Universidad De San Carlos De Guatemala Facultad De Ingeniería Escuela De Ingeniería Civil Diseño Estructural Sección “P”

DETALLE DE ARMADO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES SEGÚN ACI

Grupo No. 5

Carnet Nombre

2011-13988 Luis Enrique Xocoxic Buch

2011-22880 Alex Rafael Rodríguez Pérez

2011-14297 Ingrid Maribel Suriano Marroquín

2011-45972 Hugo René Díaz Linares

2012-12616 David Salvador Chiguaque Angel

2012-13499 Fernando Samuel Armando Castillo Barrientos

2012-12647 José Diego Cayax Castillo

2012-12494 Kevin Ottoniel Rodriguez Cahueque

INTRODUCCION

El código ACI presenta requerimientos para poder llevar a cabo la armaduría de elementos estructurales, en esta ocasión se analizó el capítulo 21 de dicho código, este capítulo nos da las especificaciones para que nuestro diseño que se lleve a cabo tenga respaldo, es importante como ingenieros regirnos por este y otros códigos y hacer uso de ellos.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar el armado de elementos estructurales con el los requerimientos del ACI.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Aprender cómo van los detalles en las columnas de acuerdo al reglamento ACI.

Conocer la forma de realizar el armado de vigas según los conceptos indicados en las normas ACI 318 capítulo 21.

Conocer la importancia del detalle de un nudo sísmico para evitar complicaciones estructurales al momento de presentarse un sismo de gran magnitud.

DETALLADO PARA ZAPATAS

En el diseño estructural, se consideran varios datos tales como: recubrimiento, resistencia del acero, resistencia del concreto, etc. Con los cuales se lleva a cabo el diseño, los cuales se deben de detallar en un dibujo para que en campo se realicen los trabajos tal y como se diseñaron. El detallado de zapatas consiste en dos proyecciones: una proyección en planta y un corte.

1. Proyección en planta: en planta se detalla, en primer lugar, las dimensiones de ancho

y largo de la zapata. Se ubica la posición de la columna y si ésta tuviera alguna

excentricidad también se indica. Luego se detallan las barras de acero resultantes del

diseño estructural así como su espaciamiento, en ambos sentidos. Se indica el

recubrimiento que se consideró según el ACI. Se indican también las especificaciones

de los materiales, tanto el fy como el f´c.

2. Cortes: los cortes ayudan a indicar los aspectos que no se logran apreciar en planta.

Se indica en primer lugar el espesor de la zapata, su peralte y recubrimiento. Se indica

también el desplante o cota de cimentación con la que se diseñó la zapata según

estudio de suelos. Se especifica la columna que soporta la zapata.

COLUMNAS

Requerimiento para columnas Según ACI 318 S-08

a. El código ACI estipula que el refuerzo longitudinal no debe ser menor que ni mayor que para

zonas no sísmicas, para zonas sísmicas no debe ser menor que ni mayor que .El valor mínimo

de acero disminuye el flujo pastico, la contracción y proporciona a la columna un poco de

resistencia a flexión, se evita la probabilidad que ocurra una falla no dúctil repentina. Bajo

ninguna circunstancia puede ser menor al el área de avaro suministrada. En la práctica es algo

difícil ajustar más del 5% o 6% de acero. Usualmente no debe de excederse un 4% cuando las

barras van a empalmarse por traslape.

b. El número mínimo de barras longitudinales permisibles en elementos a compresión deben

ser 4 barras dentro de estribos circulares o rectangulares, para barras dentro de estribos

triangulares serán 3 barras y 6 barras para circulares rodeadas por espirales.

c. La dimensión menor de la sección transversal, medida en línea recta que pase a través del

centroide geométrico, no debe ser menor de 30 cm. La relación entre la dimensión menor de la

sección transversal y la dimensión perpendicular no debe ser menor que 0,4.

d. En columnas con estribos, el acero de los estribos no debe ser menor al No. 3, siempre que

las barras del refuerzo longitudinal sean del No. 10 o menores. Cuando el refuerzo longitudinal

son paquetes de barras o barras mayores al No. 10, se utilizaran barras No. 4 para estribos.

e. La distancia libre entre barras de refuerzo longitudinal no debe ser menor de, ni de 4 cm, se

recomienda que tampoco sea menor a 1,5 veces el diámetro del agregado grueso. Ninguna

barra longitudinal debe estar separada más de 15 cm (6”) libres de un barra apoyada

lateralmente.

Figura 30. Separación de barras longitudinales

Fuente: Código ACI 318S-08. Pág.102.

f. Los estribos se deberán de arreglar de modo que cada esquina y barra longitudinal alternada

tenga soporte lateral. El espaciamiento de los estribos no debe exceder:

de barra longitudinal

Los estribos no deberán colocarse a más de medio espaciamiento arriba de la superficie de

una zapata o losa y a más de medio espacio debajo de la barra de refuerzo inferior en una losa.

g. El confinamiento en columnas deberá proveerse en una longitud medida desde cada cara del nudo y a ambos lados de cualquier sección donde pueda ocurrir fluencia por flexión como resultado de desplazamientos laterales inelásticos del pórtico. El no debe ser menor que la mayor que:

del nudo o en la sección donde puede ocurrir fluencia por flexión.

Se recomienda que la longitud de confinamiento se tome como ¼ de la longitud libre de la

columna.

El espaciamiento que poseerán los estribos en la longitud de esparcimiento será, la mitad del

esparcimiento del inciso seis o el menor de:

La separación libre entre vueltas de espirales no debe exceder 7,5 cm ni ser menor de 2,5 cm. El anclaje de la espiral debe consistir en 1,5 vueltas adicionales de la barra en cada extremo de la espiral.

i. Los ductos y tuberías de todo tipo, junto con sus conexiones, no deben ocupar más del 4% del área de la sección transversal. Cuando se utilicen

• De acuerdo con el ACI, el refuerzo del confinamiento necesario 6eberá ser el menor de

las dimensiones siguientes:

• El espaciamiento del Refuerzo de confinamiento está limitado por el mismo código ACI,

donde la separación del refuerzo a corte no deberá exceder al menor valor dado por:

Los Empalmes Los empalmes mecánicos de acuerdo con el ACI 12.14.3

- Tipo 1 los que se desarrollan con el menor 1.25* fy (fluencia del acero). No deberá

usarse dentro de una distancia igual al doble de la altura del elemento hperp medida

desde la cara de la viga o columna

- Tipo 2 deberá desarrollar la resistencia a tracción especificada de las barras

empalmadas y se puede usar en cualquier localización y debe estar de acuerdo con

STRUCTURAL WELDING CODE.

Estribos (ACI: 7.10.5) Diámetros mínimos de estribos en Columnas: Los estribos se dispondrán de tal forma que cada varilla esquinera y cada varilla longitudinal alternada tengan un soporte lateral proporcionada por la esquina de un estribo cerrado cuyo ángulo comprendido (ángulo interior) no supere los 135o.

VIGA

Es un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a flexión, en las vigas la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal. El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, el máximo esfuerzo se produce en el cordon inferior y en el cordón superior respectivamente, estas se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento, también pude producirse tensiones por torsión, sobre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de un forjado, Antes de realizar el procedimiento de cálculo de dimensionado es necesario pre dimensionar las vigas, con el predimesionamiento se establecen unas dimensiones orientativas de las secciones transversales de viga, sirven de base para un cálculo de comprobación y reajuste de las dimensiones definitivas de las secciones.

Predimesionamiento de vigas principales. Un posible método es utilizar h = L/9, h = L/12, siendo h la altura o canto total de la sección, y L la luz o longitud libre entre apoyos de la viga. Se considera L/9 cuando se tiene seguridad de que el armado de la viga es correcto, y L/12 cuando no se tiene seguridad del correcto armado de la viga, aunque también se pueden hacer un promedio entre los dos anteriores si los criterios son moderados. Para la base (B) de la viga se considerará B = h/2. Predimesionamiento de vigas secundarias. Puede usarse un criterio similar al anterior donde se empieza considerando h = L/14 y B = h/2, donde h es la altura de la sección transversal de viga, L longitud de la viga y B la base de la sección transversal de viga. Donde b es la dimensión menor de la sección transversal del pilar, d es la dimensión mayor de la sección transversal, P es el peso de la edificación, \phi\; un factor que depende del tipo de columna, fck la resistencia en compresión del hormigón usado. El factor según el tipo de pilar puede tomarse a partir de:

1.- Armadura mínima longitudinal en secciones rectangulares Significa, cuantía mínima, la cantidad mínima de “hierro” que debe tener una sección de hormigón armado. Cuando se realizan los cálculos de dimensionamiento de una sección, generalmente primero “pre-dimensionamos”, significa que estimamos de antemano una sección de hormigón capaz de soportar las solicitaciones actuantes. Esto responde a criterios de deformaciones, según longitud y vínculos de apoyos; Como también al momento resistente de la sección, según el momento flector máximo; O por corte máximo en el apoyo más solicitado.

Si predominan los esfuerzos de corte con mucha ventaja respecto de la flexión máxima, entonces podemos llegar a tener una viga con mucha sección de hormigón respecto de la armadura de acero.

Si la luz de la viga es muy importante, entonces puede ser que predomine la deformación antes su propia resistencia, entonces también podemos tener el caso de una muy pequeña sección de acero dentro de una gran sección de hormigón.

En estos dos casos podemos llegar a tener una cuantía de acero tan pequeña que podría pasar desapercibida dentro del campo de las resistencias mínimas requeridas para una sección compuesta que debe garantizar conductas precisas en el tiempo.

Los reglamentos de estructuras de hormigón armado se anticipan a estas cuestiones y nos indican la cantidad mínima de sección de acero que debe tener una sección de hormigón. Esto se conoce como Cuantía Mínima. La Cuantía es la relación que existe entre la sección de armadura de acero respecto de la sección total del hormigón:

LOSAS

Son materiales estructurales de concreto armado o de materiales prefabricados, de sección transversal rectangular llena, o con huecos, de poco espesor y abarcan una superficie considerable de piso. Sirven para conformar pisos y techos en un edificio y se apoyan en las vigas o en los muros. Pueden tener uno o varios tramos continuos.

TIPOS DE LOSAS Las losas las podemos encontrar diferenciadas por:

Su colocación en la construcción, de entrepiso o de cubierta.

Por sus apoyos, losas perimetrales, de un lado continuo, de dos lados continuos,

tres lados continuos.

Por su forma de armar, en un sentido, o en dos sentidos.

Por el proceso constructivo, macizas, nervadas, planas, reticuladas,

prefabricadas.

DETALLADO DE ARMADO DE LOSAS

LOSAS NERVURADAS Con excepción de los sistemas prefabricados, los entrepisos, casi siempre son monolíticos. Las formaletas se colocan para limitar las caras laterales e intradós de las vigas y las superficies de las losas, y el vaciado del concreto se realiza de una sola vez, desde la parte inferior de la viga de mayor altura hasta la parte superior de las losas. Es evidente, entonces, que una parte de la losa va a actuar con la parte superior de la viga para resistir la compresión longitudinal. La sección transversal de la viga que resulta tiene forma de T en vez de de ser rectangular. La losa conforma el ala de la viga, mientras que la parte de la viga que se proyecta por debajo de la losa configura los que se conoce como alma. La parte superior de esta viga T se ve sometida a esfuerzos transversales a causa de la acción de las losa en esa dirección. Aunque la compresión transversal al nivel de la parte inferior de la losa puede incrementar la resistencia a la compresión longitudinal hasta en 25 por ciento, la tensión transversal al nivel de la parte superior de la losa reduce la resistencia a la compresión longitudinal. Lo regular, ninguno de estos efectos se tiene en cuenta para el diseño. Pre dimensionamiento Si el ala es apenas un poco mas ancha que la amplitud del alma, el ala completa puede considerarse efectiva para resistir la compresión. Sin embargo, para el sistema de entrepiso que se muestra en la figura b puede ser igualmente obvio que los elementos del ala localizados a media distancia entre las almas de las vigas están sometidos a un esfuerzo de compresión longitudinal mucho menor que el de aquellos elementos que están directamente sobre el alma.

Aunque la compresión longitudinal real varia por este efecto, en el diseño resulta conveniente hacer uso de un ancho efectivo del ala, que puede ser menor que el ancho real, pero que esta sometido a un esfuerzo uniforme con magnitud igual al valor máximo. Se ha encontrado que este ancho efectivo depende principalmente de la luz de la viga y del espesor relativo de la losa. Las recomendaciones dadas por el Código ACI 8.10 para el ancho efectivo son las siguientes:

Para la viga T simétricas, el ancho efectivo b no debe exceder una cuarta parte de la longitud de la luz de la viga. El ancho de la losa que se sobresale a cada lado del alma de la viga no debe exceder ocho veces el espesor de la losa ni superar mas de la mitad de la distancia libre hasta la siguiente viga. Para vigas que tienen losa únicamente de un lado, el ancho efectivo de losa que sobresale no debe exceder un doceavo de la longitud de la luz de la viga, seis veces el espesor de la losa o la mitad de la distancia libre hasta la siguiente viga. Para las vigas T aisladas, en las cuales el ala se utiliza únicamente con el propósito de proporcionar un área adicional de compresión, el espesor del ala no debe ser menor que la mitad del ancho del alma y ancho total del ala no debe exceder cuatro veces el del alma. el Código exige que en las vigas perimetrales se coloque armadura continua para integridad estructural. La cantidad de armadura requerida es como mínimo igual a un sexto de la armadura de tracción requerida para el momento negativo en el apoyo, y un cuarto de la armadura de tracción requerida para el momento positivo en el centro del tramo. El Código 2002 exige un mínimo de dos barras en todos los casos. Otro requisito incorporado por primera vez en el Código 2002 es el que permite explícitamente el uso de empalmes mecánicos y soldados para la armadura continua de las losas nervuradas hormigonadas en obra. Las Figuras ilustran los detalles de armado requeridos para el caso general de una losa nervurada.

CRITERIO GENERAL DE DISEÑO

Es ampliamente reconocido que las uniones viga-columna pueden transformarse en regiones de comportamiento crítico en pórticos de hormigón armado diseñados para incursionar en rango inelástico bajo acción sísmica severa. Como consecuencia de los momentos de signo opuesto que se desarrollan en los extremos de columnas por encima y por debajo de la unión, y

en forma similar a la reversión de los momentos de las vigas a través del nudo, éste se

ve sometido a fuerzas de corte horizontal y vertical cuyas magnitudes son varias veces mayores que las que corresponden a las columnas y vigas adyacentes. En consecuencia, si no son diseñados correctamente pueden sufrir una falla de corte. Los momentos de signo opuesto a través de una unión interna implica además que a armadura de la viga debe estar en compresión en un lado de la unión y fluyendo en tracción en el lado opuesto. Esto induce tensiones de adherencia muy elevadas que pueden llevar a la falla por adherencia con la correspondiente degradación de capacidad de momento y pérdida de rigidez del nudo que conduce a mayores deformaciones horizontales en el pórtico. Hasta hace poco tiempo el diseño de los nudos era ignorado, y aún hoy el problema no es reconocido en su verdadera magnitud. Extensas investigaciones de han llevado a cabo en países como Japón, EEUU, Nueva Zelanda, China a través de programas de cooperación internacional en la década de los 80. A veces se supone que no es necesario tener en cuenta los nudos en el diseño sísmico porque de la observación de daños durante terremotos pasados existe poca evidencia de daños mayores o colapsos que pueden adjudicarse a fallas de uniones. Sin embargo, en muchos casos las fallas de estructuras porticadas resultaron de mecanismos de piso flexible en los cuales se produjeron fallas en las columnas debido al corte o falta de confinamiento del hormigón, antes de que las vigas pudieran desarrollar su capacidad de flexión, por lo que en muchos casos los nudos no se vieron exigidos en consecuencia. El criterio para un comportamiento deseable de nudos en pórticos dúctiles ante sismos severos es el siguiente:

1. La resistencia de la unión no puede ser menor que aquella que corresponde a la

máxima demanda por desarrollo del mecanismo plástico estructural del pórtico.

2. No se debe poner en riesgo la capacidad de una columna por una posible

degradación de resistencia dentro de la unión. Esta debe considerarse como

una parte integral de la columna.

3. Durante perturbaciones sísmicas moderadas, las uniones deben responder

preferentemente en rango elástico.

4. Las deformaciones de corte no deberían incrementar en forma significativa las

deformaciones relativas entre pisos.

5. La armadura del nudo necesaria para asegurar una respuesta adecuada no

debería causar dificultades de construcción.

El cumplimiento de varios de estos criterios se puede lograr por aplicación del diseño por capacidad sumando a procedimientos adecuados de detalle de armado del nudo y zonas adyacentes.

Fig. 5 Falta de estribos

CRITERIO DE COMPORTAMIENTO La respuesta de las uniones de estos elementos es controlada por mecanismos de corte y adherencia, fenómeno con propiedades deficientes ante reversión de cargas y desplazamientos. Por lo tanto, los nudos no deben diseñarse para disipar energía sino que deben permanecer prácticamente en rango elástico.

Fig. 8 Distintos tipos de nudos interiores sometidos a acciones horizontales y

verticales

Fig. 9 Fuerzas que llegan al nodo

RESISTENCIA AL CORTE EN LOS NUDOS Las fuerzas internas transmitidas desde los elementos adyacentes al nudo resultan en fuerzas de corte horizontal y vertical. Estas fuerzas inducen tensiones diagonales de compresión y de tracción dentro del núcleo. Estas últimas resultan generalmente en fisuración diagonal con lo cual el mecanismo de resistencia cambia drásticamente.

Fig. 10 Mecanismo de Transferencia de corte en un nudo interior

ACI-318 Uniones de Pórticos Especiales Requerimientos Generales

i) Las fuerzas a caras de nudos se deben determinar considerando 1.25 𝑓𝑦. ii) Las armaduras longitudinales de las vigas que terminen en un nudo se deben

extender hasta la cara más alejada del núcleo de la columna confinada y se

anclan en tracción según la sección 21.7.5 y compresión según Cap. 12.

iii) Cuando las barras longitudinales de las vigas atraviesan nudos internos, la

dimensión de la columna paralela a la barra no debe ser menos de 20 veces

el diámetro de la mayor barra pasante.

Armadura Transversal

iv) Dentro del nudo se debe continuar con las armaduras transversales

determinadas para las columnas, excepto lo que permite la siguiente sección.

v) Cuando los elementos de un pórtico hacen que las vigas lleguen a las cuatro

caras del nudo y el ancho de las mismas es al menos 3

4 del ancho de la

columna, las disposiciones de armadura transversal en los nudos del punto

anterior se pueden reducir a la mitad, y la separación podría incrementar a

150 𝑚𝑚

vi) Si el ancho de la viga excede el de la columna, la armadura longitudinal de la

viga que no resulta confinada por el núcleo de la columna debe poseer

armadura transversal según lo que se especificó para vigas en la sección

anterior.

Resistencia al Corte de los Nudos vii) La resistencia nominal Vn de la unión no se debe tomar mayor a:

a) Si el nudo está confinado por vigas en las cuatro caras: 1.7√𝑓𝑐𝐴𝑗

b) Si el nudo está confinado por vigas en tres o dos caras opuestas:

1.2√𝑓𝑐𝐴𝑗

c) Para el resto de los casos: 1.0√𝑓𝑐𝐴𝑗

Fig. 11 Anclaje

Para que se considere efectiva la viga en el confinamiento su ancho debe ser al menos ¾ del de la columna. Si la viga tiene una prolongación al menos mayor a la altura total h más allá de la cara del nudo se puede considerar como efectiva. Aj es la sección transversal efectiva del nudo que se obtiene del producto de la altura total de la columna multiplicada por el ancho efectivo del nudo. El ancho del nudo debe ser el ancho total de la columna, excepto que la viga se aportique a una columna de mayor ancho, en cuyo caso el ancho efectivo no debe exceder ni (a) ni (b):

a) El ancho de la viga más la profundidad del nudo, o sea (𝑏 + ℎ)

b) Dos veces a menor distancia perpendicular desde el eje longitudinal de la viga al

borde de la columna, o sea [2(𝑏

2+ 𝑥)] = 𝑏 + 2𝑥.

Fig. 12 Detalle del Área Efectiva

Desarrollo de barras en Tracción

viii) Para barras entre 8mm a 32 mm debe ser:

𝐼𝑑ℎ = 0.185𝑓𝑦

√𝑓𝑐𝑑𝑏

Además debe ser mayor de 150 mm y de 8𝑑𝑏. El gancho a 90° se debe ubicar en la parte más alejada del núcleo de hormigón confinado de la columna, tal cual antes se expresó.

CONCLUSIONES

Es importante considerar cada detalle especificado en las normas ACI 318 relacionados con el tema de vigas sismo resistente ya que estos ayudan a que cumplan con los requisitos mínimos de diseño además de dar seguridad a la estructura.

Los detalles de los nudos sísmicos debe diseñarse para permanecer en el rango elástico y no para disipar energía, esto debido a que la respuesta de las uniones de estos elementos es controlada por mecanismos de corte y adherencia, fenómenos con propiedades deficientes ante reversión de cargas y desplazamientos.

Bajo ninguna circunstancia puede ser menor al el área de avaro suministrada. En la práctica es algo difícil ajustar más del 5% o 6% de acero. Usualmente no debe de excederse un 4% cuando las barras van a empalmarse por traslape.

La dimensión menor de la sección transversal, medida en línea recta que pase a través del centroide geométrico, no debe ser menor de 30 cm. La relación entre la dimensión menor de la sección transversal y la dimensión perpendicular no debe ser menor que 0,4.

BIBLIOGRAFIA

Referencias Nilson Arthur H., “Diseño de Estructuras de Concreto”, Duodécima edición, McGraw-Interamericana, S.A., Colombia, 2001. Detalles de Armado. (en línea). Consultado 20 de abril 2015, Disponible en: http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/publicom/Capitulo03.pdf