El cálculo de la capacidad de carga de vigas mal diseñadas o deterioradas es el primer paso antes de realizar cualquier trabajo de reparación o rehabilitación.
El proceso de evaluación de la capacidad de carga implica medir las dimensiones existentes del miembro de hormigón y estimar su área de refuerzo y la resistencia del hormigón. Además, la carga que actúa sobre el elemento estructural debe calcularse con precisión.
Después de eso, evalúe la capacidad de la viga utilizando las ecuaciones del método de diseño de resistencia y las especificaciones proporcionadas por los códigos aplicables como ACI 318-19 e IS 456. Finalmente, el diseñador puede determinar el estado de la capacidad de carga de la viga según el método de reparación adecuado seleccionado.
En resumen, el cálculo retrospectivo del proceso de diseño de la viga proporciona el procedimiento para calcular la capacidad de carga de una viga de hormigón armado.
¿Cómo calcular la capacidad de una viga existente para fines de reparación?
Mida el tramo de la losa, que está sostenida por una viga.
Mide el tramo de la viga.
Estime la carga viva en la losa según la función del edificio. Por ejemplo, utilice 2,4 KN / m 2 (50 psf) para oficinas, según la Tabla 4-1 de la norma ASCE (ASCE / SEI 10-7).
Calcule el peso propio de la losa. Agréguelo a cualquier carga muerta superpuesta adicional, como una carga de azulejos y trabajos de acabado.
Transfiera cargas de la losa a la viga. Para una losa unidireccional, la mitad de la carga total sobre la losa va a una viga desde un lado y la otra mitad al otro lado de la losa. Para losa bidireccional, el área tributaria se puede utilizar para transferir cargas a las vigas en todos los lados de la losa.
Calcule la carga sobre la viga de hormigón armado. La carga muerta de la viga es igual a su peso propio y cualquier otra carga muerta de la losa y trabajos de acabado. El peso propio es igual al peso de la unidad RC (24 KN / m 3 ) multiplicado por el volumen del haz.
Calcule la carga distribuida última en la viga usando combinaciones de carga adecuadas proporcionadas por ACI 318-19 .
Calcule el momento último o aplicado en la viga usando una ecuación adecuada basada en las condiciones de soporte de la viga o use el modelado de elementos finitos.
Mida la dimensión de la viga, el ancho y la profundidad.
Determine la cantidad y el tamaño de las barras de acero incrustadas. Si los detalles de diseño del edificio están disponibles, se puede tomar la cantidad de barras. Sin embargo, si el detalle del diseño no está disponible, determine el número de barras usando herramientas no destructivas o rompa una pequeña porción de la viga para exponer las barras de acero y luego cuente el número de barras.
Después de eso, calcule el área de refuerzo.
Calcule la profundidad del bloque de tensión rectangular (a). Luego, la altura del eje neutro (c).
Finalmente, calcule el momento de diseño de la viga (Md). Debe ser mayor que el momento aplicado (Mu); de lo contrario, es necesario rehabilitar la viga.
Los trabajos de rehabilitación se basan en el momento de diseño calculado y el momento aplicado para rediseñar el elemento (agregando refuerzo adicional o aumentando el ancho y la profundidad de la viga o ambos).
Ejemplo
Calcule la capacidad de una viga que se muestra en la Figura-1. La dimensión de la viga es 250 mm de ancho (b), 380 mm de alto (h) y 350 mm de profundidad efectiva (d). El espesor de la losa unidireccional es de 100 mm. El límite elástico de la barra de acero (fy) es de 280 MPa y la resistencia a la compresión del hormigón (fcy ') es de 17 MPa.
Figura-1: Detalles de vigas y losas
Solución:
1. Cargas en la losa RCC
Peso propio = peso unitario de hormigón * Volumen de hormigón
= 24 * 0,1 = 2,4 KN / m 2
Carga viva sobre losa = 2,4 KN / m 2 (uso de oficina; según la Tabla 4-1 de la norma ASCE (ASCE / SEI 10-7)).
Cargas de acabado sobre losa = 0,8 KN / m 2
Carga muerta total sobre la losa = 2,4 + 0,8 = 3,2 KN / m 2
2. Cargas en la viga
Peso propio = peso unitario de hormigón * ancho de la viga * altura de la viga
= 24 * 0,28 * 0,25 = 1,68 KN / m
Carga muerta de la losa = 12,8 KN / m
Carga viva de la losa = 9,6 KN / m
Carga final distribuida en la viga (Wu) = 1.2 * (1.68 + 12.8) + 1.4 * 9.6 = 30.816 KN / m
3. Calcular el momento aplicado
Suponga una fijación parcial de las columnas.
Momento aplicado (Mu) = (Wu * l 2 ) / 10 = (30.816 * 5.5 2 ) /10=93.218 KN.m
4. Geometría de la sección original
Ancho (b) = 250 mm (considere la viga como sección rectangular)
Altura (h) = 380 mm y profundidad efectiva (d) = 350 mm
Barras usadas: 4 No. 16
Figura 2: Detalles necesarios para calcular la capacidad de carga de una viga
5. Calcular momento resistente
Área de refuerzo (As) = ((PI / 4) * D 2 ) * No de barras = (PI / 4) * 16 2 * = 804,24mm 2
Profundidad del bloque de tensión rectangular (a) = (As * fy) / 0.85 * fc '* b = (804.24 * 280) / 0.85 * 17 * 250 = 62.33 mm
Eje neutro (c) = a / 0,85 = 62,33 / 0,85 = 73,33 mm
c / dt = 73,33 / 350 = 0,209 <0,375, por lo tanto, el factor de reducción de resistencia (Phi) es 0,9. c / dt es un valor que se utiliza para determinar el valor exacto de los factores de reducción de resistencia para diferentes elementos de hormigón .
Momento de diseño (momento resistente) (Md) = Phi * As * fy (d-0.5a)
Momento de diseño (momento resistente) = 0,9 * 804,24 * 280 (350- (0,5 * 62,33)) = 64617804,82 Nm = 64,61 KN.m
Dado que, momento de resistencia = 64.61 KN.m <momento aplicado = 93.218 KN.m, la viga necesita mejoras y su capacidad de carga debe aumentarse.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la capacidad de carga de una viga?
1. Estime las cargas en la viga.
2. Mida las dimensiones existentes del miembro de hormigón y estime su área de refuerzo y la resistencia del hormigón.
3. Evalúe la capacidad de la viga utilizando las ecuaciones del método de diseño de resistencia y las especificaciones proporcionadas por los códigos aplicables como ACI 318-19 e IS 456.
¿Cómo estimar la resistencia del hormigón de una viga de hormigón existente?
Hay varios métodos de prueba disponibles para la evaluación de la resistencia del hormigón de una viga existente, por ejemplo, prueba de cortador de testigos , prueba ultrasónica , prueba de sonda Windsor, etc.
¿Cómo calcular el peso propio de una viga?
El peso propio es igual al peso de la unidad RC (24 KN / m ^ 3) multiplicado por el volumen de la viga (el área de la sección transversal de la viga multiplicada por 1 m). El valor expresado en peso por unidad de longitud.
Fuente: theconstructor