¿Cómo calcular la capacidad de carga de las vigas existentes para reparar?

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Calcular la capacidad portante de vigas mal diseñadas o degradadas es el primer paso antes de emprender cualquier trabajo de reparación o rehabilitación.

El proceso de evaluación de carga mide las dimensiones existentes de los elementos de hormigón para estimar el área de refuerzo y la resistencia del hormigón. Además, las cargas que actúan sobre los elementos estructurales deben calcularse con precisión.

Luego, la capacidad de la viga se evalúa utilizando métodos de diseño de resistencia y ecuaciones de especificación proporcionadas por códigos aplicables como ACI 318-19 e IS 456.

En resumen, el cálculo retroactivo del proceso de diseño de vigas proporciona un procedimiento para calcular la capacidad de carga de las vigas de hormigón armado.

¿Cómo calcular la capacidad de las vigas existentes para fines de reparación?

1. Medir la luz de una losa soportada por vigas.
2. Mida la luz de la viga.
3. Calcule las cargas vivas en las losas en función de las características del edificio. Por ejemplo, utilice 2,4 KN/m.² Uso de oficina (50 psf) según la Tabla 4-1 del estándar ASCE (ASCE/SEI 10-7).
4. Calcular el peso propio de la losa. Agrega cargas muertas adicionales superpuestas, como cargas de baldosas y trabajos de acabado.
5. Transferir la carga de la losa a la viga. Para losas unidireccionales, la mitad de la carga total de la losa está en la viga de un lado y la otra mitad está en el otro lado de la losa. Para losas bidireccionales, las áreas tributarias se pueden usar para transferir cargas a las vigas en todos los lados de la losa.
6. Calcular cargas sobre vigas de hormigón armado. El peso propio de una viga es igual a su peso propio más cualquier otro peso propio de las losas y operaciones de acabado. El peso muerto es el peso de la unidad RC (24 KN/m³) el volumen multiplicado por el haz.
7. Calcule la carga distribuida final de la viga usando las combinaciones de carga apropiadas proporcionadas por ACI 318-19.
8. Calcule el momento máximo de la viga o el momento aplicado usando las ecuaciones apropiadas basadas en las condiciones de soporte de la viga, o use modelos de elementos finitos.
9. Mida las dimensiones de la viga, el ancho y la profundidad.
10. Determine el número y el tamaño de las barras de refuerzo incrustadas. Si los detalles del diseño del edificio están disponibles, puede obtener el número de barras a partir de ahí. Sin embargo, si los detalles del diseño no están disponibles, use herramientas no destructivas para determinar el número de barras de refuerzo o rompa una pequeña sección de la viga para exponer las barras de refuerzo y luego cuente las barras de refuerzo.
11. Luego calcule el área de refuerzo.
12. Calcule la profundidad del bloque de tensión rectangular (a). Luego la altura del eje neutro (c).
13. Finalmente, calcule el momento de diseño de la viga (Md). Debe ser mayor que el momento aplicado (Mu). De lo contrario, la viga tendrá que ser reparada.
14. El trabajo de rehabilitación se basa en el diseño calculado y los momentos aplicados para rediseñar el elemento (agregar refuerzos adicionales, aumentar el ancho y la profundidad de la viga, o ambos).

ejemplo

Calcule la capacidad del haz que se muestra en la Figura 1. Las dimensiones de la viga son ancho (b) 250 mm, altura (h) 380 mm y profundidad efectiva (d) 350 mm. El espesor de la losa unidireccional es de 100 mm. La resistencia a la fluencia de la barra (fy) es de 280 MPa y la resistencia a la compresión del hormigón (fcy’) es de 17 MPa.

Resolución:

1. Carga de losa RCC

Peso muerto = peso unitario de hormigón x volumen de hormigón

=24*0.1=2.4KN/m²

Carga viva de losa = 2,4 KN/m² (Para uso de oficina; según la Tabla 4-1 del estándar ASCE (ASCE/SEI 10-7)).

Carga de acabado de losa = 0,8 KN/m²

Carga muerta total de la losa = 2.4+0.8= 3.2 KN/m²

2. Carga en la viga

Peso muerto = Peso unitario de hormigón x Ancho de viga x Altura de viga

=24*0,28*0,25=1,68 kN/m

Carga muerta de la losa = 12,8 KN/m

Carga viva de la losa = 9,6 KN/m

Carga final distribuida de la viga (Wu)= 1,2*(1,68+12,8)+1,4*9,6= 30,816 KN/m

3. Cálculo del momento aplicado

Asumir Fijación Parcial de Columnas

Momento de carga (Mu)= (Wu * l²)/10 = (30.816*5.5²)/10=93.218 KN.m

4. Forma de la sección original

Ancho (b) = 250 mm (considerando la viga de sección rectangular)

Altura (h) = 380 mm, profundidad efectiva (d) = 350 mm

Barra usada: 4 No. 16

5. Calcular el Momento de Resistencia

Área de refuerzo (As) = ((PI/4)*D²)* número de barras = (PI/4)* 16²* = 804,24 mm²

Profundidad del bloque de tensión rectangular (a) = (As*fy)/ 0,85*fc’*b = (804,24*280)/ 0,85*17*250 = 62,33 mm

Eje neutro (c)= a/0,85= 62,33/0,85= 73,33 mm

c/dt= 73,33/350= 0,209<0,375 Por tanto, el factor de reducción de la resistencia (Φ) es 0,9. c/dt es el valor utilizado para determinar el valor exacto del factor de reducción de resistencia para varios elementos de hormigón.

Momento de diseño (momento de resistencia) (Md)= Phi*As*fy(d-0.5a​​)

Momento de diseño (momento de resistencia)= 0,9*804,24*280(350-(0,5*62,33))= 64617804,82 Nm = 64,61 KN.m

Momento resistente = 64,61 KN.m< Momento aplicado = 93,218 KN.m, por lo que es necesario mejorar la viga y aumentar su capacidad de carga.

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