Diseño de concreto reforzado

724 Pages·2011·10.085 MB·Spanish

by  McCormac, Jack C., Russell H Brown

Diseño de
Concreto reforzado
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Diseño de
Concreto reforzado
Octava edición
Edición 318-08 del Código ACI
Jack C. McCormac
Clemson University
Russell H. Brown
Clemson University
DISEÑO DE CONCRETO REFORZADO - MCCORMAC ALFAOMEGA
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Traducción:
Dr. Raúl Arrioja Juárez, UNAM Datos catalográficos
Al cuidado de la edición:
Mc Cormac, Jack y Brown, Russell
Luz Ángeles Lomelí Díaz
[email protected] Diseño de Concreto Reforzado
Gerente editorial: Octava Edición con el Código ACI 318-08
Marcelo Grillo Giannetto
[email protected] Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V., México
ISBN: 978-607-707-231-7
Formato: 20 x 25.5 cm Páginas: 724
Diseño de Concreto Reforzado
Jack C. Mc Cormac y Russell H. Brown
ISBN: 978-0-470-27927-4 edición original en inglés “Design of Reinforced Concrete”, 8th Edition,
ACI-318-08 Code edition, publicada por John Wiley & Sons, Inc. New Jersey, USA.
Derechos reservados © John Wiley & Sons, Inc.
Octava edición con el Código ACI 318-08, Alfaomega Grupo Editor, México, julio 2011
© 2011 Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V.
Pitágoras 1139, Col. Del Valle, 03100, México D.F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana
Registro No. 2317
Pág. Web: http://www.alfaomega.com.mx
E-mail: [email protected]
ISBN: 978-607-707-231-7
Derechos reservados:
Esta obra es propiedad intelectual de su autor y los derechos de publicación en lengua española han
sido legalmente transferidos al editor. Prohibida su reproducción parcial o total por cualquier medio
sin permiso por escrito del propietario de los derechos del copyright.
Nota importante:
La información contenida en esta obra tiene un fin exclusivamente didáctico y, por lo tanto, no está
previsto su aprovechamiento a nivel profesional o industrial. Las indicaciones técnicas y programas
incluidos, han sido elaborados con gran cuidado por el autor y reproducidos bajo estrictas normas
de control. ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S.A. de C.V. no será jurídicamente responsable
por: errores u omisiones; daños y perjuicios que se pudieran atribuir al uso de la información
comprendida en este libro, ni por la utilización indebida que pudiera dársele.
Edición autorizada para venta en todo el mundo.
Impreso en México. Printed in Mexico.
Empresas del grupo:
México: Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V. – Pitágoras 1139, Col. Del Valle, México, D.F. – C.P. 03100.
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Tel.: [phone] – Fax: [phone] – E-mail: [email protected]
Chile: Alfaomega Grupo Editor, S.A. – Dr. La Sierra 1437, Providencia, Santiago, Chile
Tel.: [phone] – Fax: [phone] – E-mail: [email protected]
Argentina: Alfaomega Grupo Editor Argentino, S.A. – Paraguay 1307 P.B. Of. 11, C.P. 1057, Buenos Aires,
Argentina, – Tel./Fax: [phone] y 4811 0887 – E-mail: [email protected]
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Prefacio
Este libro de texto presenta una introducción al diseño de concreto reforzado. Nosotros los autores
esperamos que el material esté escrito de tal modo que interese a los estudiantes en el tema y los aliente
a continuar su estudio en los años venideros. El texto se preparó como un curso introductorio de tres
créditos, pero se incluye su(cid:191) ciente material para un curso adicional de tres créditos.
NUEVO EN ESTA EDICIÓN
Reglamento actualizado
Con la octava edición de este texto el contenido se ha actualizado conforme al Reglamento de Construc-
ciones 2008 del American Concrete Institute (ACI 318-08). Los cambios de esta edición del Reglamento
incluyen:
• Numerosos cambios en notaciones y números de sección.
• Un cambio en el tratamiento del diseño del concreto con agregados ligeros a todo lo largo del regla-
mento.
• Se incrementó el factor de reducción de resistencia para columnas en espiral y se introdujeron las
barras deformadas con anclaje interno como una alternativa a los ganchos para suministrar la longitud
de desarrollo.
• Aclaraciones para la longitud de desarrollo de barras galvanizadas, de acero inoxidable y en racimo.
• Se introdujo el uso de cilindros de concreto pequeños, permitiendo cilindros de 4×8 en lugar de
6×12.
• Los requisitos del diseño sismo resistente están ahora relacionados con la Categoría de Diseño Sísmi-
co (SDC) que sea consistente con otros documentos que prescriben cargas de diseño.
Material actualizado
La mayor parte de los capítulos han sido modi(cid:191) cados re(cid:192) ejando los puntos de vista del nuevo coautor,
con la cooperación del autor original.
• El estudio del factor f variable en los capítulos 3, 4 y 10 ha sido revisado y expandido. Ahora incluye
una ecuación generalizada para el factor f para cualquier límite elástico.
• Una grá(cid:191) ca que muestra el efecto del factor f en la resistencia del momento de diseño se ha añadido
al capítulo 3 para demostrar el impacto del factor f variable en el diseño.
• Las longitudes de desarrollo de las barras en manojo han sido aclaradas por el nuevo reglamento y
consecuentemente se han cambiado en el capítulo 7.
• Se ha añadido al capítulo 10 un diagrama de interacción que muestra el efecto del factor f variable.
• La redistribución inelástica de la sección de momento ha sido revisada y actualizada en el capítulo 14.
• Se han agregado las ecuaciones para la distribución de momentos a las franjas de columna y central
como un suplemento de las tablas en el capítulo 16.
• Se ha ampliado el diseño de muros con carga fuera del plano y se ha añadido en el capítulo 18 un
ejemplo del diseño racional de un muro de cimiento.
Hojas de cálculo de Excel
Las nuevas hojas de cálculo incluidas con el texto se crearon para proveer al estudiante y al profesor
con herramientas para analizar y diseñar elementos de concreto reforzado rápidamente para comparar
soluciones alternativas. Se dan ejemplos al (cid:191) nal de los capítulos para ilustrar cómo usar el software en
ejemplos previamente elaborados.
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vi Prefacio
Diseño sísmico
Se agregó un nuevo capítulo 21 en diseño sísmico. Este capítulo está pensado sólo como una intro-
ducción al tema. Podría escribirse un libro de texto completo solamente sobre este tema. Sin embargo,
familiariza al estudiante con aspectos relacionados con el diseño de estructuras de concreto reforzado
para resistir terremotos. El capítulo 21 incluye dos problemas nuevos de ejemplo que ilustran algunos de
los requisitos nuevos del reglamento.
Diseño de muros de cortante
La sección sobre el diseño de muros de cortante en el capítulo 18 ha sido ampliada. El material nuevo
da detalles y ejemplos sobre cómo diseñar muros de cortante para una combinación de carga axial y
momento (cid:192) exionante. Los diagramas de interacción desarrollados para columnas en el capítulo 10 se
aplican al diseño de muros de cortante.
RECURSOS DEL PROFESOR Y DEL ESTUDIANTE
El sitio web para el libro está localizado en http://virtual.alfaomega.com.mx/ y contiene los siguientes
recursos.
Para profesores
Manual de soluciones. Está disponible un Manual, el cual contiene soluciones completas para todos los
problemas de tarea en el texto.
• Exámenes de muestra
• Programas de estudio de los cursos
Visite nuestra página web ubicada en http://virtual.alfaomega.com.mx/ para registrarse. Estos recursos
están disponibles para profesores que hayan adoptado el libro para su curso.
Para estudiantes y profesores
Se proporcionan hojas de cálculo de Excel para la mayoría de capítulos del texto. El uso de las hojas
de cálculo es autoexplicativo. Muchas de las celdas contienen comentarios para ayudar al usuario
nuevo. Las hojas de cálculo pueden ser modi(cid:191) cadas por el estudiante o el profesor para satisfacer sus
necesidades más especí(cid:191) cas. En la mayoría de los casos, los cálculos contenidos dentro de las hojas de
cálculo son un re(cid:192) ejo de aquellos mostrados en los problemas de ejemplo en el texto.
Los diversos usos de estas hojas de cálculo se ilustran a todo lo largo del texto. Al (cid:191) nal de la
mayoría de los capítulos hay problemas de ejemplo que muestran el uso de la hoja de cálculo para ese
capítulo especí(cid:191) co. El espacio no permite ejemplos para todas las capacidades de la hoja de cálculo.
Los ejemplos escogidos fueron considerados por los autores como los más pertinentes. Visite nuestra
página en http://virtual.alfaomega.com.mx/ para descargar este software.
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Prefacio vii
RECONOCIMIENTOS
Deseamos agradecer a las siguientes personas que revisaron esta edición:
Roger H. L. Chen (West Virginia University), Hector Estrada (University of the Paci(cid:191) c), y Wael
Zatar (Marshall University). También queremos agradecer a Richard Bennett (University of Tennessee)
Max Porter (Iowa State University), y Mark McGinley (University of Lousiville) por su revisión y sus
útiles comentarios sobre el capítulo 21. Un agradecimiento especial para Richard Klingner (University
of Texas at Austin) por la extensa revisión y el comentario del capítulo 21.
Finalmente, estamos también agradecidos a los revisores y los usuarios de las ediciones previas de
este libro por sus sugerencias, correcciones y críticas. Siempre estamos agradecidos con cualquier per-
sona que se tome el tiempo de contactarnos con respecto a cualquier parte del libro.
Jack C. McCormac
Russell H. Brown
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Contenido
Prefacio V 2.6 Hojas de cálculo de la computadora 50
Problemas 52
1. Introducción 1
3. Análisis por resistencia de vigas de acuerdo
1.1 Concreto y concreto reforzado 1 con el Código ACI 63
1.2 Ventajas del concreto reforzado como material
estructural 1 3.1 Métodos de diseño 63
1.3 Desventajas del concreto reforzado como material 3.2 Ventajas del diseño por resistencia 64
estructural 2 3.3 Seguridad estructural 64
1.4 Antecedentes históricos 3 3.4 Obtención de expresiones para vigas 65
1.5 Comparación del concreto reforzado con el acero 3.5 Deformaciones unitarias en miembros sujetos
estructural para edificios y puentes 5 a flexión 68
1.6 Compatibilidad del concreto y el acero 6 3.6 Secciones balanceadas, secciones controladas por
1.7 Códigos de diseño 7 tensión y secciones controladas por compresión o
1.8 Unidades SI y recuadros sombreados 7 secciones frágiles 69
1.9 Tipos de cemento Portland 8 3.7 Reducción de resistencia o factores f 70
1.10 Aditivos 9 3.8 Porcentaje mínimo de acero 72
1.11 Propiedades del concreto reforzado 10 3.9 Porcentaje de acero de equilibrio 73
1.12 Agregados 17 3.10 Problemas de ejemplo 74
1.13 Concretos de alta resistencia 18 3.11 Ejemplos con computadora 77
1.14 Concretos reforzados con fibras 20 Problemas 78
1.15 Durabilidad del concreto 21
1.16 Acero de refuerzo 21
4. Diseño de vigas rectangulares y losas
1.17 Grados del acero de refuerzo 24
en una dirección 79
1.18 Tamaños de barras y resistencias de materiales
en unidades SI 25 4.1 Factores de carga 79
1.19 Ambientes corrosivos 26 4.2 Diseño de vigas rectangulares 81
1.20 Identificación de las marcas en las varillas 4.3 Ejemplos de diseño de vigas 86
de refuerzo 26 4.4 Consideraciones diversas en el diseño de vigas 92
1.21 Introducción a las cargas 28 4.5 Determinacion del área de acero cuando las dimensiones
1.22 Cargas muertas 28 de la viga son predeterminadas 93
1.23 Cargas vivas 28 4.6 Varillas en racimo 95
1.24 Cargas ambientales 30 4.7 Losas en una dirección 96
1.25 Selección de las cargas de diseño 32 4.8 Vigas en voladizo y vigas continuas 99
1.26 Exactitud de los cálculos 33 4.9 Ejemplo con unidades SI 100
1.27 Impacto de las computadoras en el diseño 4.10 Ejemplo con computadora 101
de concreto reforzado 34 Problemas 103
Problemas 34
5. Análisis y diseño de vigas T y vigas doblemente
2. Análisis de vigas sometidas a flexión 35 reforzadas 109
2.1 Introducción 35 5.1 Vigas T 109
2.2 Momento de agrietamiento 38 5.2 Análisis de vigas T 111
2.3 Esfuerzos elásticos: concreto agrietado 40 5.3 Otros métodos para analizar vigas T 115
2.4 Momentos últimos o nominales de flexión 46 5.4 Diseño de vigas T 116
2.5 Ejemplo de problema usando unidades SI 49 5.5 Diseño de vigas T para momentos negativos 122
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