CLASE 1, CONCRETO II [Autoguardado] [Autoguardado]
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CLASE 1 B1 CONCRETO II
GENERALIDADES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES
COLUMNAS
SON ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE ARTICULAN OTROS ELEMENTOS ESTRUCTURALES (VIGAS , LOSAS, ZAPATAS, MUROS), SOPORTAN Y TRASMITEN CARGAS A COMPRESIÓN , SOPORTAN MOMENTOS FLECTORES CON RESPECTO A LOS EJES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL, EL EFECTO DE FLEXIÓN PRODUCE ESFUERZOS DE TENSIÓN. FINALMENTE TRASMITEN CARGAS A LAS ZAPATAS
LÍMITES DE BARRAS LONGITUDINALES, SEGÚN ACI 10.9.2
CLASE 1 B1 CONCRETO II
GENERALIDADES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES
COLUMNAS
CLASIFICACIÓN
PEDESTALES O BLOQUES CORTOS A COMPRESIÓN.SI SU ALTURA ES MENOR A 3 VECES SU DIMENSIÓN LATERAL MÁS PEQUEÑA. EL ACI EN SU LITERAL 2.2 Y 10.14, DETERMINA QUE UN PEDESTAL PUEDE FABRICARSE CON CONCRETO SIMPLE O SIN REFUERZO, Y SOPORTA UN ESFUERZO MÁXIMO DE COMPRESIÓN DEL 0,85φ𝒇′𝒄, donde φ es 0,65.
QUE OCURRE SI LA CARGA APLICADA AL ELEMENTO ES MAYOR QUE 0,85φ𝒇′𝒄 𝑨′𝒈?
COLUMNAS CORTAS DE CONCRETO REFORZADO.UNA COLUMNA CORTA DE HA, FALLA DEBIDO A LA FALLA INICIAL DEL MATERIAL, ES COLUMNA CORTA, LA CARGA QUE SOPORTA ES FUNCIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL, CALIDAD DE LOS MATERIALES, ES UN ELEMENTO ESTRUCTURAL ROBUSTO DE ESCAZA FLEXIBILIDAD.
COLUMNAS LARGAS O ESBELTAS DE CONCRETO REFORZADO.LAS DEFORMACIONES POR FLEXIÓN SON DIRECTAMENTE PROPORCIONALES A LA ESBELTEZ, IGUAL PARA LOS MO-MENTOS SECUNDARIOS RESULTANTES. SI LA MAGNITUD DE LOS MOMENTOS SON TALES QUE MODIFICAN LA CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DEL ELEMENTO, SE TRATA DE UNA COLUMNA ESBELTA.
CLASE 1 B1 CONCRETO II
EL ACI, PERMITE DISEÑAR COMO COLUMNASCORTAS, SIEMPRE QUE LOS MOMENTOS
SECUNDARIOS NO REDUZCAN EN MÁS DEL 5% LA RESISTENCIA
CLASE 1 B1 CONCRETO II TIPOS DE
CLASE 1 B1 CONCRETO II TIPOS DE
UNA COLUMNA DE HORMIGÓN SIMPLE, SU CAPACIDAD PORTANTEES INFERIOR, SI A SU SIMILAR SE LE COLOCA ACERO DE REFUERSOLONGITUDINAL Y TRANSVERSAL (EN FORMA DE ESTRIBOS CERRADOS,ZUNCHOS ELICOIDALES DE TAL MANERA QUE SE LE PROVISIONE DERESTRICCIÓN LATERAL)
LAS CARGAS DE COMPRESIÓN PRODUCEN DEFORMACIÓNLONGITUDINAL Y TRANSVERSAL, DEBIDO AL EFECTO DE POISSON (MÓDULO DE POISSON)
CLASE 1 B1 CONCRETO II TIPOS DE
COLUMNA CON ESTRIBOS
COLUMNA ZUNCHADA
SON LAS QUE TIENEN ESTRIBOS CERRADOS , QUE IMPIDENEL DESPLAZAMIENTO DE LAS VARILLAS LONGITUDINALESDE ACERO. IMPIDEN EL PADEO DE LAS VARILLAS HACIA AFUERA,AUMENTAN LA RESISTENCIA DE LA COLUMNA, IMPIDEN QUE ELRECUBRIMIENTO SE FISURE Y SE DESPRENDA
SE REFIEREN A COLUMNAS DE HORMIGÓN QUE SE FABRICAN CONZUNCHOS ELICOIDLES Y CONTÍNUOS DE ACERO. SON MÁ EFICIENTES QUE LAS COLUMNAS ESTRIBADAS.
COLUMNAS COMPUESTAS
COLUMNAS DE CONCRETO, REFORZADASLONGITUDINALMENTE CON O SIN VARILLAS DEACERO, PUEDEN SER TUBULARES DE ACERORELLANAS CON CONCRETO
CLASE 1 B1 CONCRETO II TIPOS DE
COLUMNA CON ESTRIBOS COLUMNA ZUNCHADA
COLUMNAS COMPUESTAS
CLASE 1 B1 CONCRETO II
CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE COLUMNAS
NO EXISTE LA CARGA AXIAL PERFECTA, DEBIDO A LA INTERACCIÓN DE LA COLUMNA CON OTROS ELEMENTOS. LAÚLTIMA RESISTENCIA O RESISTENCIA NOMINAL , PARA UNA COLUMNA CORTA CON CARGA AXIAL, SE PUEDEDETERMINAR CON.
Donde.𝐴𝑔 ´ = área total del concreto
𝐴𝑠𝑡 = área total del refuerzo longitudinal
𝑃𝑛 = última resistencia o resistencia teórica
CLASE 1 B1 CONCRETO II
FALLA DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES.
LOS ESTRIBOS O CERCOS, CONFINAN A LAS VARILLAS DE REFUERZO LONGITUDINAL,Y AL CONCRETO FORMANDO UN NÚCLEO MUY RESISTENTE, SI SE CARGA UNA COLUMNAAXIALMENTE HASTA QUE FALLE, EL RECUBRIIENTO SE FISURA Y SE DESPRENDE,OCURRE QUE SI LOS CERCOS ESTAN DEMASIADO SEPARADOS LAS VARILLAS SEPANDEARAN INMEDIATAMENTE. MF
PARA UNA COLUMNA CIRCULAR DE ZUNCHOS CONTINUOS, EN UN ESCENARIO DE FALLA ,NO ES LO MISMO QUE EN LAS COLUMNAS ESTRIBADAS, EL DESCOCHAMIENTO ES UN AVISODE FALLA TOTAL, SI EL PASO ES PEQUEñO, EL REFUERZO LONGITUDINAL, APOYADO POR ELREFUERZO TRANSVERSAL RESISTIRAN LA FALLA. LA TENSIÓN DE ARO SE DA POR EL ESFUERZO LATERAL Y ES EL DOBLE DE EFECTIVO FRENTE A LOS REFUERZOS LONGITUDINALES.
CLASE 1 B1 CONCRETO II
FALLA DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES.
SE PUEDE CALCULAR LA RESISTENCIA AL RECUBRIMIENTO UTILIZANDO LA EXPRESIÓN
𝐴𝑐 = área del núcleo, su diámetro es entre bordes del zuncho elicoidal
CLASE 1 B1 CONCRETO II
FALLA DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES.
LA TENSIÓN EN EL ARO DE ACERO (ZUNCHO), SE ORIGINA POR LA PRESIÓN QUE EJERCE EL NÚCLEO, Y ES MUY EFICIENTE PARA AUMENTAR LA CAPACIDAD ÚLTIMA DE LA COLUMNASE CALCULA CON LA EXPRESIÓN.
CLASE 1 B1 CONCRETO II
FALLA DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES.
ECUACIÓN 10-5 ACI
CANTIDAD DE ACERO EN UNA VUELTA , REFUERZO TRANSVERSAL COLUMNA ZUNCHADA
𝑫𝒄 𝐞𝐬 𝐞𝐥 𝐝𝐢á𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨 𝐝𝐞𝐥 𝐧ú𝐜𝐥𝐞𝐨 𝐝𝐞 𝐞𝐱𝐭𝐫𝐞𝐦𝐨 𝐚 𝐞𝐱𝐭𝐫𝐞𝐦𝐨 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐞𝐬𝐩𝐢𝐫𝐚𝐥
𝒅𝒃 𝐞𝐬 𝐞𝐥 𝐝𝐢á𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐯𝐚𝐫𝐢𝐥𝐥𝐚
𝒂𝒔 𝐞𝐬 á𝐫𝐞𝐚 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐬𝐞𝐜𝐜𝐢ó𝐧 𝐭𝐫𝐚𝐧𝐬𝐯𝐞𝐫𝐬𝐚𝐥 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐯𝐚𝐫𝐢𝐥𝐥𝐚
CLASE 1 B1 CONCRETO II
FALLA DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES.
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO.
1. EL % DEL ACERO TOTAL LONGITUDEINAL, NO DEBE SER MENOR QUE EL 1% DEL ÁREA TOTALTRANSVERSAL DE LA COLUMNA. ACI . 10.9.1. ES POSIBLE QUE UNA CUANTÍA MENOR AL 1 %PRODUZCA UNA FALLA NO DÚCTIL, DE OCURRENCIA REPENTINA, SEMEJANTE A UNA COLUMNA DE HORMIGÓN SIMPLE 10.8.4.
a. REDUCE EL FLUJO PLÁSTICO.b. REDUCE LA CONTRACCIÓNc. PROVEE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE LA COLUMNA
2. EL % MÁXIMO DE ACERO NO DEBE SER MAYOR QUE EL 8% DEL ÁREA TRANSVERSAL DE LA COLUMNA. ACI. 10.9.1. EL OBJETIVO ES EVITAR EL ASINAMIENTO DE VARILLAS.
a. EN LA PRÁCTICA SE UTILIZA 4 a 5 %, DEBIDO A QUE ES DIFÍCIL QUE ENTRE CONCRETOENTRE LA CIMBRA Y EL ACERO.
b. ALTAS DOSIFICACIONES, INCREMENTAN POSIBILIDADES DE POROSc. SI EL % DE ACERO ES ALTO, SE DEBE DISPONERLO EN PAQUETES, RACIMOS
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO.
3. ACI. 10.9.2.
4. EL RECUBRIMIENTO, EL ESPACIMAMIENTO ENTRE VARILLAS, TIENE UN ANCHO 10 A 8 PULGADAS
NÚMERO VARILLAS
CON ESTRIBOS RECTANGULARES O CIRCULARES
ESTRIBOS TRIANGULARS
ESPIRALES CONSULTAR ACICOMENTARIO
10.9.2
4 3 6
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO.
5.
DIÁMETROS DEL REFUERZO TRANSVERSAL
PARA VARILLAS LONGITUDINALES # 10
PARA VARILLAS LONGITUDINALES MAYORES AL # 10 Y EN RACIMOS
# 3 # 4
SE PUEDE USAR ALAMBRE CORRUGADO O MALLA SOLDADA DE ÁREA SEGÚN
ACI. 7.10.5.1.
LA DISTANCIA CENTRO A CENTRO ENTRE ESTRIBOS NO DEBE SER MAYOR QUE 16 VECES EL dbLONGITUDINALES, 48 VECES EL db DE LOS ESTRIBOS
CADA VARILLA LONGITUDINAL DE ESQUINA DEBE TENER SOPORTE DE LA ESQUINA DE ESTRIBO, DE MANERAALTERNADA, Y ÁNGULO NO MAYOR A 135 GRADOS
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO.
TAREA.CONSULTAR LOS REQUISITOS DE COLUMNAS COLADAS EN OBRA.
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO.
6.
TRASLAPE. 48 db o 12 pulgadas ACI. 7. 10. 4 CONSULTAR TRASLAPES, COMENTARIOS
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO. SEGURIDAD
COEFICIENTES φ
COEFICIENTES φ DE SEGURIDAD
ELEMENTOS φ
VIGAS: FLEXION Y CORTANTE 0,90 0,75 RESPECTIVAMENTE
COLUMNAS: CON ESTRIBOS 0,65
COLUMNAS: CON ZUNCHADAS 0,75 MAYOR TENACIDAD
CLASE 1 B1 CONCRETO II
REQUISITOS DEL CÓDIGO ACI PARA COLUMNAS EN SITIO. SEGURIDAD
COEFICIENTES φ
LA FALLA DE UNA COLUMNA ES MAS DELICADA QUE LA FALLA DE UNA VIGA, LA COLUMNA ES RESPONSABLEDE GESTIONAR MAYOR CARGA QUE LA VIGA, SI LAS COLUMNAS DE PISO FALLAN EL EDIFICIO SE DESPLOMARÁ
NO ASÍ SI FALLA UNA VIGA. ES LA RAZÓN POR LO QUE LOS COEFICIENTES φ SON MENORES PARA LAS COLUMNAS Y MAYORES PARA VIGAS.
TIPOS DE FALLAS
OTRAS RAZONES QUE JUSTIFICAN EL BAJO VALOR DE φ
ES MÁS DIFÍCIL FABRICAR UNA COLUMNA QUE UNA VIGA, YA POR LA ESTRECHEZ ENTRE LA CIMBRAY EL ACERO DE REFUERZO EN UNA COLUMNA, NO ASÍ EN UNA VIGA. ESTO HACE QUEPUEDE GENERARSE POROS EN LA COLUMNA, CON LO QUE DISMINUIRÁ LA RESISTENCIA DELA COLUMNA
EN LAS VIGAS, LA RESISTENCIA DEPENDE DEL VALOR DE FLUENCIA DEL ACERO EN LA ZONA DE FLEXIÓNEN LAS COLUMNAS LA RESISTENCIA A LA FALLA DEPENDE DE LA RESISTENCIA ÚLTIMA DEL CONCRETO
LOS FACTORES DE LONGITUD AFECTAN DRÁSTICAMENTE
EL EFECTO DE LA EXCENTRICIDAD, LA RIGIDEZ DE LOS PÓRTICOS AUNQUE SOPORTEN SÓLO CARGAS DEGRAVEDAD PUEDEN ESTAR SOMETIDOS A FLEXIÓN Y MOMENTOS.
FÓRMULAS DE DISEÑ0
𝑒 = EXENTRICIDAD
𝑃𝑢 = CARGA AXIAL
𝑀𝑢 = MOMENTO DE FLEXIÓN
ECUACIONES DEL CÓDIGO ACI
LA CPACIDAD DE CARGA AXIAL DE LAS COLUMNAS NO DEBE SER MAYOR QUE.
ESTAS ECUACIONES SE UTILIZAN CUANDO EL MOMENTO ES PEQUEÑO o NO HAY MOMENTO CALCULADO.
COLUMNAS CON ESTRIBOS
𝑒 MENOR QUE 0,05h
COLUMNAS ZUNCHADAS
𝑒 MENOR QUE 0,10hh ES EL DIÁMETRO TOTAL DE LA COLUMNA ZUNCHADA O EL ANCHO TOTAL DE UNA COLUMNA RECTANGULAR O CUADRADA
PARA COLUMNAS CORTAS, SIEMPRE QUE 𝑒 SEA MENOR QUE LOS VALORES DESCRITOS
CRITERIOS ECONÓMICOS EN COLUMNAS
SECCIONES DE MAYOR TAMAÑO
VIGA COLUMNA
ALTA CALIDAD DEL HORMIGÓN
30 AL 40% EL CONCRETO ESTÁ A COMPRESIÓN, EL RESTO , 60 Y 70 % ESTÁ A TENSIÓN Y FISURADO
UN % MAYOR EN LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA COLUMNAESTA A COMPRESIÓN
ACERO EN EL ORDEN DEL 1,5% Y 3%
SE DESPERDICIA60 Y 70 %
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
1.- DATOS:CARGAS:
AXIALCARGA VIVA L = 180 𝐾𝑙𝑏CARGA VIVA D = 130 𝐾𝑙𝑏
ACERO:𝐴𝑠 = 2%𝑓¨𝑦 = 60 000 𝑙𝑏/plg2
CONCRETO:𝑓¨𝑐 = 4000 𝑙𝑏/plg2
2.- PLANTEAMIENTO:
φ = 0,65 PARA COLUMNAS ESTRIBADAS
φ 𝑷𝒏= o,80 φ[0,85𝒇¨𝒄(𝑨𝑮 − 𝑨𝒔𝒕)+𝒇¨𝒚 𝑨𝒔𝒕] 𝐀𝐂𝐈 − 𝟏𝟎 − 𝟐
𝑷𝒖 = 1,10 D + 1,60 L
3.- DIMENSIONAMIENTO DE LA COLUMNA
𝑷𝒖 = 1,10 (130) + 1,60(180) = 444 KLb
444 = o,80 ( 0,65)0,80 [0,85(0,80) 4 (𝑨𝑮 − 𝟎, 𝟎𝟐𝑨𝑮)+60(0,02𝑨𝑮]
𝑨𝒔𝒕 = 𝟎, 𝟎𝟐%𝑨𝑮
𝑨𝑮 = 188,40 𝑝𝑙𝑔2 LA RAÍZ CUADRADA ES 13,72, SE ASUME 14 X 14 plg como lados de la columna: 𝑨𝑮 = 196 𝑝𝑙𝑔2
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
4.- ACERO LONGITUDINAL:
φ 𝑷𝒏= o,80 φ[0,85𝒇¨𝒄(𝑨𝑮 − 𝑨𝒔𝒕)+𝒇¨𝒚 𝑨𝒔𝒕] 𝐀𝐂𝐈 − 𝟏𝟎 − 𝟐
5.- REFUERZO TRANSVERSAL, ESTRIBOS
444 = o,80 ( 0,65)0,80 [0,85(0,80) 4 (196−𝑨𝒔𝒕)+60(𝑨𝒔𝒕]𝑨𝒔𝒕 = 3,31 𝑝𝑙𝑔2
6 VARILLAS # 7 EQUIVALEN A 3,61 𝑝𝑙𝑔2
DIÁMETRO MÍNIMO 10 mm 0 3/8 de pulgada, separación 48 diámetrosDiámetro de 7/8, espaciamiento 16 diámetros.
1.- 48x3
8= 18 𝑝𝑙𝑔 2.- 16x
7
8= 14 𝑝𝑙𝑔
El espaciamiento mínimo es 14 pulgadas, significa que se puede utilizar Refuerzo de diámetro entre # 3 y 7. para este caso.
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
6.- ANÁLISIS DE LOS ESPACIAMIENTOS, LIMITACIONES DEL ACI, REQUISITOS DEL CÓDIGO:
ACI: 7.6.1 ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS 𝟗
𝟐-𝟕
𝟖= 3,625 𝒑𝒍𝒈 > 𝟐𝟓 𝒎𝒎𝒀
𝟕
𝟖QUE es el 𝒅𝒃
ACI: 10.9.1 PORCENTAJE DE ACERO
ACI: 10.9.2: NÚMERO DE VARILLASNÚMERO DE VARILLAS 6 > 4 REQUERIDOS
OK.
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
1.- DATOS:CARGAS:
AXIALCARGA VIVA L = 300 𝐾𝑙𝑏CARGA VIVA D = 240
𝐾𝑙𝑏ACERO:
𝐴𝑠𝑡 = 2%𝑓¨𝑦 = 60 000 𝑙𝑏/plg2
CONCRETO:𝑓¨𝑐 = 4000 𝑙𝑏/plg2
2.- PLANTEAMIENTO
φ 𝑷𝒏= o,85 φ[0,85𝒇¨𝒄(𝑨𝑮 − 𝑨𝒔𝒕)+𝒇¨𝒚 𝑨𝒔𝒕] 𝐀𝐂𝐈 − 𝟏𝟎 − 𝟏
3.- DIMENSIONAMIENTO DE LA COLUMNA
𝑷𝒖 = 1,20 (240) + 1,60(300) = 768 KLb
768 = o,75 ( 0,85)0,85 [(0,85) 4 (𝑨𝑮 − 𝟎, 𝟎𝟐𝑨𝑮)+60(0,02𝑨𝑮]
𝑨𝑮 = 266 𝑝𝑙𝑔2 SECCIÓN CIRCULAR CON 18 plg de D = 255 𝑝𝑙𝑔2 SE ASUME D = 18 plg
columna: 𝑨𝑮 = 255 𝑝𝑙𝑔2
4.- ACERO LONGITUDINAL
768 = o,75 ( 0,85)0,85 [(0,85) 4 (255−𝐀𝒔𝒕)+60(𝑨𝒔𝒕]𝑨𝒔𝒕 = 𝟓, 𝟗7 255 𝑝𝑙𝑔2 6 VARILLAS # 9
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
5.- REVISE LOS REQUISITOS DEL ACI, PARA CULUMNAS CIRCULARES.
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
5.- DISEÑO DE LA ESPIRAL.
DIÁMETRO MÍNIMO # 3, as = 0,11 𝑝𝑙𝑔2
DISEÑO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE
TAREA EXTRACLASE. REALICE LOS EJERCICOS PROPUESTOS EN EL FINAL DELCAPíITULO,.