Download - Nuevos capítulos de diseño de miembros 318-14 ... 1 Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318-14 SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015 Clase: Diseño de Marcos (vigas, pilares y nudos)

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CursoDiseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14

SANTIAGO27 y 29 Octubre 2015

Clase: Diseño de Marcos (vigas, pilares y nudos)

Relator: Hernán Santa María, Universidad Católica

Contenido

• Introducción

• Vigas

• Columnas

• Nudos

• Diseño sísmico de marcos

Nuevos capítulos dediseño de miembros

• Capítulos dedicados al tipo de miembro

• Aseguran el cumplimiento total del Reglamento

• Siguen el orden normal de diseño de la estructura

318-14_CrossReference_2014to2011318-14_CrossReference_2011to2014

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Secciones comunes vigas y columnas

X.1 Alcance

X.2 Generalidades

X.3 Límites de diseño

X.4 Resistencia requerida

X.5 Resistencia de diseño

X.6 Límites del refuerzo

X.7 Detallado del refuerzo

Capítulo 9 – Vigas

9.1 Alcances

– Incluye no preesforzado y preesforzado

– Vigas compuestas

– Viguetas en una dirección

– Vigas de gran altura

9.2 Generalidades

• Materiales

– Concreto → Capítulo 19

– Acero de refuerzo → Capítulo 20

• Conexiones

– Nudos viga-columna construidos en si3o → Capítulo 15

– Prefabricadas → 16.2

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9.3 Límites de diseño

– Altura mínima

– Límites a la deformación unitaria → mín 0,004

– Capítulo 24 Requisitos de funcionamiento

• Deflexiones calculadas → límites 24.2.2

• Esfuerzos límites en concreto preesforzado

9.4 Resistencia requerida

– Cargas – combinaciones de cargas→ Capítulo 5

– Análisis → Capítulo 6

– Mu , Vu , Tu → Sección crítica

– Por ejemplo, Vu a distancia d del apoyo

9.5 Resistencia de diseño

– φMn ≥ Mu, φVn ≥ Vu , φTn ≥ Tu, φPn ≥ Pu

– φ → 21.2

• Capítulo 22 Resistencia de las secciones de los miembros

– Mn → 22.3

– Para Pu > 0.10f’cAg, Mn → 22.4

– Vn → 22.5

– Tn → 22.7

Torsión

• Puede despreciarse

– Si Tu < φTth

– Tth = umbral de torsión → 22.7

• Puede limitarse a Tu = φTcr

– Si es posible una redistribución

– Tcr = torsión fisuración → 22.7.5

– Tcr = 4 Tth

– Tn → 22.7

– Verificar los límites de la sección → 22.7.7

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– Refuerzo mínimo a flexión

– Refuerzo mínimo a cortante

– Refuerzo mínimo a torsión

9.6 Límites del refuerzo

• Refuerzo mínimo a flexión

– As,min = mayor de 0.25√f’cbwd/fy y 1.4bwd/fy

• Usar bw = menor de (bf ó 2bw) para determinar si el ala está en tracción

– Previene falla frágil

– O colocar As = (4/3) As,req.


• Refuerzo mínimo a torsión

– Colocar donde Tu > φTth

– (Av+2At)min/s = mayor de

• 0.062√f’cbw/fyt y

• 0.35bw/fyt

• Igual al mínimo para cortante

– Al,min = menor de:

• 0.42√f’cAcp/fy – (At/s)phfyt/fy y

• 0.42√f’cAcp/fy – (0.175bw/fyt)phfyt/fy

9.6 Límites del refuerzo 9.7 Detallado del refuerzo

– Recubrimiento de concreto → 20.6.1

– Longitudes de desarrollo → 25.4

– Empalmes por traslapo → 25.5

– Barras en paquete → 25.6

– Smín → 25.2

– Smáx → 24.3 (control de fisuración)

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9.7 Detallado del refuerzo

– Refuerzo superficial

– Desarrollo de la barra/puntos de terminación

– Refuerzo longitudinal para torsión

– Refuerzo transversal

– Refuerzo para integridad estructural


• 9.7.2.3 Refuerzo superficial

– h > 900 mm

– Distribuir en los h/2 desde la cara en tracción

– smax → 24.3 (control de fisuración)


• 9.7.5 Refuerzo longitudinal para torsión

– s < 300 mm

– db de la barra para torsión > 0.042 x espaciamiento del refuerzo transversal

– Extender (bt + d) más allá de donde se necesita

– Debe desarrollarse en la cara del apoyo


• 9.7.6 Refuerzo transversal– Requisitos generales → 25.7 (p. ej. anclaje)

– Para cortante:• estribos, estribos cerrados de confinamiento, o barras

dobladas

• smax menor de (d/2, 600 mm) para Vs ≤ 0.33√f’cbwd, en los otros casos, smax se reduce a la mitad

– Para torsión:• Estribos cerrados o estribos cerrados de confinamiento

• Extender bt + d más allá de donde ya no se necesita

• smax menor de (ph/8, 300 mm)

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• 9.7.7 Refuerzo de integridad estructural– 9.7.7.1 vigas perimetrales

• 1/4 M+ y1/6 M- (mínimo 2 barras) continuas; y• estribos cerrados o estribos cerrados de confinamiento

– 9.7.7.2 otras vigas• 1/4 M+ (mínimo 2 barras) continuas; o• Estribos cerrados o estribos cerrados de confinamiento

– Deben pasar a través del núcleo de la columna– Deben desarrollarse en la cara del apoyo– Empalmar las barras inferiores en o cerca del apoyo,

las barras superiores en el centro del vano

Capítulo 10 – Columnas

10.1 Alcance de columnas

– Cubre concreto no preesforzado y preesforzado

– Concreto Compuesto y miembros de acero

– No se incluye en este capítulo concreto simpleen columnas → Capítulo 14

10.2 Generalidades

• Materiales

– Concreto → Capítulo 19

– Acero de refuerzo → Capítulo 20

– Elementos embebidos → 20.7

• Columnas compuestas

– Perfiles de acero estructural para columnas compuestas → Capítulo 20

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10.2 Generalidades

• Conexiones

– Nudos construidos en sitio: viga-columna y losa-columna → Capítulo 15

– Prefabricados → 16.2

– Cimentaciones→ 16.3

10.3 Límites de diseño

• Dimensiones de las columnas– No hay tamaños mínimos explícitos– Formas irregulares

• Tratar como circulares

– Más grandes de los necesario• Área efectiva mínima = ½ área total• No se permite en pórticos a momento

especiales

– Columnas en muros• 40 mm fuera de los estribos

– Espirales entrelazadas• Mínimo el recubrimiento requerido fuera de las espirales

Área efectiva ≥ ½ área total

10.4 Resistencia requerida

– Cargas→ Capítulo 5

– Análisis → Capítulo 6

• Considerar Pu y Mu

simultáneamente

• Vu

• Esbeltez de la columna (Análisis de 2º orden)

→ 6.2.5 (ignorar efectos)

→ 6.6.4 (magn. de momentos)

Fig. R10.4.2.1

10.5 Resistencia de diseño

• Como en vigas

– φPn > Pu, φMn ≥ Mu → 22.4

– φVn > Vu → 22.5

– φTn > Tu → Capítulo 9 (si es necesario)

– Factores de reducción, φ → 21.2

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• Concreto no preesforzado y preesforzado

– Mínimo Ast = 0.01 Ag

– Máximo Ast = 0.08 Ag

• Aplica también en regiones de empalmes

• Crea problemas de congestión de refuerzo

Los máximos del refuerzo prevén problemas

de congestión y consolidación del concreto


• Refuerzo a cortante mínimo

– Similar a vigas

– Requerido donde Vu > (0.5) φVc

– Av,min= mayor de

• 0.063 ��

• 1.4� ��⁄


• Como en vigas– Recubrimiento de concreto → 20.6.1

– Longitudes de desarrollo → 25.4

– Barras en paquete → 25.6

– Espaciamientos mínimos →25.2

• Único para columnas– Barras longitudinales mínimas

– Barras dobladas por cambio de sección

– Empalmes


10.7 Refuerzo longitudinal

• Número mínimo de barras

Estribos rectangularesEstribos triangulares Espirales o estribos

cerrados de confinamiento

circulares

BUENA PRÁCTICA – Usar 8 barras en disposiciones circulares

Barras en estribos cerrados

de confinamiento circulares

Estribos circulares

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10.7 Barras dobladas por cambio de sección

• Pendiente: 1 to 6

• Paralelas a los lados arriba y abajo

6

1

Empalmes

• Tipos permitidos

– Por traslapo

– Mecánicos

– Soldados a tope

– Apoyo a tope

• Longitud del empalme → 25.5

Empalme por

traslapo

Empalme mecánico a tope

Empalme soldado a tope

(similar)

Refuerzo transversal

• Requisitos mínimos de detallado

– Estribos – sección 25.7.2

– Espirales – sección 25.7.3

– Estribos cerrados de confinamiento – sección 25.7.4


• Estribos– Deben conformar un anillo cerrado – Espaciamiento libre ≥ 4/3 dagg

– Espaciamiento ≤ menor de:• 16 db de barra longitudinal• 48 db del estribo• Dimensión menor del miembro

– Apoyo lateral a:• Barras de esquina• Barras longitudinales alternas• > 150 mm espaciamiento libre

– Ganchos estándar alrededor de la barra

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• Estribos circulares

– Distancia entre extremos del traslapo 150 mm

– Ganchos estándar alrededor de una barra en los extremos

– Traslapos escalonados


• Espirales

– Continuas con espaciamiento uniforme

– Espaciamiento libre ≥ 4/3 dagg y 25 mm

– espaciamiento libre ≤ 75 mm

– Diámetro de la barra ≥ 9.5 mm para concreto construido en sitio

– Anclada por medio de una vuelta y media adicional


• Estribos cerrados de confinamiento

– Estribos cerrados o enrollados continuamente

– Ganchos sísmicos en los extremos

– Pueden estar compuestos por varios elementos

Estribo cerrado de

confinamiento de una pieza

Estribo cerrado de confinamiento

de varias piezas


• Soporte lateral de barras longitudinales– Estribos o estribos de cerrados

de confinamiento• ½ espaciamiento por encima de losa• ½ espaciamiento por debajo del refuerzo

inferior de la losa, ábaco o descolgado de cortante

• 75 mm por debajo del refuerzo inferior de la viga menos alta

– Espirales• Parte superior de la losa• Parte superior de espiral → Tabla 10.7.6.3.2

Espaciamiento de estribos

cerrados de confinamiento

en columnas

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• Barras dobladas por cambio de sección– Estribos, estribos cerrados de

confinamiento, espirales, o construcción del piso

– Resistir 150% de la componente horizontal de la barra doblada (~25% of fuerza en la barra)

– A no más de 150 mm del doblez

150 mm


• Sección 10.7.6.5 Refuerzo a cortante

– Estribos, estribos cerrados de confinamiento o espirales

Capítulo 15

Nudos Viga-Columna

y Losa-Columna

15.1 Alcance

• Detallado de elementos construidos en sitio:– Nudos viga-columna

– Nudos losa-columna

Viga

Columna

Losa

Columna

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• Transmisión de la fuerza axial de la columna a través del sistema de piso → 15.3

• Cortante que se derive de momento de la transmisión de momento entre viga/losa y la columna → 15.4

– Para sísmico → 18.8

• Nudos restringidos

– Apoyados en los 4 lados

15.2 Generalidades 15.4 Detallado de la conexión

• Para nudos que no están restringidos

– Área de todas las ramas del refuerzo transversal en cada dirección principal debe ser al menos la mayor de:

• 0.062√f'cbs/fyt

y

• 0.35bs/fytEspacio ≤ ½ profundidad de la viga menos alta *

Distribuya refuerzo a través de mayor altura de la viga

Columna

15.4 Detallado de la conexión

• Si el refuerzo longitudinal de vigas y columnas se empalma o termina en un nudo:– Coloque refuerzo transversal cerrado en el nudo

→ 10.7.6

– No se requiere este refuerzo en los nudos restringidos

• Sección 15.4.2.2 El espaciamiento del refuerzo transversal ≤ mitad de la viga de altura menor

Capítulo 18 Estructuras sismo resistentes

Sistemas ordinarios (Min. para CDS B)

• Vigas

• Columnas

Sistemas intermedios (Min. Para CDS C)

• Vigas

• Columnas

• Nudos Viga-columna

• Losa en dos direcciones

• Muros estructurales prefabricados

Sistemas especiales

(CDS D, E, F)

• Vigas

• Columnas

• Nudos viga-columna

• Pórticos a momento usando concreto prefabricado

• Diafragmas y cerchas

• Miembros que no son parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas

• Muros estructurales

18.3

18.4

18.5

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18.3 Pórticos ordinariosresistentes a momentos

• Sección 18.3.2 Requisitos para vigas– 2 barras continuas arriba y abajo

– Barras inferiores: As ≥ As,max/4

– Ancladas en la cara del apoyo

• Sección 18.3.2 Requisitos para columnas– Para ℓu ≤ 5c1, diseñe para Vu = menor de:

• Cortante basado en Mn arriba y abajo

• ΩoE substituye a E

• Sección 18.4.2 Vigas

– Igual que en 18.3.2 (pórticos ordinarios)

• 18.4.2.2 Resistencia a momento

– En el apoyo: Mn+ ≥ Mn

-/3

– En cualquier sección a lo largo de la viga: Mn+ y

Mn- ≥ 1/5 Mn en los nudos

18.4 Pórticos intermediosresistentes a momentos

• 18.4.2.3 Resistencia a cortante, φVn > menor de:– Cortante calculado con la

resistencia nominal a momento en cada extremo

– Combinación que incluya fuerzas sísmicas con un factor 2.0E


• 18.4.2.4 Estribos cerrados de confinamiento– Por 2h medidos desde cada extremo

• Primer estribo cerrado de confinamiento colocado a 50 mm del extremo

• Espaciamiento igual al menor de d/4, 8 db, 24 db, del estribo de confinamiento ó 300 mm

– 18.4.2.5 Resto de la viga• Espaciamiento ≤ d/2

– 18.4.2.6. Si Pu ≥ Agf’c/10, los estribos cerrados de confinamiento deben cumplir los requisitos de estribos de columna de 25.7.2.2 y 25.7.2.3, y los de 25.7.2.4 para tamaño de las barras y barras no soportadas lateralmente


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• Sección 18.4.3 Columnas

– Diseñe para Vu = menor de:

• Cortante basado en Mn arriba y abajo

• ΩoE substituido por E


• Refuerzo transversal– Espirales

• No hay requisitos especiales de espaciamiento

– Estribos cerrados de confinamiento• Por una distancia ℓo, so = menor de 8 db longitudinal, 24 db

de estribo cerrado de confinamiento, ½ de la dimensión más pequeña de la sección y 300 mm

• Longitud ℓo = mayor de 1/6 luz libre, máxima dimensión de la sección transversal y 450 mm

• Primer estribo cerrado de confinamiento a so/2 de la cara del nudo

– Columnas que soporten elementos rígidos discon3nuos (muros) → 18.4.3.6

18.4 Pórticos intermedios

resistentes a momentos

• 18.6.2 Límites dimensionales

– ln ≥ 4d

– bw ≥ menor de 0.3h y

250 mm

– Ancho de la viga a cada

lado de la columna

≤ c2 y 0.75 c1

18.6 Pórticos especiales


• 18.6.3 Refuerzo longitudinal

– 2 barras continuas arriba y abajo

– As ≥ mayor de 0.25√f’cbwd/fy y 1.4bwd/fy tanto

arriba como abajo

– ρ ≤ 0.025

– Resistencia a momento

• En los apoyos: Mn+ ≥ Mn

-/2

• En cualquier sección a lo largo de la viga:

Mn+ y Mn

- ≥ 1/4 Mn en los nudos



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• 18.6.3 Refuerzo longitudinal

– Empalmes rodeados por estribos cerrados de

confinamiento o espirales

• s ≤ d/4, 100 mm en los empalmes de refuerzo

– Empalmes prohibidos:

• Dentro de los nudos

• A 2d del nudo

• A 2d de las secciones donde pueda haber fluencia a

flexión



• 18.6.4 Refuerzo transversal

– Se requieren estribos cerrados de confinamiento:

• A 2d de la cara del apoyo

• A 2d a cada lado de las secciones donde pueda haber

fluencia a flexión

• Deben dar apoyo a las barras a flexión como en

columnas (25.7.2.4)

– Los ganchos suplementarios deben alternar sus extremos

18.6 Pórticos especialesresistentes a momentos

• 18.6.4 Refuerzo transversal– Primer estribo cerrado de confinamiento localizado a

50 mm de la cara de la columna

– El espaciamiento de los estribos cerrados de confinamiento no puede ser mayor que:

• d/4, 6 db, y 150 mm

– Donde no se requieran estribos cerrados de confinamiento, el espaciamiento de estribos < d/2

– Si Pu ≥ Agf’c/10, los estribos cerrados de confinamiento deben cumplir los requisitos de estribos de columna


• 18.6.5 Resistencia a cortante

– Diseñar para Ve debido a la carga mayorada gravitacional y Mpr en ambos extremos

– Vc = 0 dentro de los 2d de cada extremo y 2d a ambos lados de donde pueda haber fluencia a flexión, cuando:

• Ve ≥ 0.5Vu,max y

• Pu ≤ Agf’c/20


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– Límites dimensionales

– Resistencia mínima a flexión

– Refuerzo longitudinal


– Resistencia a cortante

18.7 Columnas de pórticos

especiales

• Límites dimensionales

– Menor dimensión ≥ 300 mm

– Relación lado corto/lado largo ≥ 0.4

• Resistencia mínima a flexión

– ∑Mnc ≥ (6/5)∑Mnb,

18.7 Columnas de pórticosespeciales

• Refuerzo longitudinal

– Máximo Ast = 0.06 Ag

– Empalmes a tracción por traslapo solo en el ½ central de la columna y confinados por refuerzo transversal de acuerdo con 18.7.5.2 y 18.7.5.3


• Refuerzo transversal– En ℓo

• ℓo = mínimo (dimensión de la columna, luz libre/6, 450 mm)

• Espirales o estribos cerrados de confinamiento

• Dobleces deben abrazar barras longitudinales

• Los extremos de los ganchos suplementarios deben alternarse

• Abrazar barras longitudinales de esquina y barras alternas

• Espaciamiento entre barras soportadas lateralmente ≤ 350 mm

• Si Pu ≥ 0.3 Agf’c ó f’c > 700 MPa, abrazar todas las barras y el espaciamiento ≤ 200 mm


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• refuerzo transversal

– Espaciamiento en ℓo = menor de:

• ¼ dimensión mínima de la columna

• 6 db de la barra longitudinal

• so = 100 mm + (350-hx)/3, (100 mm ≤ so ≤ 150 mm)

– Refuerzo transversal mínimo según Tabla 18.7.5.4 para prevenir pérdida de resistencia cuando el recubrimiento se descascare

– Espaciamiento fuera de ℓo

• s no debe exceder 6 db de la barra longitudinal ó 150 mm


• Tabla 18.7.5.4 refuerzo transversal de confinamiento

– Ash/sbc, si Pu > 0,3Agf’c ó

si f’c > 70 MPa, debe ser mayor que

– (c) 0,2kf kn Pu/ (fyt Ach)

– kf = efecto alta resistencia del hormigón

– kn = efecto alto numero de barras longitudinales


• Sección 18.7.6 Resistencia a cortante

– Calcule Vu usando Mpr en cada extremo de la columna (125% fy)

– Refuerzo transversal en ℓo calculado suponiendo Vc = 0 cuando ocurran ambos:

• Cortante sísmico ≥ ½ Vu y

• Pu ≤ Agf’c/20


– Los requisitos se aplican solamente a :

• Pórticos especiales resistentes a momentos

• Nudos en los sistemas resistentes a cargas laterales

18.8 Nudos de pórticosespeciales

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• Generales– Las barras longitudinales de

una viga:• Suponga que el refuerzo de

tracción por flexión = 1.25 fy

• Prolongue las barras de terminación hasta la cara del núcleo confinado de la columna más distante

• Ancle las barras de terminación, en tracción, de acuerdo con 18.8.5 y, encompresión, de acuerdo con 25.4.9

18.8.5 para tensión o

25.4.9 para compresión

Extienda a la cara lejos

del núcleo de columna

Columna

Viga

18.8 Nudos de pórticos

especiales

• Generales– Donde las barras longitudinales

de una viga atraviesen el nudo viga-columna, la dimensión mínima de la columna paralela al refuerzo de la viga

• 20 db para concreto de peso normal

• 26 db para concreto liviano

– La altura del nudo h ≥ ½ de cualquier viga que llegue al nudo

≥ 20 db o 26 db

≥ ½ altura de viga

db

h

Columna

Viga


especiales

• Refuerzo transversal– Debe satisfacer los requisitos para columnas en

pórticos especiales resistentes a momentos

– Excepción cuando existan vigas que lleguen a los cuatro lados del nudo y el ancho de cada viga mida por ≥ ¾ el ancho de la columna

• Reduzca Atr a la mitad, de acuerdo con 18.7.5.4

• Aumente el espaciamiento a 150 mm, de acuerdo con 18.7.5.3

• Aplicable sobre dentro de la altura de la viga menos alta


especiales

• Refuerzo transversal– Donde barras de refuerzo

longitudinal de viga pasan fuera del núcleo de la columna:

• Encierre con refuerzo transversal que pasa aunque columna

• Cumpla con los requisitos de espaciamiento de 18.6.4.4 (menos de d/4, 6db longitudinal, o de 150 mm)

• También cumpla con 18.6.4.2 y 18.6.4.3 si no es encerrado por las vigas

Refuerzo de confinamiento

Cumpla con 18.6.4.2 y 18.6.4.3

d


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• Cortante en el nudo

Vcol = (Mpr1 + Mpr2)/ℓ

Vu = Cb + Ts – Vcol

ℓ

Vcol

Vcol

Mpr2Mpr1

Punto de inflexión supuesto en la columna (media altura)

Punto de inflexión supuesto en la columna (media altura)

Cb

Vcol

Vu

Ts


• Resistencia al cortante

– Tabla 18.8.4.1

– Aj = (profundidad del nudo) veces (ancho del nudo)
