Normas técnicas para el diseño de estructuras de concreto en México

Unidades. Etados límite de falla. Materiales. Módulo de elasticidad. Dimensiones. Refuerzo mínimo y máximo. Fuerza constante. Vigas con tensiones. Refuerzos. Torsión. Tipos de cementos. Muros, columnas y losas. Aberturas. Esfuerzos. Curado

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NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS

 

PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE

 

ESTRUCTURAS DE CONCRETO


ÍNDICE

Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto

NOTACIÓN

1. CONSIDERACIONES GENERALES

1.1 Alcance

1.2 Unidades

1.3 Criterios de diseño

1.3.1 Estados límite de falla

1.3.2 Estados límite de servicio

1.3.3 Diseño por durabilidad

1.3.4 Diseño por sismo

1.4 Análisis

1.4.1 Aspectos generales

1.4.2 Efectos de esbeltez

1.4.2.1 Conceptos preliminares

1.4.2.2 Método de amplificación de momentos flexionantes

1.4.2.3 Análisis de segundo orden

1.5 Materiales

1.5.1 Concreto

1.5.1.1 Materiales componentes para concretos clase 1 y 2

1.5.1.2 Resistencia a compresión

1.5.1.3 Resistencia a tensión

1.5.1.4 Módulo de elasticidad

1.5.1.5 Contracción por secado

1.5.1.6 Deformación diferida

1.5.2 Acero

1.6 Dimensiones de diseño

1.7 Factores de resistencia

2. estados límite de falla

2.1 Hipótesis para la obtención de resistencias de diseño a flexión, carga axial y flexocompresión

2.2 Flexión

2.2.1 Refuerzo mínimo

2.2.2 Refuerzo máximo

2.2.3 Secciones L y T

2.2.4 Fórmulas para calcular resistencias

2.2.5 Resistencia a flexión de vigas diafragma

2.3 Flexocompresión

2.3.1 Excentricidad mínima

2.3.2 Compresión y flexión en dos direcciones

2.4 Aplastamiento

2.5 Fuerza cortante

2.5.1 Fuerza cortante que toma el concreto, VcR

2.5.1.1 Vigas sin presfuerzo

2.5.1.2 Elementos anchos

2.5.1.3 Miembros sujetos a flexión y carga axial

2.5.1.4 Miembros de concreto presforzado

2.5.2 Refuerzo por tensión diagonal en vigas y columnas sin presfuerzo

2.5.2.1 Requisitos generales

2.5.2.2 Refuerzo mínimo

2.5.2.3 Separación del refuerzo transversal

2.5.2.4 Limitación para Vu

2.5.2.5 Fuerza cortante que toma un solo estribo o grupo de barras paralelas dobladas

2.5.3 Refuerzo por tensión diagonal en vigas presforzadas

2.5.3.1 Requisitos generales

2.5.3.2 Refuerzo mínimo

2.5.3.3 Fuerza cortante que toma el refuerzo transversal

2.5.4 Proximidad a reacciones y cargas concentradas

2.5.5 Vigas con tensiones perpendiculares a su eje

2.5.6 Interrupción y traslape del refuerzo longitudinal

2.5.7 Fuerza cortante en vigas diafragma

2.5.7.1 Sección crítica

2.5.7.2 Refuerzo mínimo

2.5.7.3 Fuerza cortante que toma el refuerzo transversal

2.5.7.4 Limitación para Vu

2.5.8 Refuerzo longitudinal en trabes

2.5.9 Fuerza cortante en losas y zapatas

2.5.9.1 Sección crítica

2.5.9.2 Esfuerzo cortante de diseño

2.5.9.3 Resistencia de diseño del concreto

2.5.9.4 Refuerzo mínimo

2.5.9.5 Refuerzo necesario para resistir la fuerza cortante

2.5.10 Resistencia a fuerza cortante por fricción

2.5.10.1 Requisitos generales

2.5.10.2 Resistencia de diseño

2.5.10.3 Tensiones normales al plano crítico

2.6 Torsión

2.6.1 Elementos en los que se pueden despreciar los efectos de torsión.

2.6.2 Cálculo del momento torsionante de diseño, Tu

2.6.2.1 Cuando afecta directamente al equilibrio

2.6.2.2 Cuando no afecta directamente al equilibrio

2.6.2.3 Cuando pasa de una condición isostática a hiperestática

2.6.3 Resistencia a torsión

2.6.3.1 Dimensiones mínimas

2.6.3.2 Refuerzo por torsión

2.6.3.3 Detalles del refuerzo

2.6.3.4 Refuerzo mínimo por torsión

2.6.3.5 Separación del refuerzo por torsión

3. Estados límite de servicio

3.1 Esfuerzos bajo condiciones de servicio

3.2 Deflexiones

3.2.1 Deflexiones en elementos no presforzados que trabajan en una dirección

3.2.1.1 Deflexiones inmediatas

3.2.1.2 Deflexiones diferidas

3.3 Agrietamiento en elementos no presforzados que trabajan en una dirección

4. Diseño por durabilidad

4.1 Disposiciones generales

4.1.1 Requisitos básicos

4.1.2 Requisito complementario

4.1.3 Tipos de cemento

4.2 Clasificación de exposición

4.3 Requisitos para concretos con clasificaciones de exposición A1 y A2

4.4 Requisitos para concretos con clasificaciones de exposición B1, B2 y C

4.5 Requisitos para concretos con clasificación de exposición D

4.6 Requisitos para concretos expuestos a sulfatos

4.7 Requisitos adicionales para resistencia a la abrasión

4.8 Restricciones sobre el contenido de químicos contra la corrosión

4.8.1 Restricciones sobre el ion cloruro para protección contra la corrosión

4.8.2 Restricción en el contenido de sulfato

4.8.3 Restricciones sobre otras sales

4.9 Requisitos para el recubrimiento del acero de refuerzo

4.9.1 Disposición general

4.9.2 Recubrimiento necesario en cuanto a la colocación del concreto

4.9.3 Recubrimiento para protección contra la corrosión

4.10 Reacción álcali-agregado

5. Requisitos complementarios

5.1 Anclaje

5.1.1 Requisito general

5.1.2 Longitud de desarrollo de barras a tensión

5.1.2.1 Barras rectas

5.1.2.2 Barras con dobleces

5.1.3 Longitud de desarrollo de barras a compresión

5.1.4 Vigas y muros

5.1.4.1 Requisitos generales

5.1.4.2 Requisitos adicionales

5.1.5 Columnas

5.1.6 Anclajes mecánicos

5.1.7 Anclaje del refuerzo transversal

5.1.8 Anclaje de malla de alambre soldado

5.2 Revestimientos

5.3 Tamaño máximo de agregados

5.4 Paquetes de barras

5.5 Dobleces del refuerzo

5.6 Uniones de barras

5.6.1 Uniones de barras sujetas a tensión

5.6.1.1 Requisitos generales

5.6.1.2 Traslape

5.6.1.3 Uniones soldadas o mecánicas

5.6.2 Uniones de malla de alambre soldado

5.6.3 Uniones de barras sujetas a compresión

5.7 Refuerzo por cambios volumétricos

5.8 Inclusiones

5.9 Separación entre barras de refuerzo

6. DISPOSICIONES COMPLEMENTARIAS PARA ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMUNES

6.1 Vigas

6.1.1 Requisitos generales

6.1.2 Pandeo lateral

6.1.3 Refuerzo complementario en las paredes de las vigas

6.1.4 Vigas diafragma

6.1.4.1 Disposición del refuerzo por flexión

6.1.4.2 Revisión de las zonas a compresión

6.1.4.3 Disposición del refuerzo por fuerza cortante

6.1.4.4 Dimensionamiento de los apoyos

6.1.4.5 Vigas diafragma que unen muros sujetos a fuerzas horizontales en su plano (vigas de acoplamiento)

6.1.5 Vigas de sección compuesta

6.1.5.1 Conceptos generales

6.1.5.2 Efectos de la fuerza cortante horizontal

6.1.5.3 Efectos de la fuerza cortante vertical

6.2 Columnas

6.2.1 Geometría

6.2.2 Refuerzo mínimo y máximo

6.2.3 Requisitos para refuerzo transversal

6.2.3.1 Criterio general

6.2.3.2 Separación

6.2.3.3 Detallado

6.2.4 Columnas zunchadas

6.2.5 Resistencia mínima a flexión de columnas

6.2.5.1 Resistencia a fuerza cortante en uniones viga-columna

6.2.6 Detalles del refuerzo en intersecciones con vigas o losas

6.3 Losas

6.3.1 Disposiciones generales

6.3.1.1 Método de análisis

6.3.1.2 Losas encasetonadas

6.3.2 Losas que trabajan en una dirección

6.3.3 Losas apoyadas en su perímetro

6.3.3.1 Momentos flexionantes debidos a cargas uniformemente distribuidas

6.3.3.2 Secciones críticas y franjas de refuerzo

6.3.3.3 Distribución de momentos flexionantes entre tableros adyacentes

6.3.3.4 Disposiciones sobre el refuerzo

6.3.3.5 Peralte mínimo

6.3.3.6 Revisión de la resistencia a fuerza cortante

6.3.4 Cargas lineales

6.3.5 Cargas concentradas

6.3.6 Losas encasetonadas

6.4 Zapatas

6.4.1 Diseño por flexión

6.4.2 Diseño por cortante

6.4.3 Anclaje

6.4.4 Diseño por aplastamiento

6.4.5 Espesor mínimo de zapatas de concreto reforzado

6.5 Muros

6.5.1 Muros sujetos solamente a cargas verticales axiales o excéntricas

6.5.1.1 Ancho efectivo ante cargas concentradas

6.5.1.2 Refuerzo mínimo

6.5.2 Muros sujetos a fuerzas horizontales en su plano

6.5.2.1 Alcances y requisitos generales

6.5.2.2 Momentos flexionantes de diseño

6.5.2.3 Flexión y flexocompresión

6.5.2.4 Elementos de refuerzo en los extremos de muros

6.5.2.5 Fuerza cortante

6.5.2.6 Muros acoplados

6.6 Diafragmas y elementos a compresión de contraventeos

6.6.1 Alcance

6.6.2 Firmes colados sobre elementos prefabricados

6.6.3 Espesor mínimo del firme

6.6.4 Diseño

6.6.5 Refuerzo

6.6.6 Elementos de refuerzo en los extremos

6.7 Arcos, cascarones y losas plegadas

6.7.1 Análisis

6.7.2 Simplificaciones en el análisis de cascarones y losas plegadas

6.7.3 Dimensionamiento

6.8 Articulaciones plásticas en vigas, columnas y arcos

6.9 Ménsulas

6.9.1 Requisitos generales

6.9.2 Dimensionamiento del refuerzo

6.9.3 Detallado del refuerzo

6.9.4 Área de apoyo

7. Marcos dúctiles

7.1 Requisitos generales

7.1.1 Estructuras diseñadas con Q igual a 4

7.1.2 Estructuras diseñadas con Q igual a 3

7.1.3 Miembros estructurales de cimentaciones

7.1.4 Requisitos complementarios

7.1.5 Características mecánicas de los materiales

7.1.6 Uniones soldadas de barras

7.1.7 Dispositivos mecánicos para unir barras

7.2 Miembros a flexión

7.2.1 Requisitos geométricos

7.2.2 Refuerzo longitudinal

7.2.3 Refuerzo transversal para confinamiento

7.2.4 Requisitos para fuerza cortante

7.2.4.1 Fuerza cortante de diseño

7.2.4.2 Refuerzo transversal para fuerza cortante

7.3 Miembros a flexocompresión

7.3.1 Requisitos geométricos

7.3.2 Resistencia mínima a flexión de columnas

7.3.2.1 Procedimiento general

7.3.2.2 Procedimiento optativo

7.3.3 Refuerzo longitudinal

7.3.4 Refuerzo transversal

7.3.5 Requisitos para fuerza cortante

7.3.5.1 Criterio y fuerza de diseño

7.3.5.2 Contribución del concreto a la resistencia

7.3.5.3 Refuerzo transversal por cortante

7.4 Uniones viga-columna

7.4.1 Requisitos generales

7.4.2 Refuerzo transversal horizontal

7.4.3 Refuerzo transversal vertical

7.4.4 Resistencia a fuerza cortante

7.4.5 Anclaje del refuerzo longitudinal

7.4.5.1 Barras que terminan en el nudo

7.4.5.2 Barras continuas a través del nudo

7.5 Conexiones viga-columna con articulaciones alejadas de la cara de la columna

7.5.1 Requisitos generales

7.5.2 Refuerzo longitudinal de las vigas

7.5.3 Resistencia mínima a flexión de columnas

7.5.4 Uniones viga-columna

8. Losas planas

8.1 Requisitos generales

8.2 Sistemas losa plana-columnas para resistir sismo

8.3 Análisis

8.3.1 Consideraciones generales

8.3.2 Análisis aproximado por carga vertical

8.3.2.1 Estructuras sin capiteles ni ábacos

8.3.2.2 Estructuras con capiteles y ábacos

8.3.3 Análisis aproximado ante fuerzas laterales

8.3.3.1 Estructuras sin capiteles ni ábacos

8.3.3.2 Estructuras con capiteles y ábacos

8.4 Transmisión de momento entre losa y columnas

8.5 Dimensionamiento del refuerzo para flexión

8.6 Disposiciones complementarias sobre el refuerzo

8.7 Secciones críticas para momento

8.8 Distribución de los momentos en las franjas

8.9 Efecto de la fuerza cortante

8.10 Peraltes mínimos

8.11 Dimensiones de los ábacos

8.12 Aberturas

9. Concreto Presforzado

9.1 Introducción

9.1.1 Definición de elementos de acero para presfuerzo

9.2 Presfuerzo parcial y presfuerzo total

9.3 Estados límite de falla

9.3.1 Flexión y flexocompresión

9.3.1.1 Esfuerzo en el acero de presfuerzo en elementos a flexión

9.3.1.2 Refuerzo mínimo en elementos a flexión

9.3.1.3 Refuerzo máximo en elementos a flexión

9.3.1.4 Secciones T sujetas a flexión

9.3.1.5 Refuerzo transversal en miembros a flexocompresión

9.3.2 Fuerza cortante

9.3.3 Pandeo debido al presfuerzo

9.3.4 Torsión

9.4 Estados límite de servicio

9.4.1 Elementos con presfuerzo total

9.4.1.1 Esfuerzos permisibles en el concreto

9.4.1.2 Esfuerzos permisibles en el acero de presfuerzo

9.4.1.3 Deflexiones

9.4.2 Elementos con presfuerzo parcial

9.4.2.1 Esfuerzos permisibles en el concreto

9.4.2.2 Esfuerzos permisibles en el acero de presfuerzo

9.4.2.3 Deflexiones

9.4.2.4 Agrietamiento

9.5 Pérdidas de presfuerzo

9.5.1 Pérdidas de presfuerzo en elementos pretensados

9.5.2 Pérdidas de presfuerzo en elementos postensados

9.5.3 Criterios de valuación de las pérdidas de presfuerzo

9.5.4 Indicaciones en planos

9.6 Requisitos complementarios

9.6.1 Zonas de anclaje

9.6.1.1 Geometría

9.6.1.2 Refuerzo

9.6.1.3 Esfuerzos permisibles de aplastamiento en el concreto de elementos postensados para edificios

9.6.2 Longitud de desarrollo y de transferencia del acero de presfuerzo

9.6.3 Anclajes y acopladores para postensado

9.6.4 Revisión de los extremos con continuidad

9.6.5 Recubrimiento en elementos de concreto presforzado

9.6.5.1 Elementos que no están en contacto con el terreno

9.6.5.2 Elementos de concreto presforzado en contacto con el terreno

9.6.5.3 Elementos de concreto presforzado expuestos a agentes agresivos

9.6.5.4 Barras de acero ordinario en elementos de concreto presforzado

9.6.6 Separación entre elementos de acero para presfuerzo

9.6.6.1 Separación libre horizontal entre alambres y entre torones

9.6.6.2 Separación libre horizontal entre ductos de postensado

9.6.6.3 Separación libre vertical entre alambres y entre torones

9.6.6.4 Separación libre vertical entre ductos de postensado

9.6.6.5 Separación libre vertical y horizontal entre barras de acero ordinario en elementos de concreto presforzado

9.6.7 Protección contra corrosión

9.6.8 Resistencia al fuego

9.6.9 Ductos para postensado

9.6.10 Lechada para tendones de presfuerzo

9.7 Losas postensadas con tendones no adheridos

9.7.1 Requisitos generales

9.7.1.1 Definiciones

9.7.1.2 Losas planas apoyadas en columnas

9.7.1.3 Losas apoyadas en vigas

9.7.1.4 Factores de reducción

9.7.2 Estados límite de falla

9.7.2.1 Flexión

9.7.2.2 Cortante

9.7.3 Sistemas de losas postensadas-columnas bajo sismo

9.7.4 Estados límite de servicio

9.7.4.1 Esfuerzos permisibles en el concreto

9.7.4.2 Esfuerzos permisibles en el acero de presfuerzo

9.7.4.3 Deflexiones

9.7.4.4 Agrietamiento

9.7.4.5 Corrosión

9.7.4.6 Resistencia al fuego

9.7.5 Zonas de anclaje

10. Concreto prefabricado

10.1 Requisitos generales

10.2 Estructuras prefabricadas

10.3 Conexiones

10.4 Sistemas de piso

11. Concreto de alta resistencia

11.1 Definición

11.2 Empleo de concretos de alta resistencia

11.2.1 Disposiciones generales

11.2.2 Limitaciones al empleo de concretos de alta resistencia

11.3 Propiedades mecánicas

11.3.1 Módulo de elasticidad

11.3.2 Resistencia a tensión

11.3.3 Contracción por secado

11.3.4 Deformación diferida

12. Concreto ligero

12.1 Requisitos generales

12.2 Requisitos complementarios

13. Concreto simple

13.1 Limitaciones

13.2 Juntas

13.3 Método de diseño

13.4 Esfuerzos de diseño

14. Construcción

14.1 Cimbra

14.1.1 Disposiciones generales

14.1.2 Descimbrado

14.2 Acero

14.2.1 Disposiciones generales

14.2.2 Control en la obra

14.2.3 Extensiones futuras

14.3 Concreto

14.3.1 Materiales componentes

14.3.2 Elaboración del concreto

14.3.3 Requisitos y control del concreto fresco

14.3.4 Requisitos y control del concreto endurecido

14.3.4.1 Resistencia a compresión

14.3.4.2 Módulo de elasticidad

14.3.5 Transporte

14.3.6 Colocación y compactación

14.3.7 Temperatura

14.3.8 Morteros aplicados neumáticamente

14.3.9 Curado

14.3.10 Juntas de colado

14.3.11 Tuberías y ductos incluidos en el concreto

14.4 Requisitos complementarios para concreto presforzado

14.4.1 Lechada para tendones adheridos

14.4.2 Tendones de presfuerzo

14.4.3 Aplicación y medición de la fuerza de presfuerzo

14.5 Requisitos complementarios para estructuras prefabricadas

14.6 Tolerancias

 

 


Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto

 


NOTACIÓN

A área de concreto a tensión dividida entre el número de barras; también, área de la sección definida por el plano crítico de cortante por fricción; también, área de la sección transversal comprendida entre la cara a tensión por flexión de la losa postensada y el centro de gravedad de la sección completa, mm² (cm²)

A1 área de contacto en la revisión por aplastamiento, mm² (cm²)

A2 área de la figura de mayor tamaño, semejante al área de contacto y concéntrica con ella, que puede inscribirse en la superficie que recibe la carga, mm² (cm²)

Ac área transversal del núcleo, hasta la orilla exterior del refuerzo transversal, mm² (cm²)

Acm área bruta de la sección de concreto comprendida por el espesor del muro y la longitud de la sección en la dirección de la fuerza cortante de diseño, mm² (cm²)

Acp área de la sección transversal del elemento, incluida dentro del perímetro del elemento de concreto, mm² (cm²)

Acr área de la sección crítica para transmitir cortante entre columnas y losas o zapatas, mm² (cm²)

Af área del acero de refuerzo prinicipal necesario para resistir el momento flexionante en ménsulas, mm² (cm²)

Ag área bruta de la sección transversal, mm² (cm²)

Ah área de los estribos complementarios horizontales en ménsulas, mm² (cm²)

An área del acero de refuerzo principal necesario para resistir la fuerza de tensión horizontal Phu en ménsulas, mm² (cm²)

Ao área bruta encerrada por el flujo de cortante en elementos a torsión, mm² (cm²)

Aoh área comprendida por el perímetro ph, mm² (cm²)

As área de refuerzo longitudinal en tensión en acero de elementos a flexión; también, área total del refuerzo longitudinal en columnas; o también, área de las barras principales en ménsulas, mm² (cm²)

As' área de acero de refuerzo longitudinal en compresión en elementos a flexión, mm² (cm²)

As,mín área mínima de refuerzo longitudinal de secciones rectangulares, mm² (cm²)

Asd área total del acero de refuerzo longitudinal de cada elemento diagonal en vigas diafragma que unen muros sujetos a fuerzas horizontales en un plano, también llamadas vigas de acoplamiento, mm² (cm²)

Ash área del acero de refuerzo transversal por confinamiento en elementos a flexocompresión, mm² (cm²)

Asm área del acero de refuerzo de integridad estructural en losas planas postensadas, mm² (cm²)

Asp área del acero de refuerzo que interviene en el cálculo de la resistencia a flexión de vigas T e I sin acero de compresión; también, área del acero de presfuerzo en la zona de tensión, mm² (cm²)

Ast área del acero de refuerzo longitudinal requerido por torsión, mm² (cm²)

At área transversal de una rama de estribo que resiste torsión, colocado a una separación s, mm² (cm²)

Atr área total de las secciones rectas de todo el refuerzo transversal comprendido en la separación s, y que cruza el plano potencial de agrietamiento entre las barras que se anclan, mm² (cm²)

Av área de todas las ramas de refuerzo por tensión diagonal comprendido en una distancia s; también, en vigas diafragma, área de acero de refuerzo vertical comprendida en una distancia s, mm² (cm²)

Avf área del acero de refuerzo por cortante por fricción, mm² (cm²)

Avh área de acero de refuerzo horizontal comprendida en una distancia sh en vigas diafragma, mm² (cm²)

Avm área de acero de refuerzo paralelo a la fuerza cortante de diseño comprendida en una distancia sm en muros y segmentos de muro, mm² (cm²)

Avn área de acero de refuerzo perpendicular a la fuerza cortante de diseño comprendida en una distancia sn en muros y segmentos de muro, mm² (cm²)

a profundidad del bloque de esfuerzos a compresión en el concreto; también, en ménsulas, distancia de la carga al paño donde arranca la ménsula, mm (cm)

a1, a2 respectivamente, claros corto y largo de un tablero de una losa, o lados corto y largo de una zapata, m

as área transversal de una barra, mm² (cm²)

as1 área transversal del refuerzo por cambios volumétricos, por unidad de ancho de la pieza, mm²/mm (cm²/cm)

Be ancho de losa usado para calcular la rigidez a flexión de vigas equivalentes, mm (cm)

Bt ancho total de la losa entre las líneas medias de los tableros adyacentes al eje de columnas considerado, mm (cm)

b ancho de una sección rectangular, o ancho del patín a compresión en vigas T, I o L, o ancho de una viga ficticia para resistir fuerza cortante en losas o zapatas, mm (cm)

b' ancho del alma de una sección T, I o L, mm (cm)

bc dimensión del núcleo de un elemento a flexo­compresión, normal al refuerzo de área Ash, mm (cm)

be ancho efectivo para resistir fuerza cortante de la unión viga-columna, mm (cm)

bo perímetro de la sección crítica por tensión diagonal alrededor de cargas concentradas a reacciones en losas y zapatas, mm (cm)

bv ancho del área de contacto en vigas de sección compuesta, mm (cm)

Cf coeficiente de deformación axial diferida final

Cm factor definido en la sección 1.4.2.2 y que toma en cuenta la forma del diagrama de momentos flexionantes

c separación o recubrimiento; también, profundidad del eje neutro medida desde la fibra extrema en compresión; o también, en muros, la mayor profundidad del eje neutro calculada para la carga axial de diseño y el momento resistente (igual al momento último resistente con factor de resistencia unitario) y consistente con el desplazamiento lateral de diseño, u, mm (cm)

c1 dimensión horizontal del capitel en su unión con el ábaco, paralela a la dirección de análisis; también, dimensión paralela al momento transmitido en losas planas, mm (cm)

c2 dimensión horizontal del capitel en su unión con el ábaco, normal a la dirección de análisis; también, dimensión normal al momento transmitido en losas planas, mm (cm)

D diámetro de una columna, mm (cm)

Dp diámetro de un pilote en la base de la zapata, mm (cm)

d peralte efectivo en la dirección de flexión; es decir, distancia entre el centroide del acero de tensión y la fibra extrema de compresión, mm (cm)

d' distancia entre el centroide del acero de compresión y la fibra extrema a compresión, mm (cm)

db diámetro nominal de una barra, mm (cm)

dc recubrimiento de concreto medido desde la fibra extrema en tensión al centro de la barra más próxima a ella, mm (cm)

dp distancia de la fibra extrema en compresión al centroide de los tendones de presfuerzo, mm (cm)

ds distancia entre la fibra extrema en compresión y el centroide del acero de refuerzo longitudinal ordinario a tensión, mm (cm)

Ec módulo de la elasticidad del concreto de peso normal, MPa (kg/cm²)

EL módulo de elasticidad del concreto ligero, MPa (kg/cm²)

Es módulo de elasticidad del acero, MPa (kg/cm²)

e base de los logaritmos naturales

ex excentricidad en la dirección X de la fuerza normal en elementos a flexocompresión, mm (cm)

ey excentricidad en la dirección Y de la fuerza normal en elementos a flexocompresión, mm (cm)

Fab factor de amplificación de momentos flexionantes en elementos a flexocompresión con extremos restrin­gidos lateralmente

Fas factor de amplificación de momentos flexionantes en elementos a flexocompresión con extremos no restringidos lateralmente

FR factor de resistencia

fb esfuerzo de aplastamiento permisible, MPa (kg/cm²)

fc' resistencia especificada del concreto a compresión, MPa (kg/cm²)

fc” magnitud del bloque equivalente de esfuerzos del concreto a compresión, MPa (kg/cm²)

resistencia media a compresión del concreto, MPa (kg/cm²)

fc* resistencia nominal del concreto a compresión, MPa (kg/cm²)

fci' resistencia a compresión del concreto a la edad en que ocurre la transferencia, MPa (kg/cm²)

fcp esfuerzo de compresión efectivo debido al presfuerzo, después de todas las pérdidas, en el centroide de la sección transversal o en la unión del alma y el patín, MPa (kg/cm²)

resistencia media a tensión por flexión del concreto o módulo de rotura, MPa (kg/cm²)

ff* resistencia nominal del concreto a flexión, MPa (kg/cm²)

fs esfuerzo en el acero en condiciones de servicio, MPa (kg/cm²)

fse esfuerzo en el acero de presfuerzo en condiciones de servicio después de pérdidas, MPa (kg/cm²)

fsp esfuerzo en el acero de presfuerzo cuando se alcanza la resistencia a flexión del elemento, MPa (kg/cm²)

fsr esfuerzo resistente del acero de presfuerzo, MPa (kg/cm²)

resistencia media del concreto a tensión, MPa (kg/cm²)

ft* resistencia nominal del concreto a tensión, MPa (kg/cm²)

fy esfuerzo especificado de fluencia del acero de refuerzo, MPa (kg/cm²)

fyh esfuerzo especificado de fluencia del acero de refuerzo transversal o, en vigas diafragma, del acero de refuerzo horizontal, MPa (kg/cm²)

fyp esfuerzo convencional de fluencia del acero de presfuerzo, MPa (kg/cm²)

fyt esfuerzo especificado de fluencia del acero de refuerzo transversal necesario para resistir torsión, MPa (kg/cm²)

fyv esfuerzo especificado de fluencia del acero de refuerzo transversal necesario para resistir fuerza cortante, MPa (kg/cm²)

H longitud libre de un miembro a flexocompresión, o altura del segmento o tablero del muro en consideración, en ambos casos perpendicular a la dirección de la fuerza cortante, mm (cm)

H' longitud efectiva de pandeo de un miembro a flexocompresión, mm (cm)

Hcr altura crítica de un muro, mm (cm)

Hm altura total de un muro, mm (cm)

h peralte total de un elemento, o dimensión transversal de un miembro paralela a la flexión o a la fuerza cortante; también, altura de entrepiso eje a eje, mm (cm)

h1 distancia entre el eje neutro y el centroide del refuerzo principal de tensión, mm (cm)

h2 distancia entre el eje neutro y la fibra más esforzada a tensión, mm (cm)

hs, hp peralte de viga secundaria y principal, respec­tivamente, mm (cm)

I1, I2, I3 momentos de inercia para calcular deflexiones inmediatas, mm4 (cm4)

Iag momento de inercia de la sección transformada agrietada, mm4 (cm4)

Ie momento de inercia efectivo, mm4 (cm4)

Ig momento de inercia centroidal de la sección bruta de concreto de un miembro, mm4 (cm4)

Ip índice de presfuerzo

Jc parámetro para el cálculo del esfuerzo cortante actuante debido a transferencia de momento entre columnas y losas o zapatas, mm4 (cm4)

K coeficiente de fricción por desviación accidental por metro de tendón, 1/m

Ktr índice de refuerzo transversal, mm (cm)

k factor de longitud efectiva de pandeo de un miembro a flexocompresión; también, coeficiente para determinar el peralte mínimo en losas planas

L claro de un elemento; también, longitud de un muro o de un tablero de muro en la dirección de la fuerza cortante de diseño; o también, en concreto presforzado, longitud del tendón desde el extremo donde se une al gato hasta el punto x, mm (cm)

Ld longitud de desarrollo, mm (cm)

Ldb longitud básica de desarrollo, mm (cm)

l1, l2 claros centro a centro en cada dirección principal para determinar el refuerzo de integridad estructural en losas planas postensadas, m

M momento flexionante que actúa en una sección, N-mm (kg-cm)

M1 menor momento flexionante en un extremo de un miembro a flexocompresión; también, en marcos dúctiles con articulaciones alejadas de las columnas, demanda de momento flexionante en la cara de la columna (sección 1) debida a la formación de la articulación plástica en la sección 2, N-mm (kg-cm)

M2 mayor momento flexionante en un extremo de un miembro a flexocompresión; también, en marcos dúctiles con articulaciones plásticas alejadas de la columna, momentos flexionantes resistentes asociados a la formación de la articulación plástica en la sección 2, N-mm (kg-cm)

M1b, M2b momentos flexionantes multiplicados por el factor de carga, en los extremos respectivos donde actúan M1 y M2, producidos por las cargas que no causan un desplazamiento lateral apreciable, calculado con un análisis elástico de primer orden, N-mm
(kg-cm)

M1s, M2s momentos flexionantes multiplicados por el factor de carga, en los extremos respectivos donde actúan M1 y M2, producidos por las cargas que causan un desplazamiento lateral apreciable, calculado con un análisis elástico de primer orden, N-mm (kg-cm)

Ma1, Ma2 en marcos dúctiles con articulaciones plásticas alejadas de la columna, momentos flexionantes de diseño en las secciones 1 y 2, respectivamente, obtenidos del análisis, N-mm (kg-cm)

Mag momento de agrietamiento, N-mm (kg-cm)

Mc momento flexionante amplificado resultado de la revisión por esbeltez, N-mm (kg-cm)

Me momento flexionante resistente de la columna al paño del nudo de marcos dúctiles, calculado con factor de resistencia igual a uno, N-mm (kg-cm)

Mg momento flexionante resistente de la viga al paño del nudo de marcos dúctiles, calculado con factor de resistencia igual a uno y esfuerzo de fluencia igual a 1.25fy, N-mm (kg-cm)

Mmáx momento flexionante máximo correspondiente al nivel de carga para el cual se estima la deflexión,
N-mm (kg-cm)

MR momento flexionante resistente de diseño, N-mm
(kg-cm)

MRp momento flexionante resistente suministrado por el acero presforzado, N-mm (kg-cm)

MRr momento flexionante resistente suministrado por el acero ordinario, N-mm (kg-cm)

MRx momento flexionante resistente de diseño alrededor del eje X, N-mm (kg-cm)

MRy momento flexionante resistente de diseño alrededor del eje Y, N-mm (kg-cm)

Mu momento flexionante de diseño, N-mm (kg-cm)

Mux momento flexionante de diseño alrededor del eje X, N-mm (kg-cm)

Muy momento flexionante de diseño alrededor del eje Y, N-mm (kg-cm)

m relación a1/a2

Nc fuerza a tensión en el concreto debida a cargas muerta y viva de servicio, N (kg)

Nu fuerza de diseño de compresión normal al plano crítico en la revisión por fuerza cortante por fricción, N (kg)

n número de barras sobre el plano potencial de agrietamiento

P carga axial que actúa en una sección; también, carga concentrada en losas, N (kg)

P0 valor de la fuerza que es necesario aplicar en el gato para producir una tensión determinada Px en el tendón postensado, N (kg)

Pc carga axial crítica, N (kg)

Phu fuerza de tensión horizontal de diseño en ménsulas, N (kg)

PR carga normal resistente de diseño, N (kg)

PR0 carga axial resistente de diseño, N (kg)

PRx carga normal resistente de diseño aplicada con una excentricidad ex, N (kg)

PRy carga normal resistente de diseño aplicada con una excentricidad ey, N (kg)

Pu fuerza axial de diseño, N (kg)

Pvu fuerza vertical de diseño en ménsulas, N (kg)

Px tensión en el tendón postensado en el punto x, N (kg)

p cuantía del acero de refuerzo longitudinal a tensión:

p = (en vigas);

p = (en muros); y

p = (en columnas).

p' cuantía del acero de refuerzo longitudinal a compresión:

p' = (en elementos a flexión).

pcp perímetro exterior de la sección transversal de concreto del elemento, mm (cm)

ph perímetro, medido en el eje, del estribo de refuerzo por torsión, mm (cm)

pm cuantía del refuerzo paralelo a la dirección de la fuerza cortante de diseño distribuido en el área bruta de la sección transversal normal a dicho refuerzo

pn cuantía de refuerzo perpendicular a la dirección de la fuerza cortante de diseño distribuido en el área bruta de la sección transversal normal a dicho refuerzo

pp cuantía de acero de presfuerzo (Asp/bdp)

ps cuantía volumétrica de refuerzo helicoidal o de estribos circulares en columnas

Q factor de comportamiento sísmico

q' =

Rb distancia del centro de la carga al borde más próximo a ella, mm (cm)

r radio de giro de una sección; también, radio del círculo de igual área a la de aplicación de la carga concentrada, mm (cm)

SLh separación libre horizontal entre tendones y ductos, mm (cm)

SLv separación libre vertical entre tendones y ductos, mm (cm)

s separación del refuerzo transversal, mm (cm)

sh separación del acero de refuerzo horizontal en vigas diafragma, mm (cm)

sm separación del refuerzo perpendicular a la fuerza cortante de diseño, mm (cm)

sn separación del refuerzo paralelo a la fuerza cortante de diseño, mm (cm)

T momento torsionante que actúa en una sección, N-mm (kg-cm)

TR0 momento torsionante resistente de diseño de un miembro sin refuerzo por torsión, N-mm (kg-cm)

Tu momento torsionante de diseño, N-mm (kg-cm)

Tuh momento torsionante de diseño en la condición hiperestática, N-mm (kg-cm)

Tui momento torsionante de diseño en la condición isostática, N-mm (kg-cm)

t espesor del patín en secciones I o L, o espesor de muros, mm (cm)

u relación entre el máximo momento flexionante de diseño por carga muerta y carga viva sostenida, y el máximo momento flexionante de diseño total asociados a la misma combinación de cargas

V fuerza cortante que actúa en una sección, N (kg)

VcR fuerza cortante de diseño que toma el concreto, N (kg)

VsR fuerza cortante se diseño que toma el acero de refuerzo transversal, N (kg)

Vu fuerza cortante de diseño, N (kg)

vn esfuerzo cortante horizontal entre los elementos que forman una viga compuesta, MPa (kg/cm²)

vu esfuerzo cortante de diseño, MPa (kg/cm²)

Wu suma de las cargas de diseño muertas y vivas, multiplicadas por el factor de carga correspondiente, acumuladas desde el extremo superior del edificio hasta el entrepiso considerado, N (kg)

w carga uniformemente distribuida, kN/m² (kg/m²)

wu carga de diseño de la losa postensada, kN/m² (kg/m²)

x punto en el cual se valúan la tensión y pérdidas por postensado; también, dimensión en la dirección en que se considera la tolerancia, mm (cm)

x1 dimensión mínima del miembro medida perpendicular­mente al refuerzo por cambios volumétricos, mm (cm)

y longitud de ménsulas restando la tolerancia de separación, mm (cm)

z brazo del par interno en vigas diafragma y muros, mm (cm)

 fracción del momento flexionante que se transmite por excentricidad de la fuerza cortante en losas planas o zapatas

1 factor definido en el inciso 2.1.e que especifica la profundidad del bloque equivalente de esfuerzos a compresión, como una fracción de la profundidad del eje neutro, c

 relación del lado corto al lado largo del área donde actúa la carga o reacción

 desplazamiento de entrepiso producido por la fuerza cortante de entrepiso V, mm (cm)

f deformación axial final, mm (cm)

i deformación axial inmediata, mm (cm)

cf contracción por secado final

sp deformación unitaria del acero de presfuerzo cuando se alcanza el momento flexionante resistente de la sección

yp deformación unitaria convencional de fluencia del acero de presfuerzo

 cambio angular total en el perfil del tendón desde el extremo donde actúa el gato hasta el punto x, radianes

 ángulo que el acero de refuerzo transversal por tensión diagonal forma con el eje de la pieza; también, ángulo con respecto al eje de la viga diafragma que forma el elemento de refuerzo diagonal, grados

 índice de estabilidad

 coeficiente de fricción para diseño de cortante por fricción; también, coeficiente de fricción por curvatura en concreto presforzado

 ángulo, con respecto al eje de la pieza, que forman las diagonales de compresión que se desarrollan en el concreto para resistir tensión según la teoría de la analogía de la armadura espacial, grados

A, B cociente de (I/L) de las columnas, entre (I/L) de los miembros de flexión que llegan al extremo A o B de una columna, en el plano considerado

 

1. CONSIDERACIONES GENERALES

1.1 Alcance

En estas Normas se presentan disposiciones para diseñar estructuras de concreto, incluido el concreto simple y el reforzado (ordinario y presforzado). Se dan requisitos complementarios para concreto ligero y concreto de alta resistencia. Se incluyen estructuras coladas en el lugar y prefabricadas.

 

Estas disposiciones deben considerarse como un complemento de los principios básicos de diseño establecidos en el Título Sexto del Reglamento y en las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones.

 

1.2 Unidades

En las expresiones que aparecen en estas Normas deben utilizarse las unidades siguientes, que corresponden al sistema internacional (SI):

 

Fuerza N (newton)

Longitud mm (milímetro)

Momento N-mm

Esfuerzo MPa (megapascal)

 

Siempre que es posible, las expresiones están escritas en forma adimensional; de lo contrario, junto a las expresiones en sistema internacional, se escriben, entre paréntesis, las expresiones equivalentes en el sistema gravitacional usual, empleando las unidades siguientes:

 

Fuerza kgf (kilogramo fuerza)

Longitud cm (centímetro)

Momento kgf-cm

Esfuerzo kgf/cm²

 

(En estas Normas el kilogramo fuerza se representa con kg)

 

Cada sistema debe utilizarse con independencia del otro, sin hacer combinaciones entre los dos.

 

Las unidades que aquí se mencionan son las comunes de los dos sistemas. Sin embargo, no se pretende prohibir otras unidades empleadas correctamente, que en ocasiones pueden ser más convenientes; por ejemplo, en el sistema gravitacional usual puede ser preferible expresar las longitudes en metros (m), las fuerzas en toneladas (t) y los momentos en t-m.

 

1.3 Criterios de diseño

Las fuerzas y momentos internos producidos por las acciones a que están sujetas las estructuras se determinarán de acuerdo con los criterios prescritos en la sección 1.4.

 

El dimensionamiento y el detallado se harán de acuerdo con los criterios relativos a los estados límite de falla y de servicio, así como de durabilidad, establecidos en el Título Sexto del Reglamento y en estas Normas, o por algún procedimiento optativo que cumpla con los requisitos del artículo 159 del mencionado Título Sexto.

 

1.3.1 Estados límite de falla

Según el criterio de estados límite de falla, las estructuras deben dimensionarse de modo que la resistencia de diseño de toda sección con respecto a cada fuerza o momento interno que en ella actúe, sea igual o mayor que el valor de diseño de dicha fuerza o momento internos. Las resistencias de diseño deben incluir el correspondiente factor de resistencia, FR, prescrito en la sección 1.7. Las fuerzas y momentos internos de diseño se obtienen multiplicando por el correspondiente factor de carga los valores de dichas fuerzas y momentos internos calculados bajo las acciones especificadas en el Título Sexto del Reglamento y en las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones.

 

1.3.2 Estados límite de servicio

Sea que se aplique el criterio de estados límite de falla o algún criterio optativo, deben revisarse los estados límite de servicio, es decir, se comprobará que las respuestas de la estructura (deformación, agrietamiento, etc.) queden limitadas a valores tales que el funcionamiento en condiciones de servicio sea satisfactorio.

 

1.3.3 Diseño por durabilidad

Las estructuras deberán diseñarse para una vida útil de al menos 50 años, de acuerdo con los requisitos establecidos en el Cap. 4.

 

1.3.4 Diseño por sismo

Los marcos de concreto reforzado de peso normal colados en el lugar que cumplan con los requisitos generales de estas Normas se diseñarán por sismo, aplicando un factor de comportamiento sísmico Q igual a 2.0. Los valores de Q que deben aplicarse para estructuras especiales como marcos dúctiles, losas planas, estructuras presforzadas y estructuras prefabricadas, se dan en los Capítulos 7 a 10, respectivamente. En todo lo relativo a los valores de Q, debe cumplirse, además, con el Cap. 5 de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo.

 

1.4 Análisis

1.4.1 Aspectos generales

Las estructuras de concreto se analizarán, en general, con métodos que supongan comportamiento elástico. También pueden aplicarse métodos de análisis límite siempre que se compruebe que la estructura tiene suficiente ductilidad y que se eviten fallas prematuras por inestabilidad. Las articulaciones plásticas en vigas y columnas se diseñarán de acuerdo con lo prescrito en la sección 6.8.

 

Cuando se apliquen métodos de análisis elástico, en el cálculo de las rigideces de los miembros estructurales se tomará en cuenta el efecto del agrietamiento. Se admitirá que se cumple con este requisito si las rigideces de vigas y muros agrietados se calculan con la mitad del momento de inercia de la sección bruta de concreto (0.5Ig), y si las rigideces de columnas y muros no agrietados se calculan con el momento de inercia total de la sección bruta de concreto. En vigas T, la sección bruta incluirá los anchos de patín especificados en la sección 2.2.3. En estructuras constituidas por losas planas, las rigideces se calcularán con las hipótesis de la sección 8.3.

 

En estructuras continuas se admite redistribuir los momentos flexionantes obtenidos del análisis elástico, satisfaciendo las condiciones de equilibrio de fuerzas y momentos en vigas, nudos y entrepisos, pero sin que ningún momento se reduzca, en valor absoluto, más del 20 por ciento en vigas y losas apoyadas en vigas o muros, ni que se reduzca más del 10 por ciento en columnas y en losas planas.

 

En los momentos de diseño y en las deformaciones laterales de las estructuras deben incluirse los efectos de esbeltez valuados de acuerdo con la sección 1.4.2.

 

1.4.2 Efectos de esbeltez

Se admitirá valuar los efectos de esbeltez mediante el método de amplificación de momentos flexionantes de la sección 1.4.2.2 o por medio del análisis de segundo orden especificado en la sección 1.4.2.3.

 

1.4.2.1 Conceptos preliminares

a) Restricción lateral de los extremos de columnas

 

Se supondrá que una columna tiene sus extremos restringidos lateralmente cuando estos extremos no se desplacen uno respecto al otro de manera apreciable. El desplazamiento puede ser despreciable por la presencia en el entrepiso de elementos de una elevada rigidez lateral, como contravientos o muros, o porque la estructura puede resistir las cargas aplicadas sin sufrir desplazamientos laterales considerables.

 

En el primer caso, puede suponerse que no hay desplazamientos laterales considerables si la columna forma parte de un entrepiso donde la rigidez lateral de contravientos, muros u otros elementos que den restricción lateral no es menor que el 85 por ciento de la rigidez total de entrepiso. Además, la rigidez de cada diafragma horizontal (losa, etc.), a los que llega la columna, no debe ser menor que diez veces la rigidez de entrepiso del marco al que pertenece la columna en estudio. La rigidez de un diafragma horizontal con relación a un eje de columnas se define como la fuerza que debe aplicarse al diafragma en el eje en cuestión para producir una flecha unitaria sobre dicho eje, estando el diafragma libremente apoyado en los elementos que dan restricción lateral (muros, contravientos, etc.).

 

En el segundo caso, puede considerarse que no hay desplazamientos laterales apreciables si

(1.1)

donde

Q factor de comportamiento sísmico definido en estas Normas y en las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo. Cuando los desplazamientos laterales sean debidos a acciones distintas del sismo se tomará Q=1.0;

V fuerza cortante de entrepiso;

 desplazamiento de entrepiso producido por V;

Wu suma de las cargas de diseño, muertas y vivas (cargas especificadas en las Normas Técnicas Complemen­tarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones) multiplicadas por el factor de carga correspondiente, acumuladas desde el extremo superior del edificio hasta el entrepiso considerado; y

h altura del entrepiso, entre ejes.

 

b) Longitud libre, H, de un miembro a flexocompresión

 

Es la distancia libre entre elementos capaces de darle al miembro apoyo lateral. En columnas que soporten sistemas de piso formados por vigas y losas, H será la distancia libre entre el piso y la cara inferior de la viga más peraltada que llega a la columna en la dirección en que se considera la flexión. En aquéllas que soporten losas planas, H será la distancia libre entre el piso y la sección en que la columna se une al capitel, al ábaco o a la losa, según el caso.

 

c) Longitud efectiva, H', de un miembro a flexo­compresión

 

La longitud efectiva de miembros cuyos extremos estén restringidos lateralmente puede determinarse con el nomograma de la figura 1.1.

 

1.4.2.2 Método de amplificación de momentos flexionantes

a) Miembros en los que pueden despreciarse los efectos de esbeltez

 

En miembros con extremos restringidos lateralmente, los efectos de esbeltez pueden despreciarse cuando la relación entre H' y el radio de giro, r, de la sección en la dirección considerada es menor que 34-12M1/M2. En la expresión anterior, M1 es el menor y M2 el mayor de los momentos flexionantes en los extremos del miembro; el cociente M1/M2 es positivo cuando el miembro se flexiona en curvatura sencilla y negativo cuando lo hace en curvatura doble; si M1=M2=0, el cociente M1/M2 se tomará igual a 1.0.

 

 

A y B son los extremos de la columna.

Los momentos de inercia, I, corresponden a la flexión en el plano considerado.

H' = kH

En forma aproximada:

; ;

Figura 1.1 Nomograma para determinar longitudes efectivas, H', en miembros a flexocompresión con extremos restringidos lateralmente

 

En miembros con extremos no restringidos lateralmente, los efectos de esbeltez no podrán despreciarse.

 

b) Limitación para H'/r

 

Cuando H'/r sea mayor que 100, deberá efectuarse un análisis de segundo orden de acuerdo con lo prescrito en la sección 1.4.2.3.

 

c) Momentos de diseño

 

Los miembros sujetos a flexocompresión en los que, de acuerdo con el inciso 1.4.2.2.a, no pueden despreciarse los efectos de esbeltez, se dimensionarán para la carga axial de diseño, Pu, obtenida de un análisis elástico de primer orden y un momento amplificado, Mc, obtenido en forma aproximada y, según el caso, de acuerdo con lo estipulado en el inciso 1.4.2.2.d o en 1.4.2.2.e.

 

d) Miembros con extremos restringidos lateralmente

 

Los miembros se diseñarán con un momento amplificado, Mc, que se calculará con la expresión

Mc = Fab M2 (1.2)

 

donde

(1.3)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

u cuando se considere la acción de carga muerta y carga viva, u será la relación entre la carga axial de diseño producida por carga muerta y carga viva sostenida, y la carga axial de diseño total producida por carga muerta y carga viva. Cuando se considere la acción de carga muerta, viva y accidental, u será la relación entre la carga axial de diseño producida por carga muerta y carga viva sostenida, y la carga axial de diseño total producida por carga muerta, viva y accidental.

 

El momento M2, que es el mayor de los momentos en los extremos del miembro, se tomará con su valor absoluto y debe estar multiplicado por el factor de carga. No se tomará menor que el que resulte de aplicar la excentricidad mínima prescrita en la sección 2.3.1.

 

e) Miembros con extremos no restringidos lateralmente

 

Los momentos en los extremos del miembro se calcularán con las ecuaciones:

M1 = M1b+FasM1s (1.7)

M2 = M2b+FasM2s (1.8)

donde

M1b momento flexionante multiplicado por el factor de carga, en el extremo donde actúa M1, producido por las cargas que no causan un desplazamiento lateral apreciable, calculado con un análisis elástico de primer orden;

M1s momento flexionante multiplicado por el factor de carga, en el extremo donde actúa M1, producido por las cargas que causan un desplazamiento lateral apreciable, calculado con un análisis elástico de primer orden;

M2b momento flexionante multiplicado por el factor de carga, en el extremo donde actúa M2, producido por las cargas que no causan un desplazamiento lateral apreciable, calculado con un análisis elástico de primer orden;

M2s momento flexionante multiplicado por el factor de carga, en el extremo donde actúa M2, producido por las cargas que causan un desplazamiento lateral apreciable, calculado con un análisis elástico de primer orden; y

(1.9)

donde  está dado por la ecuación

(1.10)

 

Si Fas calculado con la ec. 1.9 excede de 1.5, se deberá hacer un análisis de segundo orden de acuerdo con la sección 1.4.2.3.

 

En estructuras cuyas columnas no tienen restringidos lateralmente sus extremos, las vigas y otros elementos en flexión se dimensionarán para que resistan los momentos amplificados de los extremos de las columnas. Cuando la torsión de un entrepiso sea significativa se deberá hacer un análisis de segundo orden.

 

f) Si un miembro sujeto a flexocompresión con extremos no restringidos tiene una relación

(1.11)

se diseñará para la carga Pu y un momento flexionante amplificado Mc calculado según se especifica en el inciso 1.4.2.2.d, pero calculando M1 y M2 como se especifica en el inciso 1.4.2.2.e y con el valor de u correspondiente a la combinación de carga considerada.

 

1.4.2.3 Análisis de segundo orden

Este procedimiento consiste en obtener las fuerzas y momentos internos tomando en cuenta los efectos de las deformaciones sobre dichas fuerzas y momentos, la influencia de la carga axial en las rigideces, el comportamiento no lineal y agrietamiento de los materiales, duración de las cargas, cambios volumétricos por deformaciones diferidas, así como la interacción con la cimentación.

 

1.5 Materiales

Las Normas Mexicanas (NMX) citadas se refieren a las que estén vigentes cuando se aplique el presente documento.

 

1.5.1 Concreto

El concreto de resistencia normal empleado para fines estructurales puede ser de dos clases: clase 1, con peso volumétrico en estado fresco superior a 22 kN/m³ (2.2 t/m³) y clase 2 con peso volumétrico en estado fresco comprendido entre 19 y 22 kN/m³ (1.9 y 2.2 t/m³).

 

Para las obras clasificadas como del grupo A o B1, según se definen en el artículo 139 del Reglamento, se usará concreto de clase 1.

 

Los requisitos adicionales para concretos de alta resistencia con resistencia especificada a la compresión, fc', igual o mayor que 40 MPa (400 kg/cm²) se encuentran en el Capítulo 11.

 

1.5.1.1 Materiales componentes para concretos clase 1 y 2

En la fabricación de los concretos, se empleará cualquier tipo de cemento que sea congruente con la finalidad y características de la estructura, clase resistente 30 ó 40, que cumpla con los requisitos especificados en la norma NMX-C-414-ONNCCE.

 

Los agregados pétreos deberán cumplir con los requisitos de la norma NMX-C-111 con las modificaciones y adiciones establecidas en la sección 14.3.1.

 

El concreto clase 1 se fabricará con agregados gruesos con peso específico superior a 2.6 (caliza, basalto, etc.) y el concreto clase 2 con agregados gruesos con peso específico superior a 2.3, como andesita. Para ambos se podrá emplear arena andesítica u otra de mejores características.

 

El agua de mezclado deberá ser limpia y cumplir con los requisitos de la norma NMX-C-122. Si contiene sustancias en solución o en suspensión que la enturbien o le produzcan olor o sabor fuera de lo común, no deberá emplearse.

 

Podrán usarse aditivos a solicitud expresa del usuario o a propuesta del productor, en ambos casos con la autorización del Corresponsable en Seguridad Estructural, o del Director Responsable de Obra cuando no se requiera de Corresponsable. Los aditivos deberán cumplir con los requisitos de la norma NMX-C-255.

 

1.5.1.2 Resistencia a compresión

Los concretos clase 1 tendrán una resistencia especificada, fc', igual o mayor que 25 MPa (250 kg/cm²). La resistencia especificada de los concretos clase 2 será inferior a 25 MPa (250 kg/cm²) pero no menor que 20 MPa (200 kg/cm²). En ambas clases deberá comprobarse que el nivel de resistencia del concreto estructural de toda construcción cumpla con la resistencia especificada. Se admitirá que un concreto cumple con la resistencia especificada si satisface los requisitos prescritos en la sección 14.3.4.1. El Corresponsable en Seguridad Estructural o el Director Responsable de Obra, cuando el trabajo no requiera de Corresponsable, podrá autorizar el uso de resistencias, fc', distintas de las antes mencionadas, sin que, excepto lo señalado en el párrafo siguiente, sean inferiores a 20 MPa (200 kg/cm²).

 

En muros de concreto reforzado de vivienda de interés social, se admitirá el uso de concreto clase 2 con resistencia especificada de 15 MPa (150 kg/cm²) si se garantizan los recubrimientos mínimos requeridos en 4.9.3.

 

Todo concreto estructural debe mezclarse por medios mecánicos. El de clase 1 debe proporcionarse por peso; el de clase 2 puede proporcionarse por volumen.

 

Para diseñar se usará el valor nominal, fc*, determinado con la expresión siguiente.

fc*=0.8fc' (1.12)

El valor fc* se determinó de manera que la probabilidad de que la resistencia del concreto en la estructura no lo alcance es de dos por ciento. Puesto que fc* es una medida de la resistencia del concreto en la estructura, para que sea válida la ec. 1.12 deben cumplirse los requisitos de transporte, colocación, compactación y curado prescritos en las secciones 14.3.5, 14.3.6 y 14.3.9, respectivamente.

 

Se hace hincapié en que el proporcionamiento de un concreto debe hacerse para una resistencia media,
, mayor que la especificada, fc', y que dicha resistencia media es función del grado de control que se tenga al fabricar el concreto.

 

1.5.1.3 Resistencia a tensión

Se considera como resistencia media a tensión, , de un concreto el promedio de los esfuerzos resistentes obtenidos a partir de no menos de cinco ensayes en cilindros de 150300 mm cargados diametralmente, ensayados de acuerdo con la norma NMX-C-163. A falta de información experimental, , se puede estimar igual a:

 

a) concreto clase 1

0.47, en MPa (1.5, en kg/cm²)

 

b) concreto clase 2

0.38, en MPa (1.2, en kg/cm²)

 

La resistencia media a tensión por flexión o módulo de rotura, se puede suponer igual a:

 

a) concreto clase 1

0.63, en MPa (2, en kg/cm²)

 

b) concreto clase 2

0.44, en MPa (1.4, en kg/cm²)

 

Para diseñar se usará un valor nominal, ft*, igual a 0.75. También puede tomarse:

 

a) concreto clase 1

0.41, en MPa (1.3, en kg/cm²)

 

b) concreto clase 2

0.31, en MPa (1.0, en kg/cm²)

 

y el módulo de rotura, ff*, se puede tomar igual a

 

a) concreto clase 1

0.53, en MPa (1.7, en kg/cm²)

 

b) concreto clase 2

0.38, en MPa (1.2, en kg/cm²)

 

En las expresiones anteriores que no sean homogéneas los esfuerzos deben estar en MPa (en kg/cm² para las expresiones en paréntesis); los resultados se obtienen en estas unidades.

 

1.5.1.4 Módulo de elasticidad

Para concretos clase 1, el módulo de elasticidad, Ec, se supondrá igual a

4400, en MPa (14000, en kg/cm²)

para concretos con agregado grueso calizo, y

3500, en MPa (11000, en kg/cm²)

para concretos con agregado grueso basáltico.

 

Para concretos clase 2 se supondrán igual a

2500, en MPa (8000, en kg/cm²)

 

Pueden usarse otros valores de Ec que estén suficientemente respaldados por resultados de laboratorio. En problemas de revisión estructural de construcciones existentes, puede aplicarse el módulo de elasticidad determinado en corazones de concreto extraídos de la estructura, que formen una muestra representativa de ella. En todos los casos a que se refiere este párrafo, Ec se determinará según la norma NMX-C-128. Los corazones se extraerán de acuerdo con la norma NMX-C-169.

 

1.5.1.5 Contracción por secado

Para concretos clase 1, la contracción por secado final, cf, se supondrá igual a 0.001 y para concreto clase 2 se tomará igual a 0.002.

 

1.5.1.6 Deformación diferida

Para concreto clase 1, el coeficiente de deformación axial diferida final,

(1.13)

se supondrá igual a 2.4 y para concreto clase 2 se supondrá igual a 5.0. Las cantidades f y i son las deformaciones axiales final e inmediata, respectivamente. Las flechas diferidas se deberán calcular con la sección 3.2.

 

1.5.2 Acero

Como refuerzo ordinario para concreto pueden usarse barras de acero y/o malla de alambre soldado. Las barras serán corrugadas, con la salvedad que se indica adelante, y deben cumplir con las normas NMX-C-407-ONNCCE, NMX-B-294 o NMX-B-457; se tomarán en cuenta las restricciones al uso de algunos de estos aceros incluidas en las presentes Normas. La malla cumplirá con la norma NMX-B-290. Se permite el uso de barra lisa de 6.4 mm de diámetro (número 2) para estribos donde así se indique en el texto de estas Normas, conectores de elementos compuestos y como refuerzo para fuerza cortante por fricción (sección 2.5.10). El acero de presfuerzo cumplirá con las normas NMX-B-292 o NMX-B-293.

 

Para elementos secundarios y losas apoyadas en su perímetro, se permite el uso de barras que cumplan con las normas NMX-B-18, NMX-B-32 y NMX-B-72.

 

El módulo de elasticidad del acero de refuerzo ordinario, Es, se supondrá igual a 2105 MPa (2106 kg/cm²) y el de torones de presfuerzo se supondrá de 1.9105 MPa (1.9106 kg/cm²).

 

En el cálculo de resistencias se usarán los esfuerzos de fluencia mínimos, fy, establecidos en las normas citadas.

 

1.6 Dimensiones de diseño

Para calcular resistencias se harán reducciones de 20 mm en las siguientes dimensiones:

 

a) Espesor de muros;

b) Diámetro de columnas circulares;

c) Ambas dimensiones transversales de columnas rectan­gulares;

d) Peralte efectivo correspondiente al refuerzo de lecho superior de elementos horizontales o inclinados, incluyendo cascarones y arcos; y

e) Ancho de vigas y arcos.

 

Estas reducciones no son necesarias en dimensiones mayores de 200 mm, ni en elementos donde se tomen precauciones que garanticen que las dimensiones resistentes no serán menores que las de cálculo y que dichas precauciones se consignen en los planos estructurales.

 

1.7 Factores de resistencia

De acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones, las resistencias deben afectarse por un factor de reducción, FR. Con las excepciones indicadas en el texto de estas Normas, los factores de resistencia tendrán los valores siguientes:

 

a) FR=0.9 para flexión.

b) FR=0.8 para cortante y torsión.

c) FR=0.7 para transmisión de flexión y cortante en losas o zapatas.

d) Flexocompresión:

FR=0.8 cuando el núcleo esté confinado con refuerzo transversal circular que cumpla con los requisitos de la sección 6.2.4, o con estribos que cumplan con los requisitos del inciso 7.3.4.b;

FR=0.8 cuando el elemento falle en tensión;

FR=0.7 si el núcleo no está confinado y la falla es en compresión; y

e) FR=0.7 para aplastamiento.

 

Estas resistencias reducidas (resistencias de diseño) son las que, al dimensionar, se comparan con las fuerzas internas de diseño que se obtienen multiplicando las debidas a las cargas especificadas en Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones, por los factores de carga ahí prescritos.

 

2. estados límite de falla

2.1 Hipótesis para la obtención de resistencias de diseño a flexión, carga axial y flexocompresión

La determinación de resistencias de secciones de cualquier forma sujetas a flexión, carga axial o una combinación de ambas, se efectuará a partir de las condiciones de equilibrio y de las siguientes hipótesis:

 

a) La distribución de deformaciones unitarias longitu­dinales en la sección transversal de un elemento es plana;

b) Existente adherencia entre el concreto y el acero de tal manera que la deformación unitaria del acero es igual a la del concreto adyacente;

c) El concreto no resiste esfuerzos de tensión;

d) La deformación unitaria del concreto en compresión cuando se alcanza la resistencia de la sección es 0.003; y

e) La distribución de esfuerzos de compresión en el concreto, cuando se alcanza la resistencia de la sección, es uniforme con un valor fc” igual a 0.85fc* hasta una profundidad de la zona de compresión igual a 1c

 

donde

1= 0.85 ; si fc*28 MPa (280 kg/cm²)

 0.65; si fc*>28 MPa (2.1)

 0.65; si fc*>280 kg/cm²

c profundidad del eje neutro medida desde la fibra extrema en compresión.

 

El diagrama esfuerzo-deformación unitaria del acero de refuerzo ordinario, aunque sea torcido en frío, puede idealizarse por medio de una recta que pase por el origen, con pendiente igual a Es y una recta horizontal que pase por la ordenada correspondiente al esfuerzo de fluencia del acero, fy. En aceros que no presenten fluencia bien definida, la recta horizontal pasará por el esfuerzo convencional de fluencia. El esfuerzo convencional de fluencia se define por la intersección del diagrama esfuerzo-deformación unitaria con una recta paralela al tramo elástico, cuya abscisa al origen es 0.002, o como lo indique la norma respectiva de las mencionadas en la sección 1.5.2. Pueden utilizarse otras idealizaciones razonables, o bien la gráfica del acero empleado obtenida experimentalmente. En cálculos de elementos de concreto presforzado deben usarse los diagramas esfuerzo-deformación unitaria del acero utilizado, obtenidos experimentalmente.

 

La resistencia determinada con estas hipótesis, multiplicada por el factor FR correspondiente, da la resistencia de diseño.

 

2.2 Flexión

2.2.1 Refuerzo mínimo

El refuerzo mínimo de tensión en secciones de concreto reforzado, excepto en losas perimetralmente apoyadas, será el requerido para que el momento resistente de la sección sea por lo menos 1.5 veces el momento de agrietamiento de la sección transformada no agrietada. Para valuar el refuerzo mínimo, el momento de agrietamiento se obtendrá con el módulo de rotura no reducido, definido en la sección 1.5.1.3.

 

El área mínima de refuerzo de secciones rectangulares de concreto reforzado de peso normal, puede calcularse con la siguiente expresión aproximada

(2.2)

donde b y d son el ancho y el peralte efectivo, no reducidos, de la sección, respectivamente.

 

Sin embargo, no es necesario que el refuerzo mínimo sea mayor que 1.33 veces el requerido por el análisis.

 

2.2.2 Refuerzo máximo

El área máxima de acero de tensión en secciones de concreto reforzado que no deban resistir fuerzas sísmicas será el 90 por ciento de la que corresponde a la falla balanceada de la sección considerada. La falla balanceada ocurre cuando simultáneamente el acero llega a su esfuerzo de fluencia y el concreto alcanza su deformación máxima de 0.003 en compresión. Este criterio es general y se aplica a secciones de cualquier forma sin acero de compresión o con él.

 

En elementos a flexión que formen parte de sistemas que deban resistir fuerzas sísmicas, el área máxima de acero de tensión será 75 por ciento de la correspondiente a falla balanceada. Este último límite rige también en zonas afectadas por articulaciones plásticas, con excepción de lo indicado para marcos dúctiles en el inciso 7.2.2.a.

 

Las secciones rectangulares sin acero de compresión tienen falla balanceada cuando su área de acero es igual a

(2.3)

donde fc” tiene el valor especificado en el inciso 2.1.e,
b y d son el ancho y el peralte efectivo de la sección, reducidos de acuerdo con la sección 1.6.

 

En otras secciones, para determinar el área de acero que corresponde a la falla balanceada, se aplicarán las condiciones de equilibrio y las hipótesis de la sección 2.1.

 

2.2.3 Secciones L y T

El ancho del patín que se considere trabajando a compresión en secciones L y T a cada lado del alma será el menor de los tres valores siguientes:

a) La octava parte del claro menos la mitad del ancho del alma;

b) La mitad de la distancia al paño del alma del miembro más cercano; y

c) Ocho veces el espesor del patín.

 

Se comprobará que el área del refuerzo transversal que se suministre en el patín, incluyendo el del lecho inferior, no sea menor que 1/fy veces el área transversal del patín, si fy está en MPa (10/fy, si fy está en kg/cm²). La longitud de este refuerzo debe comprender el ancho efectivo del patín y, a cada lado de los paños del alma, debe anclarse de acuerdo con la sección 5.1.

 

2.2.4 Fórmulas para calcular resistencias

Las condiciones de equilibrio y las hipótesis generales de la sección 2.1 conducen a las siguientes expresiones para resistencia a flexión, MR. En dichas expresiones FR se tomará igual a 0.9.

 

a) Secciones rectangulares sin acero de compresión

MR = FR b d² fc” q(1-0.5q) (2.4)

o bien

MR = FR As fy d(1-0.5q) (2.5)

donde

(2.6)

(2.7)

b ancho de la sección (sección 1.6);

d peralte efectivo (sección 1.6);

fc” esfuerzo uniforme de compresión (inciso 2.1.e); y

As área del refuerzo de tensión.

 

b) Secciones rectangulares con acero de compresión


(2.8)

donde

(2.9)

a profundidad del bloque equivalente de esfuerzos;

As área del acero a tensión;

As' área del acero a compresión; y

d' distancia entre el centroide del acero a compresión y la fibra extrema a compresión.

 

La ec. 2.8 es válida sólo si el acero a compresión fluye cuando se alcanza la resistencia de la sección. Esto se cumple si

(2.10)

donde

(2.11)

 

Cuando no se cumpla esta condición, MR se determinará con un análisis de la sección basado en el equilibrio y las hipótesis de la sección 2.1; o bien se calculará aproximadamente con las ecs. 2.4 ó 2.5 despreciando el acero de compresión. En todos los casos habrá que revisar que el acero de tensión no exceda la cuantía máxima prescrita en la sección 2.2.2. El acero de compresión debe restringirse contra el pandeo con estribos que cumplan los requisitos de la sección 6.2.3.

c) Secciones T e I sin acero de compresión

 

Si la profundidad del bloque de esfuerzos, a, calculada con la ec. 2.12 no es mayor que el espesor del patín, t, el momento resistente se puede calcular con las expresiones 2.4 ó 2.5 usando el ancho del patín a compresión como b. Si a resulta mayor que t, el momento resistente puede calcularse con la expresión 2.13.

(2.12)


(2.13)

donde

;

;

b ancho del patín; y

b' ancho del alma.

 

La ecuación 2.13 es válida si el acero fluye cuando se alcanza la resistencia. Esto se cumple si

(2.14)

 

d) Flexión biaxial

 

La resistencia de vigas rectangulares sujetas a flexión biaxial se podrá valuar con la ec. 2.17.

 

2.2.5 Resistencia a flexión de vigas diafragma

Se consideran como vigas diafragma aquéllas cuya relación de claro libre entre apoyos, L, a peralte total, h, es menor que 2.5 si son continuas en varios claros, o menor que 2.0 si constan de un solo claro libremente apoyado. En su diseño no son aplicables las hipótesis generales de la sección 2.1. Si la cuantía As/bd es menor o igual que 0.008, la resistencia a flexión de vigas diafragma se puede calcular con la expresión

MR = FR As fy z (2.15)

 

donde z es el brazo del par interno. En vigas de un claro, z se valúa con el criterio siguiente:

; si 1.0 <  2.0

z = 0.6L ; si  1.0

 

Las vigas diafragma continuas se pueden diseñar por flexión con el procedimiento siguiente:

 

a) Analícese la viga como si no fuera peraltada y obténganse los momentos resistentes necesarios;

b) Calcúlense las áreas de acero con la ec. 2.15, valuando el brazo en la forma siguiente:

; si 1.0 <  2.5

z = 0.5L ; si  1.0

El acero de tensión se colocará como se indica en la
sección 6.1.4.1.

 

Las vigas diafragma que unan muros de cortante de edificios (vigas de acoplamiento) se diseñarán según lo prescrito en la sección 6.1.4.5.

 

2.3 Flexocompresión

Toda sección sujeta a flexocompresión se dimensionará para la combinación más desfavorable de carga axial y momento flexionante incluyendo los efectos de esbeltez. El dimensionamiento puede hacerse a partir de las hipótesis generales de la sección 2.1, o bien con diagramas de interacción construidos de acuerdo con ellas. El factor de resistencia, FR, se aplicará a la resistencia a carga axial y a la resistencia a flexión.

 

2.3.1 Excentricidad mínima

La excentricidad de diseño no será menor que 0.05h20mm, donde h es la dimensión de la sección en la dirección en que se considera la flexión.

 

2.3.2 Compresión y flexión en dos direcciones

Son aplicables las hipótesis de la sección 2.1. Para secciones cuadradas o rectangulares también puede usarse la expresión siguiente:

(2.16)

donde

PR carga normal resistente de diseño, aplicada con las excentricidades ex y ey;

PR0 carga axial resistente de diseño, suponiendo ex=ey=0;

PRx carga normal resistente de diseño, aplicada con una excentricidad ex en un plano de simetría; y

PRy carga normal resistente de diseño, aplicada con una excentricidad ey en el otro plano de simetría.

 

La ec 2.16 es válida para PR/PR00.1. Los valores de ex y ey deben incluir los efectos de esbeltez y no serán menores que la excentricidad prescrita en la sección 2.3.1.

 

Para valores de PR/PR0 menores que 0.1, se usará la expresión siguiente:

(2.17)

donde

Mux y Muy momentos de diseño alrededor de los ejes X y Y; y

MRx y MRy momentos resistentes de diseño alrededor de los mismos ejes.

 

2.4 Aplastamiento

En apoyos de miembros estructurales y otras superficies sujetas a presiones de contacto o aplastamiento, el esfuerzo de diseño no se tomará mayor que

FR fc*

 

Cuando la superficie que recibe la carga tiene un área mayor que el área de contacto, el esfuerzo de diseño puede incrementarse en la relación

donde A1 es el área de contacto y A2 es el área de la figura de mayor tamaño, semejante al área de contacto y concéntrica con ella, que puede inscribirse en la superficie que recibe la carga.

 

Esta disposición no se aplica a los anclajes de tendones postensados (sección 9.6.1.3).

 

2.5 Fuerza cortante

2.5.1 Fuerza cortante que toma el concreto, VcR

Las expresiones para VcR que se presentan enseguida para distintos elementos son aplicables cuando la dimensión transversal, h, del elemento, paralela a la fuerza cortante, no es mayor de 700 mm. Cuando la dimensión transversal h es mayor que 700 mm, el valor de VcR deberá multiplicarse por el factor obtenido con la siguiente expresión:

1-0.0004(h-700) (2.18)

 

El factor calculado con la expresión 2.18 no deberá tomarse mayor que 1.0 ni menor que 0.8. La dimensión h estará en mm.

 

2.5.1.1 Vigas sin presfuerzo

En vigas con relación claro a peralte total, L/h, no menor que 5, la fuerza cortante que toma el concreto, VcR, se calculará con el criterio siguiente:

 

Si p < 0.015

VcR = 0.3FR bd(0.2+20p) (2.19)

 

Si p  0.015

VcR = 0.16FR bd (2.20)

 

Si L/h es menor que 4 y las cargas y reacciones comprimen directamente las caras superior e inferior de la viga, VcR será el valor obtenido con la ec. 2.20 multiplicado por

3.5-2.5> 1.0

pero sin que se tome VcR mayor que

0.47FR bd

En el factor anterior M y V son el momento flexionante y la fuerza cortante que actúan en la sección, respectivamente. Si las cargas y reacciones no comprimen directamente las caras superior e inferior de la viga, se aplicará la ec. 2.20 sin modificar el resultado. Para relaciones L/h comprendidas entre 4 y 5, VcR se hará variar linealmente hasta los valores dados por las ecs. 2.19 ó 2.20, según sea el caso.

 

Cuando una carga concentrada actúa a no más de 0.5d del paño de un apoyo, el tramo de viga comprendido entre la carga y el paño del apoyo, además de cumplir con los requisitos de esta sección, se revisará con el criterio de cortante por fricción de la sección 2.5.10.

 

Para secciones T, I o L, en todas las expresiones anteriores se usará el ancho, b', en lugar de b. Si el patín está a compresión, al producto b'd pueden sumarse las cantidades t² en vigas T e I, y t²/2 en vigas L, siendo t el espesor del patín.

 

2.5.1.2 Elementos anchos

En elementos anchos como losas, zapatas y muros, en los que el ancho, b, no sea menor que cuatro veces el peralte efectivo, d, el espesor no sea mayor de 600 mm y la relación M/Vd no exceda de 2.0, la fuerza resistente, VcR puede tomarse igual a

0.16FR bd

independientemente de la cuantía de refuerzo. Se hace hincapié en que el refuerzo para flexión debe cumplir con los requisitos de la sección 5.1, es decir, debe estar adecuadamente anclado a ambos lados de los puntos en que cruce a toda posible grieta inclinada causada por la fuerza cortante; en zapatas de sección constante para lograr este anclaje basta, entre otras formas, suministrar en los extremos de las barras dobleces a 90 grados seguidos de tramos rectos de longitud no menor que 12 diámetros de la barra.

 

Si el espesor es mayor de 600 mm, o la relación M/Vd excede de 2.0, la resistencia a fuerza cortante se valuará con el criterio que se aplica a vigas (sección 2.5.1.1). El refuerzo para flexión debe estar anclado como se indica en el párrafo anterior.

 

2.5.1.3 Miembros sujetos a flexión y carga axial

a) Flexocompresión

 

En miembros a flexocompresión en los que el valor absoluto de la fuerza axial de diseño, Pu, no exceda de

FR (0.7fc* Ag+200As)

FR (0.7fc* Ag+2000As)

la fuerza cortante que toma el concreto, VcR, se obtendrá multiplicando los valores dados por las ecs. 2.19 ó 2.20 por

1+0.07Pu/Ag

1+0.007Pu/Ag

usando As en mm², fc* en MPa y Pu en N (o en cm², kg/cm² y kg, respectivamente en la ecuación en paréntesis).

 

Para valuar la cuantía p se usará el área de las barras de la capa más próxima a la cara de tensión o a la de compresión mínima en secciones rectangulares, y 0.33As en secciones circulares, donde As es el área total de acero en la sección. Para estas últimas, bd se sustituirá por Ag, donde Ag es el área bruta de la sección transversal.

 

Si Pu es mayor que

FR (0.7fc* Ag+200As)

FR (0.7fc* Ag+2000As)

VcR se hará variar linealmente en función de Pu, hasta cero para

Pu = FR (Ag fc”+As fy)

 

b) Flexotensión

 

En miembros sujetos a flexotensión, VcR, se obtendrá multiplicando los valores dados por las ecs. 2.19 ó 2.20 por

1-0.3Pu/Ag

1-0.03Pu/Ag

Para valuar la cuantía p y tratar secciones circulares, se aplicará lo antes dicho para miembros a flexocompresión.

 

2.5.1.4 Miembros de concreto presforzado

a) Presfuerzo total adherido

 

En secciones con presfuerzo total (Cap. 9), donde los tendones estén adheridos y no estén situados en la zona de transferencia, la fuerza VcR se calculará con la expresión

VcR = FR bd (2.21)

 

Sin embargo, no es necesario tomar VcR menor que

0.16FR bd

 

ni deberá tomarse mayor que

0.4FR bd

 

En la expresión 2.21, M y V son el momento flexionante y la fuerza cortante que actúan en la sección transversal, y dp es la distancia de la fibra extrema en compresión al centroide de los tendones de presfuerzo. El peralte efectivo, d, es la distancia de la fibra extrema en compresión al centroide de los tendones de presfuerzo situados en la zona de tensión, sin que tenga que tomarse menor que 0.8 veces el peralte total.

 

b) Presfuerzo parcial o presfuerzo no adherido

 

En secciones con presfuerzo parcial, y en secciones con presfuerzo total donde los tendones no estén adheridos, o situados en la zona de transferencia, se aplicarán las ecs. 2.19 ó 2.20, según el caso. El peralte efectivo, d, se calculará con la expresión

donde

Asp área de acero de presfuerzo;

fsp esfuerzo en el acero de presfuerzo, Asp, cuando se alcanza la resistencia a flexión del elemento; y

ds distancia entre la fibra extrema a compresión y el centroide del acero ordinario a tensión.

 

En ambos casos la contribución de los patines en vigas T, I y L se valuarán con el criterio que se prescribe en la sección 2.5.1.1 para vigas sin presfuerzo.

 

2.5.2 Refuerzo por tensión diagonal en vigas y columnas sin presfuerzo

2.5.2.1 Requisitos generales

Este refuerzo debe estar formado por estribos cerrados perpendiculares u oblicuos al eje de la pieza, barras dobladas o una combinación de estos elementos. También puede usarse malla de alambre soldado, uniéndola según la sección 5.6.2. Los estribos deben rematarse como se indica en la sección 5.1.7.

 

Para estribos de columnas, vigas principales y arcos, no se usará acero de fy mayor que 412 MPa (4200 kg/cm²). Para dimensionar, el esfuerzo de fluencia de la malla no se tomará mayor que 412 MPa (4200 kg/cm²).

 

No se tendrán en cuenta estribos que formen un ángulo con el eje de la pieza menor de 45 grados, ni barras dobladas en que dicho ángulo sea menor de 30 grados.

 

2.5.2.2 Refuerzo mínimo

En vigas debe suministrarse un refuerzo mínimo por tensión diagonal cuando la fuerza cortante de diseño, Vu, sea menor que VcR. El área de refuerzo mínimo para vigas será la calculada con la siguiente expresión:

Av,mín = 0.10 (2.22)

 

Este refuerzo estará formado por estribos verticales de diámetro no menor de 7.9 mm (número 2.5), cuya separación no excederá de medio peralte efectivo, d/2.

 

2.5.2.3 Separación del refuerzo transversal

a) Cuando Vu sea mayor que VcR, la separación, s, del refuerzo por tensión diagonal requerido se determinará con:

(2.23)

donde

Av área transversal del refuerzo por tensión diagonal comprendido en una distancia s;

 ángulo que dicho refuerzo forma con el eje de la pieza; y

VsR fuerza cortante de diseño que toma el acero transversal (VsR=Vu-VcR).

Para secciones circulares se sustituirá el peralte efectivo, d, por el diámetro de la sección, D.

El refuerzo por tensión diagonal nunca será menor que el calculado según la sección 2.5.2.2. La separación, s, no debe ser menor de 60 mm.

 

b) Si Vu es mayor que VcR pero menor o igual que

0.47FR bd

la separación de estribos perpendiculares al eje del elemento no deberá ser mayor que 0.5d.

 

c) Si Vu es mayor que

0.47FR bd

la separación de estribos perpendiculares al eje del elemento no deberá ser mayor que 0.25d.

 

2.5.2.4 Limitación para Vu

En ningún caso se permitirá que Vu sea superior a:

 

a) En vigas

0.8FR bd

 

b) En columnas

0.6FR bd

 

c) En marcos dúctiles, donde VcR sea igual a cero

0.6FR bd

 

2.5.2.5 Fuerza cortante que toma un solo estribo o grupo de barras paralelas dobladas

Cuando el refuerzo conste de un solo estribo o grupo de barras paralelas dobladas en una misma sección, su área se calculará con

(2.24)

En este caso no se admitirá que Vu sea mayor que

0.47FR bd

 

2.5.3 Refuerzo por tensión diagonal en vigas presforzadas

2.5.3.1 Requisitos generales

Este refuerzo estará formado por estribos perpendiculares al eje de la pieza, con esfuerzo especificado de fluencia, fy, no mayor que 412 MPa (4200 kg/cm²), o por malla de alambre soldado cuyo esfuerzo especificado de fluencia, fy, no se tomará mayor que 412 MPa (4200 kg/cm²).

 

2.5.3.2 Refuerzo mínimo

El refuerzo mínimo por tensión diagonal prescrito en la sección 2.5.2.2 se usará, asimismo, en vigas parcial o totalmente presforzadas; en las totalmente presforzadas la separación de los estribos que forman el refuerzo mínimo será de 0.75h.

 

2.5.3.3 Fuerza cortante que toma el refuerzo transversal

Cuando la fuerza cortante de diseño, Vu, sea mayor que VcR, se requiere refuerzo por tensión diagonal. Su contribución a la resistencia se determinará con la ec. 2.23 con las limitaciones siguientes:

 

a) Vigas con presfuerzo total

 

1) La separación de estribos no debe ser menor de 60mm.

 

2) Si Vu es mayor que VcR pero menor o igual que 0.47FRbd(si se usa MPa y mm, o 1.5FRbdsi se usa kg/cm² y cm) la separa­ción no deberá ser mayor que 0.75h, donde h es el peralte total de la pieza.

 

3) Si Vu es mayor que 0.47FRbd(si se usa MPa y mm, o 1.5FRbdsi se usa kg/cm² y cm) la separación de los estribos no deberá ser mayor que 0.37h.

 

4) En ningún caso se admitirá que Vu sea mayor que 0.8FRbd(2.5FRbdsi se usa kg/cm² y cm)

 

b) Vigas con presfuerzo parcial

 

En vigas con presfuerzo parcial se aplicará lo dispuesto en la sección 2.5.2 para elementos sin presfuerzo.

 

2.5.4 Proximidad a reacciones y cargas concentradas

Cuando una reacción comprima directamente la cara del miembro que se considera, las secciones situadas a menos de una distancia d del paño de apoyo pueden dimensionarse para la misma fuerza cortante de diseño que actúa a la distancia d. En elementos presforzados, las secciones situadas a menos de h/2 del paño del apoyo pueden dimensionarse con la fuerza cortante de diseño que actúa a h/2.

 

Cuando una carga concentrada se transmite al miembro a través de vigas secundarias que llegan a sus caras laterales, se tomará en cuenta su efecto sobre la tensión diagonal del miembro principal cerca de la unión.

 

Para el efecto, se deberá colocar refuerzo transversal (estribos de suspensión) en la zona de intersección de las vigas, sobre la viga principal (fig. 2.1). Este refuerzo deberá resistir una fuerza cortante igual a

donde Vu es la suma de las fuerzas cortantes de diseño de las vigas secundarias y hs y hp son los peraltes de las vigas secundaria y principal, respectivamente. Es adicional al necesario por fuerza cortante en la viga principal, y se colocará en ella en la longitud indicada en la fig. 2.1.

 

El lecho inferior del refuerzo longitudinal de la viga secundaria deberá colocarse sobre el correspondiente de la viga principal, y deberá anclarse en ella considerando como sección crítica el paño de los estribos adicionales (fig. 2.1).

 

2.5.5 Vigas con tensiones perpendiculares a su eje

Si una carga se transmite a una viga de modo que produzca tensiones perpendiculares a su eje, como sucede en vigas que reciben cargas de losa en su parte inferior, se suministrarán estribos adicionales en la viga calculados para que transmitan la carga a la viga.

 

2.5.6 Interrupción y traslape del refuerzo longitudinal

En tramos comprendidos a un peralte efectivo de las secciones donde, en zonas de tensión, se interrumpa más que 33 por ciento, o traslape más que 50 por ciento del refuerzo longitudinal, la fuerza cortante máxima que puede tomar el concreto se considerará de 0.7VcR.

 

Figura 2.1 Transmisión de fuerzas y conexión entre vigas secundarias y principales

 

2.5.7 Fuerza cortante en vigas diafragma

Para determinar la fuerza cortante, VcR, que resiste el concreto en vigas diafragma (definidas en la sección 2.2.5), se aplicará lo que en la sección 2.5.1.1 se dispone para vigas con relación L/h menor que 4.

 

2.5.7.1 Sección crítica

La sección crítica para fuerza cortante se considerará situada a una distancia del paño del apoyo igual a 0.15L en vigas con carga uniformemente repartida, e igual a la mitad de la distancia a la carga más cercana en vigas con cargas concentradas, pero no se supondrá a más de un peralte efectivo del paño del apoyo si las cargas y reacciones comprimen directamente dos caras opuestas de la viga, ni a más de medio peralte efectivo en caso contrario.

 

2.5.7.2 Refuerzo mínimo

En las vigas diafragma se suministrarán refuerzos vertical y horizontal que en cada dirección cumpla con los requisitos de la sección 5.7, para refuerzo por cambios volumétricos.

 

2.5.7.3 Fuerza cortante que toma el refuerzo transversal

Si la fuerza cortante de diseño, Vu, es mayor que VcR, la diferencia se tomará con refuerzo. El refuerzo que se determine en la sección crítica antes definida se usará en todo el claro.

 

a) En vigas donde las cargas y reacciones comprimen directamente caras opuestas dicho refuerzo constará de estribos cerrados verticales y barras horizontales, cuyas contribuciones se determinarán como:

 

1) Contribución del refuerzo vertical

 

La contribución del refuerzo vertical, Av, se supondrá igual a:

(2.25)

donde

Av área del acero vertical comprendida en cada distancia s; y

fyv esfuerzo de fluencia del acero Av.

 

2) Contribución del refuerzo horizontal

 

La contribución del refuerzo horizontal, Avh, se supondrá igual a:

(2.26)

donde

Avh área de acero horizontal comprendida en cada distancia sh; y

fyh esfuerzo de fluencia del acero Avh.

 

b) En vigas donde las cargas y reacciones no comprimen directamente dos caras opuestas, además de lo aquí prescrito, se tomarán en cuenta las disposiciones de las secciones 2.5.4 y 2.5.5 que sean aplicables.

 

Las zonas próximas a los apoyos se dimensionarán de acuerdo con la sección 6.1.4.4.

 

2.5.7.4 Limitación para Vu

La fuerza Vu no debe ser mayor que

0.6FR bd

 

2.5.8 Refuerzo longitudinal en trabes

Deberá proporcionarse acero longitudinal adicional en las paredes verticales del elemento, que estará constituido, como mínimo, por barras de 7.9 mm de diámetro (número 2.5) colocadas con una separación máxima de 350 mm.

 

2.5.9 Fuerza cortante en losas y zapatas

La resistencia de losas y zapatas a fuerza cortante en la vecindad de cargas o reacciones concentradas será la menor de las correspondientes a las dos condiciones que siguen:

 

a) La losa o zapata actúa como una viga ancha en tal forma que las grietas diagonales potenciales se extenderían en un plano que abarca todo el ancho. Este caso se trata de acuerdo con las disposiciones de las secciones 2.5.1.1, 2.5.1.2 y 2.5.2. En losas planas, para esta revisión se supondrá que el 75 por ciento de la fuerza cortante actúa en la franja de columna y el 25 por ciento en las centrales (sección 6.3.3.2).

b) Existe una acción en dos direcciones de manera que el agrietamiento diagonal potencial se presentaría sobre la superficie de un cono o pirámide truncados en torno a la carga o reacción concentrada. En este caso se procederá como se indica en las secciones 2.5.9.1 a 2.5.9.5.

 

2.5.9.1 Sección crítica

La sección crítica se supondrá perpendicular al plano de la losa o zapata y se localizará de acuerdo con lo siguiente:

 

a) Si el área donde actúa la reacción o la carga concentrada no tiene entrantes, la sección crítica formará una figura semejante a la definida por la periferia del área cargada, a una distancia de ésta igual a d/2, donde d es el peralte efectivo de la losa.

b) Si el área cargada tiene entrantes, en ellas la sección crítica se hará pasar de modo que su perímetro sea mínimo y que en ningún punto su distancia a la periferia del área cargada sea menor que d/2. Por lo demás, se aplicará lo dicho en el inciso 2.5.9.1.a.

c) En losas planas aligeradas también se revisará como sección crítica la situada a d/2 de la periferia de la zona maciza alrededor de las columnas.

d) Cuando en una losa o zapata haya aberturas que disten de una carga o reacción concentradas menos de diez veces el espesor del elemento, o cuando la abertura se localice en una franja de columna, como se define en la sección 6.3.3.2, no se considerará efectiva la parte de la sección crítica comprendida entre las rectas tangentes a la abertura y concurrentes en el centroide del área cargada.

 

2.5.9.2 Esfuerzo cortante de diseño

a) Si no hay transmisión de momento entre la losa o zapata y la columna, o si el momento por transmitir, Mu, no excede de 0.2Vud, el esfuerzo cortante de diseño, vu, se calculará con la expresión siguiente:

(2.27)

donde bo es el perímetro de la sección crítica y Vu la fuerza cortante de diseño en dicha sección.

 

b)       Cuando haya transferencia de momento, se supondrá que una fracción del momento dada por

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.28)

se transmite por excentricidad de la fuerza cortante total, con respecto al centroide de la sección crítica definida antes. El esfuerzo cortante máximo de diseño, vu, se obtendrá tomando en cuenta el efecto de la carga axial y del momento, suponiendo que los esfuerzos cortantes varían linealmente (fig. 2.2). En columnas rectangulares c1 es la dimensión paralela al momento transmitido y c2 es la dimensión perpendicular a c1. En columnas circulares c1=c2=0.9D. El resto del momento, es decir la fracción 1-, debe transmitirse por flexión en un ancho igual a c2+3h, de acuerdo con la sección 8.4.

 

2.5.9.3 Resistencia de diseño del concreto

El esfuerzo cortante máximo de diseño obtenido con los criterios anteriores no debe exceder de

; ni de (2.29)

; ni de

a menos que se suministre refuerzo como se indica en las secciones 2.5.9.4 y 2.5.9.5.

 

En la expresión anterior,  es la relación del lado corto al lado largo del área donde actúa la carga o reacción.

 

Al considerar la combinación de acciones permanentes, variables y sismo, en la ec. 2.29 y en las secciones 2.5.9.4 y 2.5.9.5, el factor de resistencia FR se tomará igual a 0.7 en lugar de 0.8.

 


a) columna interior

 

;

b) columna de borde

 

;

;

c) columna de esquina

Figura 2.2 Transmisión de momento entre columna rectangular y losa o zapata


 

2.5.9.4 Refuerzo mínimo

En losas planas debe suministrarse un refuerzo mínimo que sea como el descrito en la sección 2.5.9.5, usando estribos de 6.4 mm o más de diámetro, espaciados a no más de d/3. Este refuerzo se mantendrá hasta no menos de un cuarto del claro correspondiente. Si la losa es aligerada, el refuerzo mínimo se colocará en las nervaduras de ejes de columnas y en las adyacentes a ellas.

 

2.5.9.5 Refuerzo necesario para resistir la fuerza cortante

a) Consideraciones generales

Para calcular el refuerzo necesario se considerarán dos vigas ficticias perpendiculares entre sí, que se cruzan sobre la columna. El ancho, b, de cada viga será igual al peralte efectivo de la losa, d, más la dimensión horizontal de la cara de columna a la cual llega si ésta es rectangular y su peralte será igual al de la losa. Si la columna es circular se puede tratar como cuadrada de lado igual a (0.8D-0.2d), donde D es el diámetro de la columna. En cada una de estas vigas se suministrarán estribos verticales cerrados con una barra longitudinal en cada esquina y cuya separación será 0.85 veces la calculada con la ec. 2.23, sin que sea mayor que d/3; la separación transversal entre ramas verticales de los estribos no debe exceder de 200 mm.

 

La separación determinada para cada viga en la sección crítica se mantendrá en una longitud no menor que un cuarto del claro entre ejes de columnas en el caso de losas planas, o hasta el borde en zapatas, a menos que mediante un análisis se demuestre que puede interrumpirse antes.

 

b) Resistencia de diseño

Al aplicar la ec. 2.23 se supondrá

Vu = vu b d (2.30)

y

VcR = 0.4FR bd (2.31)

donde vu es el esfuerzo cortante máximo de diseño que actúa en la sección crítica en cada viga ficticia, calculado de acuerdo con la sección 2.5.9.2

 

En ningún caso se admitirá que vu sea mayor que

1.3FR

 

2.5.10 Resistencia a fuerza cortante por fricción

2.5.10.1 Requisitos generales

Estas disposiciones se aplican en secciones donde rige el cortante directo y no la tensión diagonal (en ménsulas cortas, por ejemplo, y en detalles de conexiones de estructuras prefabricadas). En tales casos, si se necesita refuerzo, éste deberá ser perpendicular al plano crítico por cortante directo. Dicho refuerzo debe estar bien distribuido en la sección definida por el plano crítico y debe estar anclado a ambos lados de modo que pueda alcanzar su esfuerzo de fluencia en el plano mencionado.

 

2.5.10.2 Resistencia de diseño

La resistencia a fuerza cortante, VR, se tomará como el menor de los valores calculados con las expresiones 2.32 a 2.34:

FR  ( Avf fy + Nu ) (2.32)

 

FR [ 1.4A + 0.8 (Avf fy + Nu ) ] (2.33)

FR [ 14A + 0.8 (Avf fy + Nu ) ]

 

0.25 FR fc* A (2.34)

 

donde

Avf área del refuerzo por cortante por fricción;

A área de la sección definida por el plano crítico;

Nu fuerza de diseño de compresión normal al plano crítico; y

 coeficiente de fricción que se tomará igual a:

1.4 en concreto colado monolíticamente;

1.0 para concreto colado contra concreto endurecido; o

0.7 entre concreto y acero laminado.

 

Los valores de  anteriores se aplicarán si el concreto endurecido contra el que se coloca concreto fresco está limpio y libre de lechada, y tiene rugosidades con amplitud total del orden de 5 mm o más, así como si el acero está limpio y sin pintura.

 

En las expresiones anteriores, fy no se supondrá mayor de 412 MPa (4200 kg/cm²).

 

2.5.10.3 Tensiones normales al plano crítico

Cuando haya tensiones normales al plano crítico, sea por tensión directa o por flexión, en Avf no se incluirá el área de acero necesaria por estos conceptos.

 

2.6 Torsión

Las disposiciones que siguen son aplicables a tramos sujetos a torsión cuya longitud no sea menor que el doble del peralte total del miembro. Las secciones situadas a menos de un peralte efectivo de la cara del apoyo pueden dimensionarse para la torsión que actúa a un peralte efectivo.

 

En esta sección se entenderá por un elemento con sección transversal hueca a aquél que tiene uno o más huecos longitudinales, de tal manera que el cociente entre Ag y Acp es menor que 0.85. El área Ag en una sección hueca es sólo el área del concreto y no incluye el área de los huecos; su perímetro es el mismo que el de Acp. Acp es el área de la sección transversal incluida en el perímetro exterior del elemento de concreto, pcp. En el cálculo de Acp y pcp, en elementos colados monolíticamente con la losa, se deberán incluir los tramos de losa indicados en la fig. 2.3, excepto cuando el parámetro Acp²/pcp, calculado para vigas con patines, sea menor que el calculado para la misma viga ignorando los patines.

 

Figura 2.3 Ejemplos del tramo de losa que debe considerarse en el cálculo de Acp y pcp

 

Si la sección se clasifica como maciza, Ag se hará igual a Acp en las expresiones 2.35, 2.36 y 2.37.

 

2.6.1 Elementos en los que se pueden despreciar los efectos de torsión.

Pueden despreciarse los efectos de torsión en un elemento si el momento torsionante de diseño, Tu, es menor que:

 

a) Para miembros sin presfuerzo

(2.35)

 

b) Para miembros con presfuerzo

(2.36)

donde fcp es el esfuerzo de compresión efectivo debido al presfuerzo (después de que han ocurrido todas las pérdidas de presfuerzo), en el centroide de la sección transversal que resiste las fuerzas aplicadas externamente, o en la unión del alma y el patín, cuando el centroide queda dentro del patín.

 

En elementos de sección compuesta, fcp, es el esfuerzo de compresión resultante en el centroide de la sección compuesta, o en la unión del alma y el patín, cuando el centroide queda dentro del patín, debido al presfuerzo y a los momentos que son únicamente resistidos por el elemento prefabricado.

 

c) Para miembros no presforzados sujetos a tensión o compresión axial

(2.37)

donde Nu es positiva en compresión.

 

Los elementos en que, de acuerdo con esta sección, no pueda despreciarse la torsión, tendrán refuerzo por torsión diseñado según la sección 2.6.3, y sus dimensiones mínimas serán las allí señaladas.

 

2.6.2 Cálculo del momento torsionante de diseño, Tu

En el análisis, para calcular Tu se usará la sección no agrietada.

 

2.6.2.1 Cuando afecta directamente al equilibrio

En estructuras en donde la resistencia a torsión se requiere para mantener el equilibrio (fig. 2.4.a) y, además, Tu excede a lo dispuesto en la sección 2.6.1, Tu será el momento torsionante que resulte del análisis, multiplicado por el factor de carga correspondiente.

 

Figura 2.4 Ejemplos de vigas en las que existe torsión

 

2.6.2.2 Cuando no afecta directamente al equilibrio

En estructuras en donde la resistencia a torsión no afecte directamente al equilibrio, es decir, en estructuras estáticamente indeterminadas donde puede ocurrir una reducción del momento torsionante en un miembro debido a la redistribución interna de fuerzas cuando el elemento se agrieta (fig. 2.4.b), el momento torsionante de diseño, Tu, puede reducirse a los valores de las ecs. 2.38 y 2.39, modificando las fuerzas cortantes y momentos flexionantes de manera que se conserve el equilibrio:

 

a) Para elementos sin presfuerzo

(2.38)

 

b) Para elementos con presfuerzo

(2.39)

 

c) Para miembros no presforzados sujetos a tensión o compresión axial

(2.40)

 

2.6.2.3 Cuando pasa de una condición isostática a hiperestática

Cuando en una estructura se presente una condición isostática y, posteriormente, la posibilidad de una redistribución interna de fuerzas (condición hiperestática), el momento de diseño final, Tu, será como sigue:

Tu = Tui+Tuh (2.41)

 

donde

Tui momento torsionante de diseño (sin ninguna reducción), calculado considerando sólo las cargas que actúan en la condición isostática; y

Tuh momento torsionante de diseño, causado por las cargas adicionales a las que originan Tui, que se tiene en la condición hiperestática. Para el cálculo de Tuh se considerará lo especificado en la sección 2.6.2.2.

 

2.6.3 Resistencia a torsión

2.6.3.1 Dimensiones mínimas

Las dimensiones de la sección transversal del elemento sometido a torsión deben ser tales que:

 

a) Para elementos de sección transversal maciza se cumpla:


(2.42)

b) Para elementos de sección transversal hueca se cumpla:


(2.43)

donde

ph perímetro, medido en el eje, del estribo de refuerzo por torsión más alejado; y

Aoh área comprendida por ph, (figura 2.5).

 

c) Si el espesor de la pared de una sección transversal hueca varía a lo largo del perímetro de dicha sección, la ecuación 2.43 deberá evaluarse en la condición más desfavorable, es decir, cuando el término del lado izquierdo sea mínimo.

 

d) Si el espesor de la pared es menor que Aoh/ph, el segundo término de la ec. 2.43 deberá tomarse como:

donde t es el espesor de la pared de la sección transversal hueca en el punto que se está revisando.

 

Figura 2.5 Definición del área Aoh (zonas sombreadas)

 

2.6.3.2 Refuerzo por torsión

El refuerzo por torsión consistirá de refuerzo transversal y de refuerzo longitudinal.

 

a) Refuerzo transversal

El área de estribos cerrados que formarán el refuerzo transversal por torsión se calculará con la expresión siguiente:

(2.44)

donde

At área transversal de una sola rama de estribo que resiste torsión, colocado a una separación s;

Ao área bruta encerrada por el flujo de cortante e igual a 0.85 Aoh;

s separación de los estribos que resisten la torsión;

fyv esfuerzo especificado de fluencia de los estribos; el cual no excederá de 412 MPa (4200 kg/cm²); y

 ángulo con respecto al eje de la pieza, que forman los puntales de compresión que se desarrollan en el concreto para resistir torsión según la teoría de la analogía de la armadura espacial (fig. 2.6). No debe ser menor de 30 grados ni mayor de 60 grados. Se recomienda que =45 grados para elementos sin presfuerzo o parcialmente presforzados y =37.5 grados para elementos totalmente presforzados.

 

Figura 2.6 Analogía de la armadura espacial, en
torsión pura

 

 

b) Refuerzo longitudinal

El área de barras longitudinales para torsión, Ast, adicionales a las de flexión, no será menor que la calculada con la siguiente expresión:

(2.45)

donde

fy esfuerzo especificado de fluencia del acero de refuerzo longitudinal para torsión; y

 debe tener el mismo valor que el utilizado en la ec. 2.44.

 

2.6.3.3 Detalles del refuerzo

a) Refuerzo transversal

Este refuerzo estará formado por estribos cerrados perpendiculares al eje del miembro, anclados por medio de ganchos que formen un ángulo de 135 grados, y por barras longitudinales o tendones. En miembros circulares los estribos serán circulares.

 

El refuerzo necesario para torsión se combinará con el requerido para otras fuerzas interiores, a condición de que el área suministrada no sea menor que la suma de las áreas individuales necesarias y que se cumplan los requisitos más restrictivos en cuanto a separación y distribución del refuerzo.

 

El refuerzo por torsión se suministrará cuando menos en una distancia igual a la suma del peralte total más el ancho (h+b), más allá del punto teórico en que ya no se requiere.

 

En secciones huecas, la distancia entre el eje del refuerzo transversal por torsión y la cara interior de la pared de la sección hueca no será menor que

 

b) Refuerzo longitudinal

El refuerzo longitudinal deberá tener la longitud de desarrollo más allá de la sección donde deja de ser necesaria por torsión. El diámetro mínimo de las barras que forman el refuerzo longitudinal será de 12.7 mm (número 4).

 

En vigas presforzadas, el refuerzo longitudinal total (incluyendo el acero de presfuerzo) en una sección debe resistir el momento flexionante de diseño en dicha sección más una fuerza de tensión longitudinal concéntrica igual a Astfy, basada en la torsión de diseño que se tiene en la misma sección.

 

2.6.3.4 Refuerzo mínimo por torsión

a) Refuerzo transversal

En los elementos en que se requiera refuerzo por torsión, deberá proporcionarse un área de acero transversal mínima que se calculará con la siguiente expresión:

(2.46)

pero no será menor que bs/(3fyv) (3.5bs/fyv para la expresión en paréntesis), donde Av es el área transversal de dos ramas de un estribo cerrado y At es el área transversal de una sola rama de un estribo cerrado, en mm² (cm²).

 

b) Refuerzo longitudinal

Debe proporcionarse un área de acero longitudinal mínima que está determinada por:

(2.47)

En donde no deberá ser menor que mm , en cm

 

2.6.3.5 Separación del refuerzo por torsión

La separación s, determinada con la ec. 2.44, no será mayor que ph/8, ni que 300 mm.

 

El refuerzo longitudinal debe distribuirse en el perímetro de los estribos cerrados con una separación máxima de 300mm y se colocará una barra en cada esquina de los estribos. Las barras o tendones longitudinales deberán colocarse dentro de los estribos.

 

3. Estados límite de servicio

3.1 Esfuerzos bajo condiciones de servicio

Para estimar los esfuerzos producidos en el acero y el concreto por acciones exteriores en condiciones de servicio, pueden utilizarse las hipótesis usuales de la teoría elástica de vigas. Si el momento de agrietamiento es mayor que el momento exterior, se considerará la sección completa del concreto sin tener en cuenta el acero. Si el momento de agrietamiento es menor que el momento actuante, se recurrirá a la sección transformada, despreciando el concreto agrietado. Para valuar el momento de agrietamiento se usará el módulo de rotura, , prescrito en la sección 1.5.1.3.

 

3.2 Deflexiones

Las dimensiones de elementos de concreto reforzado deben ser tales que las deflexiones que puedan sufrir bajo condiciones de servicio o trabajo se mantengan dentro de los límites prescritos en las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones.

 

3.2.1 Deflexiones en elementos no presforzados que trabajan en una dirección

La deflexión total será la suma de la inmediata más la diferida.

 

3.2.1.1 Deflexiones inmediatas

Las deflexiones que ocurren inmediatamente al aplicar la carga se calcularán con los métodos o fórmulas usuales para determinar deflexiones elásticas. A menos que se utilice un análisis más racional o que se disponga de datos experimentales, las deflexiones de elementos de concreto de peso normal se calcularán con un módulo de elasticidad congruente con la sección 1.5.1.4 y con el momento de inercia efectivo, Ie calculado con la ec 3.1, pero no mayor que Ig.

(3.1)

donde

(momento de agrietamiento) (3.2)

Mmáx momento flexionante máximo correspondiente al nivel de carga para el cual se estima la deflexión; y

h2 distancia entre el eje neutro y la fibra más esforzada a tensión.

 

En forma opcional, y como simplificación de la estimación anterior, se puede emplear el momento de inercia de la sección transformada agrietada (Iag) en vez del momento de inercia efectivo.

 

En claros continuos, el momento de inercia que se utilice será un valor promedio calculado en la forma siguiente:

(3.3)

donde I1 e I2 son los momentos de inercia de las secciones extremas del claro e I3 el de la sección central. Si el claro sólo es continuo en un extremo, el momento de inercia correspondiente al extremo discontinuo se supondrá igual a cero, y en la ec. 3.3 el denominador será igual a 3.

 

3.2.1.2 Deflexiones diferidas

A no ser que se utilice un análisis más preciso, la deflexión adicional que ocurra a largo plazo en miembros de concreto normal clase 1, sujetos a flexión, se obtendrá multiplicando la flecha inmediata, calculada de acuerdo con la sección 3.2.1.1 para la carga sostenida considerada, por el factor

(3.4)

donde p' es la cuantía de acero a compresión (As'/bd). En elementos continuos se usará un promedio de p' calculado con el mismo criterio aplicado para determinar el momento de inercia.

 

Para elementos de concreto normal clase 2, el numerador de la ec. 3.4 será igual a 4.

 

3.3 Agrietamiento en elementos no presforzados que trabajan en una dirección

Cuando en el diseño se use un esfuerzo de fluencia mayor de 300 MPa (3000 kg/cm²) para el refuerzo de tensión, las secciones de máximo momento positivo y negativo se dimensionarán de modo que la cantidad

(3.5)

no exceda los valores que se indican en la tabla 3.1, de acuerdo con la agresividad del medio a que se encuentre expuesta la estructura.

 

Tabla 3.1 Límites para la condición de agrietamiento

Clasificación de exposición (ver tabla 4.1)

Valores máximos de

la ecuación 3.5,

en N/mm (kg/cm)

A1

40000 (40000)

A2
B1
B2

30000 (30000)

C
D

20000 (20000)

En la ecuación 3.5:

fs esfuerzo en el acero en condiciones de servicio;

dc recubrimiento de concreto medido desde la fibra extrema en tensión al centro de la barra más próxima a ella;

A área de concreto a tensión que rodea al refuerzo principal de tensión y cuyo centroide coincide con el de dicho refuerzo, dividida entre el número de barras (cuando el refuerzo principal conste de barras de varios diámetros, el número de barras equivalente se calculará dividiendo el área total de acero entre el área de la barra de mayor diámetro);

h1 distancia entre el eje neutro y el centroide del refuerzo principal de tensión; y

h2 distancia entre el eje neutro y la fibra más esforzada en tensión.

 

4. Diseño por durabilidad

4.1 Disposiciones generales

4.1.1 Requisitos básicos

La durabilidad será tomada en cuenta en el diseño, mediante la determinación de la clasificación de exposición de acuerdo con la sección 4.2 y, para esa clasificación, cumpliendo con los siguientes requisitos:

 

a) Calidad y curado del concreto, de acuerdo con las secciones 4.3 a 4.6;

b) Restricciones en los contenidos químicos, de acuerdo con la sección 4.8;

c) Recubrimiento, de acuerdo con la sección 4.9; y

d) Precauciones en la reacción álcali-agregado, de acuerdo con la sección 4.10.

 

4.1.2 Requisito complementario

Además de los requisitos especificados en la sección 4.1.1, el concreto sujeto a la abrasión originada por tránsito (p.ej. pavimentos y pisos) satisfará los requisitos de la sección 4.7.

 

4.1.3 Tipos de cemento

Los requisitos que se prescriben en las secciones 4.3, 4.4 y 4.9 parten de suponer el empleo de concreto con cemento portland ordinario. Pueden usarse otros tipos de cemento portland (p.ej. resistente a los sulfatos, baja reactividad álcali-agregado) o cementos mezclados, (p.ej. cemento portland puzolánico, cemento portland con escoria granulada de alto horno). Éstos deberán ser evaluados para establecer los niveles de desempeño equivalentes a los obtenidos con concretos de cemento portland ordinario.

 

Pueden usarse otros sistemas que consistan en la protección o impregnación de la capa superficial. Estos sistemas serán evaluados para establecer niveles de desempeño equivalente a los concretos de cemento portland ordinario, al determinar la influencia de la durabilidad del recubrimiento para alcanzar los 50 años de vida de diseño.

 

Cuando se requiera una expectativa de vida útil diferente de 50 años, las previsiones anteriores se pueden modificar. La modificación se hará con base en la equivalencia del criterio de desempeño establecido anteriormente, junto con el sobrentendido de que los concretos de cemento portland ordinario pueden proporcionar un nivel satisfactorio de protección al refuerzo contra la corrosión por 50 años.

 

4.2 Clasificación de exposición

La clasificación de la exposición para una superficie de un miembro reforzado o presforzado se determinará a partir de la tabla 4.1. Esta tabla no necesita aplicarse a miembros de concreto simple, si tales miembros no incluyen metales que dependan del concreto para su protección contra los efectos del medio ambiente.

 

Para determinar la calidad del concreto requerida de acuerdo con las secciones 4.3 a 4.6 y 4.8, la clasificación de exposición para el miembro será la que corresponda a la superficie que tenga la condición de exposición más desfavorable.

Para determinar los requisitos de recubrimiento para protección del refuerzo contra la corrosión de acuerdo con la sección 4.9.3, la clasificación de la exposición se tomará como la que corresponda a la superficie a partir de la cual se mide el recubrimiento.

 

4.3 Requisitos para concretos con clasificaciones de exposición A1 y A2

Miembros sujetos a clasificaciones de exposición A1 o A2 serán curados en forma continua bajo temperatura y presión del ambiente por al menos tres días a partir del colado.

 

El concreto en los miembros tendrán una resistencia a compresión especificada, fc', no menor de 20 MPa (200 kg/cm²).

 

4.4 Requisitos para concretos con clasificaciones de exposición B1, B2 y C

Miembros sujetos a clasificaciones de exposición B1, B2 o C serán curados en forma continua bajo condiciones de temperatura y presión del ambiente, por al menos siete días a partir del colado.

 

El concreto en el miembro tendrá una resistencia a compresión especificada, fc', no menor de:

 

a) 20 MPa (200 kg/cm²) para clasificación B1;

b) 25 MPa (250 kg/cm²) para clasificación B2; y

c) 50 MPa (500 kg/cm²) para clasificación C.

 

Adicionalmente, en los concretos para la clasificación C se especificará un contenido mínimo de cemento portland ordinario y una relación de agua/cemento máxima (ver tabla 4.5).

 

4.5 Requisitos para concretos con clasificación de exposición D

El concreto en los miembros sujetos a una clasificación de exposición D se especificará para asegurar su durabilidad bajo la exposición ambiente particular que se tenga y para la vida útil de diseño escogida.

 

4.6 Requisitos para concretos expuestos a sulfatos

Los concretos que estarán expuestos a soluciones o a suelos que contienen concentraciones peligrosas de sulfatos serán hechos con cementos resistentes a sulfatos y cumplirán con las relaciones agua-materiales cementantes máximas y las resistencias a compresión mínimas presentadas en la
tabla 4.2.

 

4.7 Requisitos adicionales para resistencia a la abrasión

En adición a los otros requisitos de durabilidad de esta sección, el concreto para miembros sujetos a la abrasión proveniente del tránsito, tendrá una resistencia a la compresión especificada no menor que el valor aplicable dado en la tabla 4.3.

 

En superficies expuestas a tránsito intenso, no se tomará como parte de la sección resistente el espesor que pueda desgastarse. A éste se asignará una dimensión no menor de 15 mm, salvo que la superficie expuesta se endurezca con algún tratamiento.

 

4.8 Restricciones sobre el contenido de químicos contra la corrosión

4.8.1 Restricciones sobre el ion cloruro para protección contra la corrosión

El contenido total del ion cloruro en el concreto, calculado o determinado, basado en la mediciones del contenido de cloruros provenientes de los agregados, del agua de mezclado y de aditivos no excederá los valores dado en la tabla 4.4.

 

Cuando se hacen pruebas para determinar el contenido de iones de cloruro solubles en ácido, los procedimientos de ensayes se harán de acuerdo con ASTM C 1152.

 

No se adicionarán al concreto cloruros o aditivos químicos que los contengan en forma importante en elementos de concreto reforzado para clasificaciones de exposición B1, B2, o C, y en ningún elemento de concreto presforzado o curado a vapor.

 


Tabla 4.1 Clasificaciones de exposición

Superficies y ambiente de exposición

Clasificación de exposición

a) Superficie de miembros en contacto con el terreno:

1) Protegida por una membrana impermeable

2) En suelos no agresivos

3) En suelos agresivos1

 

A1

A2

D

b) Superficies de miembros en ambientes interiores:

1) Encerrado totalmente dentro de un edificio, excepto por breve periodo de exposición al ambiente durante la construcción2

2) En edificios o sus partes donde los miembros pueden estar sujetos a humedecimiento y secado repetido2

 

A1

 

B1

c) Superficies de miembros no en contacto con el terreno y expuestos a ambientes exteriores3 que son:

1) No agresivos

2) Ligeramente agresivos

3) Agresivos



A2

B1

B2

d) Superficies de miembros en agua4:

1) En contacto con agua dulce (dura)

En agua dulce a presión (dura)

En agua dulce corriente (dura)

2) En contacto con agua dulce (suave)

En agua dulce a presión (suave)

En agua dulce corriente (suave)

3) En agua con más de 20000 ppm de cloruros:

- Sumergida permanentemente

- En zonas con humedecimiento y secado

 

B1

B2

B2

B2

D

D

 

B2

C

e) Superficies de miembros en otros ambientes:

En cualquier ambiente de exposición no descritos en los incisos de (a) a (d)

 

D

1 Se deben considerar agresivos los suelos permeables con pH < 4.0 o con agua freática que contiene más de un gramo (1 g) de iones de sulfato por litro. Suelos ricos en sales con pH entre 4 y 5 deben considerarse como clasificación de exposición C;

2 Cuando se emplee en aplicaciones industriales, se deben considerar los efectos sobre el concreto de los procesos de manufactura que allí se realicen; en tales casos se puede requerir una reclasificación de la exposición a D;

3 La frontera entre los diferentes ambientes exteriores depende de muchos factores los cuales incluyen distancia desde la fuente agresiva, vientos dominantes y sus intensidades;

4 Para establecer las características de dureza del agua se requiere analizarla (ASTM E 1116).

 

Tabla 4.2 Requisitos para concretos expuestos a soluciones que contengan sulfatos

Exposición a sulfatos

Sulfatos solubles en agua (SO4) presentes en suelos, porcentaje por peso

Sulfatos (SO4) en agua, ppm

Tipos de cemento1

Máxima relación agua-materiales cementantes, por peso, concretos con agregados de peso normal2

fc' mínima, concreto con agregado de peso normal y ligero,
MPa (kg/cm²)

Despreciable

0.00  SO4 < 0.10

0  SO4 < 150

Moderada3

0.10  SO4 < 0.20

150  SO4 < 1500

CPP, CPEG, CPC

0.50

29 (300)

Severa

0.20  SO4  2.00

1500  SO4 < 10000

RS

0.45

34 (350)

Muy severa

SO4 > 2.00

SO4 > 10000

RS más puzolana4

0.45

34 (350)

1 CPP cemento portland puzolánico (clinker de cemento portland con C3A < 8 %);

CPEG cemento portland con escoria granulada de alto horno (clinker de cemento portland con C3A < 8 %);

CPC cemento portland compuesto (clinker de cemento portland con C3A < 8 %);

RS cemento portland resistente a los sulfatos (C3A < 5 %);

2 Se puede requerir relaciones agua-materiales cementantes más bajos o resistencias más altas para reducción de la permeabilidad o para protección del acero contra la corrosión;

3 Correspondería a agua de mar;

4 Puzolana que haya mostrado mediante ensaye o experiencias previas que mejora la resistencia a los sulfatos cuando se emplea en concreto fabricado con cemento portland resistente a los sulfatos.

 


4.8.2 Restricción en el contenido de sulfato

El contenido de sulfato en el concreto al momento del colado, expresado como el porcentaje del peso de SO3 soluble en ácido con relación al peso de cemento, no será mayor que 5 por ciento.

 

4.8.3 Restricciones sobre otras sales

No se incorporarán al concreto otras sales a menos que se pueda mostrar que no afectan adversamente la durabilidad.

 

4.9 Requisitos para el recubrimiento del acero de refuerzo

4.9.1 Disposición general

El recubrimiento libre del acero de refuerzo será el mayor de los valores determinados de las secciones 4.9.2 y 4.9.3, a menos que se requieran recubrimientos mayores por resistencia al fuego.

 

4.9.2 Recubrimiento necesario en cuanto a la colocación del concreto

El recubrimiento y el detallado del acero serán tales que el concreto pueda ser colocado y compactado adecuadamente de acuerdo con la sección 14.3.6.

 

 

El recubrimiento libre de toda barra de refuerzo no será menor que su diámetro, ni menor que lo señalado a continuación:

 

En columnas y trabes, 20 mm, en losas, 15 mm, y en cascarones, 10 mm. Si las barras forman paquetes, el recubrimiento libre, además, no será menor que 1.5 veces el diámetro de la barra más gruesa del paquete.

 

4.9.3 Recubrimiento para protección contra la corrosión

Cuando el concreto es colado en cimbras y compactado de acuerdo con la sección 14.3.6, el recubrimiento en vigas, trabes y contratrabes no será menor que el valor dado en la tabla 4.5, de acuerdo con la clasificación de exposición y la resistencia especificada del concreto. En losas, muros y elementos prefabricados el recubrimiento no será menor de 0.75 veces los indicados en la tabla 4.5, según corresponda, y no menor de 0.5 veces los mismos valores para el caso de cascarones.

 

Tabla 4.3 Requisitos de resistencia a compresión
para abrasión1

Miembro y/o tipo de tránsito

Resistencia a compresión especificada2, fc', MPa (kg/cm²)

Pisos comerciales e industriales sujetos a:

Tránsito vehicular

 

25 (250)

Pavimentos o pisos sujetos a:

 

a) Tránsito de poca frecuencia con llantas neumáticas (vehículos de hasta 30 kN [3 t])

b) Tránsito con frecuencia media con llantas neumá­ticas (vehículos de más de 30 kN [3 t])

c) Tránsito con llantas no neumáticas

d) Tránsito con llantas de acero

25 (250)


30 (300)


40 (400)

Por determinarse, pero no menor
que 40 (400)

1 En forma alternativa, se pueden usar tratamientos superficiales para incrementar la resistencia a la abrasión;

2 fc' se refiere a la resistencia del concreto empleado en la zona de desgaste.

Cuando el concreto es colado sobre o contra el terreno y compactado de acuerdo con la sección 14.3.6, y no se conozcan las condiciones de agresividad del terreno, el mínimo recubrimiento para la superficie en contacto con el terreno será 75 mm, o 50 mm si se emplea plantilla o membrana impermeable entre el terreno y el concreto por colar.

 

4.10 Reacción álcali-agregado

Se deben tomar precauciones para minimizar el riesgo de daño estructural debido a la reacción álcali-agregado.

 

Tabla 4.4 Valores máximos de contenido de ion cloruro en el concreto al momento del colado

Tipo de miembro

Máximo contenido de ion cloruro soluble en ácido, kg/m³ de concreto

Concreto presforzado

0.50

Concreto reforzado expuesto a humedad o a cloruros en condiciones de servicio

0.80

Concreto reforzado que estará seco o protegido de la humedad en condiciones de servicio

1.6

 


 

Tabla 4.5 Recubrimiento libre mínimo requerido


Clasificación de exposición