8- Concreto Armado - Diseño de Vigas.deca0517

DISEÑO EN CONCRETO CONCRETO ARMADO

3182014

Según Código ACI Curso de nivelación y actualización

CONCRETO ARMADO Diseño de Vigas

CONCRETO ARMADO Diseño de Vigas

CURSO DE NIVELACION Y ACTUALIZACION ACTUALIZACION

DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO

El predimensionado de vigas ha sido mostrado en la clase de Estructuración y Predimensionado de edificaciones de concreto armado. Esta sección de la presentación se basa en los siguientes capítulos del código ACI 318-14: Contiene los requisitos generales para el diseño de vigas. Contiene los requisitos para el diseño de elementos tipo OMF, IMF y SMF.


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO 1-Filosofía de diseño sismorresistente: Según ACI 318-14

En el Capítulo 18, la filosofía de diseño es que una estructura de concreto construida en obra responda en el rango ran go no lineal cuando sea sometida a movimientos del terreno del nivel de diseño,


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO 1-Filosofía de diseño sismorresistente:

 =  ∙  ∙  La combinación de una rigidez reducida y una disipación de energía aumentada tienden a reducir la respuesta de aceleración y las fuerzas inerciales laterales con respecto a los valores que se producirían si la estructura se mantuviera linealmente elástica y con bajo amortiguamiento amortiguamiento ( Gulk Gulka an and and Soz Sozen 1974 974).

CURSO DE NIVELACION Y ACTUALIZACION


Los requisitos de diseño y detallado deben ser compatibles con el nivel de respuesta inelástica asumido en el cálculo de las fuerzas sísmicas de diseño.

Aumento de los requisitos de detallado y diseño, con la expectativa de incrementar la capacidad de deformación



ACI 318-14

COVENIN 1756-2001

ORDINARIO

ND1

INTERMEDIO

ND2

ESPECIAL

ND3

Equivalencia entre niveles de diseño según normas aplicables.



ACI 318-14 ORDINARIO

Estructuras que podrían estar sometidas a movimientos del terreno suaves pero que podrían ser de larga duración .

INTERMEDIO

Estructuras con capacidad portante, solicitadas por sismos moderados.

ESPECIAL

Estructuras con capacidad portante, solicitadas por sis mos fuertes, que deberán disip ar energía a través del desarrollo de mecanismos dúctiles durante su incursión en el rango inelástico.


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO ND1

ND2

ND3

ORDINARIO

INTERMEDIO

ESPECIAL







No se permiten empalmes por solapes: 1. Dentro de los nodos. 2. En una distancia igual a 2h medidas desde la cara del apoyo de la viga. En ninguna otra zona donde el análisis estructural indique que debido a las posibles incursiones de la estructura en el dominio inelástico de la respuesta, el acero de refuerzo por flexión alcance su tensión cedente.




DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO Materiales:

Equivalencia entre Unidades

/ / 2500

175

3000

210

5000

350

Se permite el uso de acero de refuerzo compuesto por barras corrugadas de Acero ASTM A615 Grado 60 con , y con una relación de resistencia real a la tracción y resistencia a la fluencia de por lo menos 1.25 (Ver ACI 318-14 20.2.2.5)

 =  





Cuando la deformación unitaria neta a tracción del acero de refuerzo extremo a tracción es suficientemente grande , la sección se define como controlada por tracción, para la cual se puede esperar una clara advertencia previa de falla con deflexión y fisuración excesivas. El límite de 0.005 provee suficiente ductilidad en la mayoría de los casos.

(≥ . )



 ≤ 0.10∙′ ∙ →  = 0.004



Para vigas no presforzadas con



En vigas construidas monolíticamente con sus apoyos, se diseñara con





en la cara del apoyo.

En vigas construidas monolíticamente con sus apoyos, se diseñara con en la cara del apoyo.



Se podrá diseñar la viga con el





en una sección critica a d de la cara del

apoyo cuando se cumpla simultáneamente: a) La reacción del apoyo en dirección del cortante aplicado introduce compresión en la zona extrema de la viga. b) Las caras se aplican sobre o cerca de la cara superior de la viga. c) No se aplica ninguna carga concentrada entre la cara del apoyo y la sección critica.







 

Debe colocarse un área mínima de refuerzo para cortante las secciones donde se cumpla

 ≥ 0.5 ∙∅∙

excepto en los casos:

 

Para estos casos se debe proporcionar al menos

en todas

cuando

 ≥ ∅∙



,/ = 0.20∙ ´ ∙  ≥ 3.50∙ 



Acero mínimo:

′ 0. 8 0∙  14    =  ∙ ∙ ≥  ∙ ∙ 4   ≥ 3 ∙ 


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO ND1

ND2

ND3

ORDINARIO

INTERMEDIO

ESPECIAL



Estructuras que podrían estar sometidas a movimientos del terreno suaves pero que podrían ser de larga duración .


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO 

Las vigas deben tener en la cara superior como en la inferior.

colocadas tanto





Estas barras deben estar ancladas para desarrollar en tracción en la cara de apoyo.

Acero Superior (-) Acero Inferior (+)

 ≥  /4

   

Barras continuas

Barras Adicionales



Estructuras con capacidad portante, solicitadas por sismos moderados.



Las vigas deben tener en la cara superior como en la inferior.

colocadas tanto





Estas barras deben estar ancladas para desarrollar en tracción en la cara de apoyo.

Acero Superior (-) Acero Inferior (+)

 ≥  /4

   

Barras continuas

Barras Adicionales



La resistencia a momento positivo en la cara del nudo no debe ser menor que un tercio de la resistencia a momento negativo proporcionada en esa misma cara del nudo.

− → −

1 +  ≥ 3 −

+ → +



La resistencia a momento negativo o positivo, en cualquier sección a lo largo de la longitud de la viga, no debe ser menor de un quinto de la resistencia máxima a momento proporcionada en la cara de cualquiera de los nudos. B A

1 (+ −) , ≥ 5 ,−

,−

 ,−  =   ,− ,− (+)

,−



La resistencia minorada al corte menor entre a y b:

∅∙

debe ser mayor o igual al

(a) La suma del cortante asociado con el desarrollo de resistencias a momento nominal de la viga en cada extremo restringido de la luz libre debido a la flexión con curvatura inversa y el cortante calculado para las cargas gravitacionales mayoradas.

  

Se calculan con los aceros colocados.



CASO A

1

 = 1.2  ∙



 + + = ++∙  ∙ −78 ∙

2

−

 No se considera el aumento de la resistencia por el endurecimiento del acero.

 =    2∙

− = − ∙  ∙ 78 ∙

+ −    ∙     =   2 



 = 1.2  ∙

CASO B

1





− − = − ∙  ∙ 78 ∙

2



No se considera el aumento de la resistencia por el endurecimiento del acero.

+ −      =   2∙

+ + = + ∙  ∙ 78 ∙

+ −      =   2∙



La resistencia minorada al corte al menor entre:

∅∙

debe ser mayor o igual

(b) El cortante máximo obtenido de las combinaciones de carga de diseño que incluyan , tomando como el doble del indicado por el reglamento general de construcción.



a) Las dimensiones de la viga deben cumplir el siguiente chequeo (22.5.1.2):

 ≤ ∅∙  2.2 ∙ ′ ∙ ∙

b) La resistencia a corte de la sección viene dada por el aporte del concreto y del acero:

 =   →  = ∅  Donde:

 = 0.53∙λ∙ ′ ∙ ∙ λ = 1.0 Siendo

para concreto de peso normal.


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO c) La resistencia al corte del acero transversal viene dado por:

 ∙ ∙    =  Donde,

:        # ∙ : ó         :     ñ :       :     Finalmente,

 = ∙



(Art.9.6.3) Se deberá colocar un área de acero mínimo por corte cuando:

 > 0.5∅

   ,/ = 0.20∙ ´ ∙  ≥ 3.50∙ 



ZONA DE CONFINAMIENTO

ZONA DE CONFINAMIENTO (ACI318-14 18.4.2.4)

/4 8∙  ≤  24∙ 30 5 Max

2ℎ

Diámetro de la menor barra longitudinal.

 ≤ /2

En toda la viga

(ACI318-14 18.4.2.4)

/4 8∙  ≤  24∙ 30 5 Max

2ℎ

 > 30

se debe escoger el diámetro y numero de barras del estribo, como mínimo 3/8” y dos ramas, cuando se trate de vigas anchas con es conveniente usar estribos de más de dos ramas.



En vigas que tengan fuerza axial mayorada a compresión superior a , el refuerzo transversal requerido en 18.4.2.5 debe cumplir con:

 ∙′/ 

Estribos de 3/8” para barras longitudinales de hasta 1

¼”

Estribos de ½“ para barras longitudinales superiores a 1

¼”



Cada barra longitudinal de esquina y barra alterna debe tener apoyo con un ángulo interior no mayor a 135°

15

Ninguna barra que no esté apoyada lateralmente puede estar separada mas de libres de una barra apoyada lateralmente.





Estructuras con capacidad portante, solicitadas por sismos f uertes, que deberán disipar energía a través del desarrollo de mecanismos dúctiles durante su incursión en el rango inelástico.



Requisit os dimensionales:

a) La luz libre no debe ser menor que 4d

b) El ancho





 ≥ 4∙

debe ser al menos igual al menor de



0. 3 ∙ℎ 25



y

.

c) El ancho del elemento no debe exceder el ancho del elemento de apoyo que soporta la viga mas una distancia a cada lado del elemento de apoyo que sea igual al menor entre: 

Ancho del elemento de apoyo C2, y



0.75 veces la dimensión total del elemento de apoyo C1.



 ≤  2   x = min(,0.75∙)



Las vigas deben tener tanto en la cara superior como en la inferior.

Acero mínimo:

′ 0. 8 0∙  14    =  ∙ ∙ ≥  ∙ ∙ 4   ≥ 3 ∙   ≤ 0.0025 ∙ ∙

Acero máximo:

colocadas



ó = (0.5)


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO La resistencia a momento positivo en la cara del nudo no debe ser menor que la mitad de la resistencia a momento negativo proporcionada en esa misma cara.

− → −

1 +  ≥ 2 −

+ → +


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO La resistencia a momento negativo o positivo, en cualquier sección a lo largo de la longitud del miembro, debe ser al menos igual a un cuarto de la resistencia máxima a momento proporcionada en la cara de cualquiera de los nudos.

A

,−

1 (+ −) , ≥ 4 ,−

 ,−  =   ,− ,− (+)

+

B

,−



•

Sólo se permiten empalmes por solape de refuerzo longitudinal corrugado cuando se proporcionan estribos cerrados de confinamiento.

•

El espaciamiento del refuerzo transversal que confina las barras solapadas no debe exceder al menor entre y

•

No deben usarse empalmes por solape en ubicaciones identificadas de (a) hasta (c):

/4 10

(a) Dentro de los nudos. (b) En una distancia de dos veces la altura de la viga medida desde la cara del nudo. (c) Dentro de una distancia del doble de la altura de la viga medida desde secciones donde pueda ocurrir fluencia por flexión como resultado de los desplazamientos laterales que excedan el rango elástico de comportamiento.



•

Deben colocarse estribos cerrados de confinamiento en las siguientes zonas:

a) En una longitud de 2h medida desde la cara de los miembros de apoyo hacia el centro de la luz en ambos extremos de la viga. b) En longitudes iguales a 2h a ambos lados de una sección donde puede ocurrir cedencia del acero por flexión debido a los desplazamientos laterales mas allá del rango elástico de comportamiento.



35cm



La fuerza cortante de diseño



viene dada por:

La suma del cortante asociado con el desarrollo de resistencias a momento nominal de la viga en cada extremo restringido de la luz libre debido a la flexión con curvatura inversa.

  

Se calculan con los aceros colocados.



 = 1.2  ∙

CASO A

1



Articulación Plástica


+

 Considera el aumento de la resistencia por el endurecimiento del acero.

7 + = ++ ∙ . ∙ ∙  8 ∙ −

   ∙      =   2 

2

 −

− =+− ∙ .−∙ ∙ 78 ∙

   ∙     =   2 



 = 1.2  ∙

CASO B

1





−



Considera el aumento de la resistencia por el endurecimiento del acero.

− = − ∙ . ∙ ∙ 78 ∙

+ −      =   2∙

2

 +

+ = + ∙ . ∙ ∙ 78 ∙

+ −    ∙     =   2 



a) Las dimensiones de la viga deben cumplir el siguiente chequeo (22.5.1.2):

 ≤ ∅∙  2.2 ∙ ′ ∙ ∙

b) La resistencia a corte de la sección viene dada por el aporte del concreto y del acero:

 =   →  = ∅  Donde:

 = 0.53∙λ∙ ′ ∙ ∙ λ = 1.0 Siendo

para concreto de peso normal.



 =0 +  ≥ 0.5 ∙

c) El refuerzo transversal en las zonas de confinamiento debe diseñarse asumiendo cuando ocurran simultáneamente: •

Cuando

•

  ∙∙′ 

La fuerza axial de compresión mayorada , incluyendo los efectos sísmicos es menor que .

La resistencia al corte del concreto se deteriora rápidamente bajo la acción de cargas repetidas, por lo que .

 = 0 →  = /∅ =   :          # ∙ :    ó       = ∙ :    ñ :     Si

Los estribos pueden diseñarse con la siguiente expresión:

:    





(ACI318-11 21.5.3.2)

(ACI318-11 21.5.3.2)

/4  ≤ 15 6∙ 5 Max

2ℎ

 ≤ /2

/4  ≤ 15 6∙ 5 Max

2ℎ

 > 30

Diametro del Estrib o: se debe escoger el diámetro y numero de barras del estribo, como mínimo 3/8” y dos ramas, cuando se trate de vigas anchas con es conveniente usar estribos de más de dos ramas.


DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO En vigas donde se cumpla:

 > 0.1 ∙ ∙′ Donde:

    

área gruesa área total de la sección transversal de un miembro estructural, medida exteriormente al refuerzo transversal, cm2 separación vertical de las ligaduras (medida centro a centro) dimensión transversal del núcleo, medido centro a centro de los estribos : Área total del refuerzo en la dirección de análisis. Ecuación 18.7.5.4.a Ecuación 18.7.5.4.b



En vigas donde se cumpla:

 > 0.1 ∙ ∙′

En las zonas confinadas:

/4 6∙  ≤ 10 ≤  = 10 35ℎ3  ≤ 15 ℎ    20 A lo largo de la longitud restante, los estribos se espaciaran de la manera siguiente:

 ≤ 15 6∙



8- Concreto Armado - Diseño de Vigas.deca0517

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