Diseño a cortante estructuras de hormigón 1

DISEÑO A CORTANTE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN 1

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ORLANDO GIRALDO BOLIVAR I.C. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA.2003

5 DISEÑO A CORTANTE DEL HORMIGÓN ARMADO

5.1 GENERALIDADES

Igual que la flexión, es fundamental para la formación del ingeniero, adquirir unos

prácticos, seguros y confiables procedimientos para el diseño estructural a cortante. Lo

anterior porque a diferencia del punto de vista académico, donde se pueden aislar cada

una de las tensiones para su tratamiento y estudio, en la practica el problema es de

mayor complejidad al encontrar siempre un campo de tensiones donde interactúan

simultáneamente la flexión ( M ), la cortante ( V ), la torsión ( T ) y la fuerza axial ( N ).

Históricamente el problema de la flexión se ha entendido perfectamente hasta el punto

de que los modelos teóricos de comportamiento, al comprobarlos con pruebas reales en

estructuras, presentan excelentes ajustes estadísticos generando el reconocimiento que le

otorgan la colocación directa de estos resultados en normas y códigos de diseño y

construcción. En contraste la cortante igual que la torsión han tropezado con toda serie

de obstáculos teóricos y experimentales que han impedido un correcto entendimiento

del problema. A pesar de lo anterior en las tres ultimas décadas se ha realizado un gran

esfuerzo por encontrar modelos matemáticos que se ajusten al comportamiento real de

las estructuras hasta el punto de llegar a reconocer en los últimos reglamentos

Americanos del hormigón armado ( CIB-2000, ACI 318-02 ) estas nuevas teorías que

explican mejor el problema y se ajustan a las pruebas experimentales.

La falla a cortante, mejor conocida como falla por tracción diagonal, tiene las siguientes

características: a) no es única b) es difícil de predecir c ) es súbita y catastrófica d) el

estudio de su comportamiento es completamente diferente al de flexión e ) se manifiesta

por medio de fisuras inclinadas de mayor abertura que las de flexión. Debido a esto el

diseño debe garantizar que en el momento de agotamiento de una estructura la falla se

inicie por un mecanismo diferente al de la cortante por ejemplo obligando primero a la

falla por flexión y secundariamente la cortante. Para lograr este ultimo objetivo el

ingeniero debe asegurar un diseño confiable a flexión y proporcionar donde se requiera

el refuerzo necesario para atender la cortante.

La figura 5.1 ilustra una falla típica a cortante en vigas simplemente apoyadas y con

cargas en los tercios medios. Se puede apreciar como las fisuras se propagan desde la

cara mas traccionada del elemento al eje neutro, en la zona central tienen dirección

paralela a la carga y en los tercios extremos se inclinan buscando el punto de aplicación

de la carga. La capacidad de estas vigas esta controlada por la flexión ya que tienen un

refuerzo a cortante adecuado en las zonas requeridas.

Para evitar ambigüedades el problema real a tratar en este texto no es el diseño a

cortante pura ni el de la cortante por fricción. Estos temas requieren enfoques diferentes

a los que aquí se propondrán por lo que solo se hará mención y referencia a ellos. Se

trata de la cortante combinada con la flexión que produce ya sea compresión o tracción

diagonal esta ultima constituyéndose en el factor principal de la fisuracion inclinada en

las estructuras de hormigón armado.

DISEÑO A CORTANTE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN 1

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ORLANDO GIRALDO BOLIVAR I.C. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA.2003

En resumen se tratara primero la teoría de la cortante desde el punto de vista de la

mecánica estructural, luego se estudiaran la resistencia a cortante en estructuras sin

refuerzo transversal ( en el alma) para localizar y orientar las fisuras. Posteriormente se

analizaran las estructuras con refuerzo transversal logrando así una metodología para el

diseño a cortante que se puede programar fácilmente para su posterior uso.

P / 2 P / 2

R1 R2

L / 3 L / 3 L / 3

Figura 5.1 Fisuracion en una estructura de hormigón armado sometida M-V

5.2 MARCO HISTÓRICO

Los primeros estudios sobre la cortante se realizaron a finales del siglo XIX

propiamente para el año de 1899 cuando el profesor Wilhem Ritter del Politécnico de

Zurich publico en su libro “ Die Bauweise Hennebique” el modelo de la analogía de la

cercha como metodología adecuada para tratar el diseño a cortante. Numerosos ensayos

continuaron a principios del siglo XX para tratar de explicar y dar pautas claras al

trabajo de Ritter

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