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Las vigas de hormigón armado son elementos estructurales diseñados para soportar cargas laterales externas. Las cargas inducen momentos de flexión, fuerzas cortantes y posiblemente torsión longitudinal. El concreto también es fuerte en compresión y muy débil en tensión. Por lo tanto, se utilizaron barras de refuerzo para absorber la tensión de tracción en vigas de hormigón armado. Además, las vigas soportan cargas de losas, otras vigas, muros y columnas. Transmiten cargas a las columnas que las soportan. Además, las vigas se pueden apoyar simplemente, con apoyo continuo o en voladizo. Se pueden diseñar como secciones rectangulares, cuadradas, en forma de T y en forma de L. Las vigas pueden ser de refuerzo simple o doble. Este último se utiliza cuando la profundidad del haz es limitada. Finalmente, el artículo analiza el diseño de vigas rectangulares de hormigón armado.
Tabla de contenido
Guía de diseño
Antes de comenzar el diseño de vigas de hormigón armado, se deben establecer ciertos requisitos previos. Estas pautas son proporcionadas por códigos e investigadores específicos. Cabe señalar que la experiencia del diseñador juega un papel importante al hacer estas suposiciones.
profundidad del haz (h)
No existe un procedimiento inherente para calcular el canto total de la viga (h) para el diseño. Sin embargo, se pueden seguir ciertas pautas para calcular la profundidad de la viga para que se puedan cumplir los requisitos de deflexión.
- ACI 318-11 proporciona espesores mínimos recomendados para vigas no pretensadas a menos que se calcule la deflexión. t
- La Canadian Standards Association (CSA) proporciona una tabla similar, excepto que es continua en un extremo, que es 1/18.
Tabla 1 Espesor mínimo de vigas no pretensadas sin cálculo de flecha
espesor mínimo, h | |||
soporte fácil | un extremo continuo | ambos extremos continuos | viga voladiza |
Miembros que no soportan o unen tabiques u otras estructuras que podrían dañarse por grandes deflexiones | |||
l/16 | l/18.5 | l/21 | 1/8 |
Nota: Los valores proporcionados se utilizan directamente para piezas con hormigón de peso normal y varillas de refuerzo de grado 420. Para otras condiciones, cambié los valores de la siguiente manera: a) para hormigón ligero con densidad de equilibrio (baño) En el rango de 1440 a 1840 kg/m3 el valor (1,65 – 0,0003baño) 1.09 o superior. b) para Año Si no es 420 MPa, el valor debe multiplicarse por . (0.4 + Año/700). |
- La profundidad de la viga también se puede estimar en función de la relación luz/profundidad. IS 456 2000 proporciona relaciones de luz a profundidad para controlar la deflexión de la viga, como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2 Relaciones entre luz y canto basadas en la luz y el tipo de la viga, IS 456 2000
lapso de haz | tipo de haz | relación luz/profundidad |
hasta 10m | soporte fácil | 20 |
viga voladiza | 7 | |
continuar | 26 | |
10m o más | soporte fácil | 20*10/lapso |
viga voladiza | – | |
continuar | 26*10/lapso |
ancho de haz (b)
Se recomienda una relación entre la profundidad y el ancho de la viga de entre 1,5 y 2, siendo el límite superior de 2 el más utilizado. La colocación de las barras de refuerzo es uno de los factores principales para determinar el ancho de la viga. Por lo tanto, se debe considerar el espacio mínimo entre barras al estimar el ancho de la viga. El ancho de la viga debe ser menor o igual a las dimensiones de la columna que soporta la viga.
refuerzo de barras de refuerzo
ACI 318-11 proporcionó tasas de refuerzo mínimas y máximas. La relación de refuerzo es una medida de la cantidad de acero en una sección. Por lo tanto, cualquier valor dentro de este rango puede usarse para el diseño de vigas. Sin embargo, la selección está influenciada por los requisitos de ductilidad, la construcción y las consideraciones económicas. Finalmente, recomendamos usar un refuerzo de 0.6*max.
tamaño de la barra de refuerzo
En general, es mejor evitar el uso de barras de gran tamaño para las vigas. Esto se debe a que dichas barras provocan grietas por flexión y requieren longitudes más largas para su resistencia. Sin embargo, el costo de implementar tamaños de barra grandes es menor que instalar muchos tamaños de barra pequeños. Además, los tamaños de barra comunes para vigas van desde el n.º 10 al n.º 36 (unidades del SI) o del n.º 3 al n.º 10 (unidades habituales en los EE. ) y N° 57 (N° 18) se utilizan para puntales.
Además, es posible mezclar diferentes diámetros de varilla para cumplir mejor con los requisitos de área de acero. Finalmente, la cantidad máxima de barras de refuerzo que se pueden instalar en una viga de un ancho determinado está controlada por el diámetro de la barra de refuerzo, el espaciamiento mínimo, el tamaño máximo del agregado, el diámetro de los estribos y los requisitos de recubrimiento de concreto.
Espaciado entre barras
ACI 318-11 especifica el espacio mínimo entre barras igual al diámetro de la barra o 25 mm. Este espacio mínimo debe mantenerse para la colocación adecuada del hormigón alrededor de la barra de refuerzo. Además, previene la formación de bolsas de aire debajo de la barra de refuerzo y garantiza un buen contacto entre el concreto y la barra de refuerzo para una buena adherencia. Si se colocan dos capas de barras de refuerzo sobre la viga, la distancia entre ellas debe ser de al menos 25 mm.
Protección del hormigón para refuerzo
Los diseñadores deben mantener un espesor mínimo o una cubierta de hormigón exterior de acero exterior para proporcionar al acero una protección de hormigón adecuada contra el fuego y la corrosión. Recubrimiento de hormigón de 40 mm para vigas coladas en el lugar no expuestas directamente al suelo o a la intemperie de acuerdo con el Código ACI 7.7. Cobertura de al menos 50 mm si las superficies de hormigón están expuestas a la intemperie o entran en contacto. Para simplificar la construcción y, por lo tanto, reducir los costos, las dimensiones generales de la viga b y h se redondean a los 25 mm más cercanos.
Procedimientos de Diseño de Vigas Rectangulares de Concreto Armado
El diseño de vigas de hormigón implica estimar las dimensiones de la sección transversal y las áreas de refuerzo para resistir las cargas aplicadas. Hay dos enfoques para el diseño de vigas. Primero, comience el diseño eligiendo la profundidad y el ancho de la viga y calcule el área de refuerzo. Luego asuma el área de refuerzo y calcule el tamaño de la sección transversal.
El primer enfoque se muestra a continuación.
Los siguientes pasos se utilizan para el diseño de vigas rectangulares de hormigón armado.
- Primero, seleccione la profundidad efectiva del haz (d) y el ancho (b). La profundidad efectiva se puede calcular utilizando la profundidad de la viga (h).
- Luego, calcule el factor de resistencia a la flexión requerido. Suponga que α=0,9.
- Después de eso, encuentre la tasa de refuerzo correspondiente a la resistencia a la flexión calculada anteriormente,
- El factor de refuerzo debe ser menor que el factor de refuerzo máximo y mayor que el factor de refuerzo mínimo.
- tasa mínima de refuerzo,
- Tasa de mejora máxima
- Se puede usar cualquier relación de refuerzo, pero el uso de la última asegura que el acero tenga una deformación de al menos 0.005.
- Luego calcule el área de refuerzo,
- Luego divida el área de la barra por el área de una barra para obtener el número de barras.
- Finalmente, verifique si la barra se puede colocar dentro del ancho de la sección transversal seleccionada,
- El valor de S no debe ser menor que el espacio mínimo requerido entre barras adyacentes de 25 mm.
donde R: coeficiente de resistencia a la flexión p: relación de refuerzo Mu: momento de carga considerado
: Factor de reducción de la resistencia b: Ancho de la sección transversal d: Profundidad efectiva desde la parte superior de la viga hasta el centro de la capa de refuerzo de la sección transversal de la viga fc’: Resistencia a la compresión del concreto fy: Límite elástico de la barra de refuerzo p_u: Deformación última del concreto 0.003 para el código ACI , EC 0.0035 p_0.004: Relación de barras de refuerzo a la deformación del acero igual a 0.004 p_0.005: Relación de barras de refuerzo a la deformación del acero igual a 0.005 As: Área de refuerzo S: Espaciamiento entre barras de refuerzo adyacentes n: número Número de barras en una capa
Diseño de cortante para vigas rectangulares
El diseño de cortante incluye una estimación del espaciamiento de los estribos para soportar el cortante final. Las partes del concreto generalmente resisten fuerzas de corte, mientras que las partes que no están soportadas por el concreto están soportadas por rigidizadores de corte.
- Primero, calcule la fuerza cortante última a la distancia d, que es la profundidad de la sección. Hay excepciones en las que se utiliza cortante en el plano de apoyo para los diseños de cortante. Por ejemplo, cuando se aplica una carga en la parte inferior de una viga.
- Luego, estime la resistencia al corte del concreto de diseño,
- Para Vu< 0.5, no se requiere armadura de cortante.CV.
- si 0.5Vc>Vu Vc proporciona solo un refuerzo de cortante mínimo.
- Proporciona refuerzo a cortante en el caso de Vu> v.c.
- En tercer lugar, seleccione un área de acero de alma de prueba en función del rango de tamaño de estribo estándar del N° 10 al N° 16.
- Calcule el área de refuerzo de cortante multiplicando el área de refuerzo de cortante por el número de patas de estribo.
- Cuarto, use las Ecuaciones 12 y 13 para determinar el espacio entre estribos para estribos verticales y angulados respectivamente.
- No coloque estribos verticales a menos de 100 mm de distancia. Por lo tanto, el tamaño de los estribos debe elegirse de modo que no queden muy juntos.
- Coloque los estribos de manera uniforme en las vigas de luz corta.
- Sin embargo, para luces largas, es más económico calcular el espacio requerido en varias secciones. Y coloque los estribos de acuerdo con diferentes grupos de espaciado.
- El espaciamiento requerido debe ser menor o igual a 600, d/2, y el espaciamiento máximo igual al mínimo de la Ecuación 14.
- Estos intervalos máximos se reducen a la mitad cuando Vs es mayor que 0.33fc’^0.5bwd.
- Finalmente, dibuje una viga de diseño con barras longitudinales y de corte.