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    3.-PRINCIPIO DE DISEO DE MIEMBRO

    3.1 Introduccin:

    En este captu!o nosotros resu"ire"os # o$ser%are"os principios deesta$i!idad usados en e! dise&o de concreto re'or(ado con "ie"$ros de

    a!$a&i!era. )su"ire"os *ue e! !ector est+ 'a"i!iari(ado con conceptose!e"enta!es de !a teora re!e%ante # *ue tiene a!,unas eperiencias con e!dise&o a! "enos re!acionada con car,a-,ra%itaciona! creada en situacioneseistentes. /etos est+ndar usados en !a !icenciatura cursos en in,enieraestructura! se podra necesitan en caso de consu!tas.

    Presenta"os procesos por an+!isis de seccin para pro%eer adecuadaresistencia de %arias acciones estructura!es ine%ita$!e"ente se necesitaa!,una re'erencia para 0acer dise&o de cdi,os. a direccin pre%ista encdi,os de %arios pases son ,enera!"ente $asados en !os pri"erosprincipios aceptados !os 0a!!a(,os de una etensa in%esti,acin. En

    e%a!uaciones t2cnicas # en consideracin de pr+cticas de construccintradiciona!es co"o se indica en e! es'uer(o por en'ati(ar principiosi"portantes # e! pro"o%er !a co"prensin de! co"porta"iento estructura!este !i$ro no si,ue nin,n cdi,o especi4co de dise&o de 0or"i,n.

    Sin e"$ar,o en'ati(a ,enera!"ente en ,uas de dise&o # para per"itire5e"p!os nu"2ricos para ser presentados "ostrando !a ap!icacin deprocesos de dise&o # deta!!es a!,unos re'erentes a !"ites cuanti4cados setu%ieron *ue 0acer. Para este 4n particu!ar"ente por "oti%o de e5e"p!oreco"endaciones de! cdi,o usados en Nue%a 6e!anda !a redaccin de !ascua!es era 'uerte in7uencia por conceptos presentados en este !i$ro son

    'recuente"ente se,uido. Estas reco"endaciones son si"i!ar a a*ue!!os dee! a"erican concrete institute 8)CI9. Di4cu!tades no de$eran sur,ir enase,urar *ue !os principios # t2cnicas presentadas en captu!os restantesparticu!ar"ente en !os etensos e5e"p!os de dise&o estar+n 0ec0os desecciones # ecuaciones de este captu!o.

    3. Materia!es:

    3..1 Concreto no con4nado:

    8a9 tensin-de'or"acin de cur%as por concreto no con4nado:

    a tensin-de'or"acin se re!aciona por un concreto no con4nado $a5o una

    tensin un aia! es tratado con nu"erosos tetos # este asu"e *ue e! !ectorse 'a"i!iari(a con 'or"u!aciones est+ndar. Consecuente"ente so!o una "u#$re%e descripcin de! co"porta"iento de! concreto no con4nado $a5o

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    co"presin es "ostrado en !a 4, 31 "ostrando cur%as tpicas por 'uer(asdi'erentes de concreto donde !a 'uer(a de pro$etas ci!ndricas a co"presinad*uirida desde !a prue$a de !as pro$etas ci!ndricas a un tie"po de ;das es de4nido co"o ?? # @??A,"38;; [email protected]?!$'t39. Por peso nor"a! de! concreto.

    Es a "enudo usada.De$era o$ser%arse *ue Ecs8319#839 tiene 'or"u!ado principa!"ente cone! intento de proporcionar esti"aciones conser%adoras de de7eiones!atera!es particu!ar"ente de %i,as # !osas # por !o tanto tienden asu$esti"ar %a!ores pro"edio de Ec o$tenidas por ensa#o de pro$eta. So$re!a $ase a esca!a rea! de estructuras de concreto 0a sido o$ser%ado *ue darci!indros a $a5a esti"acin de "du!os de e!asticidad in situ.

    )de"+s !a 'uer(a rea! de! concreto en estructuras a eceder !a

    especi4cacin o no"ina! ; das de es'uer(o.

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    Co"o una consecuencia de estos puntos %a!ores de "du!os de e!asticidad$a5adas en Ec8319a839 # usando !a especi4cacin de dise&o de resistenciaa !a co"presin puede ser tanto co"o 3? a >? $a5o %a!ores actua!es.Mientras esto es conser%ati%o # *ui(+s desea$!e por c+!cu!os de de7einest+tica esto si,ni4ca di'erente dise&o ss"ico. Periodos de construccin

    ca!cu!ados $asados en $a5os %a!ores Ec eceder+ %a!ores %erdaderos.enera!"ente esto si,ni4cara coe4ciente cortante de $ase si,ni4cain'eriores a !as correspondientes a !os %a!ores %erdaderos Ec. Si un dise&oss"ico conser%ando su 4!oso'a se arc0i%a. )0 est+ un caso pora"p!i4cacin Ec da por Ec8319#839 por es decir 3? cuando e! c+!cu!o de!a ri,ide( de !os e!e"entos de resistir a 'uer(as !atera!es.

    8$9 Par+"etros de Dise&o de B!o*ues de es'uer(o de co"presin porconcreto no con4nado: en este !i$ro !a 'uer(a de 7ein de e!e"entos deconcreto re'or(ado su5etos a 7ein con una car,ar aia! son $asados en e!)CI conceptos de un e*ui%a!ente $!o*ue de es'uer(o rectan,u!ar por

    concreto en co"presin.Se "uestra en !a 4, 3 por con%eniente se ca!cu!a *ue !a actua! $!o*ue dees'uer(o de co"presin es ree"p!a(o por un $!o*ue rectan,u!ar e*ui%a!entede tensin "edia # etendido Bc desde !a 4$ra "+s co"pri"ida donde c es!a distancia desde e! etre"o de !a 4$ra de co"presin a e5e neutra! de$eratener a!,n +rea # a!tura centroida! co"o !os de! actua! $!o*ue de es'uer(o.)s nos re'eri"os a !a seccin rectan,u!ar en 4, 3 nosotros tene"os

    Donde C es !a 'uer(a resu!tante de! $!o*ue de es'uer(o de !a co"presin #es situado a una distancia # desde e! e5e neutra!. Por concreto no con4nado!os %a!ores por # F co"n"ente adoptados son:

    os otros par+"etros de dise&o re*ueridos por c+!cu!os de es'uer(o #ducti!idad es !a 'uer(a de co"presin !ti"a Ecu.

    Nor"a!"ente se aceptan %a!ores de concreto no con4nado es ???3. Sine"$ar,o estos %a!ores son $asados en eperi"entos con e!e"entos deconcreto su5etos a co"presin uni'or"e o a "o"ento constante. asre,iones crticas de "ie"$ros de concreto $a5o car,a ss"ica son,enera!"ente su5etos a i"portantes ,radientes de "o"ento. Esto esparticu!ar"ente e! caso para "ie"$ros sis"o resistentes ta!es e!e"entosin%aria$!e"ente indican *ue e! co"ien(o de ap!asta"iento %isi$!es seretrasa esta *ue !as de'or"aciones en eceso de ???3 # a %eces cuando esa!ta es ???G a ???; para ta!es "ie"$ros se reco"ienda *ue un es'uer(o a

    !a co"presin u!ti"a de ???> puede ser considera$!e"ente aceptada.

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    8c9 Resistencia a !a traccin de concreto: !a contri$ucin de !a resistencia a!a traccin de concreto a !a 'uer(a con4a$!e de "ie"$ros $a5o accinss"ica de$er ser i,norada por*ue es de natura!e(a %aria$!e # !a posi$!ein7uencia de contraccin a "o"ento de a,rieta"iento . Sin e"$ar,o esto*ui(+ puede ser necesario para esti"ar !a tensin de! "ie"$ro.

    3. concreto Con4nado

    8a9 e'ectos de! con4na"iento de re'uer(o trans%ersa! en "uc0os casos e!es'uer(o de co"presin u!ti"o de un concreto con4nado es inadecuado

    para dise&os estructua!es

    para lograr el nivel de diseo de la ductilidad sin extensa exfoliacin de larecubrimiento de hormign. A menos que el refuerzo transversal adecuado a lasautoridades

    con fi ne el hormign comprimido dentro de la regin central, y para evitarpandeo de la armadura de compresin longitudinal, se puede producir el fracaso.Especialmente susceptibles son las regiones potenciales de articulaciones plsticas en

    que los miembrossoportar la carga axial significativa, tales como columnas en la base de estructuras de

    edificios,

    donde las deformaciones elsticas deben ocurrir para desarrollar una articulacincompleta nismonismo, incluso cuando el diseo se basa en el haz dbil ! fuerte columna

    filosof"a #$eccin %.&.'(.

    )uando el concreto *ed incons fi se somete a compresin niveles de estrs A+proaching la resistencia a la compresin, las cepas de alta resistencia laterales se

    desarrollan como unaresultado de la formacin y propagacin de microfisuras longitudinales. Esta

    resultados en la inestabilidad de la zona de compresin, y el fracaso. +rimerespaciados

    armadura transversal en relacin con los actos de refuerzo longitudinalespara limitar la expansin lateral del hormign, lo que permite una mayor compresin

    estrs y las ms importantes, las cepas de compresin mucho ms altas que sean

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    suscontenida por la zona de compresin antes de que se produzca el fallo.

    Espirales o aros circulares, debido a su forma, se colocan en aro-

    la tensin por el hormign en expansin, y por lo tanto proporcionar un continuo con ficacin

    carga de l"nea alrededor de la circunferencia, como se ilustra en la ig. '.' #a(. elmaxi

    mam eficaz f de presin lateral, que puede ser inducido en el hormign se producecuando las espirales o los aros estn estresados a su fyh l"mite de elasticidad.

    /eferentepara el cuerpo libre de la figura. '.' donde d es el dimetro del aro o en espiral, que

    tiene un rea de la barra de

    y 0 es la separacin longitudinal de la espiral.$in embargo, slo se pueden aplicar completos reacciones confinadas cerca de laesquinas de los aros porque la presin del hormign contra los lados de

    los aros tienden a doblar los lados hacia el exterior 1como se ilustra por las l"neas detrazos en la fig#','(. El confinamiento proporcionado por aros cuadrada o rectangular

    puede ser significativamente me2orado por el uso de aros o aros con traviesassuperpuestas, lo que resulta en varios tramos que cruzan la seccin. El me2or

    confinamiento

    que resulta de la presencia de un n3mero de piernas de barras transversales y seilustra en ',& fig #b( y #c(. El arco es ms eficiente ya que los arcos son menos

    profundas, y por lo tanto ms de la zona concreta se limita de manera efectiva. +oresta razn, las recomendaciones para la separacin minio de barras vertical encolumnas estn hechas en la seccin ',4,%

    5a presencia de varias barras longitudinales as" $e distribuye en todo el per"metro dela seccin, atada a travs de la seccin. 6ambin ayudar al confinamiento del

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    hormign. 5os osos concretos contra las barras longitudinales y el refuerzo transversalproporciona la reaccin de confinamiento a las barras longitudinales.

    claramente, el confinamiento del hormign se imporved si capas de refuerzo

    transversales se colocan relativamente cerca a lo largo del e2e longitudinal. habralg3n separacin cr"tica de con2untos transversales se limitar de forma ineficaz, y el

    promediado impl"cito en ec #',7( ser inapropiada

    $in embargo, en general se encontr que una limitacin ms significativa en elespaciamiento longitudinal de sh refuerzo transversal se impone por la necesidad de

    evitar el pandeo de longitudinal .$in embargo, en general se encontr que unalimitacin ms significativa en el espaciamiento longitudinal de sh refuerzo transversalse impone por la necesidad de evitar el pandeo de separacin longitudinal de sh

    refuerzo transversal est impuesto por la necesidad de evitar el pandeo del refuerzolongitudinal ba2o carga de compresin. 5os experimentos han indicado que dentro de

    las regiones potenciales de articulacin esta separacin no debe ser superior a seisveces el dimetro de la barra longitudinal que ser contenido.

    #b( las relaciones de compresin de esfuerzodeformacin para hormign confinado elefecto de confinamiento es aumentar la resistencia a la compresin y deformacin

    3ltima del hormign como se ha indicado anteriormente y ilustrada en ',0 fig. muchasrelaciones de tensindeformacin diferentes se han desarrollado para hormign

    confinado. +ara el diseador, los parmetros importantes son la resistencia a la

    compresin, la tensin de compresin mxima #necesario para los clculos deductilidad(, y los parmetros del bloque de estrs equivalente

    fuerza de compresin de hormign confinado8 la resistencia a la compresin del

    hormign confinado est directamente relacionada con la tensin de confinamientoeficaz que puede ser desarrollada en el l"mite elstico de la armadura transversal, que

    para secciones circulares est dada por

    y para las secciones rectangulares est dada por

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    en las direcciones x e y, respectivamente, en las secciones circulares de 5 se da por

    E) #',7(, px y py son la relacin de de refuerzo transversal al hormign n3cleo cortadopor planos perpendiculares a la direcciones 9 e :, como se muestra en fig ',& #b( and

    #c(, and ;o es un coeficiente efectivo de confinamiento, relacionando la minima readel n3cleo con eficacia confinado #ver fig ',&( a la zona de n3cleo nominal delimitada

    por la l"nea central

    ig ',4

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    el l"mite 3til se produce cuando transversal confinar fracturas de acero, que pueden serestimados igualando la capacidad de deformacin energ"a del acero transversal a la

    rotura para el aumento de la energ"a absorbida por el hormign, que se muestrasombreada en ',0 fig. una estimacin conservadora para el 3ltimo esfuerzo de

    compresin est dada por

    dnde est la deformacin del acero en tensin de traccin mxima y +s es la relacin

    volumtrica de confinamiento de acero. +ara secciones rectangulares de D +x +y.5os valores t"picos de gama Ecu de =,=%F a =,=0 a %4 veces por encima del valorasumido tradicionalmente para el hormign sin confinar.

    #c( influencia de la carga c"clica en relacin tensindeformacin concreta8experimentos sobre el hormign sin confinar y confinado ba2o cargas c"clicas han

    demostrado la respuesta de tensindeformacin de carga monofnica como

    consecuencia, no se requiere ninguna modificacin en l curva tensindeformacin enel clculo de la resistencia a la flexin de los elementos de hormign sometidas alestrs retrocesos en cuanto t"pico de carga s"smica

    #

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    se

    disipa, y la tarifa de tensin eficaz del principio de pruebas al tiempo corriente es

    apropiada.

    #e( +armetros de es limitada por los 2uegos transversales de /%4

    hopos sobre sh>=mm #=.4' en. dimetro en '.0 en.( centros, con fyO'== G+a #&'.0

    ;si(. 5a fuerza de compresin del hormign ilimitado es f?c'= G+a #&'0= psi(. )omomostrado en el Kigo '.>, las dimensiones de corte transversal son 0==9&== #%>.7 en.

    9%0.7 en.(, y las dimensiones limitadas principales son &&= 9 '&= #%7.' en. 9 %'.&en.(. 5a tensin

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    $olucin8 En la direccin :, hay cuatro mm (

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    evaluar la tensin de los bloque de parmetros incluso si esta tensin no es alcanzadadurante el terremoto de nivel de diseo. $in embargo, para tensiones menores E)P

    Ecc, los valores de a y J encima ser no conservador.

    En este e2emplo fue asumido que la zona de compresin ampli prcticamente el

    corazn completo rea. +ara un caso ms realista donde el e2e neutro 9 la direccinproporcionada por el aro central no deber"a ser hecho caso.

    3.".3 !a #asoner$a

    $orprendentemente, hasta hace poco, +oca informacin era concernir disponible elcomportamiento de tensin de tensin de compresin completo de albailer"a. en gran

    parte esto es porque la mayor parte de cdigos de diseo de albailer"a han insistidoen el diseo elstico a niveles de tensin especificados, a3n para fuerzas s"smicascomo fue establecido en la seccin %.%.%, este acercamiento es poco econmico de

    estrictamente ser aplicado, y potencialmente inseguro de ser aplicado a fuerzass"smicas reducidas de la respuesta llena elstica nivelan suponiendo de

    comportamiento d3ctil.El diseo elstico requiere el conocimiento del mdulo inicial de elasticidad Em y la

    fuerza aplastante f?m. Rtros parmetros de tensin de tensin de compresin, como latensin de compresin 3ltima y la forma de la curva de tensin de tensin, son

    superfluos a las necesidades de diseo elstico. )omo una consecuencia, la granmayor"a de pruebas de compresin de albailer"a ha sido diseada para medir slo a

    Emy f?m.

    Gs recientemente, el esfuerzo de investigacin considerable ha sido dirigido hacia el

    establecimiento de la informacin necesaria para el diseo de fuerza d3ctil8 a saber, lafuerza de compresin, la tensin 3ltima, y la compresin acent3an parmetros de

    bloque para el diseo de fuerza flexural. Estos son hablados en las seccionessiguientes. )omo con el hormign armado, la fuerza tensin de albailer"a no es

    hecha caso en clculos de fuerza.

    5as dos formas principales de construccin de albailer"a son ilustradas en la ig.'.%=. Pnidades de albailer"a de ladrillo hueco, el ms com3nmente con dos flu2os

    verticales o clulas para permitir a refuerzo vertical y lechada para ser colocada.

    En la ig. '.%= #a( la construccin

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    proporcionar un enre2ado de interconectar lleno de lechada que me2orar la integridadde la albailer"a. +ara la misma razn, las unidades de albailer"a con un final abierto

    deber"an ser usadas, evitar la unin de 2efe dbil entre las cscaras de final de bloqueadyacente. El ob2etivo de construccin de albailer"a deber"a ser hacerlo

    estructuralmente como cerca como posible a la construccin monol"tica concreta.

    Pnidades de albailer"a huecos t"picamente son construidas a un nominal F== 9 &==#H en. 9 %4 en.( el mdulo pone la talla en la elevacin, con las anchuras nominales de%==, %0=, F==, F0=, o '== mm #&, 4, H, %= o %F en.(.

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    el resultado es a menudo una lechada que sufre el encogimiento excesivo en laalbailer"a, causando la formacin de vac"os ya que la ca"da de mortero ba2o el

    encogimiento es refrenada por los lados del hueco de lechada o el conducto. +araevitar esto es deseable aadir a un agente expansivo al mortero para compensar el

    alto encogimiento esperado. 5a fuerza de compresin de lechada otra vez depender

    del mtodo adoptado para el muestreo. Nalores ms realistas son obtenidos decilindros moldeados directamente desde el bastidor contra moldes formados deunidades de albailer"a rayadas con el papel absorbente. 6"picamente requieren una

    fuerza de compresin m"nimum de %7,0 Gpa #F0==psi( para la lechada, pero lasfuerzas hasta '= G+A #&'0= psi( pueden ser obtenidas sin la dificultad.

    esto est fuera del alcance de este libro para hablar de propiedades de albailer"adetalladamente. +ara la informacin adicional, el lector se remite a textos de

    especialista.

    sin !ec0ada de "a"postera !a resistencia a !a co"presin de un pris"a pi!aunido de unidades de "a"postera de 'Hc$ resistencia a !a co"presin en

    condiciones de ser%idu"$re con !as $ases de "ortero de resistencia a !aco"presin ar 'Hc$ es sie"pre "+s a!ta $roncear !a resistencia de!"ortero "+s d2$i! como se muestra en la figura ',%%. Adems, el fracaso pareceser precipitada por la divisin vertical de la unidad de mamposter"a en lugar de portrituracin del comportamiento mortar.this puede explicarse como consecuencia de lafalta de adecuacin de las propiedades del material de la unidad de mamposter"a y

    mortero. debido a la falta de coincidencia de las propiedades del material de la unidadde mamposter"a y mortero.

    debido a la menor resistencia y por lo tanto generalmente ms ba2o mdulo deelasticidad del mortero en comparacin con la de las unidades de mamposter"a, tanto

    transversal #coeficiente de +oisson( axial y las cepas en el mortero son mayores queen las unidades de mamposter"a.

    como la tensin axial se aproxima a la resistencia a la compresin del mortero" no confinado, expansiones de mortero laterales aumenta notablemente, amenos restringido, como se muestra en la figura ',%F #a(.los efectos combinados de menor mdulo de elasticidad y mayor coeficiente de+oisson resultado en una tendencia a que las cepas de mortero de traccin lateral agran sobrepasen los esfuerzos de la unidad de mamposter"a laterales. ya que lafriccin y la adhesin en la interfase de mortero de albailer"a constrie las fuerzas decompresin laterales en el mortero un fuerzas de tensin lateral en la P*6mamposter"a se configuran figura ',%F #b( y #c(. el estado de tensin de compresin

    triaxial resultante en el mortero me2ora su fuerza de trituracin, mientras que lacombinacin de la compresin longitudinal y la tensin biaxial lateral en la unidad demamposter"a reduce su resistencia a la compresin e induce una propensin para ladivisin vertical.

    la fuerza del mortero limitado puede ser acercado por

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    esfuerzo de compresin lateral desarrollado en el mortero. Kilsdorf propuso un criterio

    de fallo 5incar para la unidad de mamposter"a como se muestra por la envolvente derotura de la figura ',%'. este criterio de fallo se puede escribir como

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    ig.',%& equilibrio transversal de la unidad de mamposter"a y mortero en prisma

    )! tener en cuenta !os re*uisitos de e*ui!i$rio trans%ersa!es de una5unta de "ortero de t0icAness5 # una a!tura a7uente unidad de"a"postera i,ua! a !a "itad de una unidad de a!$a&i!era por enci"a# de$a5o de !a articu!acin co"o se "uestra en !a 4,ura 31> enre!acin con e! CE 83139 # 831>9 !a tensin !on,itudina!

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    ig.',%0. )omparacin de la fuerza de prisma medido con las predicciones para

    mamposter"a de hormign con lechada por la ecuacin #',%7(. #% G+a %&0 psi(

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    cuando se tiene en cuenta para una cepa algo reducido correspondiente al desarrollode la tensin de compresin mximo. Pn aumento de la tendencia a la insuficiencia de

    divisin se indica en la figura ',%F significa que el esfuerzo de compresin final de laalbailer"a, en =,==F0 a ===', es menor que la correspondiente al hormign.

    $e observ en la seccin ',F,F que las caracter"sticas de compresin de tensindeformacin de hormign se pueden me2orar en gran medida por el refuerzo

    transversal en espacio cerrado en forma de lazos, hopos, o espirales, que aumentan laresistencia y ductilidad del hormign. Pn grado de confinamiento a la albailer"a puede

    ser proporcionado por acero galvanizado delgado o placas de acero inoxidablecolocados dentro de las capas de mortero en las regiones cr"ticas de elementos de

    mamposter"a. 5as pruebas en prismas con placas gruesas de confinamiento 'GG,cortados en un patrn ligeramente ms pequeo moreno el rea de bloques neta, lo

    que permite que las placas se pueden colocar en los lechos de mortero sin impedir lacontinuidad de la lechada, muestran una mayor resistencia y ductilidad en

    comparacin con los resultados de prismas no confinado , como se muestra la figura,',%4. Esto a pesar de la amplia separacin vertical de F== mm #H pulgadas( dictadas

    por el tamao del mdulo de bloque.

    ig ',%4 curvas de tensindeformacin de compresin de mamposter"a de hormign#% G+a %&0 psi(

    #g( 5a tensin de compresin parmetros de diseo de bloques de mamposter"a El

    enfoque adoptado para definir los parmetros de bloque rectangular equivalente detensiones para el hormign en la seccin ',F,% tambin pueden extenderse a la

    albailer"a. Jase

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    ===Osi(, hasta el ao fiscal l"mite deelasticidad, seguido de una meseta rendimiento de longitud variable y una

    posterior /egin de endurecimiento por deformacin.

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    ig ',%H curvas tensindeformacin

    t"picas para el acero de

    refuerzo #% G+a %&0psi(El mantenimientode la ductilidad derefuerzo inferior fuerza,

    como se ha demostradorecientemente

    por los nuevosproductores de

    acero Xelanda.5as caracter"sticas deseables de acero de refuerzo son una meseta de

    rendimiento a largo seguido de endurecimiento por deformacin gradual y ba2avariabilidad de la resistencia a la deformacin real del valor nominalespecificado, el deseo de estos +/[email protected]

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