DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS (ACI318-19) - TIPO DE ARMADO

DISEÑO DE VIGAS DE CONCRETO REFORZADO

DISEÑO A FLEXIÓN

TIPO DE ARMADO

ACI 318-19

NB1225001

En ingeniería civil y arquitectura, como en otras ramas afines a la construcción, podemos decir que una viga es un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a "FLEXIÓN". En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser dispuesta por lo general de manera horizontal.

Como se indicó en el párrafo anterior, la viga trabaja principalmente a flexión, y con ello iniciamos el proceso para poder diseñarlas con respecto a su solicitación principal, como dato adicional en el diseño a flexión nos podemos encontrar con dos situaciones particulares, que están en función al tipo de armado:

1. Diseño de vigas simplemente reforzadas.

2. Diseño de vigas doblemente reforzadas.

Como indica su nombre las vigas simplemente reforzadas son vigas que sólo requieren refuerzo estructural en la zona de tensión de la viga (inferior), y mientras que las vigas doblemente reforzadas requieren el cálculo de refuerzo estructural tanto en la parte de tensión (inferior), como en la parte de compresión de la viga (superior). Con esta aclaración entonces podemos decir que el primer paso para diseñar una viga es determinar el "TIPO DE ARMADO", este proceso se muestra a continuación.

DETERMINACIÓN DEL TIPO DE ARMADO DE UNA VIGA DE CONCRETO REFORZADO

En primer lugar, identificamos todos nuestros datos iniciales como ser:

1. INFORMACIÓN INICIAL:

GEOMETRÍA DE LA VIGA:

Longitud de la viga: Es la distancia libre entre los apoyos de la viga (L).

Ancho de la sección: Esta referido a la base de la sección de la viga (b).

Altura de la sección: Es la altura de la sección de la viga que por lo general es cuadrada o rectangular (h).

Recubrimiento: Es la capa de concreto que protege al refuerzo, de agentes externos que puedan dañarlo (como la corrosión), esta distancia se mide desde la cara de la viga hacia el centro del refuerzo longitudinal (consideración propia), (r).

Peralte efectivo de la viga: En vigas rectangulares y cuadradas el peralte efectivo es la diferencia entre la altura de la sección de la viga y el recubrimiento (d=h-r).

Nota: Tanto el recubrimiento, como la altura de la sección deben estar revisadas previamente, según las solicitaciones geométricas que exige cada norma local, para el caso del código ACI318-19, y la NB1225001, puede revisar estos requerimientos aquí:

PREDIMENSIONAMIENTO - VIGAS

MATERIALES:

Los datos de las propiedades de los materiales que requerimos son:

- Resistencia del concreto a la compresión

- Límite de fluencia del refuerzo

- Módulo de elasticidad del acero

- Deformación unitaria del concreto

Nota: Estas propiedades pueden ser estudiadas de mejor manera aquí:

PROPIEDADES DEL CONCRETO REFORZADO

2. DETERMINACIÓN DEL TIPO DE ARMADO

Factor de distribución rectangular equivalente de esfuerzos en el concreto "B1":

ACI318-19, sección 22.2.2.4.3

NB1225001, sección 10.2.7.3

Tabla 1. Valores de "B1" (ACI318-19).

Tabla 2. Valores de "B1" (NB1225001).

Factor de reducción de resistencia a Flexión:

ACI318-19, sección 21.2.2

NB1225001, sección 9.3.2

Tabla 3. Factor de reducción por flexión (NB1225001).

Tabla 4. Factor de reducción por flexión (ACI318-19).

Nota: Para iniciar el cálculo asumimos que la sección esta controlada por tracción es decir:

Este valor luego se someterá a una verificación (esta verificación se la realiza durante el diseño a flexión). 

Valor de "Rn":

Este valor está en función de la geometría de la viga y así también del momento solicitante y del factor de reducción por flexión (valor asumido).

Cuantía de la sección:

Para satisfacer el momento solicitante "Mu", se puede calcular la cantidad de acero necesario para satisfacer tal necesidad, este valor está en función de los datos del material empleado y de la geometría de la sección (Factor Rn).

Cuantía máxima de la sección:

Existe una máxima cantidad de acero longitudinal que se le puede incorporar a una viga, sino se toma en cuenta esto se puede obtener secciones controladas por la compresión (esto induce a una falla frágil), así mismo este valor máximo de cuantía se lo desarrollo con la intención de que la viga sea controlada por la tracción (se debe lograr un comportamiento dúctil de la viga).

Control del tipo de armado:

La viga puede ser clasificada como simplemente reforzada o doblemente reforzada si:

Tabla 5. Tipo de armado.

Nota: Si es posible se debe evitar el doble armado, debido a temas constructivos, por la dificultad que implica realizar el armado, una manera de evitar esto es incrementando la sección de la viga si es que la arquitectura lo permite (la mejor opción es incrementar la altura de la sección de la viga).