UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO
JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
ENCAMISADO EN
CONCRETO
ARMADO PARA EL
REFUERZO DE
VIGAS Y
COLUMNAS DE
UNA
EDIFICACIÓN. Manual de diseño y análisis a partir del
programa SAP2000 para vigas y spColumn
para columnas.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 1
1 TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................................................. 2
1. QUE ES EL ENCAMISADO POR MEDIO DE
CONCRETO ARMADO ................................................... 2
2. PORQUE HACER UN ENCAMISADO POR MEDIO
DE CONCRETO ARMADO ............................................. 3
3. DISEÑO ..................................................................... 3
3.1. Inicio del programa SAP 2000 ......................... 4
3.2. Diseño de VIGAS .............................................. 5
3.2.1. Creación de nuevo modelo .................... 5
3.2.2. Asignar restricciones ................................ 12
3.2.3. Definición de patrones de carga ......... 13
3.2.4. Asignación de cargas ............................. 14
3.2.5. Revisión de materiales ............................ 16
3.2.6. Análisis y diagramas ................................ 18
3.2.7. Combinación de cargas ........................ 20
3.2.8. Revisión Combinación de cargas ......... 23
3.2.9. Diseño ....................................................... 24
3.3. Diseño de VIGAS ENCAMISADAS ................. 25
3.3.1. Creación de nuevo modelo .................. 25
3.3.2. Asignar restricciones ................................ 31
3.3.3. Definición de patrones de carga .......... 32
3.3.4. Asignación de cargas ............................. 33
3.3.5. Revisión de materiales ............................ 34
3.3.6. Análisis y diagramas ................................ 36
3.3.7. Combinación de cargas ........................ 37
3.3.8. Revisión Combinación de cargas ......... 38
3.3.9. Diseño ....................................................... 39
3.4. Diseño de COLUMNAS ................................... 41
3.4.1. Creación de nuevo modelo .................. 41
3.4.2. Revisión de barras ................................... 44
3.4.3. Definición de patrones de carga .......... 46
3.4.4. Análisis y diagramas ................................ 46
3.4.5. Diseño ....................................................... 49
3.5. Diseño de COLUMNAS ENCAMISADAS ........ 51
3.5.1. Creación de nuevo modelo .................. 51
3.5.2. Definición de patrones de carga .......... 56
3.5.3. Revisión material de refuerzo ................. 57
3.5.4. Análisis y diagramas ................................ 58
3.5.5. Diseño ....................................................... 60
4. EJECUCIÓN ............................................................ 63
5. RECOMENDACIONES ........................................... 65
6. BIBLIOGRAFÍA ........................................................ 66
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 2
INTRODUCCIÓN
Cada vez son más frecuentes las situaciones a las
que se enfrentan los ingenieros civiles, donde se
determina la rehabilitación, reparación o refuerzo de
una estructura con el fin de evitar la demolición
innecesaria de esta y como bien es conocido, este
tipo de labores es de las más complejas y exigentes
en el ámbito de la ingeniería.
A continuación se presenta una guía paso a paso
para diseñar, analizar y ejecutar vigas y columnas
con y sin encamisado, mediante la cual se evitan
confusiones y se permite al lector la realización de
cálculos óptimos y en corto plazo sobre el de
reforzamiento de elementos estructurales
1. QUE ES EL ENCAMISADO POR MEDIO DE
CONCRETO ARMADO
Es la forma de reforzar un elemento que ha sufrido
cambios en su capacidad resistente, envolviendo el
elemento estructural actual con una sección
adicional de concreto convenientemente armado
(aumentando la sección del elemento),
reforzándolos frente a compresión, flexión, cortante y
torsión garantizando el trabajo simultáneo entre
diferentes elementos. Lo anterior con objeto de
cumplir lo establecido en la normatividad actual, es
decir, cumplir con una resistencia, factores de
seguridad, calidad de los materiales, funcionalidad y
vida útil de las estructuras.
Columna durante proceso de recrecido Fuente: https://epachon.wordpress.com/2014/01/16/e-4-refuerzo-de-pilares-
de-hormigon-armado-mediante-encamisado-o-recrecido-de-su-seccion
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 3
Este refuerzo ofrece eficacia y garantía a diferencia
de otros métodos de reforzamiento, puesto que
ofrece menos costo y mayor rapidez de ejecución.
Adicionalmente se evita un impacto negativo en la
obra, en lo que a costos, tiempo de entrega,
contaminación ambiental por generación de
basuras, escombros y mala imagen de la empresa
constructora se refiere.
Siendo el concreto uno de los materiales más usados
para fines estructurales por su buen comportamiento
en servicio, adaptabilidad a las formas constructivas
y económicas, es equivalente usarlo para
aprovechar estas mismas características una vez se
presentan situaciones que afectan su buen servicio,
las cuales serán nombradas más adelante.
2. PORQUE HACER UN ENCAMISADO POR MEDIO DE
CONCRETO ARMADO
La necesidad de prolongar la vida útil de una
estructura, al no contar con la resistencia a causa de
una mala ejecución, o soportar una carga mayor a
la proyectada inicialmente, o por acciones
accidentales (sismo, explosiones, impactos, etc…), o
por hacerla compatible con la normatividad actual,
propone como solución la ejecución de un recrecido
o encamisado por medio de concreto armado, con
el fin de proveer de la resistencia adecuada a los
elementos estructurales permitiendo así una
transferencia satisfactoria de esfuerzos entre la
antigua estructura y el refuerzo actual, para brindar
seguridad de vidas.
Adicionalmente presenta grandes ventajas: 1)
Compatibilidad entre el material original y el de
refuerzo, 2) Amplia superficie de contacto, la cual
permite una adherencia entre el hormigón nuevo y
el hormigón original motivada por la retracción, la
cual permite que las cargas se transmitan axialmente
y por fricción entre los elementos, 3) Conexión de las
armaduras originales con las nuevas, 4) Baja
conductividad térmica, es decir, buena resistencia al
fuego y buen aislamiento térmico para las
armaduras, 5) Posibilidades de dar acabados
arquitectónicos por causa de concreto; de las cuales
se obtiene un elemento monolítico, capaz de
aumentar la resistencia y la rigidez del elemento
original, sin cambiar su modo de acción con el
tiempo.
3. DISEÑO
A continuación se presenta un paso a paso sobre el
diseño de vigas y columnas con y sin encamisado,
mediante el cual será posible obtener resultados de
diseño para su análisis; en el cual se deben tener en
cuenta no solo los elementos reforzados
directamente sino también todos aquellos que
pueden verse afectados lo que implica un análisis
pormenorizado de la estructura original y reforzada.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 4
El diseño de vigas se desarrolla mediante el
programa SAP2000 y el de columnas mediante
spColumn, a través de títulos que indican el paso a
desarrollar, evitando confusiones para los Ingenieros
interesados en realizar cálculos óptimos y en corto
plazo de reforzamiento de elementos estructurales
(Vigas y columnas).
3.1. Inicio del programa SAP 2000
Este programa permite a los usuarios modelar
estructuras y obtener resultados de análisis y diseño
de forma automatizada. La versión utilizada en este
manual es SAP2000 v19.2.1.
Imagen 1
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 5
Imagen 2
3.2. Diseño de VIGAS
3.2.1. Creación de nuevo modelo para VIGAS
Se inicia dando clic en el botón File ubicado en la
parte superior izquierda, en el cual se despliega un
listado, en este se elige la primera opción
denominada New Model como se ve en la Imagen
3.
Imagen 3
Al dar clic en el paso anterior (New Model, Imagen 3)
se presenta una nueva ventana como se ve en la
Imagen 4, donde se realiza el cambio de unidades
en la lista desplegable, para el ejemplo: kN, m, C.
Imagen 4
Adicionalmente en la ventana emergente de New
Model, como se ve en la Imagen 5, se seleccionara
el tipo de modelo o Template a trabajar, para este
caso será Beam, el cual relaciona la creación de una
viga.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 6
Imagen 5
Al seleccionar Beam, se genera otra ventana
emergente (Imagen 6), en la cual se ingresan los
siguientes datos: número de espacios entre apoyos
(Number of spans), para el caso será 1 encuadrado
en color verde, también se ingresa la longitud entre
apoyos (Span Length), encuadrado en color rojo,
para el caso 5 lo que significa 5.00 m por las unidades
elegidas anteriormente.
Imagen 6
En la misma ventana del modelo, mostrada en la
(Beam), se introducirán y relacionaran las
propiedades del elemento a trabajar, realizando clic
en el símbolo “+” mostrado en el recuadro verde.
Imagen 7
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 7
3.2.2. signar propiedades de los materiales para
VIGAS
En la ventana emergente “Frame Properties”, la cual
se abrió al dar clic en el símbolo “+” se realiza clic en
añadir nuevas propiedades (Add New Property), que
se encuentra en el recuadro de color rojo en la
Imagen 8.
Imagen 8
En seguida se abre una ventana emergente de
nombre Add Frame Section Property, en donde se
pueden seleccionar diferentes materiales, como se
muestra en el recuadro de color verde de la Imagen
9; para este ejemplo se utilizará concreto. En esta
misma ventana se ilustran en la parte inferior las
diferentes geometrías que se pueden utilizar, para el
caso se seleccionará la opción rectangular,
encuadrada con color rojo dentro de la misma
Imagen 9.
Imagen 9
Una vez se selecciona la sección rectangular se abre
la ventana Rectangular Section (Imagen 10) en
donde se asignara un nombre al ejemplo, para el
caso “VIGA 25X40” en la casilla Section Name.
En esta misma ventana se diligenciaran las medidas
de la sección de viga en estudio, como se ve en el
recuadro de color naranja de la Imagen 10. En Depth
se escribe el alto de la viga: 0,4 m y en Width el ancho
de la viga: 0,25 m. Se colocan las dimensiones de
acuerdo al tipo de unidades establecidas al inicio
del programa mostradas en la Imagen 4.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 8
Imagen 10
En la parte inferior de la ventana de sección
rectangular, se seleccionan las características del
material de la viga, es decir, el acero y el concreto;
dando clic en el símbolo “+” identificada en el
recuadro rojo de la Imagen 11; aparecerá una
ventana emergente de nombre Define Materials.
Imagen 11
En esta ventana se dará clic en añadir nuevo
material (Add New Material - Imagen 11), botón
dentro del cuadro verde. Aparecerá una ventana
con listas desplegables como se muestra en la
Imagen 12 en las que se elige la región, el tipo de
material y su especificación, para el caso se
selecciona User y en tipo de material Concrete en
seguida se da clic en OK. Lo anterior para crear un
material con las especificaciones que corresponden
al ejemplo.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 9
Imagen 12
Al dar clic en OK, aparecerá una ventana
emergente llamada Material Property Data (Imagen
13Imagen 12) donde se diligenciaran los siguientes
campos:
- Material Name and Display Color: Donde se
pondrá el nombre del material, para el caso:
Concrete 21 MPa. Se identifica en la imagen
dentro del cuadro de color verde.
- Weigth per Unit Volume: Donde se diligencia el
peso específico del concreto, en el caso 24
kN/m3. Se identifica en la imagen dentro del
cuadro de color rojo.
- Modulus of Elasticity, E: Este valor se obtiene de la
fórmula relacionada a continuación, y el valor
arrojado: 21538 MPa. Se identifica en la imagen
dentro del cuadro de color naranja.
𝐸 = 4700√𝑓´𝑐 = 4700√21 = 21538 𝑀𝑃𝑎
- Specified Concrete Compressive strength, fc: en
donde se diligencia el valor del esfuerzo a
compresión del concreto, es decir 21000 kPa. Se
identifica en la imagen dentro del cuadro de
color rosa.
Imagen 13
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 10
Se da Ok en la ventana de la Imagen 13 y el
programa retorna a la ventana Define Materials
donde se verifica que el material creado aparezca
en el listado como se ve en la Imagen 14.
Imagen 14
Una vez realizada la revisión se da clic en Ok y en la
ventana Rectangular Section (Imagen 10) en la parte
inferior izquierda se selecciona el material creado, el
cual cuenta con las propiedades que permitirán
realizar un posterior análisis. Esta elección se
identifica en el recuadro de color rojo de la Imagen
15.
Imagen 15
Ahora y en esta misma ventana Rectangular Section
se realiza clic en el botón Concrete Reinforcemen,
identificado en color verde dentro de la Imagen 16,
con el fin de definir las características del refuerzo.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 11
Imagen 16
En seguida se abre la ventana emergente
Reinformecent Data (Imagen 17) en donde se
seleccionará el material del refuerzo, para el caso:
A615Gr60 y en la sección Desing Type, se
seleccionará que tipo de elemento se quiere estudiar
si viga o columna, para el caso será viga (Beam)
Recuadro naranja.
Debajo de este se pone la información
correspondiente al recubrimiento del acero
(Concrete Cover to Longitudinal Rebar Center),
medido desde el centro de las barras. Para el caso
0,06 m, y se da clic en “OK” en todas las ventanas.
Imagen 17
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 12
3.2.3. Asignar restricciones para VIGAS
En la pantalla principal se muestra una imagen de la
viga en estudio como se ve en la Imagen 18, con el
mouse se selecciona el apoyo que se desea
modificar.
Imagen 18
Como se ve en la Imagen 19 en la barra de
herramientas superior, se hace clic en Assing, lo cual
despliega un listado, se sitúa el cursor sobre el primer
ítem, Joint, y posteriormente se da clic en la primera
opción Restraints.
Imagen 19
En la ventana emergente Assing Joint Restraints
(Imagen 20) que se abre luego de seleccionar
Restraints, se selecciona el tipo de apoyo a asignar,
para el caso simplemente apoyado y se da “OK”,
realizando el mismo procedimiento para los apoyos
a los que se les desee asignar y/o cambiar
restricciones como se ve en la Imagen 21.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 13
Imagen 20
Imagen 21
3.2.4. Definición de patrones de carga para VIGAS
En la barra de herramientas ubicada en la parte
superior del programa, se selecciona la pestaña
Define, en la cual se busca la opción patrones de
carga o Load Patterns como se ve en la Imagen 22.
Imagen 22
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 14
Al seleccionar la opción anterior aparece la ventana
emergente Define Load Patterns (), en la cual se
seleccionará el tipo de cargas a emplear.
Imagen 23
Se designa un nombre, tipo y factor de influencia.
Posteriormente se da clic en el botón Add New Load
Pattern y si se quiere modificar una ya creada se da
clic en Modify Load Pattern.
Las cargas que se crearon para el ejemplo son:
- Peso propio, de tipo carga muerta y con un
factor de influencia de 1 para que esta carga
se tenga en cuenta al momento de realizar la
combinación.
- Carga viva, tipo de carga viva y factor de
influencia 0 puesto que más adelante se
incluirá un valor de carga.
- Peso muerto, tipo carga muerta y con un
factor de influencia de 1.
3.2.5. Asignación de cargas para VIGAS
Para la asignación de cargas, se selecciona la viga
en la pantalla principal (Imagen 24), se va a la barra
de herramientas superior, se da clic en el botón
Assing, y de la lista desplegada se pica en Frame
Loads y posteriormente Distributed, como se indica
en la Imagen 25.
Imagen 24
En la ventana emergente Assing Frame Distributed
Loads (Imagen 26) se selecciona el patrón de carga
que se va asignar al elemento en estudio en la casilla
Load Pattern, para el caso CARGA VIVA.
En Uniform Load, se introduce el valor de la carga a
asignar al elemento, la cual es 20 kN/m, y
adicionalmente se deja seleccionada la opción
Replace Existing Loads, para que solo se evalué esta
carga y se da clic en OK. En la ventana principal se
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 15
verá el elemento con la carga ya asignada, como se
ve en la Imagen 27
Imagen 25
Imagen 26
Imagen 27
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 16
3.2.6. Revisión de materiales para VIGAS
Antes de solicitar al programa el análisis de la viga,
se revisan las características de los materiales
empleados para un posterior análisis y
comparaciones.
Imagen 28
En la pestaña superior de la ventana principal, se
selecciona Define – Material como se ve en la y se
eligen los materiales empleados en la creación del
nuevo modelo Rectangular section: Concreto
nombrado como Concrete 21 MPa y acero
A615Gr60.
Para realizar la revisión se da clic en Modify / Show
Material (Imagen 29).
Imagen 29
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 17
Como se ve en la Imagen 30, al seleccionar el
concreto se revisan las propiedades establecidas en
pasos anteriores:
- Weigth per Unit Volume: 24 kN/m3.
- Modulus of Elasticity, E: 21538 MPa.
- Specified Concrete Compressive strength, fc:
21000 kPa.
Imagen 30
Y una vez chequeadas se da OK para realizar la
revisión del acero.
Imagen 31
Para el acero se elige el material empleado como se
ve en la Imagen 31, en este caso A615Gr60 y se da
clic en Modify/Show Material.
Una vez en la ventana emergente: Material Property
Data se revisa la siguiente propiedad: Fluencia del
acero, fy; la cual interviene directamente en la
obtención de los resultados y su valor debe ser de
420000 kPa. Esta revisión se identifica en el recuadro
rojo de la Imagen 32.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 18
Imagen 32
3.2.7. Análisis y diagramas para VIGAS
Una vez asignadas las cargas, se dirigen a la barra de
herramientas superior y se da clic en el icono Run
Analysis, como se ve en el recuadro verde de la
Imagen 33.
Imagen 33
En la ventana emergente se da clic en el botón Run
Now (en la Imagen 34 identificado en color rojo), si se
quiere conocer todos los efectos de las cargas.
En este caso la carga modal se seleccionará y se
dará clic en Run / DoNot Run Case, para que esta
carga no se tenga en cuenta dentro del análisis
porque aquí se tendrían en cuenta efectos sísmicos
que no se están evaluando; esta acción se chequea
en la columna Action, en donde debe aparecen Do
not run.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 19
Imagen 34
Para ver los diagramas se hace clic en el icono Show
Forces/Stresses y en la lista desplegable se
selecciona la opción Frames/Cables/Tendons, como
se ve en la Imagen 35.
Imagen 35
En la ventana emergente de la se elige el tipo de
carga que anteriormente fue asignada, para el caso
CARGA VIVA.
Imagen 36
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 20
En la sección Display Type, se selecciona que tipo de
diagrama se desea ver en pantalla, los más comunes
son Shear 2-2 (Diagrama de fuerzas cortantes) y
Moments 3-3 (Diagrama de Momentos).
Adicionalmente en la opción Options for diagram se
elige la opción Show Values para ver en estos
diagramas los resultados numéricos.
Al dar clic en OK, en la ventana principal se ven los
diagramas con los resultados de la carga
seleccionada en estudio como se ve en la Imagen
37.
Imagen 37
3.2.8. Combinación de cargas para VIGAS
Para generar combinaciones de cargas, en este
caso para mayorar las cargas que se tienen de
acuerdo a lo establecido por el Reglamento NSR-10,
se dirigen a la barra superior en la pantalla principal
y se selecciona el botón Define, en el que se elige la
opción Load Combination (Imagen 38).
Imagen 38
En la ventana emergente que se abre al seleccionar
Load Combination se elige el boton Add New
Combo, como se identifica en el recuadro verde de
la ).
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 21
Imagen 39
En la ventana siguiente Load Combination Data
(Imagen 40) se nombra esta combinación a gusto,
Para el caso 1.2 CM + 1.6 CV, y en la parte inferior se
selecciona cada una de las cargas que se requiere
para la combinación; se le asigna el factor de
mayoración de acuerdo con lo establecido en el
titulo B del Reglamento NSR-10.
En este caso 1.6 CARGA VIVA y 1.2 PESO MUERTO.
Finalmente se da OK hasta salir de las ventanas.
Imagen 40
Una vez definidas las combinaciones de cargas se
corre el programa al igual que en el paso anterior de
análisis y diagramas, con el botón que se ve en la
Imagen 41.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 22
Imagen 41
Para ver los diagramas resultado de esta
combinación de cargas se hace clic en el icono
Show Forces/Stresses y en la lista desplegable se
selecciona la opción Frames/Cables/Tendons, como
se ve en la Imagen 42. En la ventana emergente se
elige el tipo de carga que anteriormente fue
asignada, para el caso la combinación que se
definió con anterioridad (Imagen 43), de esta forma
se ven los diagramas en la pantalla principal como
en la Imagen 44.
Imagen 42
Imagen 43
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 23
Imagen 44
3.2.9. Revisión Combinación de cargas para VIGAS
Para revisar que combinación de cargas está
analizando el programa, en la barra superior de la
pantalla principal se da clic en Desing – Concrete
Frame Desing – Select Desing Combos, como en la
Imagen 45.
Imagen 45
Se revisa que en Design Load Combinations (Imagen
46) este la combinación de carga que se requiere
para la evaluación de la viga en estudio. En este
caso la combinación de cargas establecida en el
titulo B del Reglamento NSR-10 y creada con
anterioridad en este manual (Imagen 40).
Imagen 46
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 24
3.2.10. Diseño para VIGAS
Una vez presentados los diagramas con la
combinación de cargas, se dirigen a la barra superior
derecha de la pantalla principal y se hace clic en el
icono Star concrete Desing/Check of structure,
identificado en el cuadro rojo de la Imagen 47.
De esta manera aparecerá en pantalla un diagrama
con información, la cual obedece al área de acero
requerido en metros cuadrados.
Imagen 47
Si se desea cambiar las unidades de la presentación,
en la parte inferior derecha de la pantalla principal
se puede realizar este cambio en la lista desplegable
que se muestra en la Imagen 48. Para el caso, se
desean ver las áreas de acero en cm2, como en la
49.
Imagen 48 Imagen 49
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 25
Diseño de VIGAS ENCAMISADAS
3.2.11. Creación de nuevo modelo para VIGAS
ENCAMISADAS
Los pasos para la creación de vigas encamisadas se
realizan de la misma forma que en la creación de
vigas, a diferencia de un aumento en el tamaño de
la viga. Teniendo en cuenta que ya se conoce la
carga que va a soportar este nuevo elemento.
En el programa SAP2000 v19.2.1. Se inicia
seleccionando nuevo modelo New Model (Imagen
50), en la parte superior izquierda de la pantalla
principal eligiendo las unidades más reconocidas y
trabajadas: kN, m, C y por último el modelo Beam
(viga), como se ve en la Imagen 51.
Imagen 50
Imagen 51
Un vez seleccionado el modelo Beam, se diligencia
Number of spans que es el número de espacios entre
apoyos, para el caso uno (01) al tener una viga
simplemente apoyada.
También se diligencia la distancia entre estos apoyos
(Span length), para el ejemplo 5 m.
En el cuadrado rojo de la se relacionan las
propiedades con las que contará la viga, dando
“clic” en el signo “+” y posteriormente dentro de la
ventana Frame properties, Add New Property
(identificado en el recuadro verde de la Imagen 53).
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 26
Imagen 52
3.2.12. Asignar propiedades de los materiales para
VIGAS ENCAMISADAS
Imagen 53
Al cliquear en Add New Property se selecciona el
material a emplear en Section Property type, para
este caso: Concrete y la sección Rectangular como
se ve en la Imagen 54.
Imagen 54
Al dar clic en Rectangular se abre la ventana
emergente Rectangular Section, donde se
relacionará un nombre a la sección del ejemplo:
VIGA REC 41 X 48.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 27
En el recuadro rojo de la ¡Error! No se encuentra el
origen de la referencia. se escriben las medidas de la
viga, teniendo en cuenta que esta es la viga
encamisada, se aumentará el tamaño en 8 cm en
cada sentido, por lo que:
- Depth (alto de la viga): 0,48 m
- Width (ancho de la viga): 0,41 m
Imagen 55
En esta misma ventana se relacionan las
propiedades del material de la viga, en la parte
inferior de la pestaña identificada con el cuadro
verde. Se da clic a signo “+” aparecerá una ventana
emergente de nombre Define Materials.
Imagen 56
En la ventana identificada en la Imagen 56 se dará
clic en añadir nuevo material (Add New Material), y
en las listas desplegables de la ventana Add Material
Property (Imagen 57) se elegirá Region: User e en
Material Type: Concrete para de esta forma crear un
material con las especificaciones que se requieren
para el ejemplo. Las otras opciones quedan
inhabilitadas y al dar clic en OK (Imagen 58), se abre
la ventana emergente Material Property Data.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 28
Imagen 57
Imagen 58
En la ventana Material Property Data, identificada en
la Imagen 59, se diligenciaran los siguientes campos,
de la misma forma que para el ejemplo de vigas sin
encamisado, pues lo que se busca es una
adherencia de materiales:
- Material Name and Display Color: Donde se
pondrá el nombre del material, para el caso
Concrete 21 MPa. Se identifica en la imagen
dentro del cuadro de color verde.
- Weigth per Unit Volume: Donde se diligencia el
peso específico del concreto, en el caso 24
kN/m3. Se identifica en la imagen dentro del
cuadro de color rojo.
- Modulus of Elasticity, E: Este valor se obtiene de
la fórmula relacionada a continuación, y el
valor arrojado: 21538 MPa. Se identifica en la
imagen dentro del cuadro de color naranja.
𝐸 = 4700√𝑓´𝑐 = 4700√21 = 21538 𝑀𝑃𝑎
- Specified Concrete Compressive strength, fc:
en donde se diligencia el valor del esfuerzo a
compresión del concreto, es decir 21000 kPa.
Se identifica en la imagen dentro del cuadro
de color rosa.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 29
Imagen 59
Se da OK en esta ventana y al retornar a la
ventana Define Materials se verifica que se
encuentre el material creado, como se ve en la
Imagen 60.
Imagen 60
Se da clic en OK y en la ventana Rectangular
Section se selecciona el material creado, es decir,
Concrete 21 MPa (Imagen 61).
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 30
Imagen 61
Ahora, en esta misma ventana Rectangular Section
se realiza clic en el botón Concrete Reinforcement,
con el fin de definir las características del refuerzo.
Se selecciona Beam (Imagen 62) en el tipo de diseño,
teniendo en cuenta que es una viga y se relaciona
un recubrimiento para las barras de acero de 6 cm,
aunque como las unidades están en metros se debe
diligenciar 0,06 m.
Imagen 62
Se regresa a la pantalla principal dando OK en todas
las ventanas emergentes y se verifica que en Section
Properties, este seleccionada la viga que se ha
creado, como en el recuadro rojo de la Imagen 63.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 31
Se mostrara en la pantalla principal del programa
SAP2000 la viga creada.
Imagen 63
3.2.13. Asignar restricciones para VIGAS
ENCAMISADAS
Una vez está la viga creada, se eligen los apoyos
para cambiar el tipo de este.
Con el mouse se selecciona el apoyo a cambiar y
una vez seleccionado como se muestra en el cuadro
rojo de la Imagen 64, se dirigen a Assing – Joint –
Restraints y se elige el apoyo a usar, para este caso
simplemente apoyado como se identifica en la
Imagen 65. Luego se da clic en OK.
Imagen 64
Imagen 65
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 32
3.2.14. Definición de patrones de carga para VIGAS
ENCAMISADAS
En la ventana Define Load Patterns (Imagen 67) la
cual sale al dar clic en la pestaña Define – Load
Patterns (Imagen 66), se definen los patrones de
cargas a emplear en la viga del ejemplo.
Imagen 66
Imagen 67
Como para el ejemplo de vigas se asigna un nombre,
tipo y factor de influencia (ver paso 3.2.4).
Posteriormente se da clic en el botón Add New Load
Pattern y si se quiere modificar una ya creada se da
clic en Modify Load Pattern.
Las cargas que se crearon para el ejemplo son:
- Peso propio, de tipo carga muerta y con un
factor de influencia de 1 para que esta carga
se tenga en cuenta al momento de realizar la
combinación.
- Carga viva, tipo de carga viva y factor de
influencia 0 puesto que más adelante se
incluirá un valor de carga.
- Peso muerto, tipo carga muerta y con un
factor de influencia de 1.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 33
3.2.15. Asignación de cargas para VIGAS
ENCAMISADAS
Se elige la viga como se muestra en la Imagen 68, en
la pantalla principal del programa y se dirigen a la
pestaña Assing – Frame Loads – Distributed (Imagen
69). Donde se escoge la carga distribuida que
soportara la viga de ejemplo.
Para este caso al postular la viga encamisada,
aumentará la carga del ejemplo en comparación
con la carga de la viga sin encamisado.
Imagen 68
Imagen 69
En la ventana Assing Frame Distributed Loads,
identificada en la Imagen 70, se diligencia la carga
a soportar por la viga en estudio. En el recuadro rojo
se identifica una carga uniforme de 40 kN/m, la cual
será aplicada a través de la carga denominada
CARGA VIVA (en Load Pattern). Adicionalmente se
deja seleccionada la opción Replace Existing Loads,
para que solo se evalué esta carga.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 34
Imagen 70
Al dar OK, se identifica en la pantalla del programa
como se ve en la Imagen 71. .
Imagen 71
3.2.16. Revisión de materiales para VIGAS
ENCAMISADAS
Antes de realizar el análisis y visualizar los diagramas,
se revisaran las características de los materiales que
se están empleando en este análisis.
En la pestaña superior van a Define – Material y se
seleccionan los materiales empleados en la creación
del nuevo modelo Rectangular section: Concreto
nombrado como Concrete 21 MPa y acero
A615Gr60.
Para realizar la revisión damos clic en Modify / Show
Material.
En el caso del concreto (Imagen 72) se revisan los
siguientes valores, los cuales se determinaron en el
paso 0:
- Weigth per Unit Volume: 24 kN/m3.
- Modulus of Elasticity, E: 21538 MPa.
- Specified Concrete Compressive strength, fc:
21000 kPa.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 35
Imagen 72
Para el acero (Imagen 73) se selecciona el material
empleado y se da clic en Modify / Show Material.
Una vez en la ventana emergente: Material Property
Data se revisa la siguiente propiedad: Fluencia del
acero, fy; la cual interviene directamente en la
obtención de los resultados y su valor debe ser de
420000 kPa. Esta revisión se identifica en el recuadro
verde.
Imagen 73
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 36
3.2.17. Análisis y diagramas para VIGAS
ENCAMISADAS
Una vez asignadas las cargas, se dirigen a la barra de
herramientas superior y dan clic en el icono Run
Analysis (Play), como se ve en la Imagen 74.
Imagen 74
En la ventana emergente se da clic en el botón Run
Now (identificado en color rojo de la Imagen 75), si
se quiere conocer todos los efectos de las cargas.
En este caso la carga modal se seleccionará y se
dará clic en Run / DoNot Run Case, para que esta
carga no se tenga en cuenta dentro del análisis
porque aquí se tendrían en cuenta efectos sísmicos
que no se están evaluando; esta acción se chequea
en la columna Action, en donde debe aparecen Do
not run.
Imagen 75
Para ver los diagramas hacemos clic en el icono
Show Forces/Stresses - Frames/Cables/Tendons.
En la ventana emergente de la Imagen 76 se elige el
tipo de carga que anteriormente fue asignada, para
el caso CARGA VIVA.
En la sección Display Type, se selecciona que tipo de
diagrama se desea ver en pantalla, los más comunes
son Shear 2-2 (Diagrama de fuerzas cortantes) y
Moments 3-3 (Diagrama de Momentos).
Adicionalmente en la opción Options for diagram se
elige la opción Show Values para ver en estos
diagramas los resultados numéricos.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 37
Imagen 76
Al dar clic en OK, en la ventana principal se ven los
diagramas con los resultados de la carga
seleccionada en estudio, como en la Imagen 77.
Imagen 77
3.2.18. Combinación de cargas para VIGAS
ENCAMISADAS
Para generar combinaciones de cargas, asignando
el factor de mayoración establecido en el titulo B del
Reglamento NSR-10, se dirigen a Define -Load
Combination (Imagen 78).
En la ventana Define Load Combination se elige Add
New Combo y así se abrirá la ventana Load
Combination Data.
Se nombrara la carga de acuerdo a lo establecido
en el reglamento: 1.2 CM + 1.6 CV y se asignan lo
factores correspondientes como se identifica en el
cuadro rojo de la Imagen 79.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 38
Imagen 78
Imagen 79
En este caso 1.6 CARGA VIVA y 1.2 PESO MUERTO.
Finalmente se da OK hasta salir de las ventanas.
3.2.19. Revisión Combinación de cargas para VIGAS
ENCAMISADAS
Con el fin de realizar un buen análisis, se sugiere
revisar que combinación de cargas está analizando
el programa. En la barra superior damos clic en
Desing – Concrete Frame Desing – Select Desing
Combos.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 39
Se revisa que en Design Load Combinations este la
combinación de carga que se requiere para la
evaluación de la viga en estudio, como se ve en la
Imagen 80. En este caso la combinación de cargas
establecida en el titulo B del Reglamento NSR-10 y
creada con anterioridad en este manual.
Imagen 80
3.2.20. Diseño para VIGAS ENCAMISADAS
Una vez definidas las combinaciones de cargas se
pueden visualizar los diagramas seleccionando la
combinación de carga creada anteriormente,
como se ve en la Imagen 81 e Imagen 82.
Imagen 81
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 40
Imagen 82
Posteriormente, en la barra superior derecha se da
clic al icono Start concrete Desing/Check of structure
(cuadro rojo de la Imagen 83) para visualizar el
diagrama con información, la cual obedece al área
de acero requerida, en este caso en metros pero
como se mencionó en el procedimiento de las vigas
sin encamisado, estas pueden ser cambiadas en la
parte inferior derecha de la pantalla principal, como
se ve en la Imagen 84.
Imagen 83
Imagen 84
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 41
Para este caso kN, cm, C y de esta forma se visualiza
el área requerida en cm2, como se muestra en la
Imagen 85.
Imagen 85
Diseño de COLUMNAS
3.2.21. Creación de nuevo modelo para COLUMNAS
Con el fin de facilitar el análisis de columnas, se
trabajara el diseño de estas a través del programa
spColumn desarrollado por la empresa Structure
Point.
En este programa se inicia definiendo la información
general y las características de los materiales a
emplear.
En la pestaña superior se dirigen al botón Imput y
luego a General information (Imagen 86), en donde
le daremos nombre al proyecto, para el caso:
COLUMNA 30X30.
Imagen 86
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 42
El código de diseño será el ACI 318-14, el cual es
similar al Reglamento NSR-10.
También se definirán las unidades a trabajar (cuadro
rojo de la Imagen 87), es decir, Metric del sistema
internacional y la forma en que se va a evaluar la
columna: Biaxial para todas las direcciones.
Imagen 87
Posteriormente se definirán los materiales a usar:
Se va al botón Input – Material Properties de la
pantalla principal e identificado en la Imagen 88, allí
se definirán las características del concreto y del
acero a emplear en la columna:
Imagen 88
- Valor del esfuerzo a compresión del concreto,
f’c: 21 MPa.
- Fluencia del acero Fy: 420 MPa para el acero
de refuerzo
Se deja habilitada la casilla Standard para que el
programa calcule las otras propiedades de los
materiales que se ven inhabilitadas en la Imagen 89.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 43
Imagen 89
El siguiente paso es definir las propiedades de la
sección a evaluar, es decir una columna de 30 cm x
30 cm.
En la pestaña superior se va a Input – Section –
Rectangular (Imagen 90) y se introducen las medidas
en milímetros, es decir, 300 mm x 300 mm y se da OK,
se mostrará en la pantalla una imagen de la sección
de la columna como en la Imagen 91.
Imagen 90
Imagen 91
En seguida se asignaran las condiciones del refuerzo
en la barra superior Input – Reinforcement y para el
caso un refuerzo que sea igual en todos los sentidos,
como se ve en la Imagen 92.
Se idealiza una columna que resista con cuatro
barras #6 y un recubrimiento de 6 cm para las barras
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 44
transversales y se diligencian los campor como se ve
en la Imagen 93.
Imagen 92
Imagen 93
Al dar OK se evidencia en la pantalla un gráfico de
la sección de la columna en estudio (Imagen 94).
Imagen 94
3.2.22. Revisión de barras para COLUMNAS
Para asignar las condiciones del acero de refuerzo se
hace necesario verificar en la opción de la barra
superior Options – Reinforcement () las características
de las barras, puesto que en los siguientes pasos solo
será posible elegir y ver el número de las barras.
Imagen 95
Adicionalmente cabe la posibilidad de elegir las
características de acuerdo a las especificaciones de
las normas allí presentadas o seleccionar User –
defined para ser modificadas por el usuario, Imagen
96.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 45
Imagen 96
Continuando con las condiciones de refuerzo, se
asignaran las características del refuerzo transversal,
conocido como estribos.
Al seleccionar Input – Reinforcement – Confinement,
como se ve en la Imagen 97, se diligencia la
información correspondiente al acero de
confinamiento de la columna. En este caso Tied
(Imagen 98).
Imagen 97
Imagen 98
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 46
3.2.23. Definición de patrones de carga para
COLUMNAS
En la barra superior se selecciona Input – Loads –
Factored para asignar la carga y los momentos a la
columna en diseño, Imagen 99.
Imagen 99
Imagen 100
De esta forma se puede introducir la carga que
proviene del análisis de la viga, en este caso: 87 kN y
se da clic en Insert y posteriormente OK; como se ve
en la Imagen 100.
3.2.24. Análisis y diagramas para COLUMNAS
Para realizar el análisis de esta columna, en la barra
superior se da clic en Execute o F5 para visualizar el
diagrama de momentos (Imagen 101). Es importante
verificar que se encuentren seleccionadas las
opciones Include Nominal Diagram y Results File.
Imagen 101
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 47
En la barra superior, en los botones que se ven en la
siguiente imagen se puede cambiar la visualización
de este diagrama por el diagrama de interacción. El
trabajado es el diagrama P-M Diagram - M positive
(Imagen 102).
Imagen 102
Al dar clic en el botón anterior, aparece la ventana
emergente: View Interaction como se muestra en la
Imagen 103 y al dar OK, aparece el diagrama de
interacción para el ejemplo, como se ve en la
Imagen 104
Imagen 103
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 48
Imagen 104
Imagen 105
En este diagrama (Imagen 104) se ve la carga
máxima que resiste la columna con estas
características, además se reconocen los puntos de
falla y los seguros. Dentro del cuadro rojo de la
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 49
Imagen 105 se identifica la carga que se ha puesto
en el ejemplo.
Uno de los controles a realizar con este programa
implica que el punto identificado en el cuadro rojo
se encuentre dentro de la zona segura, la cual está
dentro de la línea continua del diagrama.
3.2.25. Diseño para COLUMNAS
El programa spColumn arroja los datos por medio de
un informe, el cual se obtiene al dar clic en el botón
de la barra superior Results, mostrado en la Imagen
106.
Imagen 106
En el informe presentado en la Imagen 107 se ve la
información de la columna en estudio, como las
propiedades de los materiales empleados y las
características de la sección.
Imagen 107
Si es el caso, se puede visualizar en este informe los
puntos de control, los cuales ayudan al usuario en el
diseño de la columna.
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 50
Como se ve en la Imagen 108 e Imagen 109, en la
barra superior se da clic en Input – Loads – Control
Points, luego Solve y finalmente Execute (F5).
Imagen 108
Imagen 109
Para visualizar los resultados de los puntos de control,
se va al botón Results de la Imagen 110, y se obtiene
un informe como se evidencia en la Imagen 111
Imagen 110
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 51
Imagen 111
Diseño de COLUMNAS ENCAMISADAS
3.2.26. Creación de nuevo modelo para COLUMNAS
ENCAMISADAS
Continuando con el análisis de columnas a través del
programa spColumn, se introducirán los datos
correspondientes a las características de la viga con
sección encamisada.
En la pestaña superior, se da clic en el botón Imput y
luego en General information (Imagen 112), donde
se asigna el nombre del proyecto y los datos de
quien está elaborando el análisis, para este caso:
COLUMNA RE 46X46.
Imagen 112
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 52
Por similitud con las normas ACI con la Norma vigente
colombiana, el código de diseño será el ACI 318-14.
En esta misma ventana emergente, identificada en
la Imagen 113,se definen las unidades a trabajar:
Metric haciendo referencia al Sistema Internacional
y se establece una evaluación de forma Biaxial, es
decir en todas las direcciones.
Imagen 113
Luego a través de la ventana emergente Material
properties, la cual sale luego de dar click en la barra
superior Input – Material Properties (Imagen 114)
donde se definirán las características del concreto y
del acero a emplear en la columna encamisada y
con el fin de generar mayor compatibilidad serán los
mismos de la columna sin sección con encamisado:
- Valor del esfuerzo a compresión del concreto,
f’c: 21 MPa.
- Fluencia del acero Fy: 420 MPa para el acero
de refuerzo
Imagen 114
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 53
Y se deja habilitada la casilla Standard para que el
programa calcule las otras propiedades de los
materiales, que se ven inhabilitadas en la Imagen
115. Se solicita al lector especial cuidado con estas
propiedades si desea hacer comparación de los
resultados.
Imagen 115
En seguida se definirán las características de la
sección de columna encamisada en estudio
Imagen 116
Se da click en el botón Input – Section – Rectangular,
como se muestra en la Imagen 116y se diligencian las
medidas en milímetros, es decir, 460 mm x 460 mm
(Imagen 117) y en seguida se conocerá una imagen
de la sección de columna es estudio, como la
Imagen 118.
Imagen 117
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 54
Imagen 118
Para asignar las condiciones del refuerzo se dirigen a
la sección Input – Reinforcement y en este caso al
querer generar la sección encamisada se elige
Irregular Pattern (Imagen 119), donde será posible
dar las coordenadas de ubicación de las barras y el
área de estas, en este caso se idealiza una columna
que resista la carga solicitada con cuatro barras #6
(285 mm) adicionales, las cuales se cargan como se
ve en la Imagen 120
Es importante tener en cuenta que las medidas van
desde el eje que se ve en el cuadro rojo que se
identifica en la Imagen 121, en sentido del plano
cartesiano.
Imagen 119
Imagen 120
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 55
Imagen 121
El cuadro amarillo muestra la sección de viga
original.
Continuando con las condiciones de refuerzo, se
asignaran las características del refuerzo transversal,
conocido como estribos.
Se dirigen a Input – Reinforcement – Confinement ,
como se ve en la Imagen 122y se diligencia la
información del acero de confinamiento de la
columna. En este caso Tied de la Imagen 123.
Imagen 122
Imagen 123
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 56
3.2.27. Definición de patrones de carga para
COLUMNAS ENCAMISADAS
En la sección de entrada se definirá la carga que
soportará la columna con encamisado (Input –
Loads – Factored de la Imagen 124). Adicionalmente
por esta misma ruta se pueden seleccionar los puntos
de control, mediante los cuales se verifica el diseño
de la columna.
Imagen 124
En este caso y a modo de ejemplo se pone la carga
que trae la viga encamisada, de los ejemplos
realizados en el software SAP2000 de la misma forma
que se realizó con la columna sin encamisado.
Para el ejemplo 174 kN, se da clic en Insert y
posteriormente OK (Imagen 125).
Imagen 125
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 57
3.2.28. Revisión material de refuerzo para
COLUMNAS ENCAMISADAS
Con el fin de verificar las características del acero de
refuerzo que está manejando el programa y si se
desea realizar una comparación de los resultados, en
la pestaña superior se da click en Options –
Reinforcement (Imagen 126) y de esta forma en la
ventana emergente Reinforcement de la Imagen
127, se elige User-defined para modificar el área de
las barras #6, para este ejemplo: 285 mm2. Se da click
en Modify y posteriormente OK.
Imagen 126
Imagen 127
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 58
3.2.29. Análisis y diagramas para COLUMNAS
ENCAMISADAS
Para que el software realice el análisis de la sección
de columna con encamisado, se va a Solve –
Execute o en su defecto se da F5, como se ve en la
Imagen 128para conocer el diagrama de momentos.
Se solicita y recomienda verificar que se encuentren
seleccionadas las opciones Include Nominal
Diagram y Results File
Imagen 128
Imagen 129
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 59
Si se desea cambiar la forma de visualizar el
diagrama, diferente al mostrado en la Imagen 129,y
elegir el diagrama de interacción, el los botones de
la barra superior se elige: diagrama P-M Diagram - M
positive, como se ve en la Imagen 130.
Imagen 130
Al dar click en el botón anterior, aparece la ventana
emergente: View Interaction (Imagen 131) y al dar
OK, se visualiza en la pantalla el diagrama de
interacción para el ejemplo, como se ve en la
Imagen 133.
Imagen 131
Imagen 132
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 60
Imagen 133
En este diagrama se puede distinguir la carga
máxima que resiste la columna con estas
características, además se reconocen los puntos de
falla y los seguros. Dentro del cuadro rojo de la
Imagen 132 se identifica la carga que se ha puesto
en el ejemplo.
Uno de los controles a realizar con este programa
implica que el punto identificado en el cuadro rojo
mencionado se encuentre dentro de la zona segura,
la cual está dentro de la línea continua del
diagrama.
3.2.30. Diseño para COLUMNAS ENCAMISADAS
El programa spColumn presenta un informe (como se
ve en la Imagen 135) en el cual se muestran los datos
introducidos como: características de la sección y
materiales empleados y resultados del análisis
realizado, dando click en el botón de la barra
superior Results (Imagen 134) ubicado en la esquina
superior derecha.
Imagen 134
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 61
Imagen 135
Si es el caso, se puede visualizar en este informe los
puntos de control, los cuales ayudan al usuario en el
diseño de la columna.
En la barra superior se da click en Input – Loads –
Control Points, luego Solve y finalmente Execute (F5).
Como se ve en la Imagen 136 e Imagen 137.
Imagen 136
Imagen 137
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 62
Para visualizar los resultados de los puntos de control
(Imagen 139), se va al botón Results (Imagen 138).
Imagen 138
Imagen 139
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 63
4. EJECUCIÓN
Con el fin de delimitar las incertidumbres primero se
realiza una inspección ocular, lo cual corresponde a
un estudio de vulnerabilidad donde se realiza un
reconocimiento y evaluación de la estructura,
geometría, materiales de construcción, localización,
estado de los daños (si es el caso).
En esta primera fase se contemplan los siguientes
aspectos:
- Recopilación y estudio de la información
existente. Si no se cuenta con información
previa o es incompleta, se debe realizar una
inspección minuciosa de la estructura.
- Contrarrestar la documentación con la
realidad de la estructura, comprobando la
geometría de los elementos e identificando la
realidad de los materiales empleados.
- Levantamiento de las afectaciones,
incluyendo el tipo, su estado actual y la
localización de estas.
- Caracterización de los materiales, de terreno y
estructurales.
Este manual se encuentra dirigido a los daños tipo 2
y 3, estructurales fuertes presentados en el siguiente
cuadro:
TIPO DE
DAÑO DESCRIPCION
0 No
estructural
Daños únicamente en elementos
no estructurales
1 Estructural
ligero
Grietas de menos de 0.5 mm de
ancho en elementos de concreto.
Grietas de menos de 3.0 mm de
ancho en muros de mampostería
2 Estructural
fuerte
Grietas de 0.5 a 1.0 mm de ancho
en elementos de concreto.
Grietas de 3 a 10 mm de ancho en
muros de mampostería.
3 Estructural
fuerte
Grietas de más de 1 mm de ancho
en elementos de concreto.
Aberturas en muros de
mampostería.
Desprendimiento del
recubrimiento en columnas.
Aplastamiento del concreto, rotura
de estribos y pandeo del refuerzo
en vigas, columnas y muros de
concreto.
Agrietamiento de capiteles.
Desplomes en columnas.
Desplomes del edificio en más del
1% de su altura.
Hundimiento o emersión de más de
20 cms
ENCAMISADO EN CONCRETO ARMADO ELEMENTOS ESTRUCTURALES Manual de diseño y análisis en SAP2000 y spColumn 64
En seguida se pasa a realizar un análisis en donde se
evalúa el fin de este recrecido estructural a partir de
tres datos:
1. Cuál es la causa por la cual se realiza el
encamisado estructural
2. Cuáles son los materiales con los que se cuenta
en los elementos estructurales y que datos
estructurales me arrojan por medio de la
inspección ocular
3. Cuáles son los materiales a usar y como
integrarlos con los resultados actuales
Así que, en el sentido de los numerales 1 y 2 se
calculan las cargas iniciales y de sobrecarga,
obteniendo la información de esfuerzos y momentos
con los que cuenta el elemento y cuáles son los que
requiere. Una vez cruzada esta información, se
determina si es necesaria o no la intervención y para
el caso de las vigas se determinara si el refuerzo se
realiza en la zona de tensión o en la zona de
compresión.
Como se menciona anteriormente y con el fin de
mejorar la adherencia por retracción, se inicia con
una limpieza al elemento original dando así una
preparación a la superficie eliminando las partes
huecas o mal adheridas, lechada superficial, restos
de desencofrante, de pinturas, zonas carbonatadas
a través de procedimientos manuales o mecánicos
de picado del elemento dejando expuesto el acero.
Adicionalmente se puede realizar un cajeado
alterno: para proveer mayor engranaje, proviniendo
una superficie de contacto rugosa e irregular. Dando
pie para aprovechar la presión entre las superficies
de contacto.
Se continúa con una limpieza para complementar la
preparación de la superficie y eliminar partículas que
existan del paso anterior, esta limpieza se puede
realizar por medio de métodos como: Chorro de
arena, chorro de agua a alta presión, chorro de aire
comprimido, entre otros.
En seguida se realiza la conexión de las armaduras
originales con las de refuerzo, por lo cual se disponen
horquillas convenientes soldadas las unas a otras.
Luego se procede la puesta del hormigón por medio
de formaletas instaladas previamente, esto si el
espesor calculado es mayor de 5 cm, de lo contrario
se puede rellenar con concreto expansivo de alta
resistencia
El hormigón colocado como refuerzo debe
compactarse y/o vibrarse adecuadamente para
evitar la aparición de vacíos y dar el tiempo
requerido para que este alcance mínimo el 80% de
su resistencia antes de ser cargado. Además se
puede realizar el uso de resinas epoxi para crear un
puente de unión entre los dos hormigones.
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Raigosa Tuk, E. (2010). Técnicas de reforzamiento de estructuras construidas
de concreto que presentan deficiencias estructurales.
Como ingenieros civiles nos encontramos en la
obligación de cumplir con un nivel mínimo de
certeza al trabajar con una edificación, por lo que
finalmente se evalúa la seguridad estructural desde
la proyección, construcción y mantenimiento de una
edificación; entendiendo por seguridad estructural,
una serie de condiciones con las que debe cumplir
la estructura para considerar que las actividades
para las que fue diseñada puedan realizarse de
forma segura, tanto en el periodo de uso como en el
de construcción. La seguridad estructural contempla
la resistencia y la estabilidad para que el edificio
resista los esfuerzos previstos y las condiciones de
servicio para que se pueda usar con normalidad.
5. RECOMENDACIONES
No siempre hay que aferrase a un método de
refuerzo determinado, porque pueden existir muchas
soluciones que resuelvan el problema y tal vez uno
de forma más segura, rápida y económica.
Evaluar las desventajas del método: Aumento de las
dimensiones originales de la pieza, dificultad
constructiva: esperar el tiempo de fraguado en el
que el concreto alcanza su máxima resistencia del
elemento para su puesta en funcionamiento.
Se debe revisar cuidadosamente que el elemento
reforzado cumpla con lo establecido en la
normatividad vigente: Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente (NSR-10).
En la selección de este método se debe tener en
cuenta si los materiales a emplear cumplen con la
ejecución del refuerzo a realizar: El material base a
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reforzar, la eficacia del refuerzo, la disponibilidad
técnica y comercial, el peso y el precio.
El avance en el conocimiento de las propiedades de
los materiales, las técnicas de inspección y de
caracterización, así como de las herramientas de
cálculo permite mejorar la precisión en la
valorización de la capacidad resistente de las
estructuras existentes y en consecuencia la
detección de las necesidades reales de refuerzo, por
lo que finalmente se realiza un refuerzo ajustado.
6. BIBLIOGRAFÍA
- Borrell, C & Martín, I. (2004). Aspectos
fundamentales para el diseño de un refuerzo
estructural. Cataluña, España: Universidad
Politécnica de Cataluña.
- Veselina Sabinova Kenalieva. (2011). Refuerzo
de vigas de hormigón mediante recrecido de
hormigón armado en un ático de vivienda.
Valencia, España: Escuela Técnica superior de
Ingeniería de edificación.
- Raigosa Tuk, E. (2010). Técnicas de
reforzamiento de estructuras construidas de
concreto que presentan deficiencias
estructurales. Costa Rica.: Escuela Ingeniería
en Construcción Instituto Tecnológico de
Costa Rica.
- Arnal, H. & Neri De Toro, E. (1997).
Reforzamiento y adecuación de edificios
existentes. Caracas, Venezuela: Academia de
Ciencias Físicas Matemáticas y Naturales.
- Oscar de la Torre Rangel. (1994). Evaluación y
reparación estructural de edificios. México, D.
F.
- Pérez Valcárcel, J. (NI). reparación y refuerzo
de estructuras. Coruña, España.