. (-~ D
16 1
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Codigo Elemento Descripci6n de falla Esquema08.27 Paneles
fachadade Rompimiento de uniones,
desprendimiento parcial a totalde paneles
0828 Muros Uniones quebradas 0 dafiadasseveramente can inclinaci6ndel muro
08.29 Gradas. Agrietamiento y aplastamientodel concreto en los extremoslibres, arriba y/o abajo
0830 Gradas Falla en las platinas de apoyoarriba y/o abajo.
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C O d i g o Elemento Descripcion de falla Esquema0 8 3 1 Gradas Agnetamiento en uniones de
escalones y en apoyos
to]
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8.S EVALUACION DEDANOS.Cuando se lleva a cabo la evaluaci6n de una estructura dafiada por sismo, el cnterio de la
persona que realiza la evaluaci6n es basico para determinar el grado de seguridad 0 inseguridadde la edificacion y para cIasificar la gravedad del dana Como resultado de ella, deberacolocarse la etiqueta carrespondiente como se indica en la seccion 3 2 5
Para facilitar el trabajo de clasificaci6n de dafios se podra seguir el procedimiento que sepresenta en el capitulo 3, llenandose el formulario de evaluaci6n de daiios por sismo deestructuras
Se iniciara par identificar la edif icacion a evaluar, llenando correctamente los datos de laparte E 1 del formato de evaluaci6n
Luego se hara una evaluacion exterior de la edificaci6n. Se debera observar si haycolapso 0 dano total a parcial de la misma, asi como si esta inclinada, muros que esten parcial 0totalmente dafiados, elementos estructurales 0 de fachada con peligro de desplome a algun otrodane que implique riesgo (capitulo 3, cuadro E2). Si los danos son muy severos la edificaci6n seconsidera insegura, no se entrara a ella y se debera colo car una etiqueta color rojo y acordonar elarea en caso necesario.
Es importante tambien llevar a cabo una evaluaci6n sobre el estado del terreno donde seencuentra la edificaci6n (capitulo 4, cuadro E3), anotando cuidadosamente si hay fallasgeotecnicas observables, asentamientos provocados por el sismo, deslizamiento 0 derrumbes enterrenos cercanos, 0 gnetas, desplazamientos del suelo y/o si hay problemas de licuefaccion. Sise presentaron uno 0mas de estos dafios la estructura se tendra que declarar insegura hast a queuna persona calificada realice un estudio mas prof undo y se demuestre 1 0 contrario Por 1 0 tantose tendra que colocar una etiqueta color rojo y una de color morado, indicando asi peligro deingreso en la edificaci6n y un posible dana geotecnico
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Si despues de evaluados los cuadros E2 y E3 se establece que aparentemente no existepeligro inminente para hacer la evaluaci6n interior de la estructura, se ingresara en la edificacionparatrabajar el cuadro E4 Se observara el tipo de sistema estructural. debiendose senalar conunaX la columna y la fila que describa rnejor los elementos estructurales y el matenal del eualestanhechos
Cuando ya se han identificado los elementos, se llevara a cabo la evaluacion de losmiembros, para esto se puede tomar como referencia los cuadros can graficas de dafios que sepresentan en las paginas anterrores En el cuadro E5, se anotara el c6digo que identifique rnejorel tipo de falla que existe en cada tipo de elemento
Si hay algun comentario que el evaluador considere importante Y sirva para una mejorclasificaci6n de los dafios, 10anotara en el cuadro E6
EI objetivo final de la evaluacion es la c1asificaci6n de la estructura en conjunto, encuanto a la seguridad 0 insegundad de la misma. EI criteria de la persona que realiza laevaluacion, sera fundamental para mterpretar la gravedad de los dafios. Sin embargo, se puedendaralgunos lineamientos que ayuden al evaluador a realizar su trabajo (ver cuadro E7)
Cuando se observen solamente dafios menores, en elementos secundarios tales comotabicaciones auxiliares de madera, cielos falsos, puertas interiores, etc, que no impliquen peligroen la estructura nr para los habitantes de la rrusma se podra c1asificar como habitablecorrespondiendole una etiqueta verde
S , hay algun dana parcial y localizado especificamente en un area 0 porcion de laestructura que la pueda hacer insegura, se debe restringir el acceso al area a areas danadas EIacceso sera permitido s610 a personal calificado, con el propos ito de lIevar a cabo una evaluaci6nm a s completa posteriormente. En estos casas se colocara una etiqueta de color amarillo
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Cuando se presenten danos bien locahzados que pongan en peligro la seguridad de loshabitantes en una seccion pero el resto de la edificacion no presente daiios significativos. sepuede clasificar la misma con una etiqueta color amarillo con rojo El area que representepeligro debe ser acordonada, limitandose el ingreso a personal calificado Se aconseja unamspeccton posterior por un especialista
Cuando la estructura presente daiios considerables que signifiquen peligro inminentedebe ponerse una etiqueta roja, y no se debe permitir el ingreso de persona alguna.
Cualquier recomendacion que desee hacer el evaluador, la puede anotar en E8
En el formato se incluye una hoja cuadriculada parte E9, en donde se debera hacer unesquema de la planta de la edificacion, y sefialar en el mismo el area 0 areas que presentandaiios La planta debera orientarse en relacion al Norte.
Podran hacerse otros esquemas para aclarar detalles de la estructura y/o de los daiiosocurridos
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REFERENCIAS.
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Figura8 6Amencan Concrete Institute ( ACI 318-83 ), Disefio de estructuras de concreto conformeal reglamento aCI 318-83, Torno 3, Mexico, 1986, 236 paginas
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1 6 7
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Nilson. Arthur H., Diselio de estructuras de concreto presforzado. Editorial Limusa,Mexico, Primera Edicion, 1982
Nilson, Arthur H., George Winter., Diselio de estructuras de concreto, McGraw Hill,Colombia, Undecima edicion, 1994.
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