Dimensionamiento de Ménsulas Cortas de Hormigón
El modelo simplificado que se muestra en la figura siguiente puede fallar por los siguientes motivos:
a) Falla por corte del modelo.
b) Falla en la sección de empotramiento por falta de transferencia de corte por fricción.
c) Falla por alcanzar la tensión de fluencia en la armadura principal Ao.
d) Falla de anclaje de la armadura principal.
a) Verificación del corte
Siguiendo el reglamento vigente (Código CIRSOC 102) dispone la siguiente expresión para verificar el corte.
φ .Vn-REQUERIDO ≥ Vu
Vn-REQUERIDO ≥ Vu/ φ
Donde Vu es el corte ultimo, Vn-REQUERIDO es el corte nominal necesario en la sección y φ es el factor de reducción por corte.
El comportamiento de la ménsulas de hormigón se encuentra controlada principalmente por la resistencia al corte, por lo tanto, para todas las condiciones de diseño el reglamento especifica un solo valor de φ = 0,75 (Código CIRSOC 201, art. 11.9.3.1). El reglamento CIRSOC 201 (art. 11.9.3.2.1) determina que la resistencia nominal al corte (Vn) será la menor de las siguientes expresiones.
Vn ≤ 0.2 f`c b d
Vn ≤ 5.5 b d
Donde f`c es la resistencia especifica a la compresión del hormigón (Mpa), b es el ancho de la ménsulas de hormigón y d es la distancia entre las barras de acero.
Por lo tanto tenemos que verificar que se cumpla:
Vn ≥ Vn-REQUERIDO
b) Verificación de la falla en la sección de empotramientos por falta de transferencia de corte por fricción.
En general las disposiciones respecto al corte en el código están relacionadas con evitar las fallas por tracción diagonal, y no se relacionan con el problema de las fallas por transmisión directa de corte. El propósito de las siguientes verificaciones es proporcionar seguridad en el diseño para la sección de empotramiento.
El hormigón no fisurado es relativamente resistente al corte directo; sin embargo, siempre existe la posibilidad de que se forme una fisura en un sitio desfavorable. El procedimiento de diseño para la transferencia de corte por fricción, consiste en suponer que se formara dicha fisura, para entonces dimensionar la armadura a través de la fisura supuesta, para resistir los desplazamientos relativos a lo largo de la misma.
Cuando el corte actúa a lo largo de una fisura ocurre un desplazamiento de una cara de la fisura con respecto a la otra. Cuando las caras de la fisura son ásperas e irregulares, este desplazamiento va acompañado por la separación de las caras fisuradas.
En condiciones ultimas, esta separación es suficiente para llevar a la armadura que cruza la fisura hasta su punto de fluencia. La armadura genera entonces una fuerza de sujeción Avf fy a través de las caras fisuras.
El corte extremo aplicado es por lo tanto resistido por la fricción entre las caras de la fisura, por lo resistencia al corte de las protuberancias en las caras de la fisura, y por la acción de la dovela de la armadura que cruza la fisura.
El reglamento establece que:
(Descargar reglamento CIRSOC 201 aquí)
Siendo μ el coeficiente de un hormigón colocado monolíticamente, su valor para este caso es 1.4, fy es la tensión de fluencia del acero y Avf es el área de la armadura de corte por fricción.
Por lo tanto es necesario colocar la armadura Avf de manera horizontal en la ménsula corta a los fines de evitar la falla por transferencia de corte por fricción.
La armadura Avf estará constituida por la suma de la armadura principal As más la armadura de los estribos cerrados Ah.
c) Fluencia de la Armadura Principal As
Para determinar la armadura principal debemos primero determinar la armadura necesaria para equilibrar el modelo simplificado de armadura de la figura siguiente.
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| Ménsula de hormigón - Modelo simplificado |
A la armadura principal la dividimos en dos términos
As = An + Af
An área de la armadura en una ménsula corta para resistir la fuerza de tracción
El reglamento especifica que Nuc ≥ 0.20 Vu a menos que se adopten disposiciones especiales para los esfuerzos de tracción. El esfuerzo de tracción Nuc debe considerarse como sobrecarga en todos los casos.
Af área de la armadura en una ménsula corta para resistir el momento mayorado
Para el dimensionamiento de las armaduras el reglamento nos fija que la debemos determinar siguiendo los principios generales de flexión (CIRSOC 201 - art. 11.9.3.3).
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Por lo tanto con los datos obtenidos ingresamos a la tabla para dimensionado de secciones rectangulares para obtener Af.
El área de la armadura principal As debe ser igual al mayor valor obtenido de las siguientes expresiones.
As ≥ Af + An
As ≥ (2/3) Avf + An
d) Falla de anclaje de la armadura principal
De acuerdo al modelo simplificado de armadura adoptado, la armadura As es solicitada esencialmente de manera uniforme desde la proyección de la cara de la columna hasta el punto donde se aplica la carga vertical. Debe por lo tanto, estar anclada en su extremo exterior y en la columna de apoyo, de manera que sea capaz de desarrollar su tensión de fluencia.
El reglamento especifica que los métodos de anclaje que se pueden utilizar son:
1) Soldadura estructural a una barra transversal.
2) Doblado de barras principales
