ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

67
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE VIGAS Y COLUMNAS DE UNA EDIFICACIÓN. Manual de diseño y análisis a partir del programa SAP2000 para vigas y spColumn para columnas.

Transcript of ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

Page 1: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO

JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

ENCAMISADO EN

CONCRETO

ARMADO PARA EL

REFUERZO DE

VIGAS Y

COLUMNAS DE

UNA

EDIFICACIÓN. Manual de diseño y análisis a partir del

programa SAP2000 para vigas y spColumn

para columnas.

Page 2: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 1

1 TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................. 2

1. QUE ES EL ENCAMISADO POR MEDIO DE

CONCRETO ARMADO ................................................... 2

2. PORQUE HACER UN ENCAMISADO POR MEDIO

DE CONCRETO ARMADO ............................................. 3

3. DISEÑO ..................................................................... 3

3.1. Inicio del programa SAP 2000 ......................... 4

3.2. Diseño de VIGAS .............................................. 5

3.2.1. Creación de nuevo modelo .................... 5

3.2.2. Asignar restricciones ................................ 12

3.2.3. Definición de patrones de carga ......... 13

3.2.4. Asignación de cargas ............................. 14

3.2.5. Revisión de materiales ............................ 16

3.2.6. Análisis y diagramas ................................ 18

3.2.7. Combinación de cargas ........................ 20

3.2.8. Revisión Combinación de cargas ......... 23

3.2.9. Diseño ....................................................... 24

3.3. Diseño de VIGAS ENCAMISADAS ................. 25

3.3.1. Creación de nuevo modelo .................. 25

3.3.2. Asignar restricciones ................................ 31

3.3.3. Definición de patrones de carga .......... 32

3.3.4. Asignación de cargas ............................. 33

3.3.5. Revisión de materiales ............................ 34

3.3.6. Análisis y diagramas ................................ 36

3.3.7. Combinación de cargas ........................ 37

3.3.8. Revisión Combinación de cargas ......... 38

3.3.9. Diseño ....................................................... 39

3.4. Diseño de COLUMNAS ................................... 41

3.4.1. Creación de nuevo modelo .................. 41

3.4.2. Revisión de barras ................................... 44

3.4.3. Definición de patrones de carga .......... 46

3.4.4. Análisis y diagramas ................................ 46

3.4.5. Diseño ....................................................... 49

3.5. Diseño de COLUMNAS ENCAMISADAS ........ 51

3.5.1. Creación de nuevo modelo .................. 51

3.5.2. Definición de patrones de carga .......... 56

3.5.3. Revisión material de refuerzo ................. 57

3.5.4. Análisis y diagramas ................................ 58

3.5.5. Diseño ....................................................... 60

4. EJECUCIÓN ............................................................ 63

5. RECOMENDACIONES ........................................... 65

6. BIBLIOGRAFÍA ........................................................ 66

Page 3: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 2

INTRODUCCIÓN

Cada vez son más frecuentes las situaciones a las

que se enfrentan los ingenieros civiles, donde se

determina la rehabilitación, reparación o refuerzo de

una estructura con el fin de evitar la demolición

innecesaria de esta y como bien es conocido, este

tipo de labores es de las más complejas y exigentes

en el ámbito de la ingeniería.

A continuación se presenta una guía paso a paso

para diseñar, analizar y ejecutar vigas y columnas

con y sin encamisado, mediante la cual se evitan

confusiones y se permite al lector la realización de

cálculos óptimos y en corto plazo sobre el de

reforzamiento de elementos estructurales

1. QUE ES EL ENCAMISADO POR MEDIO DE

CONCRETO ARMADO

Es la forma de reforzar un elemento que ha sufrido

cambios en su capacidad resistente, envolviendo el

elemento estructural actual con una sección

adicional de concreto convenientemente armado

(aumentando la sección del elemento),

reforzándolos frente a compresión, flexión, cortante y

torsión garantizando el trabajo simultáneo entre

diferentes elementos. Lo anterior con objeto de

cumplir lo establecido en la normatividad actual, es

decir, cumplir con una resistencia, factores de

seguridad, calidad de los materiales, funcionalidad y

vida útil de las estructuras.

Columna durante proceso de recrecido Fuente: https://epachon.wordpress.com/2014/01/16/e-4-refuerzo-de-pilares-

de-hormigon-armado-mediante-encamisado-o-recrecido-de-su-seccion

Page 4: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 3

Este refuerzo ofrece eficacia y garantía a diferencia

de otros métodos de reforzamiento, puesto que

ofrece menos costo y mayor rapidez de ejecución.

Adicionalmente se evita un impacto negativo en la

obra, en lo que a costos, tiempo de entrega,

contaminación ambiental por generación de

basuras, escombros y mala imagen de la empresa

constructora se refiere.

Siendo el concreto uno de los materiales más usados

para fines estructurales por su buen comportamiento

en servicio, adaptabilidad a las formas constructivas

y económicas, es equivalente usarlo para

aprovechar estas mismas características una vez se

presentan situaciones que afectan su buen servicio,

las cuales serán nombradas más adelante.

2. PORQUE HACER UN ENCAMISADO POR MEDIO DE

CONCRETO ARMADO

La necesidad de prolongar la vida útil de una

estructura, al no contar con la resistencia a causa de

una mala ejecución, o soportar una carga mayor a

la proyectada inicialmente, o por acciones

accidentales (sismo, explosiones, impactos, etc…), o

por hacerla compatible con la normatividad actual,

propone como solución la ejecución de un recrecido

o encamisado por medio de concreto armado, con

el fin de proveer de la resistencia adecuada a los

elementos estructurales permitiendo así una

transferencia satisfactoria de esfuerzos entre la

antigua estructura y el refuerzo actual, para brindar

seguridad de vidas.

Adicionalmente presenta grandes ventajas: 1)

Compatibilidad entre el material original y el de

refuerzo, 2) Amplia superficie de contacto, la cual

permite una adherencia entre el hormigón nuevo y

el hormigón original motivada por la retracción, la

cual permite que las cargas se transmitan axialmente

y por fricción entre los elementos, 3) Conexión de las

armaduras originales con las nuevas, 4) Baja

conductividad térmica, es decir, buena resistencia al

fuego y buen aislamiento térmico para las

armaduras, 5) Posibilidades de dar acabados

arquitectónicos por causa de concreto; de las cuales

se obtiene un elemento monolítico, capaz de

aumentar la resistencia y la rigidez del elemento

original, sin cambiar su modo de acción con el

tiempo.

3. DISEÑO

A continuación se presenta un paso a paso sobre el

diseño de vigas y columnas con y sin encamisado,

mediante el cual será posible obtener resultados de

diseño para su análisis; en el cual se deben tener en

cuenta no solo los elementos reforzados

directamente sino también todos aquellos que

pueden verse afectados lo que implica un análisis

pormenorizado de la estructura original y reforzada.

Page 5: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 4

El diseño de vigas se desarrolla mediante el

programa SAP2000 y el de columnas mediante

spColumn, a través de títulos que indican el paso a

desarrollar, evitando confusiones para los Ingenieros

interesados en realizar cálculos óptimos y en corto

plazo de reforzamiento de elementos estructurales

(Vigas y columnas).

3.1. Inicio del programa SAP 2000

Este programa permite a los usuarios modelar

estructuras y obtener resultados de análisis y diseño

de forma automatizada. La versión utilizada en este

manual es SAP2000 v19.2.1.

Imagen 1

Page 6: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 5

Imagen 2

3.2. Diseño de VIGAS

3.2.1. Creación de nuevo modelo para VIGAS

Se inicia dando clic en el botón File ubicado en la

parte superior izquierda, en el cual se despliega un

listado, en este se elige la primera opción

denominada New Model como se ve en la Imagen

3.

Imagen 3

Al dar clic en el paso anterior (New Model, Imagen 3)

se presenta una nueva ventana como se ve en la

Imagen 4, donde se realiza el cambio de unidades

en la lista desplegable, para el ejemplo: kN, m, C.

Imagen 4

Adicionalmente en la ventana emergente de New

Model, como se ve en la Imagen 5, se seleccionara

el tipo de modelo o Template a trabajar, para este

caso será Beam, el cual relaciona la creación de una

viga.

Page 7: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 6

Imagen 5

Al seleccionar Beam, se genera otra ventana

emergente (Imagen 6), en la cual se ingresan los

siguientes datos: número de espacios entre apoyos

(Number of spans), para el caso será 1 encuadrado

en color verde, también se ingresa la longitud entre

apoyos (Span Length), encuadrado en color rojo,

para el caso 5 lo que significa 5.00 m por las unidades

elegidas anteriormente.

Imagen 6

En la misma ventana del modelo, mostrada en la

(Beam), se introducirán y relacionaran las

propiedades del elemento a trabajar, realizando clic

en el símbolo “+” mostrado en el recuadro verde.

Imagen 7

Page 8: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 7

3.2.2. signar propiedades de los materiales para

VIGAS

En la ventana emergente “Frame Properties”, la cual

se abrió al dar clic en el símbolo “+” se realiza clic en

añadir nuevas propiedades (Add New Property), que

se encuentra en el recuadro de color rojo en la

Imagen 8.

Imagen 8

En seguida se abre una ventana emergente de

nombre Add Frame Section Property, en donde se

pueden seleccionar diferentes materiales, como se

muestra en el recuadro de color verde de la Imagen

9; para este ejemplo se utilizará concreto. En esta

misma ventana se ilustran en la parte inferior las

diferentes geometrías que se pueden utilizar, para el

caso se seleccionará la opción rectangular,

encuadrada con color rojo dentro de la misma

Imagen 9.

Imagen 9

Una vez se selecciona la sección rectangular se abre

la ventana Rectangular Section (Imagen 10) en

donde se asignara un nombre al ejemplo, para el

caso “VIGA 25X40” en la casilla Section Name.

En esta misma ventana se diligenciaran las medidas

de la sección de viga en estudio, como se ve en el

recuadro de color naranja de la Imagen 10. En Depth

se escribe el alto de la viga: 0,4 m y en Width el ancho

de la viga: 0,25 m. Se colocan las dimensiones de

acuerdo al tipo de unidades establecidas al inicio

del programa mostradas en la Imagen 4.

Page 9: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 8

Imagen 10

En la parte inferior de la ventana de sección

rectangular, se seleccionan las características del

material de la viga, es decir, el acero y el concreto;

dando clic en el símbolo “+” identificada en el

recuadro rojo de la Imagen 11; aparecerá una

ventana emergente de nombre Define Materials.

Imagen 11

En esta ventana se dará clic en añadir nuevo

material (Add New Material - Imagen 11), botón

dentro del cuadro verde. Aparecerá una ventana

con listas desplegables como se muestra en la

Imagen 12 en las que se elige la región, el tipo de

material y su especificación, para el caso se

selecciona User y en tipo de material Concrete en

seguida se da clic en OK. Lo anterior para crear un

material con las especificaciones que corresponden

al ejemplo.

Page 10: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 9

Imagen 12

Al dar clic en OK, aparecerá una ventana

emergente llamada Material Property Data (Imagen

13Imagen 12) donde se diligenciaran los siguientes

campos:

- Material Name and Display Color: Donde se

pondrá el nombre del material, para el caso:

Concrete 21 MPa. Se identifica en la imagen

dentro del cuadro de color verde.

- Weigth per Unit Volume: Donde se diligencia el

peso específico del concreto, en el caso 24

kN/m3. Se identifica en la imagen dentro del

cuadro de color rojo.

- Modulus of Elasticity, E: Este valor se obtiene de la

fórmula relacionada a continuación, y el valor

arrojado: 21538 MPa. Se identifica en la imagen

dentro del cuadro de color naranja.

𝐸 = 4700√𝑓´𝑐 = 4700√21 = 21538 𝑀𝑃𝑎

- Specified Concrete Compressive strength, fc: en

donde se diligencia el valor del esfuerzo a

compresión del concreto, es decir 21000 kPa. Se

identifica en la imagen dentro del cuadro de

color rosa.

Imagen 13

Page 11: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 10

Se da Ok en la ventana de la Imagen 13 y el

programa retorna a la ventana Define Materials

donde se verifica que el material creado aparezca

en el listado como se ve en la Imagen 14.

Imagen 14

Una vez realizada la revisión se da clic en Ok y en la

ventana Rectangular Section (Imagen 10) en la parte

inferior izquierda se selecciona el material creado, el

cual cuenta con las propiedades que permitirán

realizar un posterior análisis. Esta elección se

identifica en el recuadro de color rojo de la Imagen

15.

Imagen 15

Ahora y en esta misma ventana Rectangular Section

se realiza clic en el botón Concrete Reinforcemen,

identificado en color verde dentro de la Imagen 16,

con el fin de definir las características del refuerzo.

Page 12: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 11

Imagen 16

En seguida se abre la ventana emergente

Reinformecent Data (Imagen 17) en donde se

seleccionará el material del refuerzo, para el caso:

A615Gr60 y en la sección Desing Type, se

seleccionará que tipo de elemento se quiere estudiar

si viga o columna, para el caso será viga (Beam)

Recuadro naranja.

Debajo de este se pone la información

correspondiente al recubrimiento del acero

(Concrete Cover to Longitudinal Rebar Center),

medido desde el centro de las barras. Para el caso

0,06 m, y se da clic en “OK” en todas las ventanas.

Imagen 17

Page 13: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 12

3.2.3. Asignar restricciones para VIGAS

En la pantalla principal se muestra una imagen de la

viga en estudio como se ve en la Imagen 18, con el

mouse se selecciona el apoyo que se desea

modificar.

Imagen 18

Como se ve en la Imagen 19 en la barra de

herramientas superior, se hace clic en Assing, lo cual

despliega un listado, se sitúa el cursor sobre el primer

ítem, Joint, y posteriormente se da clic en la primera

opción Restraints.

Imagen 19

En la ventana emergente Assing Joint Restraints

(Imagen 20) que se abre luego de seleccionar

Restraints, se selecciona el tipo de apoyo a asignar,

para el caso simplemente apoyado y se da “OK”,

realizando el mismo procedimiento para los apoyos

a los que se les desee asignar y/o cambiar

restricciones como se ve en la Imagen 21.

Page 14: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 13

Imagen 20

Imagen 21

3.2.4. Definición de patrones de carga para VIGAS

En la barra de herramientas ubicada en la parte

superior del programa, se selecciona la pestaña

Define, en la cual se busca la opción patrones de

carga o Load Patterns como se ve en la Imagen 22.

Imagen 22

Page 15: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 14

Al seleccionar la opción anterior aparece la ventana

emergente Define Load Patterns (), en la cual se

seleccionará el tipo de cargas a emplear.

Imagen 23

Se designa un nombre, tipo y factor de influencia.

Posteriormente se da clic en el botón Add New Load

Pattern y si se quiere modificar una ya creada se da

clic en Modify Load Pattern.

Las cargas que se crearon para el ejemplo son:

- Peso propio, de tipo carga muerta y con un

factor de influencia de 1 para que esta carga

se tenga en cuenta al momento de realizar la

combinación.

- Carga viva, tipo de carga viva y factor de

influencia 0 puesto que más adelante se

incluirá un valor de carga.

- Peso muerto, tipo carga muerta y con un

factor de influencia de 1.

3.2.5. Asignación de cargas para VIGAS

Para la asignación de cargas, se selecciona la viga

en la pantalla principal (Imagen 24), se va a la barra

de herramientas superior, se da clic en el botón

Assing, y de la lista desplegada se pica en Frame

Loads y posteriormente Distributed, como se indica

en la Imagen 25.

Imagen 24

En la ventana emergente Assing Frame Distributed

Loads (Imagen 26) se selecciona el patrón de carga

que se va asignar al elemento en estudio en la casilla

Load Pattern, para el caso CARGA VIVA.

En Uniform Load, se introduce el valor de la carga a

asignar al elemento, la cual es 20 kN/m, y

adicionalmente se deja seleccionada la opción

Replace Existing Loads, para que solo se evalué esta

carga y se da clic en OK. En la ventana principal se

Page 16: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 15

verá el elemento con la carga ya asignada, como se

ve en la Imagen 27

Imagen 25

Imagen 26

Imagen 27

Page 17: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 16

3.2.6. Revisión de materiales para VIGAS

Antes de solicitar al programa el análisis de la viga,

se revisan las características de los materiales

empleados para un posterior análisis y

comparaciones.

Imagen 28

En la pestaña superior de la ventana principal, se

selecciona Define – Material como se ve en la y se

eligen los materiales empleados en la creación del

nuevo modelo Rectangular section: Concreto

nombrado como Concrete 21 MPa y acero

A615Gr60.

Para realizar la revisión se da clic en Modify / Show

Material (Imagen 29).

Imagen 29

Page 18: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 17

Como se ve en la Imagen 30, al seleccionar el

concreto se revisan las propiedades establecidas en

pasos anteriores:

- Weigth per Unit Volume: 24 kN/m3.

- Modulus of Elasticity, E: 21538 MPa.

- Specified Concrete Compressive strength, fc:

21000 kPa.

Imagen 30

Y una vez chequeadas se da OK para realizar la

revisión del acero.

Imagen 31

Para el acero se elige el material empleado como se

ve en la Imagen 31, en este caso A615Gr60 y se da

clic en Modify/Show Material.

Una vez en la ventana emergente: Material Property

Data se revisa la siguiente propiedad: Fluencia del

acero, fy; la cual interviene directamente en la

obtención de los resultados y su valor debe ser de

420000 kPa. Esta revisión se identifica en el recuadro

rojo de la Imagen 32.

Page 19: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 18

Imagen 32

3.2.7. Análisis y diagramas para VIGAS

Una vez asignadas las cargas, se dirigen a la barra de

herramientas superior y se da clic en el icono Run

Analysis, como se ve en el recuadro verde de la

Imagen 33.

Imagen 33

En la ventana emergente se da clic en el botón Run

Now (en la Imagen 34 identificado en color rojo), si se

quiere conocer todos los efectos de las cargas.

En este caso la carga modal se seleccionará y se

dará clic en Run / DoNot Run Case, para que esta

carga no se tenga en cuenta dentro del análisis

porque aquí se tendrían en cuenta efectos sísmicos

que no se están evaluando; esta acción se chequea

en la columna Action, en donde debe aparecen Do

not run.

Page 20: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 19

Imagen 34

Para ver los diagramas se hace clic en el icono Show

Forces/Stresses y en la lista desplegable se

selecciona la opción Frames/Cables/Tendons, como

se ve en la Imagen 35.

Imagen 35

En la ventana emergente de la se elige el tipo de

carga que anteriormente fue asignada, para el caso

CARGA VIVA.

Imagen 36

Page 21: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 20

En la sección Display Type, se selecciona que tipo de

diagrama se desea ver en pantalla, los más comunes

son Shear 2-2 (Diagrama de fuerzas cortantes) y

Moments 3-3 (Diagrama de Momentos).

Adicionalmente en la opción Options for diagram se

elige la opción Show Values para ver en estos

diagramas los resultados numéricos.

Al dar clic en OK, en la ventana principal se ven los

diagramas con los resultados de la carga

seleccionada en estudio como se ve en la Imagen

37.

Imagen 37

3.2.8. Combinación de cargas para VIGAS

Para generar combinaciones de cargas, en este

caso para mayorar las cargas que se tienen de

acuerdo a lo establecido por el Reglamento NSR-10,

se dirigen a la barra superior en la pantalla principal

y se selecciona el botón Define, en el que se elige la

opción Load Combination (Imagen 38).

Imagen 38

En la ventana emergente que se abre al seleccionar

Load Combination se elige el boton Add New

Combo, como se identifica en el recuadro verde de

la ).

Page 22: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 21

Imagen 39

En la ventana siguiente Load Combination Data

(Imagen 40) se nombra esta combinación a gusto,

Para el caso 1.2 CM + 1.6 CV, y en la parte inferior se

selecciona cada una de las cargas que se requiere

para la combinación; se le asigna el factor de

mayoración de acuerdo con lo establecido en el

titulo B del Reglamento NSR-10.

En este caso 1.6 CARGA VIVA y 1.2 PESO MUERTO.

Finalmente se da OK hasta salir de las ventanas.

Imagen 40

Una vez definidas las combinaciones de cargas se

corre el programa al igual que en el paso anterior de

análisis y diagramas, con el botón que se ve en la

Imagen 41.

Page 23: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 22

Imagen 41

Para ver los diagramas resultado de esta

combinación de cargas se hace clic en el icono

Show Forces/Stresses y en la lista desplegable se

selecciona la opción Frames/Cables/Tendons, como

se ve en la Imagen 42. En la ventana emergente se

elige el tipo de carga que anteriormente fue

asignada, para el caso la combinación que se

definió con anterioridad (Imagen 43), de esta forma

se ven los diagramas en la pantalla principal como

en la Imagen 44.

Imagen 42

Imagen 43

Page 24: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 23

Imagen 44

3.2.9. Revisión Combinación de cargas para VIGAS

Para revisar que combinación de cargas está

analizando el programa, en la barra superior de la

pantalla principal se da clic en Desing – Concrete

Frame Desing – Select Desing Combos, como en la

Imagen 45.

Imagen 45

Se revisa que en Design Load Combinations (Imagen

46) este la combinación de carga que se requiere

para la evaluación de la viga en estudio. En este

caso la combinación de cargas establecida en el

titulo B del Reglamento NSR-10 y creada con

anterioridad en este manual (Imagen 40).

Imagen 46

Page 25: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 24

3.2.10. Diseño para VIGAS

Una vez presentados los diagramas con la

combinación de cargas, se dirigen a la barra superior

derecha de la pantalla principal y se hace clic en el

icono Star concrete Desing/Check of structure,

identificado en el cuadro rojo de la Imagen 47.

De esta manera aparecerá en pantalla un diagrama

con información, la cual obedece al área de acero

requerido en metros cuadrados.

Imagen 47

Si se desea cambiar las unidades de la presentación,

en la parte inferior derecha de la pantalla principal

se puede realizar este cambio en la lista desplegable

que se muestra en la Imagen 48. Para el caso, se

desean ver las áreas de acero en cm2, como en la

49.

Imagen 48 Imagen 49

Page 26: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 25

Diseño de VIGAS ENCAMISADAS

3.2.11. Creación de nuevo modelo para VIGAS

ENCAMISADAS

Los pasos para la creación de vigas encamisadas se

realizan de la misma forma que en la creación de

vigas, a diferencia de un aumento en el tamaño de

la viga. Teniendo en cuenta que ya se conoce la

carga que va a soportar este nuevo elemento.

En el programa SAP2000 v19.2.1. Se inicia

seleccionando nuevo modelo New Model (Imagen

50), en la parte superior izquierda de la pantalla

principal eligiendo las unidades más reconocidas y

trabajadas: kN, m, C y por último el modelo Beam

(viga), como se ve en la Imagen 51.

Imagen 50

Imagen 51

Un vez seleccionado el modelo Beam, se diligencia

Number of spans que es el número de espacios entre

apoyos, para el caso uno (01) al tener una viga

simplemente apoyada.

También se diligencia la distancia entre estos apoyos

(Span length), para el ejemplo 5 m.

En el cuadrado rojo de la se relacionan las

propiedades con las que contará la viga, dando

“clic” en el signo “+” y posteriormente dentro de la

ventana Frame properties, Add New Property

(identificado en el recuadro verde de la Imagen 53).

Page 27: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 26

Imagen 52

3.2.12. Asignar propiedades de los materiales para

VIGAS ENCAMISADAS

Imagen 53

Al cliquear en Add New Property se selecciona el

material a emplear en Section Property type, para

este caso: Concrete y la sección Rectangular como

se ve en la Imagen 54.

Imagen 54

Al dar clic en Rectangular se abre la ventana

emergente Rectangular Section, donde se

relacionará un nombre a la sección del ejemplo:

VIGA REC 41 X 48.

Page 28: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 27

En el recuadro rojo de la ¡Error! No se encuentra el

origen de la referencia. se escriben las medidas de la

viga, teniendo en cuenta que esta es la viga

encamisada, se aumentará el tamaño en 8 cm en

cada sentido, por lo que:

- Depth (alto de la viga): 0,48 m

- Width (ancho de la viga): 0,41 m

Imagen 55

En esta misma ventana se relacionan las

propiedades del material de la viga, en la parte

inferior de la pestaña identificada con el cuadro

verde. Se da clic a signo “+” aparecerá una ventana

emergente de nombre Define Materials.

Imagen 56

En la ventana identificada en la Imagen 56 se dará

clic en añadir nuevo material (Add New Material), y

en las listas desplegables de la ventana Add Material

Property (Imagen 57) se elegirá Region: User e en

Material Type: Concrete para de esta forma crear un

material con las especificaciones que se requieren

para el ejemplo. Las otras opciones quedan

inhabilitadas y al dar clic en OK (Imagen 58), se abre

la ventana emergente Material Property Data.

Page 29: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 28

Imagen 57

Imagen 58

En la ventana Material Property Data, identificada en

la Imagen 59, se diligenciaran los siguientes campos,

de la misma forma que para el ejemplo de vigas sin

encamisado, pues lo que se busca es una

adherencia de materiales:

- Material Name and Display Color: Donde se

pondrá el nombre del material, para el caso

Concrete 21 MPa. Se identifica en la imagen

dentro del cuadro de color verde.

- Weigth per Unit Volume: Donde se diligencia el

peso específico del concreto, en el caso 24

kN/m3. Se identifica en la imagen dentro del

cuadro de color rojo.

- Modulus of Elasticity, E: Este valor se obtiene de

la fórmula relacionada a continuación, y el

valor arrojado: 21538 MPa. Se identifica en la

imagen dentro del cuadro de color naranja.

𝐸 = 4700√𝑓´𝑐 = 4700√21 = 21538 𝑀𝑃𝑎

- Specified Concrete Compressive strength, fc:

en donde se diligencia el valor del esfuerzo a

compresión del concreto, es decir 21000 kPa.

Se identifica en la imagen dentro del cuadro

de color rosa.

Page 30: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 29

Imagen 59

Se da OK en esta ventana y al retornar a la

ventana Define Materials se verifica que se

encuentre el material creado, como se ve en la

Imagen 60.

Imagen 60

Se da clic en OK y en la ventana Rectangular

Section se selecciona el material creado, es decir,

Concrete 21 MPa (Imagen 61).

Page 31: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 30

Imagen 61

Ahora, en esta misma ventana Rectangular Section

se realiza clic en el botón Concrete Reinforcement,

con el fin de definir las características del refuerzo.

Se selecciona Beam (Imagen 62) en el tipo de diseño,

teniendo en cuenta que es una viga y se relaciona

un recubrimiento para las barras de acero de 6 cm,

aunque como las unidades están en metros se debe

diligenciar 0,06 m.

Imagen 62

Se regresa a la pantalla principal dando OK en todas

las ventanas emergentes y se verifica que en Section

Properties, este seleccionada la viga que se ha

creado, como en el recuadro rojo de la Imagen 63.

Page 32: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 31

Se mostrara en la pantalla principal del programa

SAP2000 la viga creada.

Imagen 63

3.2.13. Asignar restricciones para VIGAS

ENCAMISADAS

Una vez está la viga creada, se eligen los apoyos

para cambiar el tipo de este.

Con el mouse se selecciona el apoyo a cambiar y

una vez seleccionado como se muestra en el cuadro

rojo de la Imagen 64, se dirigen a Assing – Joint –

Restraints y se elige el apoyo a usar, para este caso

simplemente apoyado como se identifica en la

Imagen 65. Luego se da clic en OK.

Imagen 64

Imagen 65

Page 33: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 32

3.2.14. Definición de patrones de carga para VIGAS

ENCAMISADAS

En la ventana Define Load Patterns (Imagen 67) la

cual sale al dar clic en la pestaña Define – Load

Patterns (Imagen 66), se definen los patrones de

cargas a emplear en la viga del ejemplo.

Imagen 66

Imagen 67

Como para el ejemplo de vigas se asigna un nombre,

tipo y factor de influencia (ver paso 3.2.4).

Posteriormente se da clic en el botón Add New Load

Pattern y si se quiere modificar una ya creada se da

clic en Modify Load Pattern.

Las cargas que se crearon para el ejemplo son:

- Peso propio, de tipo carga muerta y con un

factor de influencia de 1 para que esta carga

se tenga en cuenta al momento de realizar la

combinación.

- Carga viva, tipo de carga viva y factor de

influencia 0 puesto que más adelante se

incluirá un valor de carga.

- Peso muerto, tipo carga muerta y con un

factor de influencia de 1.

Page 34: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 33

3.2.15. Asignación de cargas para VIGAS

ENCAMISADAS

Se elige la viga como se muestra en la Imagen 68, en

la pantalla principal del programa y se dirigen a la

pestaña Assing – Frame Loads – Distributed (Imagen

69). Donde se escoge la carga distribuida que

soportara la viga de ejemplo.

Para este caso al postular la viga encamisada,

aumentará la carga del ejemplo en comparación

con la carga de la viga sin encamisado.

Imagen 68

Imagen 69

En la ventana Assing Frame Distributed Loads,

identificada en la Imagen 70, se diligencia la carga

a soportar por la viga en estudio. En el recuadro rojo

se identifica una carga uniforme de 40 kN/m, la cual

será aplicada a través de la carga denominada

CARGA VIVA (en Load Pattern). Adicionalmente se

deja seleccionada la opción Replace Existing Loads,

para que solo se evalué esta carga.

Page 35: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 34

Imagen 70

Al dar OK, se identifica en la pantalla del programa

como se ve en la Imagen 71. .

Imagen 71

3.2.16. Revisión de materiales para VIGAS

ENCAMISADAS

Antes de realizar el análisis y visualizar los diagramas,

se revisaran las características de los materiales que

se están empleando en este análisis.

En la pestaña superior van a Define – Material y se

seleccionan los materiales empleados en la creación

del nuevo modelo Rectangular section: Concreto

nombrado como Concrete 21 MPa y acero

A615Gr60.

Para realizar la revisión damos clic en Modify / Show

Material.

En el caso del concreto (Imagen 72) se revisan los

siguientes valores, los cuales se determinaron en el

paso 0:

- Weigth per Unit Volume: 24 kN/m3.

- Modulus of Elasticity, E: 21538 MPa.

- Specified Concrete Compressive strength, fc:

21000 kPa.

Page 36: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 35

Imagen 72

Para el acero (Imagen 73) se selecciona el material

empleado y se da clic en Modify / Show Material.

Una vez en la ventana emergente: Material Property

Data se revisa la siguiente propiedad: Fluencia del

acero, fy; la cual interviene directamente en la

obtención de los resultados y su valor debe ser de

420000 kPa. Esta revisión se identifica en el recuadro

verde.

Imagen 73

Page 37: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 36

3.2.17. Análisis y diagramas para VIGAS

ENCAMISADAS

Una vez asignadas las cargas, se dirigen a la barra de

herramientas superior y dan clic en el icono Run

Analysis (Play), como se ve en la Imagen 74.

Imagen 74

En la ventana emergente se da clic en el botón Run

Now (identificado en color rojo de la Imagen 75), si

se quiere conocer todos los efectos de las cargas.

En este caso la carga modal se seleccionará y se

dará clic en Run / DoNot Run Case, para que esta

carga no se tenga en cuenta dentro del análisis

porque aquí se tendrían en cuenta efectos sísmicos

que no se están evaluando; esta acción se chequea

en la columna Action, en donde debe aparecen Do

not run.

Imagen 75

Para ver los diagramas hacemos clic en el icono

Show Forces/Stresses - Frames/Cables/Tendons.

En la ventana emergente de la Imagen 76 se elige el

tipo de carga que anteriormente fue asignada, para

el caso CARGA VIVA.

En la sección Display Type, se selecciona que tipo de

diagrama se desea ver en pantalla, los más comunes

son Shear 2-2 (Diagrama de fuerzas cortantes) y

Moments 3-3 (Diagrama de Momentos).

Adicionalmente en la opción Options for diagram se

elige la opción Show Values para ver en estos

diagramas los resultados numéricos.

Page 38: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 37

Imagen 76

Al dar clic en OK, en la ventana principal se ven los

diagramas con los resultados de la carga

seleccionada en estudio, como en la Imagen 77.

Imagen 77

3.2.18. Combinación de cargas para VIGAS

ENCAMISADAS

Para generar combinaciones de cargas, asignando

el factor de mayoración establecido en el titulo B del

Reglamento NSR-10, se dirigen a Define -Load

Combination (Imagen 78).

En la ventana Define Load Combination se elige Add

New Combo y así se abrirá la ventana Load

Combination Data.

Se nombrara la carga de acuerdo a lo establecido

en el reglamento: 1.2 CM + 1.6 CV y se asignan lo

factores correspondientes como se identifica en el

cuadro rojo de la Imagen 79.

Page 39: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 38

Imagen 78

Imagen 79

En este caso 1.6 CARGA VIVA y 1.2 PESO MUERTO.

Finalmente se da OK hasta salir de las ventanas.

3.2.19. Revisión Combinación de cargas para VIGAS

ENCAMISADAS

Con el fin de realizar un buen análisis, se sugiere

revisar que combinación de cargas está analizando

el programa. En la barra superior damos clic en

Desing – Concrete Frame Desing – Select Desing

Combos.

Page 40: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 39

Se revisa que en Design Load Combinations este la

combinación de carga que se requiere para la

evaluación de la viga en estudio, como se ve en la

Imagen 80. En este caso la combinación de cargas

establecida en el titulo B del Reglamento NSR-10 y

creada con anterioridad en este manual.

Imagen 80

3.2.20. Diseño para VIGAS ENCAMISADAS

Una vez definidas las combinaciones de cargas se

pueden visualizar los diagramas seleccionando la

combinación de carga creada anteriormente,

como se ve en la Imagen 81 e Imagen 82.

Imagen 81

Page 41: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 40

Imagen 82

Posteriormente, en la barra superior derecha se da

clic al icono Start concrete Desing/Check of structure

(cuadro rojo de la Imagen 83) para visualizar el

diagrama con información, la cual obedece al área

de acero requerida, en este caso en metros pero

como se mencionó en el procedimiento de las vigas

sin encamisado, estas pueden ser cambiadas en la

parte inferior derecha de la pantalla principal, como

se ve en la Imagen 84.

Imagen 83

Imagen 84

Page 42: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 41

Para este caso kN, cm, C y de esta forma se visualiza

el área requerida en cm2, como se muestra en la

Imagen 85.

Imagen 85

Diseño de COLUMNAS

3.2.21. Creación de nuevo modelo para COLUMNAS

Con el fin de facilitar el análisis de columnas, se

trabajara el diseño de estas a través del programa

spColumn desarrollado por la empresa Structure

Point.

En este programa se inicia definiendo la información

general y las características de los materiales a

emplear.

En la pestaña superior se dirigen al botón Imput y

luego a General information (Imagen 86), en donde

le daremos nombre al proyecto, para el caso:

COLUMNA 30X30.

Imagen 86

Page 43: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 42

El código de diseño será el ACI 318-14, el cual es

similar al Reglamento NSR-10.

También se definirán las unidades a trabajar (cuadro

rojo de la Imagen 87), es decir, Metric del sistema

internacional y la forma en que se va a evaluar la

columna: Biaxial para todas las direcciones.

Imagen 87

Posteriormente se definirán los materiales a usar:

Se va al botón Input – Material Properties de la

pantalla principal e identificado en la Imagen 88, allí

se definirán las características del concreto y del

acero a emplear en la columna:

Imagen 88

- Valor del esfuerzo a compresión del concreto,

f’c: 21 MPa.

- Fluencia del acero Fy: 420 MPa para el acero

de refuerzo

Se deja habilitada la casilla Standard para que el

programa calcule las otras propiedades de los

materiales que se ven inhabilitadas en la Imagen 89.

Page 44: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 43

Imagen 89

El siguiente paso es definir las propiedades de la

sección a evaluar, es decir una columna de 30 cm x

30 cm.

En la pestaña superior se va a Input – Section –

Rectangular (Imagen 90) y se introducen las medidas

en milímetros, es decir, 300 mm x 300 mm y se da OK,

se mostrará en la pantalla una imagen de la sección

de la columna como en la Imagen 91.

Imagen 90

Imagen 91

En seguida se asignaran las condiciones del refuerzo

en la barra superior Input – Reinforcement y para el

caso un refuerzo que sea igual en todos los sentidos,

como se ve en la Imagen 92.

Se idealiza una columna que resista con cuatro

barras #6 y un recubrimiento de 6 cm para las barras

Page 45: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 44

transversales y se diligencian los campor como se ve

en la Imagen 93.

Imagen 92

Imagen 93

Al dar OK se evidencia en la pantalla un gráfico de

la sección de la columna en estudio (Imagen 94).

Imagen 94

3.2.22. Revisión de barras para COLUMNAS

Para asignar las condiciones del acero de refuerzo se

hace necesario verificar en la opción de la barra

superior Options – Reinforcement () las características

de las barras, puesto que en los siguientes pasos solo

será posible elegir y ver el número de las barras.

Imagen 95

Adicionalmente cabe la posibilidad de elegir las

características de acuerdo a las especificaciones de

las normas allí presentadas o seleccionar User –

defined para ser modificadas por el usuario, Imagen

96.

Page 46: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 45

Imagen 96

Continuando con las condiciones de refuerzo, se

asignaran las características del refuerzo transversal,

conocido como estribos.

Al seleccionar Input – Reinforcement – Confinement,

como se ve en la Imagen 97, se diligencia la

información correspondiente al acero de

confinamiento de la columna. En este caso Tied

(Imagen 98).

Imagen 97

Imagen 98

Page 47: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 46

3.2.23. Definición de patrones de carga para

COLUMNAS

En la barra superior se selecciona Input – Loads –

Factored para asignar la carga y los momentos a la

columna en diseño, Imagen 99.

Imagen 99

Imagen 100

De esta forma se puede introducir la carga que

proviene del análisis de la viga, en este caso: 87 kN y

se da clic en Insert y posteriormente OK; como se ve

en la Imagen 100.

3.2.24. Análisis y diagramas para COLUMNAS

Para realizar el análisis de esta columna, en la barra

superior se da clic en Execute o F5 para visualizar el

diagrama de momentos (Imagen 101). Es importante

verificar que se encuentren seleccionadas las

opciones Include Nominal Diagram y Results File.

Imagen 101

Page 48: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 47

En la barra superior, en los botones que se ven en la

siguiente imagen se puede cambiar la visualización

de este diagrama por el diagrama de interacción. El

trabajado es el diagrama P-M Diagram - M positive

(Imagen 102).

Imagen 102

Al dar clic en el botón anterior, aparece la ventana

emergente: View Interaction como se muestra en la

Imagen 103 y al dar OK, aparece el diagrama de

interacción para el ejemplo, como se ve en la

Imagen 104

Imagen 103

Page 49: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 48

Imagen 104

Imagen 105

En este diagrama (Imagen 104) se ve la carga

máxima que resiste la columna con estas

características, además se reconocen los puntos de

falla y los seguros. Dentro del cuadro rojo de la

Page 50: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 49

Imagen 105 se identifica la carga que se ha puesto

en el ejemplo.

Uno de los controles a realizar con este programa

implica que el punto identificado en el cuadro rojo

se encuentre dentro de la zona segura, la cual está

dentro de la línea continua del diagrama.

3.2.25. Diseño para COLUMNAS

El programa spColumn arroja los datos por medio de

un informe, el cual se obtiene al dar clic en el botón

de la barra superior Results, mostrado en la Imagen

106.

Imagen 106

En el informe presentado en la Imagen 107 se ve la

información de la columna en estudio, como las

propiedades de los materiales empleados y las

características de la sección.

Imagen 107

Si es el caso, se puede visualizar en este informe los

puntos de control, los cuales ayudan al usuario en el

diseño de la columna.

Page 51: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 50

Como se ve en la Imagen 108 e Imagen 109, en la

barra superior se da clic en Input – Loads – Control

Points, luego Solve y finalmente Execute (F5).

Imagen 108

Imagen 109

Para visualizar los resultados de los puntos de control,

se va al botón Results de la Imagen 110, y se obtiene

un informe como se evidencia en la Imagen 111

Imagen 110

Page 52: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 51

Imagen 111

Diseño de COLUMNAS ENCAMISADAS

3.2.26. Creación de nuevo modelo para COLUMNAS

ENCAMISADAS

Continuando con el análisis de columnas a través del

programa spColumn, se introducirán los datos

correspondientes a las características de la viga con

sección encamisada.

En la pestaña superior, se da clic en el botón Imput y

luego en General information (Imagen 112), donde

se asigna el nombre del proyecto y los datos de

quien está elaborando el análisis, para este caso:

COLUMNA RE 46X46.

Imagen 112

Page 53: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 52

Por similitud con las normas ACI con la Norma vigente

colombiana, el código de diseño será el ACI 318-14.

En esta misma ventana emergente, identificada en

la Imagen 113,se definen las unidades a trabajar:

Metric haciendo referencia al Sistema Internacional

y se establece una evaluación de forma Biaxial, es

decir en todas las direcciones.

Imagen 113

Luego a través de la ventana emergente Material

properties, la cual sale luego de dar click en la barra

superior Input – Material Properties (Imagen 114)

donde se definirán las características del concreto y

del acero a emplear en la columna encamisada y

con el fin de generar mayor compatibilidad serán los

mismos de la columna sin sección con encamisado:

- Valor del esfuerzo a compresión del concreto,

f’c: 21 MPa.

- Fluencia del acero Fy: 420 MPa para el acero

de refuerzo

Imagen 114

Page 54: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 53

Y se deja habilitada la casilla Standard para que el

programa calcule las otras propiedades de los

materiales, que se ven inhabilitadas en la Imagen

115. Se solicita al lector especial cuidado con estas

propiedades si desea hacer comparación de los

resultados.

Imagen 115

En seguida se definirán las características de la

sección de columna encamisada en estudio

Imagen 116

Se da click en el botón Input – Section – Rectangular,

como se muestra en la Imagen 116y se diligencian las

medidas en milímetros, es decir, 460 mm x 460 mm

(Imagen 117) y en seguida se conocerá una imagen

de la sección de columna es estudio, como la

Imagen 118.

Imagen 117

Page 55: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 54

Imagen 118

Para asignar las condiciones del refuerzo se dirigen a

la sección Input – Reinforcement y en este caso al

querer generar la sección encamisada se elige

Irregular Pattern (Imagen 119), donde será posible

dar las coordenadas de ubicación de las barras y el

área de estas, en este caso se idealiza una columna

que resista la carga solicitada con cuatro barras #6

(285 mm) adicionales, las cuales se cargan como se

ve en la Imagen 120

Es importante tener en cuenta que las medidas van

desde el eje que se ve en el cuadro rojo que se

identifica en la Imagen 121, en sentido del plano

cartesiano.

Imagen 119

Imagen 120

Page 56: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 55

Imagen 121

El cuadro amarillo muestra la sección de viga

original.

Continuando con las condiciones de refuerzo, se

asignaran las características del refuerzo transversal,

conocido como estribos.

Se dirigen a Input – Reinforcement – Confinement ,

como se ve en la Imagen 122y se diligencia la

información del acero de confinamiento de la

columna. En este caso Tied de la Imagen 123.

Imagen 122

Imagen 123

Page 57: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 56

3.2.27. Definición de patrones de carga para

COLUMNAS ENCAMISADAS

En la sección de entrada se definirá la carga que

soportará la columna con encamisado (Input –

Loads – Factored de la Imagen 124). Adicionalmente

por esta misma ruta se pueden seleccionar los puntos

de control, mediante los cuales se verifica el diseño

de la columna.

Imagen 124

En este caso y a modo de ejemplo se pone la carga

que trae la viga encamisada, de los ejemplos

realizados en el software SAP2000 de la misma forma

que se realizó con la columna sin encamisado.

Para el ejemplo 174 kN, se da clic en Insert y

posteriormente OK (Imagen 125).

Imagen 125

Page 58: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 57

3.2.28. Revisión material de refuerzo para

COLUMNAS ENCAMISADAS

Con el fin de verificar las características del acero de

refuerzo que está manejando el programa y si se

desea realizar una comparación de los resultados, en

la pestaña superior se da click en Options –

Reinforcement (Imagen 126) y de esta forma en la

ventana emergente Reinforcement de la Imagen

127, se elige User-defined para modificar el área de

las barras #6, para este ejemplo: 285 mm2. Se da click

en Modify y posteriormente OK.

Imagen 126

Imagen 127

Page 59: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 58

3.2.29. Análisis y diagramas para COLUMNAS

ENCAMISADAS

Para que el software realice el análisis de la sección

de columna con encamisado, se va a Solve –

Execute o en su defecto se da F5, como se ve en la

Imagen 128para conocer el diagrama de momentos.

Se solicita y recomienda verificar que se encuentren

seleccionadas las opciones Include Nominal

Diagram y Results File

Imagen 128

Imagen 129

Page 60: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 59

Si se desea cambiar la forma de visualizar el

diagrama, diferente al mostrado en la Imagen 129,y

elegir el diagrama de interacción, el los botones de

la barra superior se elige: diagrama P-M Diagram - M

positive, como se ve en la Imagen 130.

Imagen 130

Al dar click en el botón anterior, aparece la ventana

emergente: View Interaction (Imagen 131) y al dar

OK, se visualiza en la pantalla el diagrama de

interacción para el ejemplo, como se ve en la

Imagen 133.

Imagen 131

Imagen 132

Page 61: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 60

Imagen 133

En este diagrama se puede distinguir la carga

máxima que resiste la columna con estas

características, además se reconocen los puntos de

falla y los seguros. Dentro del cuadro rojo de la

Imagen 132 se identifica la carga que se ha puesto

en el ejemplo.

Uno de los controles a realizar con este programa

implica que el punto identificado en el cuadro rojo

mencionado se encuentre dentro de la zona segura,

la cual está dentro de la línea continua del

diagrama.

3.2.30. Diseño para COLUMNAS ENCAMISADAS

El programa spColumn presenta un informe (como se

ve en la Imagen 135) en el cual se muestran los datos

introducidos como: características de la sección y

materiales empleados y resultados del análisis

realizado, dando click en el botón de la barra

superior Results (Imagen 134) ubicado en la esquina

superior derecha.

Imagen 134

Page 62: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 61

Imagen 135

Si es el caso, se puede visualizar en este informe los

puntos de control, los cuales ayudan al usuario en el

diseño de la columna.

En la barra superior se da click en Input – Loads –

Control Points, luego Solve y finalmente Execute (F5).

Como se ve en la Imagen 136 e Imagen 137.

Imagen 136

Imagen 137

Page 63: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 62

Para visualizar los resultados de los puntos de control

(Imagen 139), se va al botón Results (Imagen 138).

Imagen 138

Imagen 139

Page 64: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 63

4. EJECUCIÓN

Con el fin de delimitar las incertidumbres primero se

realiza una inspección ocular, lo cual corresponde a

un estudio de vulnerabilidad donde se realiza un

reconocimiento y evaluación de la estructura,

geometría, materiales de construcción, localización,

estado de los daños (si es el caso).

En esta primera fase se contemplan los siguientes

aspectos:

- Recopilación y estudio de la información

existente. Si no se cuenta con información

previa o es incompleta, se debe realizar una

inspección minuciosa de la estructura.

- Contrarrestar la documentación con la

realidad de la estructura, comprobando la

geometría de los elementos e identificando la

realidad de los materiales empleados.

- Levantamiento de las afectaciones,

incluyendo el tipo, su estado actual y la

localización de estas.

- Caracterización de los materiales, de terreno y

estructurales.

Este manual se encuentra dirigido a los daños tipo 2

y 3, estructurales fuertes presentados en el siguiente

cuadro:

TIPO DE

DAÑO DESCRIPCION

0 No

estructural

Daños únicamente en elementos

no estructurales

1 Estructural

ligero

Grietas de menos de 0.5 mm de

ancho en elementos de concreto.

Grietas de menos de 3.0 mm de

ancho en muros de mampostería

2 Estructural

fuerte

Grietas de 0.5 a 1.0 mm de ancho

en elementos de concreto.

Grietas de 3 a 10 mm de ancho en

muros de mampostería.

3 Estructural

fuerte

Grietas de más de 1 mm de ancho

en elementos de concreto.

Aberturas en muros de

mampostería.

Desprendimiento del

recubrimiento en columnas.

Aplastamiento del concreto, rotura

de estribos y pandeo del refuerzo

en vigas, columnas y muros de

concreto.

Agrietamiento de capiteles.

Desplomes en columnas.

Desplomes del edificio en más del

1% de su altura.

Hundimiento o emersión de más de

20 cms

Page 65: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 64

En seguida se pasa a realizar un análisis en donde se

evalúa el fin de este recrecido estructural a partir de

tres datos:

1. Cuál es la causa por la cual se realiza el

encamisado estructural

2. Cuáles son los materiales con los que se cuenta

en los elementos estructurales y que datos

estructurales me arrojan por medio de la

inspección ocular

3. Cuáles son los materiales a usar y como

integrarlos con los resultados actuales

Así que, en el sentido de los numerales 1 y 2 se

calculan las cargas iniciales y de sobrecarga,

obteniendo la información de esfuerzos y momentos

con los que cuenta el elemento y cuáles son los que

requiere. Una vez cruzada esta información, se

determina si es necesaria o no la intervención y para

el caso de las vigas se determinara si el refuerzo se

realiza en la zona de tensión o en la zona de

compresión.

Como se menciona anteriormente y con el fin de

mejorar la adherencia por retracción, se inicia con

una limpieza al elemento original dando así una

preparación a la superficie eliminando las partes

huecas o mal adheridas, lechada superficial, restos

de desencofrante, de pinturas, zonas carbonatadas

a través de procedimientos manuales o mecánicos

de picado del elemento dejando expuesto el acero.

Adicionalmente se puede realizar un cajeado

alterno: para proveer mayor engranaje, proviniendo

una superficie de contacto rugosa e irregular. Dando

pie para aprovechar la presión entre las superficies

de contacto.

Se continúa con una limpieza para complementar la

preparación de la superficie y eliminar partículas que

existan del paso anterior, esta limpieza se puede

realizar por medio de métodos como: Chorro de

arena, chorro de agua a alta presión, chorro de aire

comprimido, entre otros.

En seguida se realiza la conexión de las armaduras

originales con las de refuerzo, por lo cual se disponen

horquillas convenientes soldadas las unas a otras.

Luego se procede la puesta del hormigón por medio

de formaletas instaladas previamente, esto si el

espesor calculado es mayor de 5 cm, de lo contrario

se puede rellenar con concreto expansivo de alta

resistencia

El hormigón colocado como refuerzo debe

compactarse y/o vibrarse adecuadamente para

evitar la aparición de vacíos y dar el tiempo

requerido para que este alcance mínimo el 80% de

su resistencia antes de ser cargado. Además se

puede realizar el uso de resinas epoxi para crear un

puente de unión entre los dos hormigones.

Page 66: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 65

Raigosa Tuk, E. (2010). Técnicas de reforzamiento de estructuras construidas

de concreto que presentan deficiencias estructurales.

Como ingenieros civiles nos encontramos en la

obligación de cumplir con un nivel mínimo de

certeza al trabajar con una edificación, por lo que

finalmente se evalúa la seguridad estructural desde

la proyección, construcción y mantenimiento de una

edificación; entendiendo por seguridad estructural,

una serie de condiciones con las que debe cumplir

la estructura para considerar que las actividades

para las que fue diseñada puedan realizarse de

forma segura, tanto en el periodo de uso como en el

de construcción. La seguridad estructural contempla

la resistencia y la estabilidad para que el edificio

resista los esfuerzos previstos y las condiciones de

servicio para que se pueda usar con normalidad.

5. RECOMENDACIONES

No siempre hay que aferrase a un método de

refuerzo determinado, porque pueden existir muchas

soluciones que resuelvan el problema y tal vez uno

de forma más segura, rápida y económica.

Evaluar las desventajas del método: Aumento de las

dimensiones originales de la pieza, dificultad

constructiva: esperar el tiempo de fraguado en el

que el concreto alcanza su máxima resistencia del

elemento para su puesta en funcionamiento.

Se debe revisar cuidadosamente que el elemento

reforzado cumpla con lo establecido en la

normatividad vigente: Reglamento Colombiano de

Construcción Sismo Resistente (NSR-10).

En la selección de este método se debe tener en

cuenta si los materiales a emplear cumplen con la

ejecución del refuerzo a realizar: El material base a

Page 67: ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO PARA EL REFUERZO DE …

ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 66

reforzar, la eficacia del refuerzo, la disponibilidad

técnica y comercial, el peso y el precio.

El avance en el conocimiento de las propiedades de

los materiales, las técnicas de inspección y de

caracterización, así como de las herramientas de

cálculo permite mejorar la precisión en la

valorización de la capacidad resistente de las

estructuras existentes y en consecuencia la

detección de las necesidades reales de refuerzo, por

lo que finalmente se realiza un refuerzo ajustado.

6. BIBLIOGRAFÍA

- Borrell, C & Martín, I. (2004). Aspectos

fundamentales para el diseño de un refuerzo

estructural. Cataluña, España: Universidad

Politécnica de Cataluña.

- Veselina Sabinova Kenalieva. (2011). Refuerzo

de vigas de hormigón mediante recrecido de

hormigón armado en un ático de vivienda.

Valencia, España: Escuela Técnica superior de

Ingeniería de edificación.

- Raigosa Tuk, E. (2010). Técnicas de

reforzamiento de estructuras construidas de

concreto que presentan deficiencias

estructurales. Costa Rica.: Escuela Ingeniería

en Construcción Instituto Tecnológico de

Costa Rica.

- Arnal, H. & Neri De Toro, E. (1997).

Reforzamiento y adecuación de edificios

existentes. Caracas, Venezuela: Academia de

Ciencias Físicas Matemáticas y Naturales.

- Oscar de la Torre Rangel. (1994). Evaluación y

reparación estructural de edificios. México, D.

F.

- Pérez Valcárcel, J. (NI). reparación y refuerzo

de estructuras. Coruña, España.