Consideraciones Generales – Flexiones y Carga Axial.

El diseño o investigación de un elemento comprimido corto se basa fundamentalmente en la resistencia de su sección transversal.

La resistencia de una sección transversal solicitada a una combinación de flexión y carga axial debe satisfacer tanto la condición de equilibrio de fuerzas como la condición de compatibilidad de las deformaciones (ver Parte 6). Luego la resistencia a la combinación de carga axial y momento (Pn, Mn) se multiplica por el factor de reducción de la resistencia que corresponda para determinar la resistencia de diseño (Pn, Mn) de la sección. La resistencia de diseño debe ser mayor o igual que la resistencia requerida:

Todos los elementos solicitados a una combinación de flexión y carga axial se deben diseñar para satisfacer este requisito básico. Observar que la resistencia requerida (Pu, Mu) representa los efectos estructurales de las diferentes combinaciones de cargas y fuerzas que pueden solicitar una estructura. En la Parte 5 se discute la Sección 9.2.

Se puede generar un "diagrama de interacción de las resistencias" graficando la resistencia a la carga axial de diseño Pn en función
de la correspondiente resistencia al momento de diseño Mn; este diagrama define la resistencia "utilizable" de una sección para diferentes excentricidades de la carga. En la Figura 7-5 se ilustra un típico diagrama de interacción de las resistencias a la carga
axial y al momento de diseño, que muestra los diferentes segmentos de la curva de resistencia que se permiten para el diseño. El segmento "plano" de la curva de resistencia de diseño define la resistencia a la carga axial de diseño limitante Pn(max). La Parte 5 contiene una discusión sobre 10.3.6. Como se ilustra en la figura, a medida que disminuye la resistencia a la carga axial de diseño Pn, se produce una transición entre el límite correspondiente a secciones controladas por compresión y el límite correspondiente a secciones controladas por tracción. El Ejemplo 6.4 ilustra la construcción de un diagrama de interacción.

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.