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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 de la barra de hormigón y estimar su área de refuerzo y 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 el método de diseño de ecuaciones de resistencia y las especificaciones proporcionadas por códigos aplicables como ACI 318-19 e IS 456. Por último, el diseñador puede determinar el estado de la capacidad de carga de la viga en función del 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?

1. Mida el vano de la losa, que está soportada por una viga.
2. Mida el tramo de la viga.
3. Estimar la carga viva en la losa en función de la función del edificio. Por ejemplo, use 2,4 KN/m2 (50 psf) para oficinas, según la Tabla 4-1 en la norma ASCE (ASCE/SEI 10-7).
4. Calcular el peso propio de la losa. Añádalo a cualquier carga muerta superpuesta adicional, como una carga de azulejos y trabajos de acabado.
5. Transfiera cargas de la losa a la viga. Para una losa de un solo sentido, la mitad de la carga total en la losa va a una viga de un lado, y la otra mitad va al otro lado de la losa. Para la losa de dos vías, el área tributaria se puede utilizar para transferir cargas a las vigas en todos los lados de la losa.
6. Calcular la carga sobre la viga de hormigón armado. La carga muerta de la viga es igual a su peso propio y a cualquier otra carga muerta de la losa y de los trabajos de acabado. El peso propio es igual al peso de la unidad RC (24 KN/m3) veces el volumen del haz.
7. Calcule la carga distribuida última en la viga utilizando combinaciones de carga adecuadas proporcionadas por ACI 318-19.
8. Calcule el momento último o aplicado en la viga utilizando una ecuación adecuada basada en las condiciones de soporte de la viga o utilice el modelado de elementos finitos.
9. Mida la dimensión de la viga, el ancho y la profundidad.
10. Determine el número y el tamaño de las barras de acero incrustadas. Si los detalles de diseño del edificio están disponibles, el número de barras se puede tomar de él. Sin embargo, si el detalle del diseño no está disponible, determine el número de barras utilizando herramientas no destructivas o rompa una pequeña porción de la viga para exponer las barras de acero y luego cuente el número de barras.
11. Después de eso, calcule el área de refuerzo.
12. Calcular la profundidad del bloque de tensión rectangular (a). Luego, la altura del eje neutro (c).
13. Finalmente, calcule el momento de diseño de la viga (Md). Debe ser mayor que el momento aplicado (Mu); de lo contrario, el haz debe rehabilitarse.
14. Las obras de rehabilitación se basan en el momento de diseño calculado y el momento aplicado para rediseñar el elemento (añadiendo refuerzo adicional o aumentando la anchura y 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 de 250 mm de ancho (b), 380 mm de altura (h) y 350 mm de profundidad efectiva (d). El grosor 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 concreto (fcy’) es de 17 MPa.

Solución:

1. Cargas en la losa RCC

Peso propio = peso unitario de hormigón * Volumen de hormigón

= 24 * 0.1= 2.4 KN / m2

Carga viva en la losa= 2,4 KN/m2 (Uso de oficina; según la Tabla 4-1 en la norma ASCE (ASCE/SEI 10-7)).

Cargas de acabado en la losa= 0,8 KN / m2

Carga muerta total en la losa = 2,4 + 0,8 = 3,2 KN / m2

2. Cargas en la viga

Peso propio = peso de la unidad de hormigón*anchura 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 de la losa= 9.6 KN/m

Máxima de carga distribuida sobre la viga (Wu)= 1.2*(1.68+12.8)+1.4*9.6= 30.816 KN/m

3. Calcular el momento aplicado

Asumir la fijación parcial de las columnas

Momento aplicado (Mu) = (Wu * l2)/10 = (30.816*5.52)/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

5. Calcular Momento resistente

Área de refuerzo (As) = ((PI/4)*D2)* No. de barras = (PI/4)* 162* = 804,24 mm2

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 fuerza (Phi) es de 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-0.5 a)

Momento de diseño (momento resistente)= 0.9*804.24*280(350-(0.5*62.33))= 64617804.82 N. m = 64,61 KN.m

Desde entonces, momento de resistencia = 64,61 KN.m< momento aplicado = 93,218 KN.m, es necesario mejorar la viga y aumentar su capacidad de carga.

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