GENERALIDADES DE VIGAS
Por
viga se entiende al elemento horizontal apoyado sobre columnas, la importancia
de ella recae en los efectos que la afecta de manera directa: cortante y
flexión. El desarrollo y comprensión de una viga es necesario en la
arquitectura pues es un elemento muy importante en el diseño estructural, es
así que hay muchas normativas referidas a las vigas de acero y concreto, como
formulas que permiten el calculo para contrarrestar lo efectos de puedan llegar
a dañar la estructura como sismos, vientos o incluso la misma gravedad.
Se
consideran como piezas trabajando a flexión aquellas barras de la estructura en
las que los esfuerzos más importantes son los provocados por el momento
flector, bien porque sólo reciben cargas transversales, bien porque se
prescinda de posibles esfuerzos de tracción o compresión cuando éstos son poco
importantes. Se conocen como vigas y están situados en posición
generalmente horizontal en la estructura. Se encargan de soportar y transmitir
a los pilares cargas verticales casi siempre de tipo gravitatorio.
Son ejemplos de
elementos a flexión las jácenas o vigas principales que soportan los forjados
de los edificios, las viguetas de algunos tipos de forjados, las vigas carril
de puentes grúa, los propios puentes grúa, las correas de las cubiertas de las
naves, el tablero de algunos puentes, etc.
TIPOLOGIA
ESTRUCTURAL
Los
elementos estructurales sometidos a flexión pueden resolverse mediante alguno
de los tipos siguientes:
Vigas de alma llena
• Simples (perfiles laminados)
• Múltiples (dos o más perfiles unidos)
• Armadas (formadas por chapas unidas)
• Simples (perfiles laminados)
• Múltiples (dos o más perfiles unidos)
• Armadas (formadas por chapas unidas)
Vigas aligeradas Vigas de celosía
COMPROBACIONES A REALIZAR
Para
que una pieza sometida a flexión pueda considerarse correctamente calculada, y
por tanto sea utilizable, precisa el cumplimiento simultáneo de varias condiciones,
las cuales se refieren a:
Estado
tensional: tensiones combinadas inferiores a la tensión admisible.
Estado
de deformación: flechas que no alcancen un límite preestablecido. Estabilidad:
comprobación de posibles fenómenos de pandeo lateral, local y abollamiento
del alma.
ACCIONES
PONDERADAS
Acción
ponderada es el producto de una acción característica por el coeficiente de
ponderación que le corresponda, en la combinación de acciones que se esté
considerando.
A
efectos de aplicación de coeficientes de ponderación las cargas se
clasifican en dos grupos: constantes y variables.
Se
consideran como cargas o acciones constantes las que actúan o pueden actuar en
todo momento o durante largo periodo de tiempo con valor fijo en posición y
magnitud.
NORMAS TECNICAS COMPLEMENTARIAS
1.
CONSIDERACIONES GENERALES
1.1
Alcance
En
estas Normas se incluyen disposiciones para diseño y construcción de
estructuras de acero para edificios urbanos y fabriles. Para puentes, tanques,
torres para antenas, estructuras industriales no convencionales, y otras
estructuras especiales, o de características poco comunes, pueden necesitarse
reglas o recomendaciones adicionales.
1.3.6
Identificación
La
especificación, incluyendo tipo o grado, en su caso, a que pertenecen los
materiales o productos, se identificará de alguna de las maneras siguientes:
- a)
Por medio de certificados proporcionados por el laminador o
fabricante, debidamente correlacionados con el material o producto al que
pertenecen; o
- b)
Por medio de marcas legibles en el material o producto, hechas por
el laminador o fabricante,
de
acuerdo con la especificación correspondiente.
1.3.7
Aceroestructuralnoidentificado
Con
la aprobación del diseñador, puede utilizarse acero estructural no identificado
en miembros o detalles poco importantes, en los que las propiedades físicas
precisas y la soldabilidad del acero no afecten la resistencia de la
estructura.
1.4
Criterios de diseño
El
dimensionamiento de las estructuras y de los elementos que las componen se
efectuará de acuerdo con los criterios relativos a los estados límite de falla
1.5
Tipos de estructuras y métodos de análisis
Toda
construcción debe contar con una estructura que tenga características adecuadas
para asegurar su estabilidad bajo cargas verticales y que le proporcione
resistencia y rigidez suficientes para resistir los efectos combinados de las
cargas verticales y de las horizontales que actúen en cualquier
dirección.
Tipo
1
Comúnmente
designadas marcos rígidos o estructuras continuas, se caracterizan porque los
miembros que las componen están unidos entre sí por medio de conexiones
rígidas, capaces de reducir a un mínimo las rotaciones relativas entre los
extremos de las barras que concurren en cada nudo, de manera que el análisis
puede basarse en la suposición de que los ángulos originales entre esos
extremos se conservan sin cambio al deformarse la estructura.
Tipo
2
Son
las que están formadas por miembros unidos entre sí por medio de
conexiones que permiten rotaciones relativas, y que son capaces de transmitir
la totalidad de las fuerzas normales y cortantes, así como momentos no mayores
del 20 por ciento de los momentos resistentes de diseño de los miembros
considerados. En el análisis se ignoran las restricciones a las
rotaciones.
Requisitos
El valor mínimo garantizado del esfuerzo correspondiente al límite inferior de
fluencia del acero, Fy , no es mayor que el 80 por ciento de su esfuerzo mínimo
especificado de ruptura en tensión, Fu , ni que 440 MPa (4 500 kg/cm2).
b) La curva carga–deformación
del acero tiene las características necesarias para que pueda presentarse la
redistribución de momentos requerida para la
formación del mecanismo de colapso. Para ello, debe tener una zona de cedencia,
de deformación creciente bajo esfuerzo prácticamente constante, correspondiente
a un alargamiento máximo no menor de uno por ciento, seguida de una zona de
endurecimiento por deformación, y el alargamiento correspondiente a la ruptura
no debe ser menor de 20 por ciento.
- c)
Las relaciones ancho/grueso de los elementos planos que componen los
perfiles cumplen los requisitos de las secciones tipo 1 ó 2 (sección
2.3.1), cuando los efectos sísmicos no son críticos, y de las secciones
tipo 1 cuando sí lo son.
- d)
Los miembros están contraventeados lateralmente de acuerdo con los
requisitos de la sección 3.3.2.1.
- e)
Se colocan atiesadores dobles, en los dos lados del alma, en las
secciones de los miembros que reciben cargas concentradas en las que
aparezcan articulaciones plásticas en el eventual mecanismo de colapso.
- f)
Ninguno de los miembros de la estructura que interviene en el
mecanismo de colapso está sometido a cargas que puedan producir fallas por
fatiga, ni son posibles fallas de tipo frágil ocasionado por cargas de
impacto, bajas temperaturas u otros factores.
- g)
Se cumplen las condiciones indicadas en las secciones 1.5.1.2 y
1.5.1.3 para estructuras diseñadas plásticamente.
2.1.4 Placas de unión
El diseño de placas que forman parte de
juntas soldadas, remachadas o atornilladas, sometidas a tensión, tales como
placas laterales en juntas a tope y placas de nudo en armaduras, se hará de
acuerdo con la sección 5.5.1
2.2 Estabilidad y relaciones de
esbeltez
En esta sección se especifican
requisitos de carácter general para asegurar la estabilidad de la estructura en
conjunto y la de cada uno de sus elementos.
2.2.1 Relaciones de esbeltez
La relación de esbeltez K L /r de los
miembros comprimidos axialmente o flexocomprimidos se determina con la longitud
efectiva K L y el radio degiro r correspondiente. L es la longitud libre de la
columna, entre secciones soportadas lateralmente, y K es el factor de longitud
efectiva, que se calcula como se indica más adelante. Debe tenerse cuidado, en
todos los casos, de utilizar la relación de esbeltez máxima del miembro, ya que
K, L, y r, o cualquiera de esas cantidades, pueden tener varios valores diferentes
en un mismo elemento, dependiendo del eje de las secciones transversales
alrededor del que se presente el pandeo, de las condiciones en sus extremos y
de la manera en que esté soportado lateralmente. La relación de esbeltez
L/r de miembros en tensión se determina con su longitud libre L.
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ResponderBorrarCaracterísticas de vigas (concreto)
ResponderBorrar.
Para calcular las vigas el claro se contará del centro del apoyo, cuando el ancho no sea mayor que el peralte efectivo; en caso contrario, el claro se contará a partir de la sección que se halla a medio peralte efectivo del paño interior del apoyo.
En todas las vigas se debe reforzar en el leche superior e inferior, el refuerzo no será menor que la obtenida de la ecuación.
Y consensará de por lo menos dos varillas del número 4 (12.7 mm) en tensión, p, no excederá de La falla balanceada cuando simultáneamente el acero llega a su esfuerzo de fluencia y el concreto alcanza su deformación máxima de 0.003 en compresión.
En el dimensionamiento de marcos rígidos puede usarse el momento en el apoyo.
Para calcular momentos flexionantes en vigas que soporten losas de tableros rectangulares, se puede tomar la carga tributaria de la losa como si estuviera uniformemente repartida a lo largo de la viga.
La relación entre la altura y el ancho de la sección transversal, h/b, no debe exceder de 6. Para valuar h/b en vigas T o I, se usará el ancho del alma, b’.
PANDEO LATERAL
Deben de tomarse en cuenta dos efectos:
-cuando la separación entre apoyos laterales sea mayor que 35 veces el ancho de la viga o el ancho del patín a compresión.
- En vigas de marcos dúctiles, la relación entre la separación de apoyos que eviten el pandeo lateral y el ancho de la viga no debe exceder de 30.
REFUERZO COMPLEMENTARIO EN LAS PAREDES DE LAS VIGAS
ResponderBorrarLas vigas con peraltes mayor a 0.75 m debe tener refuerzo longitudinal por cambios volumétricos. Se debe considerar los cálculos de resistencia si se determina la contribución del acero por medio de un estudio de compatibilidad de deformaciones
En vigas en su plano, la fuerza de tensión se valuará con el máximo momento flexionante de diseño que obra en la zona comprendida a un peralte efectivo a cada lado de la sección
VIGAS DIAFRAGMA
Disposición del refuerzo por flexión
a) Vigas de un claro
El refuerzo con momento máximo debe colocarse recto y sin reducción en todo el claro; debe anclarse en los paños de los apoyos, no menos del 80 por ciento de su esfuerzo de fluencia, y debe estar uniformemente distribuido en una altura igual a
b) Vigas continuas
El refuerzo calculado con el momento positivo máximo de cada claro debe prolongarse recto en todo el claro. Si se tienen que hacer uniones deben localizarse cerca de los apoyos intermedios. El anclaje de este refuerzo en los apoyos y su distribución en la altura de la viga. Al menos la mitad del refuerzo calculado para momento negativo en los apoyos debe prolongarse en toda la longitud de los claros adyacentes. El resto del refuerzo negativo máximo, en cada claro, puede interrumpirse a una distancia del paño del apoyo no menor que 0.4h, ni que 0.4L.
VIGAS DE SECCIÓN COMPUESTA
Es la formada por la combinación de un elemento prefabricado y concreto colado en el lugar. Las partes integrantes deben actuar como una unidad. El elemento prefabricado puede ser de concreto reforzado o presforzado, o de acero.
Si las propiedades del concreto de los elementos componentes son distintos, deben tomarse en cuenta, o usarse las propiedades más desfavorables.
Deberán tenerse en cuenta los efectos del apuntalamiento, a falta del mismo, sobre las deflexiones y el agrietamiento.
Efectos de la fuerza cortante horizontal
a) El esfuerzo cortante horizontal, vh , en la superficie de contacto entre los elementos que forman la viga compuesta se calcula
donde
Vu fuerza cortante de diseño;
bv ancho del área de contacto; y
d peralte efectivo de la sección compuesta
b) los elementos componentes beben transmitir los esfuerzos cortantes que ahí actúan.
c) Para transmitir los esfuerzos cortantes, se admitirán los esfuerzos resistentes siguientes:
1) En elementos donde no se usen anclajes metálicos y la superficie de contacto esté rugosa y limpia: 0.3 MPa (3 kg/cm²). Se admitirá que una superficie está rugosa si tiene rugosidades de amplitud total normal a ella del orden de 5 mm o más;
2) Donde se cumplan los requisitos mínimos para los conectores y la superficie de contacto esté limpia pero no rugosa: 0.6 MPa (6 kg/cm²)
3) Donde se cumplan los requisitos mínimos para los conectores y la superficie de contacto esté limpia y rugosa: 2.5 MPa (25 kg/cm²). Cuando el esfuerzo cortante de diseño exceda de 2.5 MPa (25 kg/cm²), el diseño por cortante horizontal se hará de acuerdo con los criterios de cortante por fricción
d) Deben usarse conectores formados por barras o estribos normales al plano de contacto. El área mínima de este refuerzo será 0.3/fy veces el área de contacto (fy en MPa, o 3/fy, con fy en kg/cm²). Su separación no excederá de seis veces el espesor del elemento colado en el lugar ni de 600 mm. Además, los conectores deben anclarse en ambos componentes del elemento compuesto de modo que en el plano de contacto puedan desarrollar al menos 80 por ciento del esfuerzo de fluencia.
Efectos de la fuerza cortante vertical
Los efectos de la fuerza cortante vertical se consideraran como una viga monolítica de la misma forma.
Características de columnas (concreto)
ResponderBorrarGEOMETRÍA
La relación entre la dimensión transversal mayor de una columna y la menor no excederá de 4. La dimensión transversal menor será minimo a 0. 20 m. En elementos a flexocompresión de marcos dúctiles:
a) La dimensión transversal mínima no será menor que 0.30 m
b) El área Ag , no será menor que Pu/0.5fc’ para toda combinación de carga
c) La relación entre la menor dimensión transversal y la dimensión transversal perpendicular no debe ser menor que 0.4
d) La relación entre la altura libre y la menor dimensión transversal no excederá de 15.
REFUERZO MÍNIMO Y MÁXIMO
El refuerzo longitudinal de la sección no será menor que 2/fy (fy en MPa, o 20/fy, con fy en kg/cm²) ni mayor que 0.06. El número mínimo de barras será seis en columnas circulares y cuatro en rectangulares.
REQUISITOS PARA REFUERZO TRANSVERSAL
El refuerzo transversal de toda columna no será menor que el necesario por resistencia a fuerza cortante y torsión, debe cumplir con los requisitos mínimos. Además, en los tramos donde se prevean articulaciones plásticas no será inferior al prescrito.
Separación
Todas las barras deben restringirse contra el pandeo con estribos o zunchos con separación no mayor que:
a) 269/ f y veces el diámetro de la barra o de la barra más delgada del paquete (fy, en MPa, es el esfuerzo de fluencia de las barras longitudinales, o 850/ f y , con fy en kg/cm²)
b) 48 diámetros de la barra del estribo; ni que
c) La mitad de la menor dimensión de la columna. La separación máxima de estribos se reducirá a la mitad de la antes indicada en una longitud no menor que:
a) la dimensión transversal máxima de la columna;
b) un sexto de su altura libre; ni que
c) 600 mm arriba y abajo de cada unión de columna con trabes o losas, medida a partir del respectivo plano de intersección.
Estribos y zunchos
Los estribos se dispondrán de manera que cada barra longitudinal de esquina y una de cada dos consecutivas de la periferia tenga un soporte lateral suministrado por el doblez de un estribo con un ángulo interno no mayor de 135 grados. Además, ninguna barra que no tenga soporte lateral debe distar más de 150 mm (libres) de una barra soportada lateralmente. Cuando seis o más varillas estén repartidas uniformemente sobre una circunferencia se pueden usar anillos circulares rematados como se especifica en la sección 5.1.7; también pueden usarse zunchos cuyos traslapes y anclajes cumplan con los
Requisitos.
La fuerza de fluencia que pueda desarrollar la barra de un estribo o anillo no será menor que seis centésimas de la fuerza de fluencia de la mayor barra o el mayor paquete longitudinal que restringe. En ningún caso se usarán estribos o anillos de diámetro menores de 7.9 mm (número 2.5).
Grapas
Para dar restricción lateral a barras que no sean de esquina, pueden usarse grapas formadas por barras rectas, cuyos extremos terminen en un doblez a 135 grados alrededor de la barra o paquete restringido, seguido de un tramo recto con longitud no menor que seis diámetros de la barra de la grapa ni menor que 80 mm. Las grapas se colocarán perpendiculares a las barras o paquetes que restringen y a la cara más próxima del miembro en cuestión. La separación máxima de las grapas se determinará con el criterio prescrito antes para estribos.