11 Diseño de Vigas Presforzadas

Universidad Nacional Autónoma de Honduras IC-960 Puentes de Concreto

Departamento de Ingeniería Civil

Prof. Kristel C. Meza Fajardo

Diseño de Vigas de Concreto Presforzado 1

Diseño de Vigas de Concreto Presforzado

INTRODUCCIÓN

Conceptos Básicos de Concreto Reforzado (Recordando…)

• El concreto tiene alta resistencia a la compresión, pero es débil a tensión.

• El acero tiene alta resistencia a la tensión (también a la compresión).

• El concreto reforzado utiliza el concreto para resistir compresión y para mantener

las barras de refuerzo, y utiliza el acero para resistir de la tensión.

• La resistencia a tensión del concreto es despreciable (cero).

• Las vigas de concreto reforzado siempre se agrietan bajo las cargas de servicio.

El momento de fisuramiento de una viga de concreto reforzado es generalmente mucho

mas bajo que el momento debido a cargas de servicio.

Principios del Presfuerzo

• El presfuerzo es un método con el que una fuerza de compresión es aplicada a la

sección de concreto reforzado.





• El efecto del presfuerzo es reducir el esfuerzo de tensión en la sección a un punto

en el que este esfuerzo de tensión sea menos que el esfuerzo de fisuramiento. Por

tanto, el concreto no se fisura!

• Entonces, el concreto se puede analizar como un material elástico.

• Dos sistemas de fuerzas se pueden visualizar en el concreto:

o Fuerzas internas de presfuerzo

o Fuerzas externas (DC, DW, LL, etc.)

• El caso mas simple es cuando la fuerza de presfuerzo se aplica en el eje neutro de

la sección de concreto:

• El caso mas típico es cuando la fuerza de presfuerzo se aplica excéntricamente con

respecto a la sección de concreto:





Perspectiva Histórica

• El concepto de presfuerzo fue inventado siglos atrás cuando bandas metálicas se

enrollaban alrededor de piezas de madera para formar a un barril.

• Las bandas metálicas son ajustadas bajo esfuerzos de tensión, lo que crea

compresión entre las piezas de madera, permitiéndoles resistir la presión de liquido

interna.

• El concepto de concreto presforzado tampoco es nuevo. En 1886, se registro una

patente para ajustar cuerdas de acero entre bloques de concreto.





• Los primeros intentos no fueron muy exitosos debido a la baja resistencia que tenía

el acero en aquellos tiempos. Cuando no podemos presforzar a un alto nivel de

esfuerzo, las pérdidas en el presfuerzo debido al flujo plástico y a la retracción del

concreto rápidamente reducen la efectividad del presfuerzo.

• Eugene Freyssinet (1879-1962) fue el primero en proponer que se debería usar

acero de alta resistencia que permitiera un alto alargamiento del acero. Este

alargamiento del acero no seria totalmente contrarrestado por el acortamiento del

concreto (perdida del presfuerzo) debido al flujo plástico y la retracción.

• El primero puente de concreto presforzado se construyó en Francia en 1941.





Clasificación

• Pretensionado versus Postensionado

o En la pretensión, los tendones se tensan en contra de unos anclajes antes

que el concreto se funda. Después de que el concreto se ha endurecido, la

fuerza de tensión se retira. El tendón trata de encogerse a su longitud inicial

pero el concreto resiste a través de la adherencia entre ellos, y por tanto,

fuerzas de compresión son inducidas en el concreto. La pretensión es

usualmente utilizada en miembros prefabricados.

o En la postensión, los tendones son tensados después de que el concreto se ha

endurecido. Comúnmente, ductos de metal o plástico se colocan antes de

fundir el concreto. Después de que el concreto se ha endurecido y tiene

suficiente resistencia, el tendón es introducido en el ducto, tensado, y

anclado en el concreto. Puede ser que después se introduzca mortero dentro

del ducto. Esto método puede ser usado para elementos prefabricados o

fundidos en el sitio.





Viga segmentada prefabricada para ser

postensionada en el sitio de construcción.

• Presfuerzo Lineal versus Circular

o El presfuerzo puede ser hecho en una estructura recta como una viga

(presfuerzo lineal) o alrededor de objetos circulares como tanques

(presfuerzo circular).

• Tendón con adherencia versus sin adherencia

o El tendón puede tener adherencia con el concreto (pretensión o postensión

con mortero) o sin adherencia (postensión sin mortero). La adherencia ayuda

a prevenir la corrosión. Por otro lado, la falta de adherencia permite reajustar

la fuerza de presfuerzo posteriormente al momento de construcción.

• Tendones anclado en los bordes versus no anclado en los bordes

o En pretensado, los tendones transfieren el presfuerzo a través de la

adherencia a lo largo del tendón, y por tanto, son no anclados en los bordes.

o En postensado, los tendones son anclados a sus extremos usando unidades

mecánicas para transferir el presfuerzo al concreto, y por tanto, son anclados

en los bordes (independientemente de si se usa mortero o no).





• Presfuerzo parcial versus presfuerzo completo

o Un tendón presforzado puede ser usado en combinación con acero reforzado

regular. Entonces, el material es algo entre concreto totalmente presforzado

y concreto reforzado. El objetivo es permitir alguna tensión y fisuramiento

bajo cargas de servicio al tiempo que se asegura una resistencia ultima

(capacidad) suficiente.

o Algunas veces utilizamos concreto parcialmente presforzado para controlar

deflexiones, incrementar ductilidad, y reducir costos.

Ventajas del Concreto Presforzado sobre el Concreto Reforzado

• Explota todas las ventajas del concreto de alta resistencia y el acero de alta

resistencia:

o Se necesita menor material





o La estructura es más pequeña y más liviana

o No se producen fisuras

o Se utiliza toda la sección para resistir las cargas

o Mejor resistencia a la corrosión

o Muy bueno para tanques de agua y plantas nucleares

• Muy efectivo para control de deflexiones

• Mejor resistencia a cortante

Códigos de Diseño para Concreto Presforzado

• ACI-318 (Capitulo 18)

• AASHTO LRFD (Capitulo 5)

Etapas de Carga

• Contrario al concreto reforzado con el que consideramos solo la etapa última de

carga, en concreto presforzado consideramos múltiples etapas de construcción.

• Los esfuerzos en la sección de concreto deben permanecer por debajo del límite

máximo en todo momento!!!

• Etapa Inicial (inmediatamente después de la transferencia del presfuerzo)

o La fuerza de presfuerzo en su magnitud total

o No hay presencia de carga viva (dependiendo del tipo de construcción puede

o no puede haber carga muerta).

• Etapa de Servicio

o Las pérdidas del presfuerzo ya han ocurrido

o Hay presencia de carga viva y carta muerta.





• Para construcción prefabricada tenemos que investigar varias etapas intermedias

durante transporte y erección.

MATERIALES

Concreto

• Propiedades mecánicas necesarias en el diseño de concreto presforzado

o Resistencia a la compresión

o Modulo de elasticidad

o Modulo de ruptura

• AASHTO LRFD: Para concreto presforzado, la resistencia a compresión debe estar

entre 28 y 70 MPa a los 28 días.

• AASHTO (5.4.2.4): El modulo de elasticidad del concreto es 0.043 .

o . en kg/m3 o en MPa





• Modulo de ruptura: indica la capacidad a tensión del concreto sometido a flexión.

• Un ensayo con una viga simplemente apoyada sometida a flexión de 4 puntos.

• • AASHTO (5.4.2.6): 0.63 (en MPA)

• Resumen de Propiedades del Concreto





Tendones de Presfuerzo

• El tendón de presfuerzo puede consistir de cables, barras, o cuerdas compuestas de

cables.

• Materiales

o Acero de alta resistencia

o Concreto reforzado con fibras

• Formas comunes de tendones de presfuerzo





• Acero de Refuerzo

• Cables de presfuerzo

o Grado 250 (fpu= 250 klb/pulg2 o 1725 MPa)

o Grado 270 (fpu= 270 klb/pulg2 o 1860 MPa)

• Tipos de cables

o Cable libre de esfuerzos

o Cable de bajo relajamiento (menor perdida de presfuerzo debido a la

relajación del cable).





• Módulo de elasticidad:

o 197000 MPa para cables o 207000 MPa para barras





• El modulo de elasticidad del cable es menor que el de la barra de acero porque el

cable esta hecho juntando (enrollando) varios alambres de sección pequeña.

PÉRDIDAS DEL PRESFUERZO

• La fuerza de presfuerzo en cualquier momento es menor que la fuerza aplicada

durante el tensado.

• Fuentes de la pérdida del presfuerzo:

o Acortamiento elástico: porque el concreto se acorta después que la fuerza de

presfuerzo se le aplica. El tendón también se acorta, causando pérdida del

presfuerzo.

o Fricción: la fricción en el ducto de vigas postensadas causa que los

esfuerzos en el extremo opuesto sean menores que los esfuerzos en el

extremo donde se aplica el tensado. Entonces el esfuerzo promedio es menor

que el esfuerzo de tensado.





o Unidad de anclaje: la cuña en el anclaje puede reacomodarse para ajustar el

tendón, causando pérdida de esfuerzos.

o Retracción: el concreto se retracta (encoge) con el tiempo debido a la

pérdida de agua, causando pérdida de esfuerzos en los tendones.

o Flujo plástico: el concreto se acorta con el tiempo bajo esfuerzos de

compresión, causando pérdida de esfuerzos en los tendones.





o Relajación de esfuerzos: los esfuerzos en el acero se reducen con el tiempo

debido a alargamiento constante, entre mayor el esfuerzo, mayor es la

pérdida.

• Evolución de la pérdida del presfuerzo





Pérdidas del Presfuerzo Agrupadas

• La estimación de las pérdidas del presfuerzo puede ser un problema muy

complicado, ya que depende de muchos factores.

o En construcciones típicas, una estimación de las pérdidas del presfuerzo

agrupadas es suficiente. Se expresan en términos de la pérdida total de

esfuerzos (en unidades de esfuerzo), o de porcentaje del esfuerzo inicial.

• Según T.Y. Lin y N. H. Burns, las pérdidas de presfuerzo son:

Fuente de Pérdida Pérdida de Presfuerzo (%)

Pretensado Postensado

Acortamiento Elástico 4 1 Flujo Plástico 6 5 Retracción del concreto 7 6 Relajamiento 6 5

Total 25 20 • Las pérdidas se pueden calcular con la siguiente tabla establecida por la AASHTO:





o PPR: es la relación de presfuerzo parcial. Se calcula con la formula:

PPR = 1.0 para concreto totalmente presforzado

PPR = 0.0 para concreto reforzado

o La pérdida por acortamiento elástico (∆ ) se calcula con la formula: ∆

donde es el esfuerzo en el concreto al nivel del centroide del tendón

debido a la fuerza de pretensado y a la carga muerta.

• Según el comité ACI-ASCE las perdidas máximas que se pueden asumir son:

Tipo de Presfuerzo Tipo de Concreto

Pérdida de Presfuerzo Máxima (fpi - fpe) (Mpa)

Cable libre de

esfuerzos

Cable de baja

relajación

Pretensado Concreto de peso

normal 345 276 Concreto Liviano 380 311





DISEÑO A LA RESISTENCIA

Consideramos la siguiente curva típica de carga-deflexión de una viga de concreto

presforzado (subreforzada, con tendones con adherencia, primer ciclo de carga).

Descripción de cada punto de la grafica:

• 1 y 2: Deflexión teórica (hacia arriba) de viga presforzada

• 3: Peso propio mas fuerza de presfuerzo

• 4: Punto de cero deflexión (punto balanceado) con esfuerzos constantes en la

sección.

• 5: Punto de descompresión donde el esfuerzo de tensión es cero en la fibra inferior

extrema

• 6: Punto de fisuramiento (donde se alcanza el momento de fisuramiento

• 7: Fin del rango elástico (las cargas de servicio no excederán este nivel de carga)





• 8: El acero presforzado fluye

• 9: Capacidad última (usualmente el concreto falla por aplastamiento)

Si se considera solo el esfuerzo en el acero, se obtiene la siguiente gráfica:

• El esfuerzo en el acero presforzado aumenta a medida que la carga aplicada

aumenta.

• El fisuramiento de la viga ocasiona un salto en el esfuerzo a medida que fuerza de

tensión adicional es transmitida desde el concreto (ahora fisurado) al acero

presforzado.

• Al nivel de la capacidad última de la viga, el esfuerzo en el acero se localiza entre

el esfuerzo de fluencia fpy y el esfuerzo ultimo fpu.

• El esfuerzo es menor en el tendón sin adherencia porque el esfuerzo se distribuye

en una sola sección y no a lo largo de la viga, como es el caso de tendones con

adherencia.





• Al nivel de la capacidad última, el efecto del presfuerzo se pierde y la sección se

comporta como en una viga de concreto reforzado.

Momento de Fisuramiento

• El concreto se fisura cuando la fibra inferior alcanza la capacidad a tensión del

concreto (módulo de ruptura): 0.63 (MPa)

• El momento en esta etapa se llama “momento de fisuramiento” el cual depende de

la geometría de la sección y fuerza de presfuerzo.

• La anterior ecuación se resuelve para obtener : /

Tipos de Fallas

• El análisis es similar al que se hace para concreto reforzado.

• Fractura del acero después que el concreto se fisura. Esta es una falla repentina y

ocurre porque la viga tiene muy poco refuerzo.





• Aplastamiento del concreto después que el acero fluye. A esta falla se le conoce

como “controlada por tensión”.

• Aplastamiento del concreto antes que el acero fluye. Esta es una falla frágil debido

a demasiado refuerzo. La sección se denomina sobrereforzada o “controlada por

compresión”.

• Diferentes tipos de curvas carga-deflexión para diferentes aumentos en la cantidad

de refuerzo:

Análisis para Momento Último (Capacidad)

• Suposiciones

o Las secciones planas permanecen planas después de aplicar la flexión (o

distribución lineal de deformaciones unitarias).

o Adherencia perfecta entre el acero y el concreto (o compatibilidad de

deformaciones unitarias).





o El concreto falla cuando la deformación unitaria es 0.003

o La capacidad a tensión del concreto es cero en la falla.

o Uso del bloque equivalente de esfuerzos para aproximar la distribución de

esfuerzos en el concreto.

• Del curso de Concreto Reforzado recordamos que sin importar lo que suceda, en

todo momentos debemos satisfacer:

o EQUILIBRIO

o COMPATIBILIDAD DE DEFORMACIONES UNITARIAS

• Estas condiciones también deben satisfacerse en Concreto Presforzado!

• Para el equilibrio, comúnmente consideramos 4 fuerzas

o Compresión en el concreto

o Compresión en el acero no presforzado

o Tensión en el acero no presforzado

o Tensión en el acero presforzado

• Para compresión en el concreto usamos el bloque rectangular de esfuerzos del ACI.

• Distribución de esfuerzos y deformaciones unitarias con altura de viga. (a) Sección

transversal de viga (b) Deformaciones unitarias (c) Diagrama real de esfuerzos (d)

Diagrama equivalente de esfuerzos.





• Para tensión o compresión en el acero no presforzado, se hace lo mismo que en el

diseño de concreto reforzado:

o Se asume que el acero fluye primero, esto es

o Revisar la deformación unitaria en el acero para ver si realmente fluye o no,

y si no, calcular el esfuerzo basado en la deformación unitaria a ese nivel y

revisar el análisis para encontrar un nuevo valor para la profundidad del eje

neutro, · 0.003

• Para la tensión en el acero presforzado, observamos que NO podemos asumir el

comportamiento del acero presforzado (el cual es acero de alta resistencia) como

elástico-perfectamente plástico como es el caso del acero en concreto reforzado.





• En la falla de la viga de concreto presforzado, el esfuerzo en el acero de presfuerzo

claramente NO es el esfuerzo de fluencia, si no que está entre el esfuerzo de

fluencia fpy y el esfuerzo último fpu.

• Se denota con el símbolo fps

• El valor real del esfuerzo es difícil de calcular (generalmente requiere análisis no-

lineal de momento y curvatura), por lo que generalmente se estima utilizando una

formula semi-empírica dada por el ACI o la AASHTO.

Esfuerzo Último en el Acero Presforzado fps

• Según las Especificaciones AASHTO:

• Para tendones con adherencia solamente (5.7.3.1.1) y para fps = 0.5 fpu 1 ; 2 1.04

o Para el diseño preliminar, podemos asumir siendo conservadores que

(5.7.3.3.1)





• Para tendones sin adherencia, ver la sección 5.7.3.1.2.

Notas en Compatibilidad de deformaciones unitarias

• La deformación unitaria en la fibra superior del concreto en la falla es 0.003

• Podemos usar triángulos semejantes para encontrar las deformaciones unitarias en

el concreto o el acero de refuerzo correspondientes a todos los niveles de

deformación unitaria en la fibra superior.

• Necesitamos sumar la deformación unitaria de tensión debido al presfuerzo a la

deformación unitaria en el concreto a ese nivel para poder obtener la deformación

unitaria verdadera en el acero presforzado. La deformación unitaria de tensión

debido al presfuerzo es la que ocurre antes de fundir el concreto en pretensado o

antes de colocar el mortero en los ductos en postensado.

Refuerzo Máximo y Mínimo

• Refuerzo Máximo (5.7.3.3.1)

o El máximo refuerzo en concreto no-presforzado y presforzado deberá ser tal

que c/de ≤ 0.42





o c/de : relación entre la profundidad del eje neutro (c) y la profundidad del

centroide de la fuerza de tensión (de)

• Refuerzo mínimo (5.7.3.3.2)

o El refuerzo mínimo en concreto no-presforzado y presforzado debe ser tal

que:

1.2 ( : momento de fisuramiento), o

1.33 ( : momento obtenido de las combinaciones de

carga de resistencia)

Factor de Resistencia

Tipo de Sección

Factor de Resistencia

Reforzado y Parcialmente Presforzado

con PPR<0.5

Parcialmente Presforzado

con 0.5<PPR<1

Completamente Presforzado (PPR=1.0)

Sección subreforzada c/de ≤ 0.42 0.90 0.90 1.00

Sección sobrereforzada c/de > 0.42 No permitida 0.70 0.70

• Nótese que si c/de > 0.42 el miembro se considera un miembro a compresión y

diferentes factores de resistencia aplican (véase sección 5.5.4.2).

• La AASHTO no permite el uso de secciones de concreto reforzado (PPC<0.5)

sobrereforzadas.





Sección Rectangular versus Sección ‘T’

• La mayoría de las vigas de concreto son ya sea secciones ‘I’ o secciones ‘T’ (rara

vez son rectangulares), por tanto tienen mayor patín para la compresión.

• Si el eje neutro se localiza en el patín, la sección tiene el comportamiento de una

sección rectangular.

• Pero si el eje neutro se localiza bajo el patín, la sección se comporta como una

sección ‘T’.





• Estas última observación no tiene nada que ver con la forma del resto de la

sección!

• Si se comporta como una sección ‘T’, entonces consideramos dos anchos, que son

b (para el patín superior) y bw (el ancho del alma).

• Tenemos entonces que considerar un bloque rectangular de esfuerzos de ancho no-

uniforme.

• Generalmente asumimos primero que la sección es rectangular y luego revisamos

si la profundidad del eje neutro (c) se localiza dentro o fuera del espesor del patín,

hf.





• Se divide la zona de compresión en dos partes:

o La porción del patín que sobresale (ancho: b-bw)

o La porción en el alma (ancho: bw)

VIGAS COMPUESTAS

• Compuesto generalmente quiere decir el uso de dos materiales diferentes en

elementos estructurales

• Ejemplo: el Concreto Reforzado

o Concreto para resistir compresión

o Acero de refuerzo para resistir tensión

• Ejemplo: Compuesto de Fibra de Carbón

o Fibra de Carbón para resistir tensión

o Resina de Epóxico para fijar las fibras en su lugar

• En el contexto de diseño de puentes, la frase ‘viga compuesta’ se refiere al uso de

dos materiales diferentes para la losa y la viga.

o Viga de Concreto Presforzado (concreto de alta resistencia) con Losa de

Concreto Reforzado (concreto de resistencia normal)





La viga de concreto presforzado resiste la tensión

La losa de concreto reforzado resiste la compresión

• Tipos de secciones compuestas:

¿Porque secciones compuestas?

• El uso de elementos prefabricados tiene sus beneficios:

o Ahorran tiempo

o Mejor control de calidad

o Es mas barato

• El uso de la losa de concreto reforzado también tiene sus beneficios

o Suministra continuidad entre los elementos

o El control de calidad en losas no es tan significativo

Propiedades de la Sección Compuesta

• Se utilizan 3 anchos diferentes:

o Ancho real de la sección compuesta (b): es igual al espaciamiento entre

vigas.





o Ancho efectivo de la sección compuesta (be)

o Ancho transformado de la sección compuesta (btr)

• Ancho Efectivo

o La distribución de esfuerzos a través del ancho no es uniforme, entre mas

apartado del centro, menores los esfuerzos.

o Para simplificar el análisis, asumimos un ancho efectivo dentro del cual los

esfuerzos son constantes.

o También asumimos que ese ancho efectivo es constante a lo largo del claro.

• Ancho Efectivo (AASHTO LRFD – 4.6.2.6.1)





/2

Viga Exterior Viga Interior

, ,2 2 6/8

12/4

• Ancho Transformado

o Comúnmente el concreto usado para losas tiene resistencia menor que la del

concreto usado para la sección prefabricada.

o Menor resistencia – menor modulo de elasticidad

o Entonces, necesitamos usar el concepto de sección transformada para

transformar el material de la losa al material de la sección prefabricada

,, ,,

: relación modular, usualmente < 1.0

• Después de obtener la sección transformada, podemos calcular otras propiedades

de las secciones.





o

o

o

Diseño de Secciones Compuestas – Diseño a la Resistencia

• La mayoría de las teorías y métodos previamente estudiados para secciones no

compuestas todavía son válidos pero con algunas modificaciones.

• La resistencia última (o capacidad) de secciones compuestas se obtiene con un

método similar al usado para secciones ‘T’. Algunas claves para el análisis son:

o Cuando el eje neutro se localiza en la losa, podemos usar una sección ‘T’

compuesta con ancho de patín igual al ancho efectivo y usando el de la

losa.

o Cuando el eje neutro se localiza en la sección prefabricada, podemos usar

una sección transformada y usando el de la sección prefabricada. Este





análisis es aproximado, pero los errores que da al calcular la capacidad son

pequeños.

Transferencia de Cortante en la Interfaz

• Para asegurar que el comportamiento compuesto funcione en la estructura, es muy

importante que la losa y la viga no se deslicen la una con respecto a la otra.

• El parámetro clave que determina si los dos componentes se deslizarán o no es la

resistencia a cortante en la interfaz entre la losa y la viga.

• Esta resistencia a cortante en la interfaz proviene de:

o Fricción

o Cohesión





• La cohesión es la adherencia química entre dos materiales. Depende del factor de

cohesión (c) y el área de contacto. Entre mayor el área, mayor la fuerza de

cohesión.

• La fricción se debe a la rugosidad de la superficie. Depende del factor de fricción o

coeficiente de fricción ( ) y la fuerza normal (N). Para aumentar la fricción,

tenemos que hacer la superficie más rugosa, o incrementar la fuerza normal.

• La resistencia nominal a cortante en la interfaz de dos concretos fundidos en

diferentes momentos se toma como (AASHTO LRFD 5.8.4):





0.25.5

donde:

o : área de transferencia de cortante

o : coeficiente de cohesión

o : coeficiente de fricción

o : área de refuerzo a cortante que atraviesa el plano de cortante

o : fuerza de compresión perpendicular al plano de cortante

• Valores por AASHTO





• La fuerza normal en la formula de la fricción proviene de dos partes:

o Fluencia del acero por cortante

Si aparecen grietas en la interfaz, no habrá ninguna tensión en el

refuerzo que cruza la interfaz. Esta fuerza de tensión en el acero es

balanceada por la fuerza de compresión en el concreto en la interfaz,

creando con esto una fuerza normal a la interfaz.





o La fuerza de compresión permanente en la interfaz

El peso de la losa y la superficie de desgaste

No hay contribución de la carga viva

Refuerzo Mínimo a Cortante

• Para secciones con Vn/Acv > 0.7 MPa, el área de la sección transversal del refuerzo

por cortante que cruza la interfaz por unidad de longitud de la viga no debe ser

menor que: 0.35

: ancho de la interfaz (generalmente igual al ancho del patín superior de la viga)

• Si da menor, entonces no podemos usar el término para obtener la

resistencia a cortante nominal.

• El espaciamiento del refuerzo a cortante debe ser menor o igual a 600 mm.

• Posibles configuraciones de refuerzo:

o Una barra

o Estribos (de múltiples piernas)

o Cables soldados

• El refuerzo debe ser adecuadamente anclado (con dobleces, ganchos, etc.)

Fuerza Cortante de Diseño en la Interfaz

• Se utilizan dos métodos para calcular la fuerza cortante por unidad de longitud en

la interfaz (que pueden dar valores diferentes)

o Resistencia Elástica Clásica





∆

donde:

∆ : fuerza cortante factorada que actúa en la sección compuesta.

: Momento del área arriba del plano de cortante, con respecto al centroide

de la sección compuesta.

: Momento de inercia de la sección compuesta.

o Usando fórmula aproximada (AASHTO C5.8.4.1-1):

donde:

: Fuerza cortante vertical total en la sección

: Distancia del centroide del acero a tensión a la mitad de la altura de la

losa.

• La sección crítica por cortante en la interfaz es generalmente la sección donde la

cortante vertical es máxima.

o Sección crítica: a una distancia h/2 del apoyo

• El factor de resistencia ( ) por cortante en concreto de peso normal: 0.90





Sugerencias adicionales para diseño

• Para secciones ‘T’ y cajones que cubren totalmente el espaciamiento entre vigas

con una capa de concreto (usualmente de 50 mm), es posible que no se necesite

ningún refuerzo por cortante (solo rugosidad en la superficie).

• Para secciones ‘I’, generalmente se requiere algún refuerzo por cortante en la

interfaz.

• Generalmente se diseña el refuerzo a cortante para el alma (como se aprendió en el

curso ‘Estructuras de Concreto I’) y se extiende ese refuerzo a cortante a través de

la interfaz. Entonces se revisa si el área es suficiente para la transferencia de

cortante horizontal en la interfaz.

o Si no, se necesita refuerzo adicional.

o Si suficiente, no se necesita ninguna medida adicional.

Notas Finales en Comportamiento Compuesto

• Secciones compuestas no solo son usadas para secciones de concreto presforzado,

también son usadas para secciones de acero.

• Los beneficios principales es que la losa ayuda a resistir compresión, prevenir

pandeo por torsión lateral de la sección de acero, y prevenir pandeo local en el

patín a compresión.





• El concepto de análisis es similar al usado para concreto presforzado. También se

considera un ancho efectivo y una sección transformada. Y la transferencia de

cortante en la interfaz.

• La transferencia de cortante en la interfaz acero-concreto se puede obtener de

varias maneras:





• El pin para cortante es uno de los conectores para cortante más comunes. Se suelda

al patín superior de la viga de acero.

11 Diseño de Vigas Presforzadas

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