Diseñar adecuadamente una viga en concreto reforzado con dimensiones de 15cm de alto, 15cm de ancho y 60cm de luz, para que falle en forma frágil.

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Esto puede suceder cuando la cuantía del acero calculado es menor que la mínima estipulada.

REFUERZO MÍNIMO A CORTANTE

Una viga sin armadura transversal es muy vulnerable a las sobrecargas accidentales, las cuales pueden generar fallas violentas e imprevistas. Por esta razón es indispensable la colocación de una armadura mínima aunque el diseño no lo requiera para controlar así la propagación de las fisuras diagonales e incrementar con ello la ductilidad de las estructuras, previéndose una falla dúctil.

Por otra parte el ACI-318 y la NSR-98 Sec. 11.5.5.1 especifican que debe colocarse un refuerzo mínimo a cortante en toda sección donde VU exceda el valor de ø Vc / 2, cuando VU se inferior a ø Vc / 2, no se requiere la colocación de estribos mínimos.

PROCEDIMIENTO

- A partir de un diseño de mezcla previamente realizado, se dosifican los componentes del concreto con el fin de que alcance una resistencia a la compresión de aproximadamente f´c = 21 Mpa.

[pic 13]

- Verificar las dimensiones de la formaleta, antes de la etapa constructiva de la vigueta de 15 x 15 x 50 cm.

[pic 14]

- Cubrir las paredes internas de la formaleta con aceite para un fácil desencofrado.

[pic 15]

- Realizar el armado de refuerzo tanto transversal como longitudinal con las dimensiones y resistencia especificada en los cálculos.

- Dejar un óptimo recubrimiento del acero con un espesor de 2 cm.

- Vaciar la mezcla de concreto en las formaletas y compactar con una varilla con el fin de reducir los vacíos. Se deja la formaleta en el laboratorio para que se inicie el fraguado.

[pic 16] [pic 17]

[pic 18]

- A las 24 horas se realizara el desencofrado y se inicia el curado (inmersión) adecuado para luego ensayar las probetas.

- Se montarán las probetas en la máquina de comprensión con sus respectivos ajustes para el ensayo de flexión y se aplica la carga; hasta llegar a la falla.

- Después se analizaron los resultados arrojados por el ensayo.

DISEÑO DE VIGAS A FLEXIÓN

FALLA FRÁGIL

CALCULOS DE DISEÑO:

Se define la falla frágil de un elemento de concreto reforzado a la flexión, cuando tal elemento cuenta con una cantidad de acero menor a la mínima “necesaria” para soportar los esfuerzos generados por solicitaciones de servicio. Es entonces, que se requiere conocer la cantidad mínima de acero que se debe garantizar en el elemento.

Para efectos de visualizar y describir tal falla en nuestro caso debemos “proporcionar” esta cantidad de acero menor a la necesaria o mínima. De lo cual:

[pic 19]

[pic 20]

Sección (15x15x50) cm

[pic 21][pic 22][pic 23]

13 cm

2 cm[pic 24][pic 25]

[pic 26][pic 27][pic 28]

15cm

[pic 29]

[pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

Entonces, se toma como [pic 33][pic 34]

Ahora, tomamos la cuantía como la mitad de la mínima, es decir: [pic 35]

[pic 36]

Con esta cuantía pasamos a determinar nuestra área de acero:

[pic 37]

De lo cual: [pic 38]

Ahora: ; tomando una varilla:[pic 39]

[pic 40]

Redondeando a un diámetro estándar 0,25 in es decir, se toma una varilla #2 (0,317)[pic 41]

Calculando nueva cuantía: [pic 42]

Como: [pic 43]

Analizando la viga:

[pic 44]

Tenemos: [pic 45]

Luego:

[pic 46]

El lo igualamos al momento último: con el fin de obtener la carga P de falla, entonces:[pic 47][pic 48]

[pic 49]

[pic 50]

Para que la viga pueda presentar la falla frágil sin fallar antes por cortante, debe resistir tal fuerza. Es decir, su resistencia al cortante (simple) debe ser mayor al cortante máximo experimentado por esta debido a la solicitación. Es decir:

[pic 51]

[pic 52]

Dado que se cumple, teóricamente la viga no necesita ser reforzada a cortante.

RESULTADOS ENSAYO FALLA FRAGIL

Para comprobar experimentalmente que el diseño para falla frágil fue adecuado, se ensayaron a los 14 días 3 viguetas con las siguientes dimensiones promedio:

Largo: 50,0 cm Alto: 15,3 cm Ancho: 15 cm

Cada vigueta con una varilla número #2 y un recubrimiento de 2 cm.

- Vigueta 1: Carga de falla de 24.4 kN

- Vigueta 2: Carga de falla de 24,7 kN

- Vigueta 3: Carga de falla de 24,7 KN

El tipo de falla obtenida en el ensayo fue la esperada, es decir, se obtuvo una falla repentina evidenciada por una sola grieta vertical en la mitad de la luz de la viga, lo cual es típico en vigas reforzadas a flexión con cuantía de acero inferior a la mínima. No se presentó