Ejemplo de Diseño de Ménsula de Hormigón Armado. Norma ACI 318-25


Solución

Todo el procedimiento obedece a la norma ACI318-25.

El procedimiento de análisis y diseño se resume en un diagrama de flujo cuyo enlace es:
Diagrama de flujo – Diseño de ménsula. Norma ACI318-25

Además se pueden comprobar los resultados de este ejemplo con el programa:
Programa – diseño de ménsulas. Norma ACI318-25

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Diagrama de flujo – Diseño de ménsulas de Hormigón Armado. Norma ACI 318-25


Variables

Variables de Ingreso:

  • av: Distancia horizontal desde la cara de la columna al punto de apoyo de la carga
  • h: Altura total de la ménsula
  • d: Altura efectiva de la ménsula (normalmente 6cm a 10cm menos que la altura h)
  • bw: Ancho (profundidad) de la ménsula
  • Vu: Carga vertical que llega a la ménsula (siempre positiva)
  • Nu: Carga horizontal de tracción de la ménsula (si es de compresión, introducir valor cero)
  • fc’: Resistencia característica del hormigón
  • fy: Resistencia de fluencia del acero

Variables de salida:

  • Ø = Factor de reducción de resistencia nominal para ménsulas
  • εu = deformación unitaria a compresión del concreto en falla
  • εty = deformación de fluencia a tracción del acero
  • β1 = factor de transformación del diagrama esfuerzos de compresión del concreto, de parabólico a rectangular
  • As_max = Acero máximo que puede contener la sección sometida a flexión para cumplir con falla controlada por tracción del acero.
  • ØMmax = Momento máximo de diseño para que la sección falle por tracción del acero.
  • ØVMax: Carga vertical máxima que puede resistir la ménsula.
  • Nuc: Carga horizontal de tracción de diseño. Si la carga horizontal Nu es muy baja, se asume 20% de Vu
  • Mu: Carga de momento flector en la ménsula producto de las cargas Vu y Nuc combinadas
  • An: Acero necesario para absorber tracción horizontal en la ménsula
  • Avf: Acero necesario para absorber cortante por fricción en la ménsula
  • Af: Acero necesario para absorber el momento flector en la ménsula
  • Asc: Acero principal horizontal (en la cara superior de la ménsula)
  • Ah: Acero de estribos colocado en los 2/3 superiores de la altura efectiva de la ménsula)

Unidades

El diagrama de flujo está configurado para trabajar en [MPa], [m], [MN], [MN-m]

Diagrama de flujo

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Programa: Diseño de ménsulas de Hormigón Armado – ACI 318-25


Variables

Variables de Ingreso:

  • av: Distancia horizontal desde la cara de la columna al punto de apoyo de la carga
  • h: Altura total de la ménsula
  • d: Altura efectiva de la ménsula (normalmente 6cm a 10cm menos que la altura h)
  • bw: Ancho (profundidad) de la ménsula
  • Vu: Carga vertical que llega a la ménsula (siempre positiva)
  • Nu: Carga horizontal de tracción de la ménsula (si es de compresión, introducir valor cero)
  • fc’: Resistencia característica del hormigón
  • fy: Resistencia de fluencia del acero
  • Ø Principal: Diámetro del acero principal “Asc”
  • Ø Estribo: Diámetro del estribo horizontal “Ah”

Variables de salida:

  • ØVuMax: Carga vertical máxima que puede resistir la ménsula.
  • Nuc: Carga horizontal de tracción de diseño. Si la carga horizontal Nu es muy baja, se asume 20% de Vu
  • Mu: Carga de momento flector en la ménsula producto de las cargas Vu y Nuc combinadas
  • An: Acero necesario para absorber tracción horizontal en la ménsula
  • Avf: Acero necesario para absorber cortante por fricción en la ménsula
  • Af: Acero necesario para absorber el momento flector en la ménsula
  • Asc: Acero principal horizontal (en la cara superior de la ménsula)
  • Ah: Acero de estribos colocado en los 2/3 superiores de la altura efectiva de la ménsula)


Ingreso de datos











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Programa: Resistencia a flexocompresión de Columna Circular de Hormigón Armado


Uso, Normativa y muestra de resultados

Programa que grafica el diagrama de interacción de resistencia a flexo compresión de columnas circulares. Determina si la columna corta resiste o no a las solicitaciones ingresadas.

La normativa utilizada es la ACI 318-25. Esta normativa es similar a la de la mayoría de los países de latinoamérica.

El programa devuelve una gráfica de interacción de la columna tanto para resistencias nominales como resistencias de diseño.

Además el programa permite la exportación a una tabla de excel (CSV) de todos los puntos graficados, incluyendo esfuerzos y deformaciones de cada barra.


Datos de ingreso

Lo que entrega el programa son dos curvas de resistencia de la sección. La curva punteada es la resistencia nominal (resistencia límite) de la sección transversal de la columna. Por otro lado, la línea sólida (que es la más importante), representa la resistencia de diseño de la columna con todos los factores de seguridad aplicados.

Por otro lado el diagrama grafica un punto que representa las solicitaciones mayoradas (en Estado Límite Último) o cargas reales mayoradas que llegan a la columna. Si este punto cae dentro o debajo de la curva sólida de resistencias de diseño, la columna es adecuada para resistir las cargas solicitantes.

Los datos de entrada para el programa son: br
– R = radio de la sección en [m]
– Recub. al acero longit. = Distancia de recubrimiento de hormigón desde la cara externa de la sección hasta la cara externa del acero longitudinal, medida en [m]
– # de barras longitudinales = Número de barras de acero distribuidas equidistantemente en todo el perímetro.
– Pu = Solicitación axial de compresión mayorada que llega a la columna producto del análisis estático, en [KN]
– Mu = Solicitación de momento de fuerza mayorada que llega a la columna, en [KN-m]
– fc’ = Resistencia característica del Hormigón Armado en [MPa]
– fy = Resistencia a la fluencia del acero de construcción en [MPa]
– ø = Diámetro de la barra de acero longitudinal, en [mm]

La siguiente gráfica aclara los datos anteriores de mejor manera:

solicitaciones en columna circular

Programa


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PROGRAMA – COLUMNEADOR 3000


ingreso de datos

Acero Longitudinal:
Acero Transversal:

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Revisión de resistencia a flexión de vigas de concreto con varias filas de acero


INSTRUCCIONES

Los datos de ingreso están en el sistema interancional de medida.

  • fc’: resistencia característica del concreto en [MPa]. Valor típico 20 a 30 MPa
  • fy: resistencia a fluencia del acero en MPa. Valores típicos entre 420 y 500 MPa
  • b: Ancho total de la viga en [m]
  • h: altura total de la viga en [m]
  • numBarras: cantidad de barras en toda la fila
  • Diámetro: diámetro de las barras en la fila
  • altura d: altura de la fila medida desde la cara superior de la viga

En el llenado de las filas de acero pueden existir casillas en blanco.

INGRESO DE DATOS

fila Num Barras Diámetro altura “d” [m]
1
2
3
4
5
6

marcelopardo

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Programa de predimensión de columnas

Explicación de datos de entrada

El programa calcula la sección transversal tentativa de una columna a partir de cargas tentativas de cada losa, número de pisos, y área de influencia que llega a cada columna.

  • Lado A de influencia: dimensión horizontal de losa que probabilisticamente carga su peso sobre la columna
  • Lado B de influencia: dimensión vertical de losa que probabilisticamente carga su peso sobre la columna
  • Tipo de losa: Si la losa no se vacía con alivianantes será Maciza. Si se usan alivianantes de cualquier tipo se considera a la losa como aligerada en 1 dirección o 2 direcciones.
  • Espesor de losa: Esta dimensión se mide desde la base de las viguetas o nervios en caso de que la losa sea aligerada.
  • Número de pisos: corresponde al número de pisos que sostiene la columna. El programa permite valores no enteros. Esto es útil si por ejemplo la última losa es 30% más ligera que el resto de las losas 7 losas, la columna sostendrá un equivalente a 7.7 pisos.
  • Uso: Dependiendo del tipo de uso, la carga estimada viva por nivel será de: 2 KN/m2 para vivienda; 5 KN/m2 para local comercial; 2.5KN/m2 para parqueos.
  • Columna cuadrada: Si la columna es cuadrada, el programa no pide la dimensión de uno de los lados de la sección.
  • Columna rectangular: Cuando por arquitectura se requiere limitar la dimensión de una de las caras de la columna, se implementa esta cota en el programa.
  • Resistencia del concreto: Resistencia característica alcanzada en obra. Normalmente 21 [MPa] para casos típicos

Con los datos de entrada respectivos, se puede estimar la dimensión mínima que debe tener la columna en un comportamiento NETALMENTE axial (por cargas gravitacionales). Este resultado obviamente cambiará significativamente si se considera sismo. Para tal propósito es necesario realizar un cálculo estructural completo.

Luego de ingresar los datos de entrada, el resultado se deberá ver similar a la siguiente captura:

Datos de entrada

Columna Cuadrada
Columna Rectangular

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Pido a ChatGPT diseñar pequeña estructura de Hormigón Armado

¿Nos reemplazará a los ingenieros? La incursión de la inteligencia artificial (I.A.) en las labores computacionales está revolucionando el mundo. Tal es esta revolución, que muchas labores computacionales antes hechas…

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