alina escalante. equipo KronosQuartet. estructuras VI. prof. arq raúl jonzález Jácome. sem 2011-2
vigas de acero y concreto . N T C
vigas de acero Una viga de acero es un elemento estructural sujeto a cargas axiales de tensión o compresión, y momentos flexionantes conectado para transmitir sólo fuerzas cortantes. Para diseñar una viga se debe: - Obtener las cargas gravitacionales. - Obtener cargas accidentales - Obtener momentos flexionantes. - Calcular el modulo de sección. - Seleccionar el perfil. Las vigas de acero que se emplean en las estructuras pueden ser elementos simples o vigas estructurales de tipo comercial, (viguetas H o I). Las vigas compuestas con armaduras o largueros de alma abierta solo pueden utilizarse en elementos libremente apoyados, que no forme parte del sistema que resiste las acciones laterales, a menos que en el diseño se tenga en cuenta la estabilidad de las cuerdas inferiores en las conexiones. En las Normas Técnicas Complementarias de Estructuras metálicas, se establecen las formulas para calcular cortante, pandeo, dimensionamiento y otras características de vigas de acero.
normas técnicas El reglamento nos hace hincapié en las vigas que están conformadas por acero y concreto en el caso del acero se centra principalmente en vigas laminadas, vigas formadas con lámina delgada1 y trabes hechas con placas soldadas, de sección I o en cajón, barras de sección transversal maciza, circular, cuadrada o rectangular. Para nosotros los factores más importantes a considerar en el diseño de vigas: Debido a que las vigas son miembros en flexión deben considerarse los estados límite de las articulaciones, la resistencia a la flexión en la sección critica, el pandeo. En el caso de la flexión es una de los factores principales a los que está sometida una viga ya quelas vigas al formar parte de sistemas estructurales como son los pórticos, puentes y otros, se encuentran sometidas a cargas externas que producen en ellas solicitaciones de flexión, cortante y en algunos casos torsión. Otro factor vital que interviene en el diseño de vigas es el cortante que en este caso aplica para las secciones en cajón de vigas y trabes de sección transversal con dos ejes de simetría, sometidas a fuerzas cortantes. Las cargas que actúan en una estructura, ya sean cargas
vivas, de gravedad o de otros tipos, tales como cargas horizontales de viento o las debidas a contracción y temperatura, generan flexión y deformación de los elementos estructurales que la constituyen. Conforme se aumenta la carga, la viga soporta deformación adicional, propiciando el desarrollo de las grietas por flexión a lo largo del claro de la viga. Incrementos continuos en el nivel de la carga conducen a la falla del elemento estructural cuando la carga externa alcanza la capacidad del elemento. A dicho nivel de carga se le llama estado límite de falla en flexión y cortante. Otro factor importante a considerar son las deflexiones, el cálculo de las deflexiones deben incluirse los efectos del flujo plástico y la contracción del concreto, y la pérdida de rigidez ocasionada, en su caso, en vigas de alma llena en construcción compuesta parcial, así como el deslizamiento entre los dos materiales, acero y concreto. También deben tenerse en cuenta los efectos de la continuidad, completa o parcial, en la viga de acero y la losa de concreto, que reduce las deflexiones calculadas suponiendo vigas apoyadas libremente.
vigas rectangulares simplemente armadas 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: 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. 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. 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”. 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. Para evitar las vigas sobre reforzadas y las balanceadas, el reglamento del ACI 318-02 limita el porcentaje de refuerzo al 75% del valor correspondiente a las secciones balanceadas. Por otra parte, también las vigas con porcentajes muy pequeños, suelen fallar súbitamente; para evitar ese riesgo el reglamento ACI 318-02 exige que el porcentaje mínimo en miembros sujetos a flexión sea de:
vigas de concreto Para calcular momentos flexionantes en vigas que soporten losas de tableros rectangulares, se puede tomar la carga tributaria de la losa como si estuviera uniformemente repartida a lo largo de la viga. La relación entre la altura y el ancho de la sección transversal, h/b, no debe exceder de 6. Refuerzo mínimo Área mínima de Refuerzo:
El refuerzo en la sección debe ser con dos barras corridas del #4 (12.7mm) Refuerzo máximo El área máxima de acero de tensión en secciones de concreto reforzado que no deban resistir fuerzas sísmicas será el 90% de la que corresponde a la falla balanceada de la sección considerada. La falla
balanceada ocurre cuando simultáneamente el acero llega a su esfuerzo de fluencia y el concreto alcanza su deformación máxima de 0.003 en compresión. En elementos a flexión que formen parte de sistemas que deban resistir fuerzas sísmicas, el área máxima de acero de tensión será 75% de la correspondiente a falla balanceada. Las secciones rectangulares sin acero de compresión tienen falla balanceada cuando su área de acero es igual a
donde: fc” = 0.85 fc b y d = ancho y el peralte efectivo de la sección
Refuerzos por flexión en vigas continuas El refuerzo que se calcule con el momento positivo máximo de cada claro debe prolongarse recto en todo el claro. Al menos la mitad del refuerzo calculado para momento negativo en los apoyos debe prolongarse en toda la longitud de los claros adyacentes. El resto del refuerzo negativo máximo, en cada claro, puede interrumpirse a una distancia del paño del apoyo no menor que 0.4h, ni que 0.4L.
Pandeo Lateral Deben analizarse los efectos de pandeo lateral cuando la separación entre apoyos laterales sea mayor que 35 veces el ancho de la viga o el ancho del patín a compresión.
Vigas de Sección Compuesta Una viga de sección compuesta es la formada por la combinación de un elemento prefabricado y concreto colado en el lugar. El elemento prefabricado puede ser de concreto reforzado o presforzado, o de acero.
Efectos de la fuerza cortante horizontal Vh
Vu =fuerza cortante de diseño; bv= ancho del área de contacto; y d= peralte efectivo de la sección compuesta.