Procedimiento de Diseño para Secciones con Alas con Armadura de Tracción. (II)

Paso 5: Usando la Tabla 7-1, calcular la armadura Asw requerida para desarrollar la resistencia al momento a ser soportada por el alma:

Paso 6: Determinar la armadura total requerida:

As = Asf + Asw

Paso 7: Verificar si la sección es controlada por tracción, con = 0,9:

c = aw / β1

Si c/dt ≤ 0,375 la sección es controlada por tracción

Si c/dt > 0,375 se debe agregar armadura de compresión

Paso 8: Verificar la capacidad de momento:

Procedimiento de Diseño para Secciones con Alas con Armadura de Tracción.

Se resumen los pasos para el diseño de secciones con alas que sólo tienen armadura de tracción (ver Ejemplos 7.4 y 7.5). Paso 1: Determinar el ancho de ala efectivo b de acuerdo con 8.10.
Usando la Tabla 7-1, determinar la profundidad del bloque de tensiones equivalente, a, suponiendo comportamiento de sección rectangular con b igual al ancho de ala (es decir, a ≤ hf):

f'cbd2. Asumir que sefpara lo cual ω se obtiene de la Tabla 7-1 para Mu/ = 0,9. ftrata de una sección controlada por tracción con

Paso 2: Si a ≤ hf, determinar la armadura como si se tratara de una sección rectangular que sólo tiene armadura de tracción.
Si a > hf, ir al paso 3.

Paso 3: Si a > hf, calcular la armadura Asf requerida y la resistencia Mnffal momento  correspondiente al ala saliente de la viga en compresión:

Paso 4: Calcular la resistencia al momento requerida a ser soportada por el alma de la viga:

Muw = Mu – Mnf

Losas Nervadas Hormigonadas en Obra.

Desde 1989 el Código exige que en las vigas perimetrales se coloque armadura continua para integridad estructural. La cantidad de armadura requerida es como mínimo igual a un sexto de la armadura de tracción requerida para el momento negativo en el apoyo, y un cuarto de la armadura de tracción requerida para el momento positivo en el centro del tramo. El Código 2002 exige un mínimo de dos barras en todos los casos. Otro requisito incorporado por primera vez en el Código 2002 es el que permite explícitamente el uso de empalmes mecánicos y soldados para la armadura continua de las losas nervuradas hormigonadas en obra. Las Figuras 3-11 a 3-13 ilustran los detalles de armado requeridos para el caso general de una losa nervurada.

Integridad de la Estructura en su Conjunto.

Debido a que el mal uso y los accidentes son eventos impredecibles, éstos no pueden ser definidos con precisión. De manera similar, el proveer a una estructura de integridad estructural es un requisito que no se puede expresar en términos sencillos.

El requisito de comportamiento …"A fin de asegurar la integridad de la estructura en su conjunto los elementos de una estructura se deben vincular eficazmente entre sí" requiere que el ingeniero aplique su criterio profesional, y seguramente diferentes ingenieros tendrán diferentes opiniones acerca de cómo vincular efectivamente los elementos de un sistema particular. Es evidente que es imposible codificar todas las condiciones y situaciones que se podrían presentar en el diseño estructural. Sin embargo, el Código sí presenta ejemplos específicos de determinados detalles de armado para las losas nervuradas hormigonadas en obra.

Si un apoyo resulta dañado, si no está confinada por estribos la armadura superior que es continua sobre el apoyo tenderá a desprenderse del hormigón, y no podrá colaborar en la transferencia de carga por flexión sobre el apoyo dañado. Especificando una cantidad de armadura inferior continua sobre los apoyos se puede lograr una cierta capacidad de soportar momentos positivos en los apoyos. Especificando para las vigas de borde o perimetrales una determinada cantidad de armadura superior e inferior continua se genera una vinculación de la estructura; además, esta continuidad provista para las vigas perimetrales de la estructura rigidizará la parte exterior de la misma, lo cual resultará útil en caso que se dañe una columna exterior. Se podrían mencionar otros ejemplos de detalles de armado que se pueden aplicar para obtener integridad estructural y lograr que un sistema estructural continúe resistiendo cargas aún cuando algún elemento resulte gravemente dañado. El ingeniero deberá evaluar esta consideración de diseño, y diseñar sistemas específicos para tratar este problema.

El concepto del diseño para integridad estructural se discute en profundidad en el Comentario de ASCE 7, Minimum DesignLoads for Buildings and Other Structures.3.6 El lector que desee profundizar en estos conceptos puede consultar esta publicación.

Requisitos para la Integridad Estructural.

Aunque una estructura sea capaz de soportar de manera segura todas las olicitaciones de diseño convencionales, es posible que sufra daños localizados provocados por cargas localizadas excepcionalmente elevadas como las provocadas por las explosiones de gases o líquidos industriales, el impacto de un vehículo, el impacto de objetos extraños, y los efectos de vientos de velocidades muy elevadas como los que se producen durante un tornado. En general estas cargas o eventos excepcionales no constituyen consideraciones de diseño. La integridad global de una estructura de hormigón armado ante estas cargas excepcionales se puede mejorar considerablemente introduciendo algunos cambios relativamente menores en los detalles de armado. La intención de la Sección 7.13 es mejorar la redundancia y la ductilidad de las estructuras. Esto se logra colocando, como mínimo, alguna armadura continua u otros métodos para vincular entre sí los elementos de la estructura. Si se producen daños en un elemento estructural principal, o en situaciones de cargas excepcionales, la armadura para integridad estructural ayuda a restringir los daños resultantes a un área relativamente pequeña de la estructura, con lo cual mejora su estabilidad global.

La Sección 7.13 no pretende que las estructuras se diseñen para resistir un colapso generalizado provocado por usos indebidos ni para resistir cargas excepcionalmente elevadas que actúan directamente sobre una gran parte de la estructura. El colapso generalizado de una estructura, tal como el que podría provocar un evento como un bombardeo o un alud, están fuera del alcance de todos los métodos de diseño generales.

Armadura de Compresión y Temperatura.

En las losas estructurales donde la armadura principal de flexión está dispuesta en una sola dirección se debe colocar armadura en dirección perpendicular a la misma para resistir los esfuerzos debido a la contracción y a la temperatura, pero este requisito no es aplicable a las losas a nivel del plano de fundación en contacto con el suelo. En base a la sección bruta de hormigón, las cuantías mínimas de la armadura de contracción y temperatura son las siguientes:

1. Para barras conformadas de acero Grado 40 y Grado 50: 0,0020

2. Para barras conformadas o mallas de alambre soldadas de acero Grado 60: 0,0018

3. Para las armaduras cuya tensión de fluencia es mayor que 60.000 psi: 0,0018× 60.000 / fy ; pero mayor o igual que 0,0014.

La separación de la armadura de contracción y temperatura debe ser menor o igual que 5 veces el espesor de la losa y menor o igual que 18 in. Los empalmes y anclajes de esta armadura se deben diseñar para la totalidad de la tensión de fluencia especificada. Las cuantías mínimas indicadas no se aplican cuando se utilizan cables de pretensado.

Como armadura de contracción y temperatura se pueden usar cables de pretensado adherentes o no adherentes (7.12.3). Los tendones deben proporcionar una tensión media de compresión mínima de 100 psi sobre el área bruta de hormigón, considerando las tensiones de pretensado efectivas luego de las pérdidas de pretensado. La separación de los cables debe ser menor o igual que 6 ft. Si la separación de los cables es mayor que 54 in. se debe proveer armadura adherente adicional en los bordes de la losa.

Estribos Cerrados Características.

De acuerdo con el artículo 7.11.3, los estribos cerrados deben estar compuestos por un solo tramo de barra continua con ganchos de 90 ó 135 grados yuxtapuestos en sus extremos, o bien por uno o dos tramos de barra continua con empalmes Clase B, tal como se ilustra en la Figura 3-8. Los estribos cerrados constituidos por un solo tramo de barra continua con ganchos yuxtapuestos en sus extremos no son prácticos de colocar. Ninguno de los estribos cerrados ilustrados en la Figura 3-8 se considera efectivo para un elemento solicitado por esfuerzos de torsión elevados. Ensayos realizados han demostrado que cuando hay esfuerzos de torsión elevados y el confinamiento proporcionado por el hormigón externo es limitado, este tipo de detalles de armado resultarán en la pérdida del recubrimiento de hormigón y la consiguiente pérdida del anclaje. Ver Figura 3-9. El Manual ACI3.1 recomienda que los estribos cerrados usados para resistir torsión se detallen como se ilustra en la Figura 3-10.

Armadura Transversal para los Elementos Seleccionados a Tracción.

Cuando se utiliza armadura de compresión para aumentar la resistencia a flexión de un elemento (10.3.5.1) o para controlar las flechas a largo plazo [Ecuación (9.11)], el artículo 7.11.1 exige que esta armadura debe estar arriostrada por estribos o estribos cerrados que la encierren. Los requisitos sobre las dimensiones y separación de estos estribos o estribos cerrados son los mismos que se aplican a los estribos de las columnas. Está permitido usar malla de alambre soldada siempre que su área sea equivalente. Los estribos o estribos cerrados se deben prolongar en toda la distancia en la cual la armadura comprimida es requerida por motivos de resistencia o para limitar las flechas. El artículo 7.11.1 no se aplica a la armadura que se coloca en una zona comprimida para facilitar el armado de la jaula de armadura o para mantener la armadura en su lugar durante la colocación del hormigón.

Este requisito del artículo 7.11.1 se ilustra en la Figura 3-7. La parte inferior continua del estribo en U de la figura satisface la intención del artículo 7.11.1, es decir arriostra las dos barras inferiores. En general no es necesario colocar estribos totalmente cerrados, salvo en los casos en los cuales hay momentos reversibles elevados y las condiciones exigen que tanto la armadura longitudinal inferior como la armadura longitudinal superior se diseñen como armadura comprimida.

Si se requiere armadura de torsión, ésta puede estar constituida por estribos completamente cerrados, estribos cerrados, zunchos o jaulas de malla de alambre soldada de acuerdo con 11.6.4.

Estribos Cerrados para Columnas.

En las columnas de hormigón armado, la distancia vertical entre el estribo cerrado del extremo inferior de la columna y la parte superior de la fundación o de la losa de entrepiso, y la distancia entre el estribo cerrado del extremo superior de la columna y la armadura horizontal más baja de la losa o el ábaco superior, deben ser menores que la mitad del valor de la separación entre estribos. Cuando a una columna concurren vigas o ménsulas desde las cuatro direcciones, el último estribo de la columna se debe colocar como máximo 3 in. por debajo de la armadura más baja de la viga o ménsula menos profunda (ver Figura 3-5). El diámetro mínimo de los estribos usados en las columnas de hormigón armado depende del diámetro de las barras longitudinales. Los diámetros mínimos son los siguientes: No. 3 para las barras longitudinales no pretensadas No. 10 y menores; y No. 4 para las barras Longitudinales No. 11 y mayores y para los paquetes de barras. También se aplican las siguientes limitaciones: La separación de los estribos debe ser menor o igual que 16 veces el diámetro de las barras longitudinales, menor o igual que 48 veces el diámetro de los estribos, y menor o igual que la menor dimensión de la columna; los estribos se deben ubicar de forma tal que cada barra longitudinal de esquina y cada barra alternada tengan un apoyo transversal proporcionado por la esquina de un estribo con un ángulo interior menor o igual que 135 grados. La separación libre máxima entre una barra longitudinal sin apoyo transversal y la barra arriostrada más próxima debe ser menor o igual que 6 in. (ver Figura 3-6). Observar que la distancia libre de 6 in. se mide a lo largo del estribo.

Las barras o alambres continuos de forma helicoidal se pueden utilizar como estribos cerrados, siempre que su área sea equivalente a la de los estribos cerrados individuales. Cuando las barras longitudinales están ubicadas alrededor del perímetro de un círculo está permitido utilizar estribos circulares cerrados con las separaciones especificadas. Este requisito también permite usar estribos circulares con separaciones mayores que las especificadas cuando se utilizan zunchos circulares continuos. El anclaje de los zunchos constituidos por barras o alambres continuos se debe realizar mediante un gancho normal o agragando una vuelta más a la barra o alambre.

A fin de proveer continuidad para la transferencia de cargas en las conexiones, los bulones de anclaje que se colocan en la parte superior de las columnas o pedestales para fijarlos a otros elementos estructurales deben estar confinados por armadura horizontal que contenga también, como mínimo, cuatro barras verticales de la columna o pedestal. Esta armadura horizontal debe estar constituida como mínimo por dos barras No. 4 o tres barras No. 3, y debe estar distribuida en una altura de 5 in. a partir de la parte superior de la columna o pedestal.

Requisitos para el Diseño a Torsión (II).

Cuando una viga de hormigón es solicitada por un momento torsor que provoca una tensión de tracción principal mayor que 4 f 'c , alrededor de la viga se forman fisuras diagonales en espiral. Una vez fisurado, el tubo se idealiza como el reticulado espacial ilustrado en la Figura 13-2. En este reticulado los elementos diagonales tienen un ángulo de inclinación θ. La inclinación de las diagonales en todas las paredes del tubo es la misma. Observar que este ángulo no es necesariamente igual a 45 grados. La resultante del flujo de corte en cada pared del tubo induce esfuerzos en los componentes del reticulado. Un concepto fundamental para el diseño del hormigón estructural es que el hormigón resiste compresión, mientras que el acero resiste tracción. Por lo tanto, en la analogía del reticulado, los elementos del reticulado solicitados a tracción consisten en las armaduras de acero o los "tirantes traccionados." Las diagonales y otros elementos del reticulado solicitados a compresión consisten en "bielas comprimidas" de hormigón. Las fuerzas que actúan en los elementos del reticulado se pueden determinar a partir de las condiciones de equilibrio. Estas fuerzas se usan para dimensionar y detallar las armaduras.