Principios de Diseño por Resistencia Última en Concreto Reforzado

Fundamentos de Diseño Estructural: Teoría Elástica vs. Teoría Plástica

La **teoría elástica** es ideal para calcular los **esfuerzos y deformaciones** que se presentan en una estructura de concreto bajo las **cargas de servicio**. Sin embargo, esta teoría es incapaz de predecir la **resistencia última** de la estructura con el fin de determinar la intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder asignar coeficientes de seguridad.

La **teoría plástica** es un método esencial para calcular y diseñar secciones de **concreto reforzado**. Se fundamenta en las experiencias y teorías correspondientes al **estado de ruptura** (o estado límite último).

Ventajas del Diseño Plástico (Diseño por Resistencia Última)

1. En la proximidad del fenómeno de **ruptura**, los esfuerzos no son proporcionales a las deformaciones unitarias. Si se aplica la teoría elástica, esto llevaría a errores de hasta un 50% al calcular los **momentos resistentes últimos** de una sección. En cambio, la **teoría plástica** proporciona valores muy aproximados a los reales obtenidos en el laboratorio.

2. La **carga muerta** en una estructura es generalmente una cantidad invariable y bien definida, mientras que la **carga viva** puede variar más allá del control previsible. La teoría plástica permite asignar **diferentes factores de seguridad** a ambas cargas, considerando sus características principales.

3. En el cálculo del **concreto presforzado**, la aplicación del diseño plástico es necesaria, ya que bajo cargas de gran intensidad, los esfuerzos dejan de ser proporcionales a las deformaciones.

Hipótesis Fundamentales del Diseño por Resistencia

Estas hipótesis rigen el comportamiento del concreto y el acero en el estado límite último:

• (A) Variación Lineal: Se acepta la **variación lineal de las deformaciones unitarias**.

• (B) Deformación de Ruptura: La ruptura del concreto se señala con una **deformación unitaria de 0.003**, valor que concuerda con los datos obtenidos en el laboratorio.

• (C) Diagrama Esfuerzo-Deformación: Se fundamenta en el diagrama esfuerzo-deformación de los **aceros de refuerzo**, especialmente para deformaciones mayores que las correspondientes al **límite elástico**.

• (D) Resistencia a la Tensión: Se desprecia la **resistencia a la tensión del concreto** en miembros sujetos a flexión.

• (F) Bloque Equivalente de Esfuerzos: Se basa en una solución presentada en 1937 por **Charles S. Whitney** y tiene la ventaja de proporcionar un método muy sencillo para el cálculo de las **cuñas de esfuerzos de compresión**.

Conceptos Clave en el Diseño por Resistencia

Factor de Carga (FC)

Es el número por el cual hay que multiplicar el valor de la **carga real o de servicio** para determinar la **carga última** que puede resistir un miembro en la ruptura.

Factores de Reducción (Φ)

Es un número menor que 1, por el cual hay que multiplicar la **resistencia nominal** calculada para obtener la **resistencia de diseño**.

Clasificación de Vigas

Vigas Rectangulares Simplemente Armadas

Se denominan así cuando su sección transversal en compresión tiene esa forma. Se considera **simplemente armada** cuando solo posee refuerzo para absorber la componente de **tensión** del par interno.

Límites para el Espaciamiento del Refuerzo en Vigas

La distancia libre entre barras paralelas no debe ser menor que:

• El **diámetro nominal** de las barras.
• 1.3 veces el tamaño máximo del **agregado grueso**.
• 2.5 cm.

Control de Deflexiones en Vigas

El cálculo de **deflexiones** tiene dos aspectos fundamentales:

1. Es necesario calcular las deflexiones de miembros estructurales bajo cargas y condiciones ambientales conocidas.
2. Deben establecerse criterios sobre **límites aceptables de deflexiones** (criterios de servicio).

Deflexiones Permisibles

El valor de las **deflexiones permisibles**, crucial para evitar daños en otros elementos no estructurales, depende principalmente del tipo de elementos y del sistema de construcción empleados. Además, debe considerarse el **procedimiento de construcción**.