Diseño a cortante estructuras de hormigón 1
Enviado por Matellez • 27 de Noviembre de 2013 • Tutorial • 20.937 Palabras (84 Páginas) • 368 Visitas
DISEÑO A CORTANTE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN 1
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ORLANDO GIRALDO BOLIVAR I.C. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA.2003
5 DISEÑO A CORTANTE DEL HORMIGÓN ARMADO
5.1 GENERALIDADES
Igual que la flexión, es fundamental para la formación del ingeniero, adquirir unos
prácticos, seguros y confiables procedimientos para el diseño estructural a cortante. Lo
anterior porque a diferencia del punto de vista académico, donde se pueden aislar cada
una de las tensiones para su tratamiento y estudio, en la practica el problema es de
mayor complejidad al encontrar siempre un campo de tensiones donde interactúan
simultáneamente la flexión ( M ), la cortante ( V ), la torsión ( T ) y la fuerza axial ( N ).
Históricamente el problema de la flexión se ha entendido perfectamente hasta el punto
de que los modelos teóricos de comportamiento, al comprobarlos con pruebas reales en
estructuras, presentan excelentes ajustes estadísticos generando el reconocimiento que le
otorgan la colocación directa de estos resultados en normas y códigos de diseño y
construcción. En contraste la cortante igual que la torsión han tropezado con toda serie
de obstáculos teóricos y experimentales que han impedido un correcto entendimiento
del problema. A pesar de lo anterior en las tres ultimas décadas se ha realizado un gran
esfuerzo por encontrar modelos matemáticos que se ajusten al comportamiento real de
las estructuras hasta el punto de llegar a reconocer en los últimos reglamentos
Americanos del hormigón armado ( CIB-2000, ACI 318-02 ) estas nuevas teorías que
explican mejor el problema y se ajustan a las pruebas experimentales.
La falla a cortante, mejor conocida como falla por tracción diagonal, tiene las siguientes
características: a) no es única b) es difícil de predecir c ) es súbita y catastrófica d) el
estudio de su comportamiento es completamente diferente al de flexión e ) se manifiesta
por medio de fisuras inclinadas de mayor abertura que las de flexión. Debido a esto el
diseño debe garantizar que en el momento de agotamiento de una estructura la falla se
inicie por un mecanismo diferente al de la cortante por ejemplo obligando primero a la
falla por flexión y secundariamente la cortante. Para lograr este ultimo objetivo el
ingeniero debe asegurar un diseño confiable a flexión y proporcionar donde se requiera
el refuerzo necesario para atender la cortante.
La figura 5.1 ilustra una falla típica a cortante en vigas simplemente apoyadas y con
cargas en los tercios medios. Se puede apreciar como las fisuras se propagan desde la
cara mas traccionada del elemento al eje neutro, en la zona central tienen dirección
paralela a la carga y en los tercios extremos se inclinan buscando el punto de aplicación
de la carga. La capacidad de estas vigas esta controlada por la flexión ya que tienen un
refuerzo a cortante adecuado en las zonas requeridas.
Para evitar ambigüedades el problema real a tratar en este texto no es el diseño a
cortante pura ni el de la cortante por fricción. Estos temas requieren enfoques diferentes
a los que aquí se propondrán por lo que solo se hará mención y referencia a ellos. Se
trata de la cortante combinada con la flexión que produce ya sea compresión o tracción
diagonal esta ultima constituyéndose en el factor principal de la fisuracion inclinada en
las estructuras de hormigón armado.
DISEÑO A CORTANTE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN 1
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ORLANDO GIRALDO BOLIVAR I.C. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA.2003
En resumen se tratara primero la teoría de la cortante desde el punto de vista de la
mecánica estructural, luego se estudiaran la resistencia a cortante en estructuras sin
refuerzo transversal ( en el alma) para localizar y orientar las fisuras. Posteriormente se
analizaran las estructuras con refuerzo transversal logrando así una metodología para el
diseño a cortante que se puede programar fácilmente para su posterior uso.
P / 2 P / 2
R1 R2
L / 3 L / 3 L / 3
Figura 5.1 Fisuracion en una estructura de hormigón armado sometida M-V
5.2 MARCO HISTÓRICO
Los primeros estudios sobre la cortante se realizaron a finales del siglo XIX
propiamente para el año de 1899 cuando el profesor Wilhem Ritter del Politécnico de
Zurich publico en su libro “ Die Bauweise Hennebique” el modelo de la analogía de la
cercha como metodología adecuada para tratar el diseño a cortante. Numerosos ensayos
continuaron a principios del siglo XX para tratar de explicar y dar pautas claras al
trabajo de Ritter y en este sentido Emil Mörsh en Alemania y Richart Talbot en Estados
Unidos logran los primeros avances al respecto. En esta época se presenta la gran
discusión de si la falla es a cortante horizontal, tensiones inclinadas o tracción diagonal.
En 1904 la comisión alemana del hormigón armado presenta las primeras
especificaciones sobre el diseño a cortante basadas en el trabajo de Mörsh y se propone
la ecuación 5.1 como formula general para evaluar la cortante por tracción diagonal .
Esta expresión por su sencillez fue utilizada ampliamente por mas de 50 años.
b z
V
v
.
= (5.1)
Las investigaciones de Talbot en la Universidad de Illinois concluyeron que la cortante
no solo dependía de la resistencia del hormigón sino de factores tales como: a) la
esbeltez del elemento y b) la cuantía del refuerzo en tracción. Estas conclusiones
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quedaron archivadas por mas de medio siglo por el amplio uso adquirido por la teoría
del diseño elástico del hormigón.
En el año de 1954 varios ensayos de laboratorio concluyeron que la falla típica de los
elementos de hormigón armado diseñados por teoría elástica, los cuales se suponían
fallaban por flexión, era la falla por tracción diagonal inclusive para cargas inferiores a
las del rango elástico. Lo anterior quedo completamente comprobado
...