Upload
j-victor-meneses-c
View
25.197
Download
17
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Apuntes de cálculo y diseño estructural de vigas (trabes) y columnas de concreto armado
Citation preview
DISEÑO ESTRUCTURAL III
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 1
UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEXICO
LICENCIATURA EN ARQUITECTURA
PRIMAVERA 2010.
TERCER SEMESTRE
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 2
OBJETIVOS GENERALES:
Calcular, proponer y dimensionar los elementos estructurales que integran los sistemas constructivos en mampostería y madera.
Aprender la aplicación de reglamentos para cálculo de elementos estructurales.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Elaboración de dibujos de ejercicios prácticos. Elaboración de maquetas.
Exposición en pizarrón y proyecciones.
MODALIDAD DE EVALUACION DE LA ASIGNATURA
Exámenes exploratorios (3) 30%
A.C (trabajos, tareas, modelos) 60%
Participación 10%
TOTAL 100%
BIBLIOGRAFÍA:
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 3
PARKER, Harry; “Diseño simplificado de estructuras de madera”; Edit. LIMUSA; México, 1999.
LUTHE, García Rodolfo; “Análisis estructural”, Edit. Alfaomega; México, 2000.
AMBROSE. James, “Estructuras”, Edit. LIMUSA; México, 2001.
IMCA; “Manual de construcción en acero-dep 1”; Trillas; México, 2002.
SCHMITT; “Tratado de construcción”; Edit. Gustavo Pili; Barcelona; 2002.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 4
TEMARIO
MUROS
Muros de carga
Muros confinados.
Muros diafragma.
Muros reforzados.
Muros no reforzados.
Muros de contención.
Mamposterías.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 5
ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPLEMENTARIOS
Vigas.
Secciones simples
Columnas.
Secciones simples y compuestas.
Armaduras; isostáticas
Diseño de elementos de unión y sujeción: placas,
grapas, pernos, madera contrachapada, etc.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 6
DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Dimensionamiento de vigas y de marcos.
Comprobaciones.
Vigas aperaltadas
Columnas
Carga axial.
Carga excéntrica.
Dimensionamiento de armaduras (análisis por viento).
Elementos de unión: placas, remaches, tornillos y soldadura.
Acero laminado.
Dimensionamiento de columnas.
Dimensionamiento de elementos de unión.
Dimensionamiento de armaduras.
MUROS
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 7
Definición del muro.
Un muro es una construcción que presenta unasuperficie vertical y sirve para cerrar un espacio.
Los hay construidos de diversos materiales comomamposterías, madera, metal, etc.
TIPOS DE MUROS
Muros de carga.
Los muros de carga son aquellos que son el soporte dealguna estructura o losa; deben ser construidos conmateriales resistentes como mamposterías, acero ymadera.
Deben ser diseñados estructuralmente.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 8
Muros de carga
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 9
Muros confinados.
Los muros confinados son aquellos que están
delimitados por elementos estructurales para conferirles
mayor estabilidad y resistencia.
Los muros de mampostería deben confinarse con
cadenas y castillos.
Los muros de acero deben confinarse con perfiles de
acero.
Los muros de madera deben confinarse con barrotes y
polines.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 10
Muros confinados
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 11
Muros diafragma.
Estos son los que se encuentran rodeados por las vigas y
columnas de un marco estructural al que proporcionan rigidez
ante cargas laterales. Pueden ser de mampostería confinada,
reforzada interiormente, mampostería no reforzada o de
piedras naturales. El espesor de la mampostería de los muros
no será menor de 100 mm.
castillos o refuerzo interiorCORTE
elementos
para evitar
el volteo
Solución 1
t 100 mm
Solución 2
½Carga
R,columna
HCarga
VR,columna
V
¼H VR,columna
¼H
El muro diafragma es un elemento de rigidización
ante cargas en el plano de la estructura, debido a
las cuales va a estar sujeto a un estado de cortante
en el plano. Su función es equivalente a la de
diagonales de arrostramiento y en muchos métodos
simplificados de análisis se idealiza como tal. El
muro de rigidez no se encuentra, como el
diafragma, enmarcado en un sistema estructural
que absorbe las cargas axiales y de flexiónhttp://www.proz.com/kudoz/german_to_spanish/construction_civil_engineering/2717806-Übertragswand.html
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 12
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 13
Muros reforzados interiormente.
Estos muros están reforzados con barras o alambres corrugados de
acero, horizontal y verticalmente, colocados en las celdas de las
piezas, en ductos o en las juntas. El acero de refuerzo, tanto
horizontal como vertical, se distribuirá a lo alto y largo del muro.
s 300 mm
PLANTA
stA
stA
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 14
¼ sep. refuerzo
en doble celda
600 mm
(6.1.6)
elemento de
refuerzo
horizontal
separación de refuerzo en doble celda
(6.1.6)
Refuerzo vertical en pretiles
y horizontal en pretiles
mayores a 500 mm
abertura que no
requiere refuerzo
(6.1.8)
Refuerzo en
aberturas si
dimensión>
Muros reforzados
(interiormente).
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 15
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 16
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 17
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 18
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 19
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 20
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 21
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 22
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 23
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 24
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 25
Muros no reforzados.
MAMPOSTERÍA DE PIEDRAS NATURALES
Esta sección se refiere al diseño y construcción de muros obardas. También pueden ser cimientos, muros de retención(contención) y otros elementos estructurales de mampostería.
La mampostería puede ejecutarse en calidades de 1ª, 2ª y 3ª.
Las piedras no necesitarán ser labradas, pero se evitará, en loposible, el empleo de piedras de formas redondeadas y de cantosrodados. Por lo menos, el 70 por ciento del volumen del elementoestará constituido por piedras con un peso mínimo 30 kg., cadauna, y con un espesor de 30 cm.
Los morteros a emplearse deben contener cemento.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 26
Muros no reforzados.
MAMPOSTERÍA DE PIEDRAS NATURALES
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 27
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 28
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 29
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 30
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 31
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 32
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 33
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 34
1.6 Muros de contención.
• El muro de contención se define como: “Toda estructuracontinua que de forma activa o pasiva produce un efectoestabilizador sobre una masa de terreno”.
• El carácter fundamental de los muros es el de servir deelemento de contención de un terreno o una masa, queen unas ocasiones es un terreno natural y en otras unrelleno artificial.
• En la situación anterior, el cuerpo del muro trabajaesencialmente a flexión y a la compresión vertical debidaa su propio peso es generalmente despreciable.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 35
• Sin embargo, en ocasiones el muro desempeña una
segunda misión que es la de transmitir cargas verticales
al terreno, desempeñando una función de cimiento.
• La carga vertical puede venir de una cubierta situada
sensiblemente a nivel del terreno o puede ser producida
también por uno o varios forjados apoyados sobre el
muro y por pilares que se apoyan en su coronación,
transmitiéndole las cargas de las plantas superiores.
• Estos muros deben llevar drenaje.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 36
Muros de contención.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 37
1.7 Mamposterías.
• El uso de las mamposterías en la arquitectura yconstrucción es muy variado.
• Como podremos ver, su uso esta básicamente en treselementos estructurales:
Cimientos, muros y cubiertas.
En cimientos:
• Mamposterías de piedra braza.
• Mamposterías de piedra negra.
• Cimientos de concreto ciclópeo. (concreto simple).
• Cimientos de concreto armado.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 38
En muros:
• Muros de ladrillo rojo común. (tabique).
• Muros de ladrillo extruido.
• Muros de concreto ligero (blocks macizos y huecos).
• Muros de adobe .
• Muros de sillar.
• Muros de piedra braza y negra.
• Muros de concreto armado.
• Muros de cualquier tipo piedra (según la región).
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 39
En cubiertas:
• Cúpulas y bóvedas de ladrillo.
• Losas macizas de concreto armado.
• Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla.
• Losas prefabricadas variadas.
• Losa artesonada.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 40
• Como notamos, el mayor uso de las mamposterías es en losmuros; que son elementos sustentantes en una estructura.
• Y su uso es menor en las cubiertas; ya que estas trabajanprimordialmente a flexión; y por lo tanto necesitan estarreforzadas con acero.
• El trabajo estructural de la mampostería es a compresión.
Ejemplos:
Cimientos de mampostería.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 41
Muros de tabique rojo común. Ladrillos extruidos.
Blocks de concreto ligero.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 42
Sillares.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 43
Cúpulas y bóvedas de ladrillo.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 44
Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 45
2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPLEMENTARIOS
2.1 Vigas.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 46
• Viga.- Es un elemento estructural de forma alargada ygeneralmente horizontal o inclinada que sirve paraformar y cargar losas en los edificios y sostenercargas.
• Su trabajo estructural es a flexión.
• Existen vigas de concreto reforzado, acero y madera.
• A la viga de concreto se le conoce comúnmente con elnombre de trabe.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 47
Ejemplos:
Trabes de concreto
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 48
Vigas de acero Vigas de madera
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 49
2.1.1. Secciones simples de vigas
Vigas simples o isostáticas.
• Son las vigas en las cuales el número de reacciones en los apoyos pueden ser determinadas por ecuaciones de equilibrio:
• ∑Fy, ∑Fx, ∑M.
Como ejemplos tenemos:
• Vigas simplemente apoyadas.
• Vigas en voladizo o ménsula.
• Vigas apoyadas con voladizo.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 50
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 51
Ejemplo de columna de acero
Ejemplo de columna de madera
Ejemplo de columnas de concreto
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 52
2.3 Armaduras isostáticas
Definición de armadura
Es una estructura de barras unidas por sus extremos de
manera que constituyan una unidad rígida.
Algunos ejemplos son: los puentes de acero, los soportes de
cubiertas o algunas grúas.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 53
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 54
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 55
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 56
2.4 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE MADERA
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 57
DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO REFORZADO
• Existen dos teorías para el diseño de estructuras de
concreto reforzado:
1) “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos
de trabajo”.
2) “La teoría plástica” ó “Diseño a la ruptura”.
• La teoría elástica es ideal para calcular los esfuerzos y
deformaciones que se presentan en una estructura de
concreto bajo las cargas de servicio.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 58
Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia
última de la estructura, con el fin de determinar la
intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así
poder asignar coeficientes de seguridad, ya que la
hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y
deformaciones es completamente errónea en la vecindad
de la falla de la estructura.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 59
La teoría plástica es un método para calcular y
diseñar secciones de concreto reforzado, fundado
en las experiencias y teorías correspondientes al
estado de ruptura de las teorías consideradas.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 60
VENTAJAS DEL DISEÑO PLÁSTICO
1. En la proximidad del fenómeno de ruptura, los esfuerzos
no son proporcionales a las deformaciones unitarias, si
se aplica la teoría elástica, esto llevaría errores hasta de
un 50% al calcular los momentos resistentes últimos de
una sección.
2. En cambio, si se aplica la teoría plástica, obtenemos
valores muy aproximados a los reales obtenidos en el
laboratorio.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 61
3. La carga muerta en una estructura, generalmente es una
cantidad invariable y bien definida, en cambio la carga
viva puede variar mas allá del control previsible.
En la teoría plástica, se asignan diferentes factores de
seguridad a ambas cargas tomando en cuenta sus
características principales.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 62
4. En el cálculo del concreto presforzado se hace
necesario la aplicación del diseño plástico,
porque bajo cargas de gran intensidad, los
esfuerzos no son proporcionales a las
deformaciones.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 63
FACTORES DE CARGA
Factor de carga es el número por el cual hay que multiplicar
el valor de la carga real o de servicio para determinar la
carga última que puede resistir un miembro en la ruptura.
Generalmente la carga muerta en una estructura, puede
determinarse con bastante exactitud pero no así la carga
viva cuyos valores el proyectista solo los puede suponer
ya que es imprevisible la variación de la misma durante
la vida de las estructuras; es por ello, que el coeficiente
de seguridad o factor de carga para la carga viva es
mayor que el de la carga muerta. Los factores que en el
reglamento del ACI se denominan U, son los siguientes:
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 64
• A) Para combinaciones de carga muerta y carga viva:
U = 1.4D + 1.7L
Donde:
D = Valor de la carga muerta
L = Valor de la carga viva
• B) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y
carga accidental:
U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.7W) ó
U = 0.75 (1.4D + 1.7L + 1.87E)
Donde:
W = Valor de la carga de viento
E = Valor de la carga de sismo
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 65
• Cuando la carga viva sea favorable se deberá
revisar la combinación de carga muerta y
carga accidental con los siguientes factores de
carga:
• U = 0.90D + 1.30W
• U = 0.90D + 1.30E
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 66
FACTORES DE REDUCCIÓN
Es un número menor que 1, por el cual hay que multiplicar la
resistencia nominal calculada para obtener la resistencia
de diseño.
Al factor de reducción de resistencia se denomina con la letra
Ø: los factores de reducción son los siguientes:
a) FR=0.9 para flexión.
b) FR=0.8 para cortante y torsión.
c) FR=0.7 para transmisión de flexión y cortante en losas o
zapatas.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 67
d) Flexocompresión:
FR=0.8 cuando el núcleo esté confinado con refuerzo
transversal circular que cumpla con los requisitos de la
sección 6.2.4, o con estribos que cumplan con los
requisitos del inciso 7.3.4.b;
FR=0.8 cuando el elemento falle en tensión;
FR=0.7 si el núcleo no está confinado y la falla es en
compresión; y
e) FR = 0.7 para aplastamiento.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 68
El factor de reducción de resistencia toma en
cuenta las incertidumbres en los cálculos de
diseño y la importancia relativa de diversos
tipos de elementos; proporciona disposiciones
para la posibilidad de que las pequeñas
variaciones adversas en la resistencia de los
materiales, la mano de obra y las dimensiones
las cuales, aunque pueden estar
individualmente dentro de las tolerancias y los
límites pueden al continuarse, tener como
resultado una reducción de la resistencia.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 69
5.4 Paquetes de barras
Las barras longitudinales pueden agruparse formando
paquetes con un máximo de dos barras cada uno en
columnas y de tres en vigas, con la salvedad expresada en
el inciso 7.2.2.d.
Los paquetes se usarán sólo cuando queden alojados en un
ángulo de los estribos.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 70
5.7 Refuerzo por cambios volumétricos
Por sencillez, puede suministrarse un refuerzo mínimo con
cuantía igual a 0.002 en elementos estructurales
protegidos de la intemperie, y 0.003 en los expuestos a
ella, o que estén en contacto con el terreno.
VIGAS RECTANGULARES
SIMPLEMENTE ARMADAS
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 71
Una viga de concreto es rectangular, cuando su sección
transversal en compresión tiene esa forma.
Es simplemente armada, cuando sólo tiene refuerzo para
tomar la componente de tensión del par interno.
En general, en una viga la falla puede ocurrir en dos formas:
1) Una de ellas se presenta cuando el acero de refuerzo
alcanza su límite elástico aparente o límite de fluencia
Fy; sin que el concreto llegue aún a su fatiga de ruptura
0.85 F`c.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 72
- La viga se agrietará fuertemente del lado de tensión
rechazando al eje neutro hacia las fibras más
comprimidas, lo que disminuye el área de compresión,
aumentando las fatigas del concreto hasta presentarse
finalmente la falla de la pieza.
Estas vigas se llaman “Subreforzadas” y su falla ocurre más
ó menos lentamente y va precedida de fuertes
deflexiones y grietas que la anuncian con anticipación.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 73
2) El segundo tipo de falla se presenta cuando el
concreto alcanza su límite 0.85 F`c mientras que
el acero permanece por debajo de su fatiga Fy.
Este tipo de falla es súbita y prácticamente sin
anuncio previo, la cual la hace muy peligrosa.
Las vigas que fallan por compresión se llaman
“Sobrereforzadas”.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 74
• Puede presentarse un tipo de vida cuya falla ocurra
simultáneamente para ambos materiales, es decir, que el
concreto alcance su fatiga límite de compresión 0.85 F’c,
a la vez que el acero llega también a su límite Fy.
A estas vigas se les da el nombre de “Vigas Balanceadas” y
también son peligrosas por la probabilidad de la falla de
compresión.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 75
Para evitar las vigas sobrereforzadas y las balanceadas, el
reglamento del ACI 318 limita el porcentaje de refuerzo al
75% del valor correspondiente a las secciones
balanceadas.
Por otra parte, también las vigas con porcentajes muy
pequeños de acero, suelen fallar súbitamente.
Por lo que no es conveniente poner una cuantía mínima de
acero.
RECUBRIMIENTO
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 76
REQUISITOS DE SEPARACIONES Y RECUBRIMIENTOS
LIBRES DEL ACERO DE REFUERZO EN VIGAS
El refuerzo debe de tener recubrimiento adecuado cuyo fin
es el de proteger al acero de dos agentes: La corrosión
y el fuego.
La magnitud del recubrimiento debe fijarse por lo tanto,
según la importancia de estos agentes agresivos.
Por lo tanto, debe proveerse de un recubrimiento suficiente
para tales fines, aunque un recubrimiento demasiado
grande, provocará demasiadas grietas.
RECUBRIMIENTO
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 77
RECOMENDACIONES
Se debe cumplir lo siguiente:
1) 2 cm mínimos en columnas y trabes
2) 1.5 cm mínimos en losas y muros
3) Diámetro de la barra mas gruesa de un paquete.
NOTA: Usaremos el recubrimiento mayor de las
recomendaciones.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 78
El agrietamiento se debe a las deformaciones causadas por
los cambios volumétricos y los esfuerzos ocasionados
por fuerzas de tensión, por momentos flexionantes, o por
las fuerzas cortantes.
El recubrimiento se mide desde la superficie del concreto
hasta la superficie exterior del acero, a la cual, se aplica
el recubrimiento. Cuando se prescriba un recubrimiento
mínimo para una clase de elemento estructural; éste
debe medirse:
Hasta el borde exterior de los estribos, anillos ó espirales, si
el refuerzo transversal confina las varillas principales
hasta la capa más cercana de varillas, si se emplea más
de una capa sin estribos o anillos.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 79
Límites para el Espaciamiento del Refuerzo en Vigas
En cuanto a la separación de las varillas en vigas, el
reglamento del A.C.I. 318 recomienda lo siguiente:
La distancia libre entre barras paralelas no debe ser menor
que: El diámetro nominal de las barras: 1.3 veces el
tamaño máximo del agregado grueso ò 2.5 cm.
Cuando el refuerzo paralelo se coloque en dos o màs capas,
las varillas de las capas superiores, deben colocarse
exactamente arriba de las que están en las capas
inferiores, con una distancia libre entre ambas; no menor
de 2.5 cm.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 80
Diseño por durabilidad
Las estructuras deberán diseñarse para una vida útil de al
menos 50 años, de acuerdo con los requisitos establecidos
en el Cap. 4. (NTC-2004).
1.4 Análisis 1.4.1 Aspectos generales
Las estructuras de concreto se analizarán, en general, con
métodos que supongan comportamiento elástico. También
pueden aplicarse métodos de análisis límite siempre que
se compruebe que la estructura tiene suficiente ductilidad y
que se eviten fallas prematuras por inestabilidad. Las
articulaciones plásticas en vigas y columnas se diseñarán
• de acuerdo con lo prescrito en la sección 6.8. (NTC-2004).
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 81
1.5.1.2 Resistencia a compresión
Los concretos clase 1 tendrán una resistencia especificada,
f’c igual o mayor que 250 kg/cm². La resistencia
especificada de los concretos clase 2 será inferior a 250
kg/cm² pero no menor que 200 kg/cm².
El Corresponsable en Seguridad Estructural o el Director
Responsable de Obra, cuando el trabajo no requiera de
Corresponsable, podrá autorizar el uso de resistencias f’c,
distintas de las antes mencionadas, sin que, excepto lo
señalado en el párrafo siguiente, sean inferiores a 200
kg/cm².
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 82
En muros de concreto reforzado de vivienda de interés social
se admitirá el uso de concreto clase 2 con resistencia
especificada de 150 kg/cm² si se garantizan los
recubrimientos mínimos requeridos en 4.9.3.
Todo concreto estructural debe mezclarse por medios
mecánicos.
El de clase 1 debe proporcionarse por peso.
El de clase 2 puede proporcionarse por volumen.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 83
Dimensionamiento de vigas
Fundamentalmente, debe buscarse la sencillez constructiva y launiformidad, y deben evitarse las discontinuidades tanto en lasdimensiones del concreto como en la distribución del refuerzo.
Los cambios bruscos de sección no suelen ser convenientes.
El refuerzo debe detallarse considerando la posibilidad de condicionesde carga no previstas específicamente en el cálculo y los efectos delas redistribuciones de momentos.
El proyectista busca obtener soluciones económicas en cuanto aconsumo de materiales. Pero no debe olvidarse que en el costo totalde una estructura influyen otros factores, tales como las cimbras yobras falsas, la mano de obra, la duración de la construcción y elprocedimiento constructivo adoptado,
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 84
La sencillez constructiva conduce a tiempos de ejecución menores ycostos de mano de obra inferiores.
Para lograr sencillez y rapidez constructiva, es conveniente estandarizarsecciones de concreto en el mayor grado posible, no solamente enlas estructuras prefabricadas, donde esto es obvio, sino también enlas estructuras coladas en el lugar. La estandarización de seccionestrae consigo la simplificación de la mano de obra y la posibilidad delograr una planeación eficiente del uso de cimbras. Como es natural,conviene también que los elementos estructurales tengan formasgeométricas sencillas.
También es aconsejable la estandarización de los detalles de refuerzo,de manera que pueda reducirse a un mínimo el número de barras decaracterísticas distintas. La estandarización del refuerzo facilita laslabores de habilitado y de colocación de las varillas, al mismo tiempoque simplifica la supervisión y el control de costos.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 85
Detallado del refuerzo
a) Los armados deben ser sencillos
b) No debe haber congestionamientos del refuerzo
c) El refuerzo debe tener recubrimientos adecuados. El recubrimientoprotege al acero de dos agentes: la corrosión y el fuego.
d) Las barras deben estar ancladas
e) Las estructuras deben tener un comportamiento dúctil
Corte de barras
El diagrama de momentos puede modificarse con respecto al teóricopor variaciones en la distribución o en la magnitud de las cargas, ydebido a que las barras deben anclarse en sus extremos, serecomienda que éstas se prolonguen cierta distancia, generalmenteigual o mayor que el peralte de la viga, más allá de la sección endonde pueden cortarse teóricamente.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 86
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 87
Estribos.
En el caso de que el diagrama de fuerza cortante sea variable, como el
de la figura, puede dividirse en dos o tres segmentos de magnitud
constante, como se indica con línea punteada en la misma figura.
Debe tenerse en cuenta que el diagrama teórico de fuerza cortante
puede modificarse por cambios imprevistos en la distribución de la
carga.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 88
Secciones rectangulares doblemente armadas
Puede suceder que una sección rectangular cuyas dimensiones hayan sido fijadas por
alguna restricción funcional no pueda soportar, como sección simplemente
armada. En tal caso, la capacidad de la sección puede aumentarse adicionando
acero de compresión e incrementando el acero de tensión. El acero de
compresión también es útil para reducir deflexiones. A veces una sección tiene
refuerzo de compresión por motivos ajenos a la resistencia o al control de
deformaciones. Éste es el caso, por ejemplo, de la viga continua de la figura.
TABLA DE VARILLAS
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 89
# de varilla Equivalencia
En pulgadas
Diámetro
En mm
3 3/8 9.5
4 1/2 13
5 5/8 16
6 ¾ 19
8 1 25
10 1 ¼ 32
12 1 ½ 38
AREAS DE VARILLAS
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 90
varilla
#
Area (cm2)
Número de varillas
# / 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3 0.713 1.425 2.138 2.850 3.563 4.275 4.988 5.700 6.413 7.126
4 1.267 2.534 3.800 5.067 6.334 7.601 8.867 10.134 11.401 12.668
5 1.979 3.959 5.938 7.917 9.897 11.876 13.855 15.835 17.814 19.793
6 2.850 5.700 8.551 11.401 14.251 17.101 19.952 22.802 25.652 28.502
7 3.879 7.759 11.638 15.518 19.397 23.277 27.156 31.036 34.915 38.795
8 5.067 10.134 15.201 20.268 25.335 30.402 35.470 40.537 45.604 50.671
9 6.413 12.826 19.239 25.652 32.065 38.478 44.891 51.304 57.717 64.130
10 7.917 15.835 23.752 31.669 39.587 47.504 55.421 63.338 71.256 79.173
12 11.4 22.8 34.2 45.6 57 68.4 79.8 91.2 102.6 114
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 91
EJEMPLO 1
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 92
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 93
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 94
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 95
EJEMPLO
2
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 96
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 97
EJEMPLO 3
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 98
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 99
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 100
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 101
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 102
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 103
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 104
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 105
EJEMPLO 4
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 106
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 107
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 108
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 109
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 110
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 111
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 112
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 113
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 114
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 115
EJEMPLO 5 SEGÚN ACI - 318
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 116
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 117
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 118
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 119
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 120
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 121
EJEMPLO 2
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 122
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 123
2.2 Columnas.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 124
• Una columna es un elemento estructural vertical y deforma alargada que sirve en general para sostener elpeso de la estructura, aunque también puede tenerfines decorativos.
• De ordinario su sección es circular; cuando escuadrangular suele denominarse pilar. Y cuando estaadosada a un muro se llama pilastra.
• La columna está comúnmente formada por treselementos: basa, fuste y capitel.
• Su trabajo estructural es a flexo compresión.
• Existen columnas de mampostería simple, concretoarmado, acero y madera.
COLUMNAS
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 125
Geometría
La relación entre la dimensión transversal mayor de una
columna y la menor no excederá de 4.
La dimensión transversal menor será por lo menos igual a
200 mm.
Refuerzo mínimo y máximo
a) La cuantía de refuerzo longitudinal no será menor que
0.01, ni mayor que 0.04.
b) El número mínimo de barras será seis en columnas
circulares y cuatro en rectangulares.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 126
c) Sólo se permitirá formar paquetes de dos barras.
d) El traslape de barras longitudinales sólo se permite en
la mitad central del elemento.
e) La zona de traslape debe confinarse
con refuerzo transversal
Requisitos para refuerzo transversal (Separación de
estribos).
Todas las barras o paquetes de barras longitudinales
deben restringirse contra el pandeo con estribos o
zunchos con separación no mayor que:
a) 850/ f y, con fy en kg/cm²; de la varilla mas delgada.
b) 48 diámetros de la barra del estribo; ni que
c) La mitad de la menor dimensión de la columna.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 127
La separación máxima de estribos se reducirá a la mitad
de la antes indicada en una longitud no menor que:
a) la dimensión transversal máxima de la columna;
b) un sexto de su altura libre; ni que
c) 600 mm arriba y abajo de cada unión de columna con
trabes o losas, medida a partir del respectivo plano de
intersección.
• En la parte inferior de las columnas de planta baja
este refuerzo debe llegar hasta media altura de la
columna, y debe continuarse dentro de la cimentación
al menos en una distancia igual a la longitud de
desarrollo de la barra más gruesa.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 128
• Grapas
Para dar restricción lateral a barras que no sean
de esquina, pueden usarse grapas formadas
por barras rectas, cuyos extremos terminen en
un doblez a 135 grados alrededor de la barra o
paquete restringido
La separación máxima de las grapas se
determinará con el criterio prescrito antes para
estribos.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 129
• Columnas zunchadas
El refuerzo transversal de una columna zunchada debe ser
una hélice continua de paso constante o estribos
circulares cuya separación sea igual al paso de la
hélice.
La cuantía volumétrica del refuerzo transversal, ps , no
será menor que
donde
Ac área transversal del núcleo, hasta la circunferencia
exterior de la hélice o estribo;
Ag área transversal de la columna; y
fy esfuerzo de fluencia del acero de la hélice o estribo.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 130
• La distancia libre entre dos vueltas consecutivas o
entre dos estribos no será menor que una vez y media
el tamaño máximo del agregado, ni mayor que 70 mm.
• Los traslapes tendrán una vuelta y media.
• Las hélices se anclarán en los extremos de la columna
mediante dos vueltas y media.
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 131
• Ejemplos de estribos
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 132
Refuerzo transversal
Vertical en uniones
Viga-columna
EJEMPLO 1
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 133
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 134
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 135
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 136
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 137
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 138
EJEMPLO 2
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 139
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 140
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 141
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 142
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 143
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 144
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 145
Diseño Estructural III José Victor Meneses Campos 146
José Victor Meneses Campos
Mtro. Ing. Arquitecto
Puebla, México
19 de mayo de 2010