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Predimensionados de los elementos estructurales

Predimensionado de elementos

El proceso de diseo es un mecanismo iterativo el cual consiste en ir perfeccionando una propuesta de elementos inicial, hasta llegar a una propuesta ptima. Por esta razn se supone secciones iniciales para los elementos en la estructura, como vigas principales y columna, y con ellos se realiza un anlisis estructural preliminar. La propuesta inicial de estas secciones no son definitivas, ya que a travs del proceso de diseo se van optimizando las secciones de los elementos estructurales, sin embargo a partir de una buena seleccin inicial, se puede reducir el nmero de iteraciones necesarias.

Predimensionado por flexin para viga de MaderaPara vigas de maderas se emplea directamente la siguiente ecuacin

Donde: = mdulo de seccin requerido = esfuerzo de flexin admisible del material

Segn un anlisis elstico y por el mtodo de los esfuerzos admisibles, cambiando solo por Fb. El valor de se busca en las tablas que contienen las dimensiones disponibles de piezas de madera.

Predimensionado por flexin para viga de AceroPara el predimensionado de vigas de acero se emplea un diseo plstico que examina el comportamiento en todo el intervalo de carga, desde una carga pequea hasta una carga que origina el colapso de la viga.En la Figura 1 se indica una viga donde se incrementa la carga, se observa en la Figura 1.a, la viga sigue un esfuerzo lineal segn lo sealado anteriormente, en la Figura 1.b, el esfuerzo mximo es igual al de cedencia.A partir de este momento el diagrama deja de ser lineal y la cedencia avanza hasta el eje neutro. El colapso es cuando toda la seccin tiene un esfuerzo de cedencia.

Figura 1. Esquema de falla para una viga de acero (Segui, 2000, p. 147).

El diseo de una viga de acero se realiza para el punto de colapso y aplicado el criterio de estados lmites, el momento de colapso o momento plstico Mp o Mn ser el momento mximo resistente a flexin que debe ser mayor o igual al momento producido por la carga Mu. As, la Ecuacin 7 para el caso de acero, bajo la condicin de colapso sera como la seala la Ecuacin 8 y por lo tanto el tipo de seccin a emplear en acero debe tener un mdulo plstico mayor al determinado por la ecuacin.

Donde:= mdulo de seccin plstico requerido.= momento mayorado.= factor de resistencia de viga; = esfuerzo de cedencia del acero del perfil.

Predimensionado por flexin para viga de concreto armado

Las vigas solo de concreto no son eficientes para resistir la flexin, ya que el concreto no soporta la traccin generada por el momento flector, fallando antes de alcanzar la capacidad que tiene en compresin, por lo tanto se colocan barras de acero en el extremo sometido a traccin con una capa de concreto que protege el acero del fuego y la corrosin. Para garantizar el comportamiento de la viga hecha de dos materiales (concreto y acero) se debe impedir el desplazamiento relativo de las barras de acero respecto al concreto.

En la Figura 2 se indica una viga donde se incrementa la carga hasta la falla, en la Figura 2.c la viga sigue un esfuerzo lineal segn lo sealado anteriormente para esfuerzos menores al de rotura del concreto a traccin, en 2.b cuando la carga aumenta, se sobrepasa la resistencia a traccin del concreto y se agrieta, por lo tanto el esfuerzo de traccin solo es soportado por las barras de acero al desaparecer la contribucin de la resistencia del concreto por debajo de la lnea neutra (vase Figura 2.e). Al seguir aumentando la carga desaparece la relacin lineal del esfuerzo y la deformacin por lo que se produce la falla (vase Figura 2.f).

Figura 2. Comportamiento de una viga de concreto armado (Nilson, 1999, p.65).

El punto de colapso de una viga puede ser de dos formas, segn la cantidad de acero a colocar. Si el acero es limitado, el acero cede antes del concreto alcanzar la falla por lo que la deformacin es alta as como el tamao de las grietas siendo visibles; el concreto por lo tanto falla por aplastamiento. Este tipo de falla es gradual y esta precedido por grietas visibles as como una flecha evidente.