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ANTECEDENTES

El pasado 4 de abril, se registró un sismo de 7.2 grados en la escala de Richter en el estado de Baja

California, ubicado en el noroeste de nuestro país, cuyo epicentro se locali-zó a 26 kilómetros al sur-suroeste de Guadalupe Victoria y a 173 kilómetros al este-sureste de Tijuana, el cual dejó como saldo dos personas muertas y varios edificios con severos daños es-tructurales en la ciudad de Mexicali. Con objeto de constatar el comporta-miento de las estructuras prefabricadas

ante la acción sísmica en esta ciudad una delegación de la Asociación Nacio-nal de Industriales de la Prefabricación y el Presfuerzo. A.C. –ANIPPAC - en-cabezada por los ingenieros Sergio Cámara Franco, Ricardo Marín Del Villar y Rolando Drago Serrano se trasladó a Mexicali para realizar una inspección de diferentes estructuras prefabricadas, en especial, las del estacionamiento del Centro Cívico, parte del cual colapsó cuando estaba en etapa de montaje.

ESTRUCTURA DEL CENTRO CÍVICO

Haciendo una breve descripción de esta última estructura, ya que no fue posible contar con los planos estructurales y se restringió el acceso al inmueble, cabe mencionar que el Centro Cívico es un edificio de cuatro niveles, con dimensio-

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nes aproximadas en planta de 55m de ancho, 110m de largo , estructu-rado con muros calados de concreto reforzado colado en sitio, columnas prefabricadas de 70x70cm, faldo-nes prefabricados con dimensiones aproximadas de 20x180cm, los cua-les hacen funciones de trabes portan-tes y de trabes rigidizantes, y losas doble T de aproximadamente 70cm de peralte 250 cm de ancho y 18m de largo.

En la zona central de la estructura se ubican las rampas de acceso con dimensiones en planta de 18x110m; esta zona está confinada como ya se mencionó, con muros calados de concreto reforzado colado en sitio, los cuales en esta zona cumplen dos funciones como apoyo del sistema de piso y como muros de rigidez (ver fig.1).

Figura 1

Lateralmente a ésta zona central, se encuentran dos cuerpos anexos con dimensiones en planta de 18x110m, en los cuales las losas doble T se apoyan en un extremo en los muros colados en sitio y en el otro extremo en marcos formados con las colum-nas de 70x70 y faldones como tra-bes portantes (ver figura 2). Perpendi-cular a éste marco no existen trabes de rigidez, quedando la estructura suelta en la etapa de montaje en esta dirección ante acciones horizontales. Tanto los faldones portantes como las losas doble T se apoyan en ménsulas metálicas, tal como se muestra en la figura 3.

Figura 2

Figura 3

CAUSA DE FALLA ESTRUCTURAL

Los muros de concreto colados en si-tio son los que soportan la totalidad de las acciones horizontales, causa-das ya sea por un sismo o por vien-to, estas fuerzas se transmiten a ellos por todo el sistema de piso a través del firme estructural colado en sitio. Antes de conectarse con los muros, la estructura tiene nula capacidad ante las acciones horizontales. Des-

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graciadamente, cuando aún no se colaba el firme estructural en los dos cuerpos anexos al cuerpo central, sobrevino el sismo de referencia y las trabes, tanto portantes como lo-sas doble T, simplemente se corrieron de sus ménsulas y sobrevino la falla estructural del edificio. En la zona central ya se había colado el firme estructural y no se presentó ningún tipo de problema.

CONCLUSIONES

Muchas de las edificaciones prefabri-cadas son extremadamente frágiles en la etapa de montaje, y además se pone poca o nula atención en lo que ocurriría si se presentase un sismo o ráfagas de viento intenso, y simple-mente se confía en que no se presente ningún tipo de acción que desestabi-lice la estructura. Desafortunadamen-te en el estacionamiento del Centro Cívico de Mexicali no se tuvo tanta suerte y cuando el edificio estaba en una etapa crítica de su construcción sobrevino el sismo que causó la falla. Se pone de manifiesto por el tipo de estructuración que se empleó en este estacionamiento, la gran importancia que tiene el firme estructural, ya que por medio de él se transmiten grandes fuerzas horizontales a los elementos de soporte, tales como muros rigidi-zantes o marcos sismo resistentes y en cuyo caso, su ausencia o falla puede ocasionar un comportamiento inade-cuado de la estructura.

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Los diseños de mezclas de concre-to lanzado para usos bajo tierra varían de mina a mina y se basan

en la ubicación, la capacidad de pro-ducción y en el rendimiento potencial que tendrá la inversión requerida por la minería bajo tierra, dependiendo de los precios vigentes de los metales y minerales. Otros factores a tener en cuenta incluyen las condiciones geo-lógicas de cada mina en particular, la resistencia final de la mezcla específi-ca de concreto lanzado, los tipos de cemento, los tipos y grados de arena y la calidad y pureza del agua.

Hay varios métodos empleados para el control del suelo en la minería sub-

terránea, como cables y pernos de anclaje, juegos de costillas de acero y vigas de enrejado, y también existe una amplia variedad de métodos combinados. En ocasiones, el concreto lanzado se emplea junto con dispositivos mecánicos dise-ñados para estabilizar el suelo, de tal manera que la extracción se lleve a cabo de manera segura. El concreto lanzado también se puede aplicar simplemente como una capa en un área excavada que permanezca a cielo abierto, para guarecerla de la exposición al aire, y como medida de protección para mante-ner seguras las zonas excavadas, ya que ayuda a prevenir que rocas sueltas o cascajo caigan sobre los mineros o el equipo.

El concreto lanzado es un material quebradizo por naturaleza, y se deben tomar ciertas medidas para que desarrolle la resistencia a la tensión y la dureza que lo hagan más duradero, de modo que no se desmorone, se fragmente y se caiga cuando se le perturbe de alguna forma. A veces, el concreto lanzado se hace más resistente añadiendo acero o fibras macrosintéticas a la mezcla. Los siguientes párrafos abordarán los tipos de fibras que pueden ser empleados en el concreto lanzado, y proporcionan recomendaciones de cuándo puede ser ventajoso utilizar concreto lanzado reforzado con fibras.

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MÉTODOS DE MINERÍA: TALADRAR, VOLAR, LIMPIAR, PROTEGER.

El propósito de la minería subterrá-nea es extraer mena de la corteza de la tierra a través de túneles o galerías, que se definen como aber-turas horizontales, o casi horizonta-les, en la minería subterránea. La mena se encuentra en cuerpos mine-rales que se localizan en formas ya sea horizontales o verticales, como formaciones rocosas que varían tan-to en grosor como en profundidad. La mayoría de las minas empiezan cuando la mena se descubre en la superficie o cerca de ella, y se hace entonces un esfuerzo para extraerla. En ocasiones, cuando es económi-camente viable, se emplean méto-dos de minería subterránea, lo cual significa que se excava un túnel desde la superficie, una rampa o un declive. Tales excavaciones parten desde la superficie, o de alguna otra zona de la mina. A partir del túnel o de la rampa, la mina se pre-para por túneles a través de la roca o bóvedas a través de la mena. Como puede resultar confusa la diferencia entre túneles y bóvedas, se utilizará el término “excavación” para dar a entender ambas cosas, túneles y bóvedas. Cuando se excava la mina subterrá-nea, se debe determinar el tamaño que tendrá la abertura para excavar a través de la roca u otro material, de modo que sea posible acceder al cuerpo mineral. Esto se hace, ma-yormente, con equipo pesado, cuyo empleo precisa de excavar abertu-

ras mayores para colocarlo. En ocasiones, los mineros razonan que pueden avanzar más rápidamente a través de determinada zona si se hace una abertura más pequeña, lo cual es posible pero también puede ser un error costoso cuando una excavación es demasiado pequeña como para meter y sacar el equipo. El método de avance usualmente involucra emplear equipo de barrena para taladrar la roca. Una vez que se ha hecho esto, se coloca material explosivo en los huecos que se han taladrado y, cuando se deto-na el explosivo, dependiendo del método minero, generalmente se forma una nueva abertura. Después de que la roca fracturada se retira, se debe apuntalar a la nueva abertura, lo que se hace con varios métodos, uno de los cuales es el del concreto lanzado reforzado con fibras.

QUÉ TIPO DE CONCRETO LANZADO UTILIZAR: ¿MEZCLA SECA O HÚMEDA?

Existen dos métodos para el concreto lanzado: el de mezcla seca y el de mezcla húmeda. Ambos métodos se utilizan con éxito en las minas en Estados Unidos.

El concreto lanzado de mezcla seca es generalmente una premezcla seca —de ahí su nombre— que se lleva a las minas en bultos distribuidos de esa manera por proveedores o fabricantes de concreto lanzado premezclado, ya sea en camión o en tren, hasta donde se encuentran las minas. Los bultos se llevan bajo tierra, ya sea por el túnel o la rampa, y es entonces cuando el bombeo del concreto se realiza con una pistola para mezcla seca de concreto lanzado, generalmente con un prehumedecedor que controla el polvo y permite que se pueda rociar exitosa-mente, con o sin fibras. Las fibras de acero se han utilizado por años en el concreto lanzado, y las fibras macrosintéticas se emplean en el método de mezcla seca. En ocasiones, dependiendo del diseño de la mezcla de concreto lanzado y del rebote de este mismo, los restos que salen volando suelen ser demasiados al utilizar fibras sintéticas. Asimismo, existen casos en los que las macrofibras no pasan de buena manera a través de las aberturas de las lanzadoras de concreto y el equipo se tapa, hecho que se debe prever para evitar que las lanzadoras se tapen.

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TIPOS DE FIBRAS

Desde que comenzaron a emplearse fibras para el concreto lanzado, se ha discutido mucho en torno a cuál fibra es la más adecuada para la minería subterránea. A este respecto, hay unas cuantas reglas de oro a seguir cuando se decide por una fibra para soporte, pero debe aclararse, por principio, que solamente fibras de alta calidad, macrosintéticas o de acero deben con-siderarse para el concreto lanzado en la minería subterránea. Las fibras mi-crosintéticas generalmente no se em-plean, ya que hacen muy poco para endurecer la mezcla del concreto.

• Ventajas y desventajas de las fibras de acero

Las fibras de acero se utilizan con éxito a lo largo de toda la mina por-

que se mezclan bien con ambos métodos de concreto, el seco y el húmedo. Las fibras de acero no presentan problemas normalmente durante el triturado ni en los sistemas de procesos en las minas. De cualquier forma, no todas las fibras de acero son iguales por el hecho de ser del mismo material. Hay va-rias buenas elecciones de fibras de acero para la minería subterránea, pero la cualidad más importante que deberá observarse es la calidad del acero utilizado para fabricar la fibra, y solamente se deberá considerar fibras de alta calidad para emplearlas en minería subterránea.

La mayoría de las fibras de acero están elaboradas de un material que puede oxidarse. Como la mayoría de las minas son húmedas, se necesi-ta tomar medidas para asegurar que las fibras de acero se mantendrán secas, lo que se hace utilizando bolsas o lonas que se colocan sobre las

La mezcla húmeda de concreto lanza-do es, por muchas razones, un mejor método, la principal de las cuales re-side en que produce menos polvo y rebote. La mezcla húmeda se dosifica en la superficie y se manda hacia los niveles inferiores a través de un aguje-ro de algún tipo, o se distribuye bajo tierra con la premezcla seca que se envía por separado. La mezcla hú-meda de concreto lanzado tiene la consistencia del concreto normal y se le trata como tal: es pesado de-bido al agua y a otros elementos en su composición y se debe transportar bajo tierra en mezcladoras especia-les —revolvedoras— para mantener las partículas del concreto en suspen-sión. El proceso de transportar y ro-ciar la mezcla húmeda de concreto requiere de equipo diseñado para las duras condiciones de la minería subterránea. Por su parte, las fibras se pueden añadir en la superficie, en los camiones de concreto, o como un ingrediente en el proceso realizado bajo tierra. Con mayor frecuencia, las fibras se añaden a la mezcla en la superficie, debido a las restriccio-nes subterráneas de espacio.

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tarimas o bolsas de concreto con fibras para mantener lejos la humedad. Las fibras de acero inoxidable o de acero galvanizado funcionan muy bien, pero son lo suficientemente caras como para no ser prácticas en la mayoría de los usos pro-pios de la minería. Asimismo, debe considerarse que las fibras de acero tienden a desgastar las bombas y las juntas del equipo de lanzado más rápidamente que el concreto simple. Las pastillas desgastadas de los equipos de lanzado seco deben sustituirse con un material más fuerte, resistente al desgaste, o el personal tendrá que cambiar las juntas y las pastillas desgastadas con frecuencia. Las fibras de acero necesitan almacenarse y mantenerse secas, utilizan mucho espacio de almacenaje, son pesadas y generalmente se coloca una dosis de 40 kg en cada porción de metro cúbico de concreto.

• Ventajas y desventajas de las fibras sintéticas

Las fibras macrosintéticas, conocidas a veces como fibras sintéticas estruc-

turales, se han empleado con éxito en distintas minas. Las macrofibras se diseñaron para dar un grado enorme de dureza añadida al con-creto lanzado, aun a altas deforma-ciones. Como las fibras sintéticas no se oxidan, se mantienen en uso incluso tras una prolongada exposi-ción a las condiciones de humedad de las minas. Son ligeras y fáciles de transportar. Si los empaques de fibras se humedecen, como pasa en ocasiones, las fibras sirven bien, de modo que las condiciones hú-medas —accidentales o inadverti-das— que oxidan las fibras de ace-ro no suponen un problema para las fibras sintéticas.

Sin embargo, a menos que se ten-ga especial cuidado con el equipo de lanzado de mezcla seca, las fibras sintéticas no son una buena opción, ya que se empalman unas sobre otras y en ocasiones no fluyen a través de las salidas inferiores de las lanzadoras de mezcla seca. De igual suerte, si las fibras sintéticas se utilizan en el proceso de mezcla seca, un prehumedecedor, como se mencionó anteriormente, es común-mente utilizado para asegurar que el producto estará perfectamente prehumedecido y evitar así que las fibras reboten. Otro problema rela-cionado con las fibras sintéticas es que, a veces, las fibras tienden a flotar en la superficie de la mezcla durante el transporte bajo tierra, a menos que se utilice una mezclado-ra adecuada. Todos estos factores se pueden atender, pero un aspecto que no se debe perder de vista con las fibras sintéticas es que ocasional-mente echan a perder las bombas de desagüe, ya propenden a flotar en el agua que se drena. Siempre es recomendable el prehumedecido de la mezcla seca de concreto por-que, en algunos métodos de extrac-ción del mineral, las fibras sintéticas pueden tapar las lanzadoras o los sistemas por donde las fibras de acero pasarían con facilidad.

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Si en una mina se planea emplear concreto de mezcla húmeda con fibras, se necesita contar con el equipo adecuado para transportar el concreto bajo tierra, como sería una abertura hecha desde la superficie hasta un punto cual-quiera en la mina. El concreto necesita entonces ser depositado en una mezcla-dora rotativa, en la cual se transportará al lugar destinado previamente. Esto se realiza, en ocasiones, desde la superficie, por medio de una rampa, aunque tal procedimiento resulta poco usual dado que es económicamente inviable. Si una mina tiene una entrada u otra forma de hacer llegar el concreto fácilmente bajo tierra, es lógico entonces que el concreto con fibras —y no con malla— sea la primera opción a emplear en todas las medidas de soporte del suelo, siempre que sea posible. Aunque esta afirmación podría parecer atrevida, he aquí algunos hechos para sustentarla:

• Un adecuado sistema de control de suelo hecho a base de concreto lanzado con fibras y pernos de anclaje a roca es menos caro que la malla y los pernos de anclaje a roca porque tarda menos en ser hecho.

• La velocidad a la que se puede aplicar el concreto lanzado con fibras es de aproximadamente nueve metros de galería por turno, mientras que la velocidad a la que se puede aplicar el concreto lanzado reforzado con malla es de aproximadamente tres metros de galería por turno.

Para evaluar apropiadamente cuándo no se debe de utilizar el concreto re-forzado con fibras se utilizan modos de prueba, al igual que para cuando se deben de evaluar posibles fallas en su empleo. En este sentido, existen distintos tipos de falla, desde el deslizamiento de las cuñas hasta fallas de nivelación, y todas se deben a tensiones causadas por realces, galerías y extracción. Las fallas del concreto para soportar el terreno en minería, debidas a carga de roca, son generalmente debidas a errores de corte o a desprendimientos

SUGERENCIAS SOBRE CUÁNDO Y CUÁNDO NO UTILIZAR CONCRETO LANZADO CON FIBRAS

que provocan pandeos. Las prácticas en la minería subterránea varían enor-memente de una mina a otra, lo que obliga a especializar los materiales empleados. Por lo general se emplea un método de diseño sobre la mar-cha, y el ensayo y error se practica de la siguiente manera:

• A menos que se noten grandes de-formaciones en un área, simbolizadas por la aparición de fisuras de varios centímetros, la primera alternativa es utilizar concreto reforzado con fibras junto con pernos a roca.

• Si el concreto falla, aun cuando esté diseñado para fallar lentamente, pero las fibras se deforman repentinamen-te, rompiéndose en vez de salirse, se puede aplicar entonces una capa de malla sobre el concreto y asegurarse con pernos o aparatos mecánicos a elección del minero. La medida de la malla la determina la practicidad del equipo para instalarla.

• Si la malla falla, una capa de con-creto lanzado simple puede rociarse a través y sobre la malla para encap-sularla completamente.

• Si todo lo anterior falla, y aún se requiere dejar un área abierta, se puede instalar otra capa de malla pesada de cable. Este recurso sólo es práctico cuando hay grandes de-formaciones en un área que debe de mantenerse abierta. Si la falla en la roca es lo suficientemente severa, o si hay una seria amenaza de peligro para los trabajadores, se debe de abandonar la actividad en esa área.

A diferencia de los túneles de uso ci-vil, como los que se emplean en ca-rreteras y ferrocarriles, donde el túnel debe completarse directamente sobre el camino señalado, cuando se extrae mineral se deben considerar otros fac-tores, como serían la rentabilidad y la seguridad inherentes a la explotación de un área, así como el tiempo que debe utilizarse una abertura.

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En el 2009, el Consejo Hawaia-no de Sociedades de Ingenieros entregó el Premio a la Trayecto-

ria al doctor Alfred A. Yee. Según el mismo consejo, el premio, estableci-do en 2007, se otorga a ingenieros cuyo trabajo haya causado un nota-ble impacto en la ingeniería hawaia-na y haya contribuido de manera significativa al desarrollo local de la disciplina. ¿Qué mejor recipiente que el doctor Yee, de quien puede decirse que no sólo ha impactado a la ingeniería de su lugar de origen,

Patricia Ruiz Islas

sino que ha hecho lo propio en el ramo de la construcción a lo largo y ancho del mundo?

Alfred A. Yee tiene cédula como in-geniero estructural en Hawai desde 1955; en ese mismo año colaboró en la construcción de las primeras ins-talaciones de producción masiva de hormigón prefabricado y pretensado en Hawai, diseñando personalmente la maquinaria destinada al fraguado y formado del concreto. También ha inventado innovadoras técnicas para

la utilización de estos materiales en construcciones de pocas plantas y en rascacielos. Esto no sólo ha impli-cado dar un paso adelante en cuan-to al ámbito de la construcción en sí mismo, ya que trabajar en rascacie-los permite resolver dificultades como el bombeo del concreto a grandes alturas y apelar al empleo de pie-zas prefabricadas, lo que se revela como elemento indispensable dado que, al ser construidas en instalacio-nes dedicadas a ello, se reducen los costos de construcción.

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P R E F A B R I C A D O S

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Los beneficios de esta práctica no sólo atañen a las grandes construc-ciones, sino que también han ayuda-do a disminuir costos de construcción en obras como casas habitación, lo que redunda en un empleo más efi-ciente de los recursos. Para emplear las palabras del propio Yee, hoy en día la ingeniería no se debe ocupar solamente de resolver problemas de estructuras y de construcciones, sino que al mismo tiempo debe también pensar en el impacto que esas cons-trucciones tendrán sobre el medio ambiente.

Su apuesta por el empleo de piezas prefabricadas le ha valido a Alfred Yee el puesto de consultor honorario de la Junta de Desarrollo de Vivien-da de Singapur, mismo que detenta desde hace veintiún años. La labor que ahí desempeña no se relaciona solamente con las iniciativas del go-bierno de Singapur para acelerar la construcción de vivienda, sino que también entrena a ingenieros estruc-turales en dicho país para el empleo de concreto prefabricado a gran escala en la construcción de rasca-cielos. Yee obtuvo su maestría bajo la tutela de Hardy Cross, el ingeniero creador del método de distribución de momen-tos, en la Universidad de Yale. Como reconocimiento a su trabajo, tanto teó-rico como práctico en estructuras de concreto prefabricado y pretensado, tanto en tierra como en las aguas, re-cibió un doctorado honoris causa de su alma mater, el Instituto Tecnológico Rose–Hulman de Indiana, Estados Unidos, en 1976. También fue electo miembro de la Academia Nacional de Ingenieros de los Estados Unidos, una rama de la Academia Nacional de Ciencias —fundada por Abraham Lincoln—, destinada a fungir como ins-tancia consultiva para el desarrollo de la ciencia y la tecnología. Dicho sea de paso, el nombramiento es uno de los más altos honores que se le pue-de hacer a un ingeniero en Estados

Unidos. En numerosas ocasiones, Yee ha sido consultor en comités técnicos de organismos como el Instituto del Concreto, el Instituto del Concreto Pretensado, la Asociación de Ingenieros Civiles y la Oficina de Embarques, todo esto en Estados Unidos.

Las contribuciones de Yee no sólo se han centrado en el desarrollo de nuevas técnicas, sino que también, y muy significativamente, en el desarrollo de la in-dustria del concreto prefabricado y pretensado. Es por esto que, en 1997, el Instituto del Concreto Prefabricado/Pretensado le otorgó su medalla de honor. En el 2004, se le llamó el “Titán del concreto pretensado y prefabricado”, por su prominente contribución a la innovación y al cambio en la industria, misma que aceleró el crecimiento de la industria del concreto pretensado y prefabricado en Estados Unidos.

La obra de Yee puede verse en los edificios más emblemáticos de Honolulu, como el Arizona Memorial, el hotel Kahala Hilton, el edificio de IBM, el edificio del ayuntamiento de Honolulu y las torres Amfac. La mayoría de es-tos edificios han recibido reconocimientos por su uso innovador del concreto prefabricado.

Actualmente, Alfred Yee es presidente de Applied Technology Corporation en Honolulu, y director de Precast Consultants en Singapur. Ambas compañías se especializan en diseños en concreto pretensado y prefabricado, con proyectos en Estados Unidos, Singapur, la India y el Medio Oriente.

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Oscar González Cuevas Francisco Robles Fernández

En 2005, Editorial Limusa publi-có la cuarta edición de Aspec-tos fundamentales del concreto

reforzado, obra dirigida a estudian-tes de las carreras de ingeniería civil y arquitectura, así como a profesio-nales de ambas disciplinas. La nue-va edición del libro es producto del interés por contar con material de consulta de absoluta confiabilidad para el campo del concreto reforza-do.

Los constantes y cada vez más rápidos avances en la tecnología han tenido como consecuencia el cambio en los reglamentos de construcciones, en particular los producidos en el Ame-rican Concrete Institute —ACI— y en el reglamento de construcciones del Distrito Federal. En consecuencia, para esta cuarta edición se han incorpora-

do los resultados de las investigaciones más recientes, se ha actualizado la bibliografía y se presentan las disposiciones incorporadas al reglamento ACI en el año 2002 y al NTC de 2004.

Los temas que conforman esta obra son: Las estructuras de concreto; ca-racterísticas generales del concreto y del acero, índices de resistencia y control de calidad; elementos sujetos a carga axial; flexión simple; flexión y carga axial; elementos sujetos a fuerza cortante; resistencia de elementos sujetos a torsión; adherencia y anclaje; agrietamiento, deflexiones, ménsulas y vigas de gran remate; efectos de esbeltez; dimensionamiento de vigas; dimensionamiento de columnas; losas en una dirección; losas apoyadas pe-rimetralmente; losas planas; método generalizado para el diseño de losas apoyadas perimetralmente y de losas planas; aspectos particulares del de-tallado del refuerzo.

Las principales modificaciones respecto a las ediciones anteriores residen en que se adaptaron el texto y los ejemplos a los nuevos reglamentos de construcciones. A la par, se introdujo el sistema internacional de medidas —SI—, además del sistema usual MKS. También se incorporaron los más recientes avances tecno-lógicos, como sería el impacto del software en el ámbito del cálculo, el cual ha hecho necesario actualizar algunos procedimientos matemáticos como el planteamiento de ecuaciones y la solución de las mismas.

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