Requisitos de Reglamento para concreto estructural
ACI 318-14: Reorganizado para Diseñar Columnas
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Columnas • Secciones comunes – 10.1 – 10.2 – 10.3 – 10.4 – 10.5 – 10.6 – 10.7
Alcance Generalidades Límites del diseño Resistencia requerida Resistencia de diseño Límites del refuerzo Detallado del refuerzo
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Alcance de columnas • Como otros miembros
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Cubre concreto no preesforzado y preesforzado
• Único para estos miembros – Concreto Compuesto y miembros de acero
• No se incluye en este capítulo – Concreto simple en columnas → Capítulo 14
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Materiales • Igual a otros miembros
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Concreto → Capítulo 19 – Acero de refuerzo → Capítulo 20 – Embebidos → 20.7
• Únicos para estos miembros – Perfiles de acero estructural para columnas compuestas → Capítulo 20
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Conexiones con otros miembros • Como otros miembros
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Nudos construidos en sitio: vigacolumna y losa-columna → Capítulo 15 – Prefabricados → 16.2
• Único para estos miembros – Cimentaciones→ 16.3
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Límites de diseño • Dimensiones de las columnas
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Formas irregulares • Tratar como circulares
– Más grandes de los necesario • Área efectiva mínima = ½ área total • No se permite en pórticos a momento especiales
Área efecEva ≥ ½ área total
– Columnas en muros • 40 mm fuera de los estribos
– Espirales entrelazadas • Mínimo el recubrimiento requerido fuera de las espirales WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
Límites de diseño • Secciones compuestas
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– El acero espesor del acero de confinamiento debe ser al menos: • b√(fy/3Es) para ancho de la cara b • h√(fy/8Es) para secciones circulares
h
– Típicamente no hay barras de refuerzo ts = espesor de la lámina de acero de confinamiento
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Columna compuesta con núcleo de concreto
Resistencia requerida • Como otros miembros – Cargas→ Capítulo 5 – Análisis → Capítulo 6 • Considerar Pu y Mu simultáneamente • Vu
• Única para estos miembros – Esbeltez de la columna (Análisis de 2º orden) → 6.2.5, 6.6.4
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Resistencia de diseño • Como otros miembros – φPn > Pu, φMn ≥ Mu → 22.4 – φVn > Vu → 22.5 – φTn > Tu → Capítulo 9 (si es necesario) – Factores de reducción, φ → 21.2
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Límites del refuerzo • Concreto no preesforzado y preesforzado – Mínimo Ast = 0.01 Ag – Máximo Ast = 0.08 Ag
• Aplica también en regiones de empalmes • Crea problemas de congestión de refuerzo
Los máximos del refuerzo prevén problemas de conges<ón y consolidación del concreto
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Límites del refuerzo • Columnas compuestas – Mínimo As = 0.01 (Ag – Asx) – Máximo As = 0.08 (Ag – Asx) 530 mm 430 mm
Asx = área del perfil estructural o tubo de acero en una sección compuesta Columna compuesta con perfil W8 y barras longitudinales WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Límites del refuerzo • Refuerzo a cortante mínimo – Similar a vigas – Requerido donde Vu > (0.5) φVc – Av,min= mayor de
Columna
• 0 .063√𝑓↓𝑐↑′ 𝑏↓𝑤 𝑠∕ 𝑓↓𝑦𝑡 • 1.4𝑏↓𝑤 𝑠∕𝑓↓𝑦𝑡
Cortante en columnas
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Detallado del refuerzo • Como otros miembros
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Recubrimiento de concreto → 20.6.1 – Longitudes de desarrollo → 25.4 – Barras en paquete → 25.6 – Espaciamientos mínimos →25.2
• Único para estos miembros – Barras longitudinales mínimas – Barras dobladas por cambio de sección – Empalmes – Refuerzo transversal
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Refuerzo longitudinal • Número mínimo de barras
Estribos triangulares Estribos rectangulares
Estribos circulares
BUENA PRÁCTICA – Usar 8 barras en disposiciones circulares Barras en estribos cerrados de confinamiento circulares
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Espirales o estribos cerrados de confinamiento circulares
Refuerzo longitudinal • Número mínimo de barras • Columnas compuestas con núcleo de perfil de acero estructural – Una barra en cada esquina de una columna rectangular – Otras barras espaciadas ≤ 0.5 veces la menor dimensión lateral Máximo espaciamiento = 0.5 h
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
530 mm 430 mm
Barras dobladas por cambio de sección
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
• Pendiente: 1 to 6 • Paralelas a los lados arriba y abajo • Desplazamiento ≥ 75 mm, usar barras pasantes
1 6
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Empalmes • Tipos permitidos – Por traslapo – Mecánicos – Soldados a tope – Apoyo a tope
• Longitud del empalme → 25.5 Empalme por traslapo
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Empalme mecánico a tope Empalme soldado a tope (similar)
Empalmes • Empalmes por traslapo a compresión
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Longitud → 25.5.5 – No. 36 (diámetro 35 mm) y menores – Reducción por confinamiento en 10.7.5.2.1
• Empalmes por traslapo a tracción – Longitud → 25.5.2 – Clase A
• ≤ 50% empalmadas y empalmes escalonados ℓd
– Clase B
• Otros casos
• Barras de diferente tamaño
– ℓd de la barra mayor y ℓs de la barra más pequeña
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Empalmes por traslapo
Empalmes mecánicos y soldados • Requisitos en la Sección 25.5.7
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Mínimo desarrollo 1.25 fy – Soldadura del refuerzo de acuerdo con to 26.6.4 Barra roscada
Empalme a compresión – Camisa de acero llenada
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Camisa de acero llenada -‐ Empalme a tracción
Empalmes a tope
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
• Requisitos en 25.5.6 • Solo se permiten en miembros a compresión con refuerzo transversal • Deben escalonarse
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Refuerzo transversal • Requisitos mínimos de detallado – Estribos – sección 25.7.2 – Espirales – sección 25.7.3 – Estribos cerrados de confinamiento – sección 25.7.4
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal • Estribos – Debe conformar un anillo cerrado – Espaciamiento libre ≥ 4/3 dagg – Espaciamiento ≤ menor de: • 16 db de barra longitudinal • 48 db del estribo • Dimensión menor del miembro
– Apoyo lateral a: • Barras de esquina • Barras longitudinales alternas • > 150 mm espaciamiento libre
– Ganchos estándar alrededor de la barra WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal • Estribos circulares – Distancia entre extremos del traslapo 150 mm – Ganchos estándar alrededor de una barra en los extremos – Traslapos escalonados
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10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal • Espirales – Continuas con espaciamiento uniforme – Espaciamiento libre ≥ 4/3 dagg y 25 mm – espaciamiento libre ≤ 75 mm – Diámetro de la barra ≥ 9.5 mm para concreto construido en sitio – Anclada por medio de una vuelta y media adicional WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
• Estribos cerrados de confinamiento
– Estribos cerrados o enrollados continuamente – Ganchos sísmicos en los extremos – Pueden estar compuestos por varios elementos
Estribo cerrado de confinamiento de una pieza
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Estribo cerrado de confinamiento de varias piezas
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal • Pernos de anclaje
– Dos estribos o estribos de cerrados de confinamiento de barra No. 13 ó tres de barra No. 10 – Abrazando al menos 4 barras longitudinales – Dentro de los 125 mm superiores 125 mm Dos No. 13 ó tres No. 10 Planta WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
Alzado
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal • Soporte lateral de barras longitudinales – Estribos o estribos de cerrados de confinamiento • ½ espaciamiento por encima de losa • ½ espaciamiento por debajo del refuerzo inferior de la losa, ábaco o descolgado de cortante • 75 mm por debajo del refuerzo inferior de la viga menos alta
– Espirales • Parte superior de la losa • Parte superior de espiral → Tabla 10.7.6.3.2
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Espaciamiento de estribos cerrados de confinamiento en columnas
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
Refuerzo transversal • Barras dobladas por cambio de sección – Estribos, estribos cerrados de confinamiento, espirales, o construcción del piso – Resistir 150% de la componente horizontal de la barra doblada (~25% of fuerza en la barra) – A no más de 150 mm del doblez WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
150 mm
Refuerzo transversal • Refuerzo a cortante (ahora en una tabla)
10.1 Alcance 10.2 Generalidades 10.3 Límites de diseño 10.4 Resistencia requerida 10.5 Resistencia de diseño 10.6 Límites del refuerzo 10.7 Detallado del refuerzo
– Estribos, estribos cerrados de confinamiento o espirales
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Capítulo 18 – Estructuras sismo resistentes Sistemas ordinarios (Mínimo para CDS B) • Vigas • Columnas • Muros estructurales
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Sistemas intermedios (Mínimo para CDS C) • Vigas • Columnas • Nudos viga-‐columna • Losas en dos direcciones • Muros estructurales prefabricados
Sistemas especiales (CDS D, E, F) • Vigas • Columnas • Nudos viga-‐columna • PórEcos a momento de concreto prefabricado • Diafragmas y cerchas • Miembros que no son parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas • Muros estructurales
Requisitos sísmicos de columnas • Pórticos a momento ordinarios – Para ℓu ≤ 5c1, diseñe para Vu = menor de: • Cortante basado en Mn arriba y abajo • ΩoE substituye a E
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Requisitos sísmicos de columnas • Pórticos a momento intermedios → Sección 18.4.3 – Diseñe para Vu = menor de: • Cortante basado en Mn arriba y abajo • ΩoE substituido por E
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Requisitos sísmicos de columnas • Pórticos a momento intermedios – Espirales • No hay requisitos especiales de espaciamiento
– Estribos cerrados de confinamiento • Por una distancia ℓo, so = menor de 8 db longitudinal, 24 db de estribo cerrado de confinamiento, ½ de la dimensión más pequeña de la sección y 300 mm • Longitud ℓo = mayor de 1/6 luz libre, máxima dimensión de la sección transversal y 450 mm • Primer estribo cerrado de confinamiento a so/2 de la cara del nudo
– Columnas que soporten elementos rígidos discontinuos (muros) → 18.4.3.6
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Requisitos sísmicos de columnas • Pórticos a momento especiales → Sección 18.7 – Límites dimensionales – Resistencia mínima a flexión – Refuerzo longitudinal – Refuerzo transversal – Resistencia a cortante
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Requisitos sísmicos de columnas • Límites dimensionales – Menor dimensión ≥ 300 mm – Relación lado corto/lado largo ≥ 0.4
• Resistencia mínima a flexión – ∑Mnc ≥ (6/5)∑Mnb, – si no cumplen tienen que ser no participantes
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Requisitos sísmicos de columnas • Refuerzo longitudinal – Máximo Ast = 0.06 Ag – Empalmes a tracción por traslapo solo en el ½ central de la columna y confinados por refuerzo transversal de acuerdo con 18.7.5.2 y 18.7.5.3
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Requisitos sísmicos de columnas • Refuerzo transversal – En ℓo
• ℓo = mínimo (dimensión de la columna, luz libre/6, 450 mm) • Espirales o estribos cerrados de confinamiento • Dobleces deben abrazar barras longitudinales • Los extremos de los ganchos suplementarios deben alternarse • Abrazar barras longitudinales de esquina y barras alternas • Espaciamiento entre barras soportadas lateralmente ≤ 350 mm • Si Pu ≥ 0.3 Agf’c ó f’c > 700 MPa, abrazar todas las barras y el espaciamiento ≤ 200 mm
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Requisitos sísmicos de columnas • refuerzo transversal – Espaciamiento en ℓo = menor de: • ¼ dimensión mínima de la columna • 6. db de la barra longitudinal • so = 100 mm + (350-hx)/3, (100 mm ≤ so ≤ 150 mm)
– Refuerzo transversal mínimo según Tabla 18.7.5.4 para prevenir pérdida de resistencia cuando el recubrimiento se descascare – Espaciamiento fuera de ℓo • s no debe exceder 6 db de la barra longitudinal ó 150 mm
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Requisitos sísmicos de columnas • Resistencia a cortante – Calcule Vu usando Mpr en cada extremos de la columna (125% fy) – Refuerzo transversal en ℓo calculado suponiendo Vc = 0 cuando • Cortante sísmico ≥ ½ Vu y • Pu ≤ Agf’c/20
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Requisitos sísmicos de columnas • Columnas no participantes → 18.14 – Solo aplica a CDS SDC D, E, y F – Evaluar para efectos gravitacionales al llegar al desplazamiento de diseño
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Requisitos sísmicos de columnas • Columnas no participantes → 18.14 – Si la resistencia de diseño no excede • Máximo Ast = 0.06 Ag • La geometría del refuerzo transversal cumple los requisitos de 18.7.5.2 • Vu debido a Mpr en ambos extremos • El refuerzo transversal en ℓo calculado supone Vc = 0 cuando – Cortante sísmico ≥ ½ Vu y – Pu ≤ Agf’c/20 • Espaciamiento de estribos cerrados de confinamiento so ≤ 6 db refuerzo longitudinal y150 mm en toda la altura • Requisitos adicionales si Pu > 0.35 Po
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• www.facebook.com/AmericanConcreteInstitute
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