Viga de concreto

DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO PARA EDIFICACIONES AGROPECUARIAS

TEORÍA Y PRÁCTICA PARA EL DISEÑO BAJO TEORÍA PLÁSTICA DE SECCIONES RECTANGULARES SOMETIDAS A FLEXIÓN
CON REFUERZO A LA TRACCIÓN

Leonardo Taylhardat A.
Jesús Romero Manzanilla
FUNDAMENTOS
En la sección transversal de los elementos sometidos a flexión, se presenta la acción simultánea de tressolicitaciones estructurales; dos de ellas son producto de la propia flexión, que genera un esfuerzo de compresión en una parte de esa área y en la opuesta genera el esfuerzo de tracción o tensión, (Fig. 1) y una tercera que es la acción de la fuerza cortante producto de las tensiones diagonales, que genera un esfuerzo de corte en los extremos apoyados de la viga y que será estudiada cuando de diseñenlos estribos.
Eje Neutro
Compresión
Tracción
Figura 1. Esfuerzos de Compresión y de Tracción en un Viga sometida a Flexión
Falla por esfuerzo Cortante

En los materiales homogéneos ambas solicitaciones son iguales, así como los valores de las fuerzas resultantes de compresión y tracción, y su magnitud queda definida por áreas de sección que multiplicadas por su coeficiente de trabajo atracción y compresión, dan resultantes iguales, y el eje neutro se ubica en el centro de la sección transversal, por lo que el diseño considera para el módulo de sección, la posición de la fibra más alejada. En el caso de los materiales heterogéneos como el concreto armado, toda la masa de la sección lleva obviamente concreto, pero parte de esa masa, estará sometida a tracción y otra parte acompresión (la región sometida a compresión se ubica en los vanos entre apoyos en la parte superior del eje neutro – momentos positivos – o en la parte inferior del eje neutro, en los apoyos – momentos negativos –).
El concreto al ser un material de construcción “agrio”, soporta muy bien las solicitaciones a compresión pero no así las de tracción, porello se le refuerza con el acero, y se desprecia cualquier aporte a soportar tracción que se derive de la masa de concreto, por lo tanto cada uno de estos materiales, en función del área de sus propias secciones transversales, y sus coeficientes de trabajo reflejados en su calidad (resistencia), demostrará con valores de fuerza de compresión y tracción en sentido opuesto (no necesariamentesimilares en sus resultantes) ver Fig. 2, lo cual se conoce como “un par” desarrollándose un “momento” el cual tiene la denominación de “Momento Último de Carga (Mu), donde el brazo de palanca

λkud
C
T
d-λkud
d
Figura 2. Esquema gráfico de una sección transversal de un elemento estructural sometido a flexión.

dependerá de la altura de la sección y delas características en cuanto a resistencia de los materiales confortantes (acero y concreto) como se verá más adelante, y la condición de diseño al menos inicial, es que la fuerza de compresión sea similar a la de tracción, lo cual se conoce como “diseño balanceado”, expresión que la podríamos resumir coloquialmente como la cantidad de “acero” definido en cabillas que debe contraponerse a lacantidad de concreto definido en las dimensiones de la sección, que generen fuerzas de tracción y compresión iguales, respectivamente.
Sin embargo el diseño final tendrá algunos detalles adicionales, entre los cuales está, el de que las estructuras de concreto armado, en esa condición balanceada, cuando ocurre un sismo la falla ocasionada, es masiva y la destrucción es total e instantánea, por ellolos diseños finales en la teoría plástica, tienden a que sea “sub-reforzado”, criterio que aplicaremos para el diseño de las estructuras agropecuarias.
Para definir conceptos y precisar detalles constructivos, homogeneizaremos la nomenclatura referida a las partes (longitudes) de la sección transversal de la viga que serán las presentadas en la Fig. 3.
d
b
d’
Figura 3. Nomenclatura de...