Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI

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1 SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015 Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI Clase: Diseño de Diafragmas y Losas Relator: Matías Hube G. Diseño de Diafragmas y Losas Losas en una dirección (Cáp. 7) Losas en dos direcciones (Cáp. 8) Diafragmas y reticulados (Cáp. 12) 1

2 7. Losas en Una Dirección 7. Losas en una dirección Secciones Comunes 7.1 Alcance 7.2 Generalidades 7.3 Límites de diseño 7.4 Resistencia requerida 7.5 Resistencia de diseño 7.6 Límites del refuerzo 7.7 Detalles del refuerzo 2

3 7.1 Alcance Losas macizas Losas construidas en tableros permanentes de acero (steel-deck) no compuestas Losas compuestas de elementos que no se construyen monolíticamente Prefabricadas, preesforzadas alveolares 7.2 Generalidades Se deben considerar las cargas concentradas y abertura Materiales Concreto f' c mínimo Módulo de elasticidad E c Modulo de ruptura f r 19.3 Durabilidad del concreto (clases de exposición) 3

4 7.2 Generalidades Acero de refuerzo Capítulo Resistencia a la fluencia del refuerzo, f y Resistencia a la tracción del acero de preesforzado, f pu 20.6 Durabilidad del refuerzo (recubrimiento de concreto) 20.7 Embebidos en el concreto Conexiones Nudos losa-columna construidos en sitio Capítulo 15 Conexiones prefabricadas Sección Límites de Diseño Espesor mínimo de la losa Límites de los esfuerzos en losas preesforzadas (nuevo) Límites para las deflexiones calculadas Límites a la deformación unitaria del refuerzo en losas no preesforzadas 4

5 7.3 Límites de Diseño Espesor Mínimo de la Losa Tabla aparte (se quitaron las vigas) 7.3 Límites de Diseño Límites para las deflexiones calculadas - Deflexiones inmediatas y de largo plazo cáp 24.2 Deflexión inmediata se obtiene con I e Deflexión inmediata se obtiene λ Δ 5

6 7.3 Límites de Diseño Límites para la deformación unitaria del refuerzo en losas no preesforzadas - ε t ε c = d a eje neutro C = 0.85f c ba eje neutro c d T=A s f y ε t a = A s f y / (0.85 f c b) c = a / β 1 ε t = (d - c) ε c / c 7.4 Resistencia Requerida Generalidades - Cargas y combinaciones Capítulo 5 - Análisis estructural Capítulo 6 Requisitos simplificados de Momento mayorado - Se puede usar el momento en la cara del apoyo Cortante mayorado - Se puede usar el corte a distancia d de la cara del apoyo si: Reacción induce compresión Cargas colocadas cerca de la superficie superior de la losa No hay cargas concentradas entre el apoyo y la sección crítica 6

7 7.5 Resistencia de Diseño Generalidades - Para cada combinación de carga φm n M u φv n V u Factores de reducción de resistencia, φ 21.2 φ para flexión es función de ε t Momento M n 7.5 Resistencia de Diseño - Momento nominal, Mn 22.3 En base a requisitos de equilibrio y compatibilidad de deformaciones de 22.2 a = A s f y / (0.85 f c b), M n = A s f y (d-a/2) Se permiten otras distribuciones de esfuerzos d a eje neutro C = 0.85f c ba T=A s f y 7

8 7.5 Resistencia de Diseño Cuando el refuerzo de la losa es paralelo a una viga, el refuerzo transversal de la losa se diseño como para un voladizo ω u Ancho efectivo de ala para diseño en voladizo Cortante Vn - Cortante nominal, Vn 22.5 V n =V c +V s V u φ(v c f c b w d) 7.5 Resistencia de Diseño V c = 0.17λ f c b w d (hay opcional un método detallado y otro cuando hay carga axial) V s (no es común en losas en una dirección) 8

9 7.6 Límites del Refuerzo Refuerzo mínimo a flexión en losas no preesforzadas f y > 525 MPa Nota: Igual al área de temperatura y retracción pero todo el A s,min cerca a la cara en tracción 7.6 Límites del Refuerzo Refuerzo de retracción y temperatura Perpendicular al refuerzo de flexión - No aplica donde esté restringida la losa - La misma área que el mínimo para flexión, pero se puede distribuir entre las caras 9

10 7.7 Detallado del Refuerzo Generalidades - Recubrimiento de concreto Longitudes de desarrollo Empalmes por traslapo Barras en paquete Detallado del Refuerzo Espaciamiento del refuerzo - Espaciamiento mínimo Espaciamiento máximo 24.3 ó 3h<450 mm c c f s = (2/3) f y - Distribución en alas de vigas T

11 7.7 Detallado del Refuerzo Refuerzo a flexión en losas no preesforzadas - Requisitos de desarrollo, punto de terminación del refuerzo, colocación de refuerzo de alambre electrosoldado Refuerzo a flexión en losas preesforzadas Refuerzo a cortante Refuerzo de retracción y temperatura - Espaciamiento del refuerzo no preesforzado 5h ó 450 mm 8. Losas en Dos Direcciones 11

12 8. Losas en Dos Direcciones Secciones comunes 8.1 Alcance 8.2 Generalidades 8.3 Límites de diseño 8.4 Resistencia requerida 8.5 Resistencia de diseño 8.6 Límites del refuerzo 8.7 Detallado del refuerzo Secciones únicas 8.8 Sistemas de losas en dos direcciones no preesforzadas 8.9 Construcción de losas izadas 8.10 Método de diseño directo 8.11 Método del pórtico equivalente 8.1 Alcance Como en losas en una dirección Combina concreto preesforzado y no preesforzado Losas macizas Losas construidas sobre tableros de acero (steel-deck) permanentes no compuestos Construcción compuesta Únicos para estos miembros Flexión en dos direcciones Sistemas de viguetas en dos direcciones 12

13 8.1 Alcance Placa plana Placa plana con diferentes conexiones de columna Losa reticular 8.3 Límites de Diseño Espesor Mínimo de losa - Sin vigas interiores Tabla Con vigas interiores Tabla Límite de deflexiones - Deformaciones inmediatas y de largo plazo 24.2 Losa con vigas interiores 13

14 8.4 Resistencia Requerida Generalidades - Franja de columna Menor de 0.25l 1 y 0.25l 2 a cada lado de la columna - Franja central Limitada por dos franjas de columna Cortante en una dirección Cortante en dos direcciones Métodos de Análisis 8.10 Método de diseño directo 8.11 Método del pórtico equivalente 14

15 12. Diafragmas 12. Diafragmas Nuevo Porqué? Anteriormente no había requisitos para CDS A, B, y C Esencial para el sistema de resistencia ante cargas laterales Estabilidad de los elementos verticales Guía para los ingenieros 15

16 Componentes de un diafragma Losa Cordones (traccionados o comprimidos) Colectores (Moehle 2015) Secciones Comunes 12. Diafragmas 12.1 Alcance 12.2 Generalidades 12.3 Límites de diseño 12.4 Resistencia requerida 12.5 Resistencia de diseño 12.6 Límites del refuerzo 12.7 Detalles del refuerzo 16

17 12.1 Alcance Losas construidas en sitio Afinado construido en sitio sobre prefabricados Elementos prefabricados con franjas finales Prefabricados interconectados sin afinado Diafragmas en zona sísmica D, E o F Generalidades Diseño debe considerar - Fuerzas en el plano debido a solicitaciones laterales - Fuerzas fuera del plano - Fuerzas de traspaso de elementos verticales - Fuerzas de conexiones de elementos de fachada - Fuerzas de arriostramiento (ACI318-14) 17

18 12.3 Límites de Diseño Espesor mínimo del diafragma - Espesor debe garantizar resistencia, estabilidad y rigidez - Deben cumplirse los requisitos de espesor de losas 12.4 Resistencia Requerida Generalidades - Cargas y combinaciones Capítulo 5 - Incluir los efectos de las fuerzas fuera del plano Modelamiento y análisis del diafragma - Análisis estructural Capítulo 6 Comentarios - Requisitos requerimientos del ASCE7 donde sean aplicables (ASCE 7, secciones y ) - Suponer una rigidez razonable 18

19 12.4 Resistencia Requerida ωl=1 ωl= V Rígid o V Flexible M M Generalidades 12.5 Resistencia de Diseño - φs n U - φ Los requisitos de resistencia de diseño dependen del modelo utilizado Modelo de viga a Puntal-tensor 23.3 Elementos finitos Cáp. 22 Método alternativo que cumpla equilibrio 19

20 12.5 Resistencia de Diseño Modelo de Viga Momento y Esfuerzo Axial Resistencia a momento 22.3 Resistencia axial 22.4 Refuerzo a tracción debe ubicarse dentro de h/4 del borde en tracción. Modelo de Viga Cortante 12.5 Resistencia de Diseño φ = 0.75 ó como se requiera en (pórticos especiales a momento y muros especiales) Construido en sitio V n = A cv (0.17λ f c + ρ t f y ) Construido en sitio V u φ0.67a cv f c Cortante no debe sobrepasar cortante por fricción Corte transmitido a colector o elemento vertical, aplica fricción-cortante

21 Modelo de Viga Colectores Continuo en la profundidad del diafragma Miembros a tracción o compresión 22.4 Refuerzo del colector se debe extender 12.5 Resistencia de Diseño - l d en tracción - Longitud necesaria para transferir la fuerza del colector de friccióncortante Refuerzo mínimo 12.6 Límites del Refuerzo - Losas en una dirección Losas en dos direcciones Retracción y temperatura Refuerzo diseñado para resistir fuerzas en el plano del diafragma debe ser adicional al refuerzo para resistir otras cargas. El refuerzo de retracción y temperatura puede usarse para resistir fuerzas en el plano. 21

22 12.7 Detalles del Refuerzo Como otros miembros - Recubrimiento de concreto Longitudes de desarrollo Longitudes de empalme Barras en paquete Espaciamiento mínimo de las barras Espaciamiento máximo 5h, 450 mm - Detallado debe satisfacer requisitos de losas en una o dos direcciones - Desarrollo de las fuerzas a tracción o compresión a cada lado de la sección - Extender el refuerzo a tracción l d más allá del punto en ya no se requiere (excepto en bordes o juntas de expansión) 18 Estructuras Sismo Resistentes Sistemas ordinarios (Mínimo CDS B) Vigas Columnas Sistemas intermedios (Mínimo CDS C) Vigas Columnas Nudos viga-columna Losas en dos direcciones Muros estructurales prefabricados Sistemas especiales (CDS D, E, F) Vigas Columnas Nudos viga-columna Pórticos a momentos con concreto prefabricado Diafragmas Miembros que no son parte del sistema resistente ante fuerzas sísmicas Muros estructurales 22

23 18.12 Diafragmas y reticulados Fuerzas de diseño - Las fuerzas sísmicas en diafragmas se obtienen considerando el reglamento general - Para el diseño de los colectores el reglamento en EEUU (IBC o ASCE-7) utiliza un factor de sobreresistencia Ω o - Es deseable que el diafragma se comporte elásticamente Cada diafragma se debiese diseñar para resistir las fuerzas inerciales correspondientes a la aceración máxima de piso El ASCE -7 considera fuerzas inerciales F x para diseñar los elementos verticales y F px para diseñar los diafragmas Diseñar el sistema resistente vertical considerando todas la aceleración máxima de piso es muy conservador Diafragmas y reticulados Trayectoria de cargas - Transferir las fuerzas a los colectores y elementos verticales - Elementos del diafragma que transmiten principalmente carga axial deben cumplir con los requisitos de colectores de y

24 18.12 Diafragmas y reticulados Espesor mínimo - 50 mm (vigas y losas reticulares) - 65 mm para losas con afinado no compuesto Refuerzo - Refuerzo mínimo 24.4 (retracción y temperatura) - Espaciamiento 450 mm - El refuerzo de elementos colectores debe desarrollarse y empalmarse para f y - Deben usarse empalmes mecánicos Tipo 2 donde se transfieran fuerzas de los diafragmas a los elementos verticales Diafragmas y reticulados Refuerzo (continuación) - Elementos colectores con compresión > 0.2f c Refuerzo transversal debe cumplir los requisitos para columnas de pórticos a momento especiales La cantidad de refuerzo transversal según Tabla El refuerzo transversal se debe continuar hasta que la compresión sea < 0.15f c Si se usan factores de sobre resistencia en los elementos verticales: 0.2f c 0.5f c y 0.15f c 0.4f c 24

25 18.12 Diafragmas y reticulados Refuerzo (continuación) - En empalmes de colectores y zonas de anclaje Espaciamiento barras mayor de 3 db de barra longitudinal y 40 mm Recubrimiento mayor de 2.5 db de barra longitudinal y 50 mm Av mayor de f c(bws/fyt) y 0.35bws/fyt Juntas de construcción - Rugosidad con amplitud de 6 mm 25

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