HORMIGN III

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA.

MDULO: HORMIGON IIITEMA: UNIN VIGA COLUMNA. INTEGRANTES: ANDAGANA BYRONCHARCO EDWIN HERRERA FELIXMEDINA BAYRONYUGCHA EDWIN

2013

UNIN VIGA COLUMNA

1. OBJETIVOS.OBJETIVO GENERAL Dar a conocer el sistema unin viga columnaOBJETIVOS ESPECFICOS Conocer lo que puede producir una mala unin viga columna Analizar aspectos y factores de diseo. Conocer los tipos de fallas.

2. DESARROLLO DEL TEMA.ANLISIS DE CONEXIONES VIGA- COLUMNA DE ACUERDO AL CDIGO ACI 318SR-05

RESUMEN.

Se presenta las recomendaciones del Comit ACI 318SR-05, considerando lo que sucede internamente en un nudo y sus problemas potenciales relacionados con el cortante tanto horizontal como vertical, refuerzo de confinamiento, deterioro de adherencia y longitud de anclaje, para mejorar la resistencia de un nudo sometido a cargas durante un evento ssmico.

INTRODUCCINEl diseo de las conexiones viga- columna es considerado el aspecto ms crtico dentro del diseo de un edificio de hormign armado situado en zonas de alto riesgo ssmico, sobre todo en aquellas estructuras que carecen de diafragmas u elementos similares capaces de disipar la fuerza ssmica.En las estructuras aporticadas de concreto reforzado los nodos viga columna deben garantizar el cabal desempeo global ante las solicitaciones a las que sean sometidas.Deben asegurar la continuidad de la estructura, lo que se traduce fundamentalmente en estar capacitados para resistir tensiones de origen gravitacional, elico, ssmico y de cualquier otra ndole y transmitir estas mismas tensiones adecuadamente de la losa a las vigas, de vigas a columnas, y de columnas hasta la infraestructura o sistema de fundacin.La ocurrencia de sismos recientes evidenci que muchas de las estructuras que colapsaron durante estos eventos lo hicieron por problemas constructivos o por deficiencias en el detallado de los nodos viga-columna.El deterioro de la rigidez en los nodos vigacolumna conducen a grandes desplazamientos en la estructura impiden que se desarrollen mecanismos de disipacin de energa, poniendo en peligro la integridad de la misma.En estructuras no colapsadas pero que presentaban fallas en los nodos, stas son muy difciles de reparar, lo que en la prctica podra considerarse equivalente al colapso, en las siguientes imgenes se presentan algunos ejemplos reales de fallas en los nodos.

Figura 1. Terremoto y tsunami, 26 de diciembre de 2004 Sur Este de AsiaColumna dbil - viga fuerte, fracaso de las articulaciones viga - columna Centro Comercial Panta Pirak en Banda Aceh

Figura 2. Terremoto y tsunami, 26 de diciembre de 2004 Sur Este de AsiaFalla de la conexin viga- columna debido a la falta de refuerzo transversal Cuatro edificios de oficinas en Banda Aceh

Figura 3. Terremoto, 17 de agosto de 1999, Kocaeli TurquaFalla de las conexiones viga- columna

Figura 4. Terremoto, 17 de agosto de 1999, Kocaeli TurquaFalla de las conexiones viga- columna

Figura. 5. Terremoto, 17 de agosto de 1999, Kocaeli TurquaFalla de las conexiones viga- columna

1) TIPOS DE CONEXIONESExiste una gran variedad de tipos de nudos, interiores, exteriores, esquineros, exteriores con voladizo, interiores con solo dos vigas que llegan al nudo, los que tengan losa monolticamente construida, nudos de cubierta, de entrepiso.Para el desarrollo de este artculo y por las investigaciones del ACI se considerar nicamente nudos interiores, exteriores y esquineros de entrepiso, de concreto de peso normal. Figura 6. Principales tipos de nudos

2) FUERZAS EN EL NUDO

Figura 7. Fuerzas externas en el nudoEn la Figura. 7 se presenta las fuerzas externas que actan en el nudo, principio de diseo del puntal establecido por el ACI.

Para conexiones donde lleguen vigas en dos direcciones perpendiculares, el cortante horizontal en el nudo debe ser verificado independientemente en cada direccin. La fuerza cortante de diseo debe ser calculada sobre un plano horizontal a la mitad de la altura del nudo considerando las fuerzas cortantes sobre los bordes del cuerpo libre del nudo Figuras. 8 y 9 as como tambin las fuerzas normales de traccin y compresin en los miembros estructurales que llegan al nudo.

Figura 8. Fuerza cortante horizontal

Figura 9. Fuerza cortante vertical

Se observa que la armadura superior e inferior de las vigas originan fuerzas cortantes horizontales en el nudo, y que simultneamente, las armaduras de las columnas originan fuerzas cortantes verticales en el nudo.Representadas como T las fuerzas de traccin, C fuerzas de compresin, Vcol cortante generado por la columna, Vj cortante horizontal aplicado al nudo, Vviga cortante generado por la viga y Vjv cortante vertical aplicado. Las fuerzas de compresin se analizan con el acero inferior del nudo y las de traccin con el acero superior del nudo.

3) CONTROLES EN LA CONEXIN VIGA-COLUMNA4.1) Control de la resistencia al corte4.1.1) Resistencia al cortante horizontal aplicado al nudoSea:

Dnde: Vn es el cortante resistido por el nudoVj es el cortante aplicado al nudo; es el factor de reduccin de capacidad.La resistencia del nudo debe regirse por los factores para estructuras que resisten los efectos ssmicos, E, por medio de prticos especiales resistentes a momento, para cortante debe ser 0.85. Se calcula los momentos que se generan el nudo.

Las fuerzas en el refuerzo longitudinal de vigas en la cara del nudo deben determinarse suponiendo que la resistencia en el refuerzo de traccin por flexin es 1.25 fy, es decir:Donde M1 y M2 , capacidad a flexin positiva y negativa de las vigas en el rango inelstico, Figura. 7; Fy es resistencia a la fluencia del refuerzo, ; fc es la resistencia a la compresin del concreto, ; b es el ancho de la viga que llega al nudo, cm; d es la altura efectiva de la losa, cm; es la armadura del refuerzo longitudinal superior de la viga; es la armadura del refuerzo longitudinal inferior de la viga.

Figura 10. Seccin de la viga

La determinacin de las fuerzas que actan en el nudo depende de la direccin de anlisis que se considere, de esta manera se tiene para los tres diferentes tipos de nudos la siguiente consideracin.

Figura 11. Direcciones de diseo

Se recuerda que para cualquier caso el peralte de la columna ser paralelo al sentido de anlisis.En nudos interiores independientemente de la direccin de anlisis, X o Y, se disea para los momentos M1 y M2.En nudos exteriores en el sentido de anlisis X perpendicular al borde, nicamente existe M1 siendo M2=0 y en el sentido de anlisis Y paralelo al borde existen los dos momentos M1 y M2.En nudos esquineros se disea para las dos direcciones X y Y perpendicular al borde, es decir, nicamente existe M1 siendo M2=0.Cortante en la columna superior, si no existe carga axial en las vigas, tambin ser igual al cortante en la columna inferior.Por lo tanto el cortante para nudos interiores y nudos exteriores en el sentido de anlisis paralelo al borde es:

Para nudos exteriores y esquineros, sentido de anlisis perpendicular al borde el se expresa:

Donde H: Distancia entre puntos de inflexin de las columnas. El punto de inflexin de una columna puede ser supuesto a media altura, esto se cumple para pisos intermedios.

Figura 12. Detalle de la distancia H entre puntos de inflexinSe puede definir entonces que la fuerza cortante aplicada al nudo en nudos interiores y nudos exteriores en el sentido de anlisis paralelo al borde es igual:

Para nudos exteriores y esquineros, sentido de anlisis perpendicular al borde se expresa:

La mayor parte de estas fuerzas son transmitidas al nudo a travs de la adherencia de los aceros dentro del nudo.

4.1.2) Resistencia al cortante horizontal resistido por el nudo, Vn

Para nudos interiores................................................................Para nudos exteriores..............................................................Para nudos esquineros.............................................................Donde fc est expresado en ; es el rea efectiva de la seccin transversal dentro del nudo calculada como el producto de la profundidad del nudo por su ancho efectivo .

Se considera que:

El ancho efectivo del nudo debe ser el ancho total de la columna , excepto que cuando la viga llega a una columna ms ancha, el ancho efectivo del nudo debe ser el menor de:(a) El ancho de la viga ms la profundidad del nudo

(b) El ancho de la viga ms dos veces la distancia perpendicular ms pequea del eje longitudinal de la viga al lado de la columna.

En la Figura. 13 se presenta el detalle del rea efectiva , es la misma considerada tanto para nudos interiores como para exteriores y esquineros.

Figura 13. Detalle del rea efectiva del nudo

4.1.3) Resistencia al cortante vertical aplicado al nudo,Aplicable para nudos interiores, exteriores y esquineros.Sea:

En donde: es el cortante horizontal aplicado al nudo y es el cortante vertical aplicado al nudo.Si no se tendr problema de corte vertical.Se debe comprobar que el peralte de las vigas sea menor al peralte de la columna . Si es menor, la conexin viga columna no tendr problema de cortante vertical.

4.1.4) Resistencia al cortante vertical resistido por el nudo,Si la condicin anterior se cumple, no es necesario revisar , resistencia nominal al cortante vertical resistida por el nudo, pues esta tambin cumplir.Sin embargo se analiza el cortante vertical resistido verificando que las columnas tengan por lo menos un hierro en la parte central, en cada uno de las caras.De tal manera que la armadura longitudinal mnima de una columna debe estar compuesta por 8 varillas, 4 de ellas ubicadas en los extremos y 4 en la parte central.

Figura 14. Armadura mnima en columna

4.2) Control de deterioro de adherenciaCuando la estructura ingresa en el rango no lineal, la adherencia puede deteriorarse notablemente durante el sismo.Los esfuerzos de adherencia en las barras que atraviesan la conexin viga- columna pueden ser muy altos, para reducir el deslizamiento de las barras durante la formacin de rtulas plsticas en las vigas adyacentes y el deterioro de adherencia en el nudo el ACI propone el siguiente control:a) Las fuerzas en el refuerzo longitudinal de vigas en la cara del nudo deben determinarse suponiendo que la resistencia en el refuerzo de traccin por flexin es: 1.25 fy y la resistencia del nudo debe regirse por el factor apropiado .b) El refuerzo longitudinal de una viga que termine en una columna, debe prolongarse hasta la cara ms distante del ncleo confinado de la columna y anclarse, en traccin, como se ver en la longitud de anclaje ms adelante, esto es para nudos exteriores y esquineros.c) Donde el refuerzo longitudinal de una viga atraviesa una unin viga-columna (nudo interior), la dimensin de la columna paralela al refuerzo de la viga no debe ser menor que 20 veces el dimetro de la barra longitudinal de viga de mayor dimetro, lo propio para la dimensin de la viga.

Figura 15. Nudo interiorPor esto es importante determinar adecuadamente el dimetro de las varillas para retardar el deterioro de adherencia.4.3) Control del refuerzo de confinamientoSe considera que un elemento proporciona confinamiento al nudo si al menos las tres cuartas partes de la cara del nudo estn cubiertas por el elemento que llega al nudo.Un nudo se considera totalmente confinado si tales elementos de confinamiento llegan a todas las caras del nudo, se estara hablando de un nudo interior tipo.

Figura 16. Condiciones para el confinamiento de un nudoDentro del nudo deben colocarse estribos cerrados de confinamiento como refuerzo transversal.El rea total de la seccin transversal del refuerzo de estribos cerrados de confinamiento rectangulares, se lo calcula independientemente en cada direccin y se lo coloca en direccin perpendicular a la dimensin utilizada, como se indica en la figura:

Consideraciones para el acero de refuerzo:(a) deber ser el mximo valor entre:

Donde es la separacin del refuerzo transversal dentro del nudo; es la dimensin transversal del ncleo medida centro a centro de las ramas exteriores del refuerzo transversal, es el rea del ncleo de la columna, medida exteriormente al refuerzo trasversal,; es el rea bruta de la seccin de la columna, ; es la resistencia a la compresin del concreto,; es la resistencia a la fluencia del refuerzo transversal, .(b) El refuerzo transversal debe disponerse mediante estribos cerrados de confinamiento sencillo o mltiple. Se pueden usar ganchos suplementarios del mismo dimetro de barra y con el mismo espaciamiento que los estribos cerrados de confinamiento.Cada extremo del gancho suplementario debe enlazar una barra perimetral del refuerzo longitudinal. Los extremos de los ganchos suplementarios consecutivos deben alternarse a lo largo del refuerzo longitudinal.(c) Si el espesor de concreto fuera del refuerzo transversal de confinamiento excede 100 mm, debe colocarse refuerzo transversal adicional con un espaciamiento no superior a 300 mm. El recubrimiento de concreto sobre el refuerzo adicional no debe exceder de 100 mm.

Separacin del refuerzo transversal Ser el menor valor de:(a) la cuarta parte de la dimensin mnima del elemento,

(b) seis veces el dimetro del refuerzo longitudinal

(c) , segn lo definido en la ecuacin

Siendo el mximo valor de la separacin entre ramas de estribo cerrado de confinamiento y ganchos suplementarios en todas las caras de la columna, no debe exceder 350 mm medido centro a centro

Figura 18. Detalle de la distancia hxEstas consideraciones mencionadas para el refuerzo transversal deben suministrarse en una longitud medida desde cada cara del nudo y a ambos lados de cualquier seccin donde pueda ocurrir fluencia por flexin como resultado de desplazamientos laterales inelsticos del prtico, la longitud debe ser la mayor de:

Cuando existan elementos que llegan en los cuatro lados del nudo y el ancho de cada elemento mide por lo menos tres cuartas partes del ancho de la columna (elemento confinado), se puede reducir hasta en un 50% del refuerzo transversal requerido en el nudo y se permite que el espaciamiento especificado en se incremente a 150 mm.

Figura 19. Ilustracin real del correcto confinamiento

4.4) Control de longitud de anclajeLa longitud de anclaje se aplica para el diseo de los nudos exteriores y esquineros.El refuerzo longitudinal de una viga que termine en una columna, debe prolongarse hasta la cara ms distante del ncleo confinado de la columna.La longitud requerida de anclaje para las varillas de una viga que termina en un nudo debe ser menor que la longitud de anclaje disponible

Se debe tomar muy en cuenta la seccin crtica considerada donde la longitud de desarrollo empieza.Para conexiones compuestas por miembros diseados para que no presenten deformaciones inelsticas significativas disponible empieza en la cara de la columna seccin crtica A, para el caso analizado de conexiones compuestas por miembros diseados para que su resistencia se mantenga bajo deformaciones alternantes en el rango inelstico disponible se considera que empieza en la parte exterior del ncleo de la columna seccin crtica B, como se indica en la figura.

Figura 20. Longitud de anclaje disponible

El anclaje para traccin se determina analizando la longitud de desarrollo , la longitud requerida para una barra con gancho estndar de 90 en concreto de peso normal es:

Dnde: es el dimetro del refuerzo de la varilla, y est expresado en El gancho de 90 debe estar colocado dentro del ncleo confinado de una columna o elemento de borde, si el espaciamiento de estribos, , entonces se puede reducir en un 20%.

Durante el sismo est previsto que el recubrimiento se desprende por efecto cuando ya se haya agrietado por exceso de compresin y por progresin de las grietas de flexin de la viga hacia el interior de la columna.

Figura 21. Ilustracin real de la colocacin de la longitud de anclaje.

Falla por adherencia del bloque de unin en las conexiones viga columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a la falla de cortante.Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de refuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.Existen tres tipos de fallas en la unin viga - columna que son:Falla por desconchamiento del concreto.- debido a un anclaje defectuoso entre viga y columna.

Falla en la escasez de anclaje.- debido a la escasez de anclaje de refuerzo de la columna en su unin con el sistema de piso.

Falla por deficiente adherencia.- Falla por deficiente adherencia en conexin viga columna y croquis de anclaje a 90 para el desarrollo de la fluencia requerida ante solicitaciones cclicas propias de las accin ssmica.

5) EJERCICIO DE APLICACINA continuacin se presenta un ejemplo de la vida real en el que se asume se tiene dimensiones de vigas, columnas y su respectiva armadura ya calculadas.Se presenta los datos para analizar un nudo interior , aplicando las recomendaciones del ACI 2005.Datos:

DISEO DEL NUDO INTERIOR

Sentido x-xChequeo adherencia

RESISTENCIA AL CORTANTE HORIZONTAL

Cortante resistido por el nudo,

Resistencia al cortante vertical

Refuerzo de confinamiento,

3. BIBLIOGRAFIA http://www.jjcoopsa.com.mx/reglamweb/cconcreto/norteccom74.htm Recomendaciones del Comit ACI- 318SR-05 Recomendaciones del Comit ACI- 352SR-02 para conexiones viga- columna http://www.world-housing.net/whereport1view.phpid=100163 ANLISIS DE CONEXIONES VIGA- COLUMNA DE ACUERDO AL CDIGO ACI 318SR-05, Roberto Aguiar Falcon, Mary Revelo, Willy Tapia, Centro de Investigaciones Cientficas, Escuela Politcnica del Ejrcito, Quito.