CONCRETO ARMADO II: SEMANA 13

DISEÑO LIMITE EN CONCRETO ARMADO

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene como tema el estado límite el cual es una condición que representa el límite estructural de utilidad. Los estados limite pueden ser dictados por los requisitos funcionales como por ejemplo las deflexiones máximas; pueden ser conceptuales, tales como la articulación plástica o la formación de un mecanismo; o puedes representar un colapso real de una parte o de la totalidad de la estructura, tal como la fractura o la inestabilidad de un miembro. Los criterios de diseño garantizan que un estado límite se viola solamente con una probabilidad muy pequeña aceptable, seleccionando los factores de carga y de resistencia y las cargas nominales, así como las resistencias nominales que se supone no serán excedidas. También se desarrollarán ejercicios del tema en una plantilla de Excel para dar a comprenderlo.

Diseño Limite

El diseño límite es un enfoque de seguridad en el cálculo estructural preconizado por diversas normativas técnicas, instrucciones y reglas de cálculo, el cual consistente en enumerar una serie de situaciones arriesgadas cuantificables mediante una magnitud, y asegurar con un margen de seguridad razonable que la respuesta máxima favorable de la estructura en cada una de esas situaciones.

El diseño limite puede ser:

1. Diseño Límite Último

Un Diseño Límite Último es un diseño límite, tal que de ser rebasado la estructura completa o una parte de la misma puede colapsar al superar su capacidad resistente.

Cuando los coeficientes representan factores de mayo ración de acciones, o de minoración de resistencia de magnitudes que tienen un efecto desfavorable sobre la estructura.

Algunos ejemplos de diseño límite último son:

 Agotamiento por solicitación normal (flexión, tracción, compresión)

 Agotamiento por solicitación tangente (cortadura, torsión).

 Inestabilidad elástica (Pandeo, etc.)

2. Diseño Límite de Servicio

Un Diseño Límite de Servicio es un tipo de diseño límite que, de ser rebasado, produce una pérdida de funcionalidad o deterioro de la estructura, pero no un riesgo inminente a corto plazo. En general, los DLS se refieren a situaciones solventables, reparables o que admiten medidas paliativas o molestias no-graves a los usuarios.

Algunos ejemplos de diseño límite último son:

 Deformación excesiva. (deformación, desplazamiento)

 Vibración excesiva. (vibraciones)

 Durabilidad (oxidación, etc.)

 Fisuración excesiva. (fisuración)

3. Métodos de Análisis

a. Elástico

b. Elastoplástico

c. Inelástico

d. Elástico Corregido

4. Métodos de Diseño:

a. Elástico

b. Rotura

c. Inelástico

d. Plástico

5. Ductilidad

Capacidad de soportar grandes deformaciones sin pérdida significativa de su resistencia.

6. Resistencia y Ductilidad de Pórticos

Las consideraciones del comportamiento de sistemas a porticados de concreto armado para cargas últimas o cercanas es necesario para determinar la distribución posible de momentos flectores, fuerza cortante y fuerza axiales que podrían ser usadas en el diseño estructural.

Es posible usar una distribución de momentos y fuerzas diferentes que las obtenidas por un análisis estructural elástico lineal si las secciones críticas tienen suficiente ductilidad para permitir la redistribución de acciones a ocurrir cuando la carga última es alcanzada.

En países ubicados dentro de zonas sísmicas, un aspecto importante del diseño estructural es la ductilidad de la estructura cuando está sometida a movimientos sísmicos. Actualmente la filosofía del diseño sísmico para sismos severos, se basa en la disipación de energía por deformación inelástica.

7. Redistribución de Momentos-Formación de Rótulas Plásticas

La redistribución de momentos puede tener una influencia acentuada sobre la carga última en una estructura estáticamente indeterminada.

Consideremos como ejemplo, una viga continua de 2 tramos de sección constante.

Asumimos que la viga ha sido diseñada adecuadamente para fuerzas cortantes las mismas que permite que alcancen los momentos últimos sin que ocurra falla por corte.

8. Redistribución De Momentos

El requerimiento de ductibilidad en la rotulas plásticas puede ser excesivo, especialmente en las primeras en formarse, para permitir el desarrollo de todas las rotulas hasta alcanzar la carga ultima de colapso plástico, sin que ninguna de las anteriores haya empezado a perder resistencia.

Por otro lado, es obvio que ciertas combinaciones de momento de diseño pueden producir diseños con esfuerzos de servicio en el acero muy elevados (incluso en algunos casos se llega a la fluencia), lo que puede dar origen a un agrietamiento de elemento fuera de limite tolerable.

Para fines de diseño puede tomarse como base la distribución elástica de los momentos flectores. Cualquier variación respecto de esta distribución es una redistribución de momentos y requiere ductibilidad en las secciones de rotulas plásticas que se forman primero.

El grado de ductilidad requerido es función directa de la magnitud de la redistribución efectuada.

8.1. Redistribución de momentos negativos en elementos continuos en flexión no preesforzados

Excepto en los casos en los cuales se usan valores aproximados para los momentos flectores, los momentos negativos calculados con la teoría elástica, para cualquier configuración de carga asumida, en los apoyos de elementos continuos en flexión, pueden ser cada uno aumentados a disminuidos en no más de:

Estos momentos negativos modificados se usarán para el cálculo de los momentos de sección de los tramos. Tal variación solo se hará en secciones dúctiles, con

Donde:

Los elementos así diseñados deberán ser verificados por agrietamiento.

V. EJERCICIOS

1. La figura que se muestra en la figura adjunta es de sección constante de 𝑏 ∗ ℎ = 30 ∗ 55𝑐𝑚2, 𝑓´𝑐 = 280 𝐾𝑔 /𝑐𝑚2, 𝑓𝑦 =4200 𝐾𝑔 /𝑐𝑚2; el refuerzo negativo en A es de 3 ∅ 1", refuerzo negativo en B es de 2 ∅ 1" y el refuerzo positivo en C es de 4 ∅ 3/4". Considerando que la viga falla de manera dúctil, por flexión, determine la carga máxima (𝑃 limite) que puede soportar.