PLANCHAS BASE.pdf
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ASPECTOS GENERALES
• Representa una interfase critica entre la estructura y las
fundaciones.
• Requiere resistir altos niveles de solicitaciones.
• Envuelve el diseño de:
La soldadura entre la plancha base y la columna.
Plancha base (Y sus rigidizadores si los requiere).
Barras de anclaje.
Base de concreto (pedestal, cabezal, losa de fundación).
Plancha base
Si se necesita aumentar la resistencia de la plancha base, es preferible
Incrementar el espesor a cambiar el tipo de material o colocar rigidizadores.
ASPECTOS GENERALES
Barras de anclaje
Anclajes pre - instalados.
Anclajes de colocación posterior.
Nota: El uso de anclajes de colocación posterior solo es adecuado parasoportar cargas de bajo nivel (cargas gravitacionales preferiblemente) y suuso no es practico en bases de columnas de edificaciones.
ASPECTOS GENERALES
CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO
• Las bases de columnas pueden estar sujetas a:
Fuerza axial únicamente (Compresión o tracción).
Fuerza axial y corte.
Fuerza axial, corte y momento.
CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO
• Compresión
Diseño de la plancha base.
Verificar aplastamiento del concreto.
• Tensión Desarrollar mecanismo de anclaje para transferir las
fuerzas a la base de concreto.
Diseño de la plancha base.
Diseño de las barras de anclaje.
Resistencia al aplastamiento del concreto
( )1
2'(max)
85.0AAff cp φ= 65.0=φ 2
1
2 ≤AA
Según ACI 318-05, sección 9.2.
( )1
max ACf u
p ≥
CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO
Resistencia de una plancha en flexión
pt
Fy
1
Fy
Fy(tp/2)
Fy(tp/2)
tp / 2
=
×
=
422
2p
ypp
ynt
Ftt
FM
pln MM ≥φ 9.0=φ
Donde:
Mpl = Momento flector actuante
Según AISC 360-05.
4
2p
ypl
tFM φ≤
y
plp F
Mt
φ4
≥
CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO
Sección critica de flexión para
perfiles de ala ancha.
Sección critica de flexión
para perfiles tubulares.
Secciones críticas para el estado límite de flexiónm
n
m
n
CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO
Resistencia al aplastamiento del concreto:
Planchas base sometidas a fuerza axial
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
1APf u
p =
Se calcula el esfuerzo actuante de compresióncomo:
1(max) A
Pf up ≥
Este esfuerzo no debe exceder la resistenciaal aplastamiento del concreto.
Estado límite de cedencia por flexión de la plancha:
Longitud crítica del voladizo para la flexión de la plancha (l):
295.0
=dN
m-
l, será el mayor entre:2
8.0= fbB
n-
4=' fdbλnλ
Donde: 11+1
2= ≤
XX
λ ( ) BNfP
bddb
Xp
u
f
f
+4
= 2
Planchas base sometidas a fuerza axial
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Estado límite de cedencia por flexión de la plancha:
Flexión de la plancha base:
• Momento flector por unidad de ancho (compresión):
= BXTn
M ibpl
• Momento flector por unidad de ancho (tracción):
Donde:
B = Ancho de la planchanb = Número de pernos fuera
del plano critico de flexión
Planchas base sometidas a fuerza axial
2
2lfM ppl =1A
Pf up =
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Estado límite de cedencia por flexión de la plancha:
Flexión de la plancha base:
• Resistencia a flexión de la plancha base:
ZFM ypl φ≤npl MM φ≤
4
2p
ypl
tFM φ≤
• Espesor requerido de la plancha base:
9.0=φ
Planchas base sometidas a fuerza axial
y
plp F
Mt φ
4≥
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
critee ≤
No hay tracción en los pernos!!!
maxmax 22 q
PNe rcrit -== ε
Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Excentricidad crítica: Bfq p ×=22=YN
ε -
máx
r
qP
Y =min
Cuando Y decrece, ε aumenta. Y tendrá unmínimo cuando el concreto alcance elagotamiento resistente, entonces:
Bfq p ×= (max)max
ε tomará su valor máximo cuando Yalcance su valor mínimo, por consiguiente:
max
minmax 2222 q
PNYN r-- ==ε
Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Si la excentricidad de la carga:
Excentricidad crítica:
rr PMe =
Excede el máximo valor que puede tomar ε, lascargas aplicadas no podrán ser resistidasúnicamente por aplastamiento en el concreto, yen consecuencia los pernos estarán en tracción.
maxmax 22 q
PNe rcrit -== ε
En consecuencia la excentricidad critica será:
Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Esfuerzo de compresión en el concreto:
Para el equilibrio de fuerzas e = ε.
22YNe -== ε eNY 2−=
El esfuerzo de aplastamiento puede serdeterminado como:
( )eNBP
BYPf rr
p 2−==
Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Resistencia al aplastamiento del concreto:
( )1
2'(max)
85.0AAff cp φ=
( )maxpp ff ≤
65.0=φ
Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:
Estado límite de flexión de la plancha:
• Para Y ≥ m:
=
2
2mfM ppl
• Para Y < m:
−=
2YmYfM ppl
y
preqp F
ft 5.1)( =
y
p
reqp F
YmYft
−
= 211.2)(
Nota: Cuando n es mayor que m, el espesor será gobernado por n. Para determinar elespesor requerido se puede sustituir el valor de n por m en las ecuaciones anteriores.
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
El concreto alcanza el agotamiento resistente y los pernos deben estar en tracción para resistir las cargas
impuestas!!!
maxmax 22 q
PNe rcrit -== ε
critee >
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
Esfuerzo de compresión en el concreto y tracción en las barras de anclaje:
Haciendo sumatoria de momentosrespecto al punto “B”, nos queda:
∑ = 0BM
( ) 022max =+−
+− fePfYNYq r
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
Esfuerzo de compresión en el concreto y tracción en las barras de anclaje:
Operando, nos queda una ecuacióncuadrática:
( ) 022
2max
2 =+
+
+−
qfePYfNY r
Cuya solución para Y es:
( )max
2 222 q
fePNfNfY r +−
+±
+=
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
Esfuerzo de compresión en el concreto y tracción en las barras de anclaje:
Para que la ecuación anterior tengasolución real, debe satisfacerse que:
( )max
2 22 q
fePNf r +≥
+
Si no se satisface esta inecuación se deberedimensionar la plancha base.
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
Esfuerzo de compresión en el concreto y tracción en las barras de anclaje:
Finalmente, para obtener la fuerza de tracciónsobre las barras de anclaje, del equilibrio defuerzas verticales nos queda que:
∑ = 0verticalF rPYqT −= max
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
Estado límite de flexión de la plancha en la interface de compresión:
• Para Y ≥ m:
• Para Y < m:
Nota: Cuando n es mayor que m, el espesor será gobernado por n. Para determinar elespesor requerido se puede sustituir el valor de n por m en las ecuaciones anteriores.
( )( )
y
PreqP F
ft max)5.1=
( )
=
2
2
maxmfM ppl
( )
−=
2maxYmYfM ppl ( )
( )
y
P
reqP F
YmYft
−
= 211.2max
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial
Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:
Estado límite de flexión de la plancha en la interfase de tensión:
BXTMpl⋅
=
22ftdfX +−=
yreqp BF
XTt .11.2)( =
MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
• Zonas de alto riesgo sísmico.
Se excluyen conectores en rótulas plásticas.
Conectores de instalación posterior tienen que aprobar los
ensayos Sísmicos Simulados del ACI 355.2.
Capacidad de diseño: 0.75 ᶲ Nn y 0.75 ᶲ Vn, a menos que se
consideren las cargas sísmicas especiales según AISC 341-05.
La pieza sujeta tiene que fluir de manera dúctil en una carga ≤ 75%
de la mínima capacidad de diseño del conector.
Requisitos generales:
• Las ecuaciones del ACI 318 Apéndice D son válidas para:
f’c ≤ 10.000 psi para conectores vaciados en sitio.
f’c ≤ 8.000 psi para conectores de instalación posterior.
Requisitos generales:
• Los conectores de instalación posterior en concreto con f’c > 8.000
psi tienen que ensayarse.
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
• Cedencia y rotura del acero
• Desprendimiento del concreto ( Concrete breakout )
• Deslizamiento ( pullout )
• Desprendimiento lateral ( Concrete side – face blowout )
Modos de falla en Tracción:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
• Cedencia y rotura del acero
• Desprendimiento del concreto ( Concrete breakout )
• Rotura posterior del concreto (Concrete pryout )
Modos de falla en Corte:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia de un anclaje o grupo de anclajes en tracción:
utasesa fnAN =
Donde:
n = Número de anclajes en el grupoAsa = Área efectiva de tracción
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje o grupo de
anclajes en tracción:
La resistencia al arrancamientodel concreto, es la capacidadcorrespondiente a laseparación de un volumen deconcreto alrededor del conectoro grupo de conectores.
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto, (Para un anclaje individual):
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto, (Para un grupo de anclajes en
tracción):
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Área proyectada, ANco:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Área proyectada, ANc:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Resistencia básica al arrancamiento del concreto:
Donde:
Kc = 10 para conectores pre instalados.
Kc = 7 para conectores de instalación posterior.
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Embebida ficticia, hef’:
• Se debe mover ficticiamente la superficiereal de rotura hasta la superficie libre delconcreto.
Superficie ficticia de rotura
Superficie real de rotura
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Embebida ficticia, hef’:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Efecto de la excentricidad:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Efecto de la excentricidad:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al arrancamiento del concreto:
Efectos de borde:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia a la extracción por deslizamiento:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia a la extracción por deslizamiento:
Área de aplastamiento. Distancia eh para pernos eh L o J.
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia a la extracción por deslizamiento:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al desprendimiento lateral del concreto:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Tracción:
Resistencia al desprendimiento lateral del concreto:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia de un anclaje o grupo de anclajes en tracción:
Donde:
n = Número de anclajes en el grupoAsa = Área efectiva de tracción
utasesa fnAV 6.0=
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Área proyectada por rotura del concreto
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Área proyectada por rotura del concreto
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Área proyectada por rotura del concreto
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Resistencia básica al arrancamiento del concreto:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Anclajes cerca de 3 o 4 bordes:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Excentricidad efectiva:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Efectos de borde:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Efectos de borde:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Efecto del agrietamiento:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE
Modos de falla en Corte:
Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:
Efecto del agrietamiento:
DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE