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Cátedra:
ESTRUCTURAS DE H°A° Y PRETENSADO
Trabajo Práctico Nro. 2: Ménsula corta Página 1 de 14
TRABAJO PRÁCTICO
ESTRUCTURAS DE H°A° Y PRETENSADO
Trabajo Práctico Nro.
: 2
Tema: Ménsula Corta
Fecha de presentación: 06/09/2017
Grupo Nro.: 6
Integrantes:
1. RIOS, Matías D.
2. ROTTCHEN, Brian J.
3. VIVANCO, Carmelo A.
4. ZURRO, Kevin S.
AÑO 2017
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1- CARACTERÍSTICAS GENERALES
Debido a que la estructura se encuentra en un sector con emisiones de gases de amoníaco en
concentraciones de aprox. 20 g/m³, tendremos que seleccionar el tipo de hormigón y el
recubrimiento adecuado, para soportar dichas emanaciones. En cuanto a la reglamentación del
CIRSOC 201-2005 tenemos:
En cuanto a los requisitos por durabilidad en la sección 2.2 ocupamos la tabla 2.3 “valores
límites de sustancia agresivas en aguas de contacto.
Con el valor: 20 gr/m³ = 20mg/litro entramos a la tabla y obtenemos el grado de ataque en
nuestro caso moderado.
Sabiendo el grado de ataque vamos a la tabla 2.2
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La designación es y vamos a la tabla 2.5 por requisitos de durabilidad a cumplir por los hormigones, en función del tipo de exposición de la estructura.
La resistencia del hormigón armado es de 30 MPa. En cuanto al recubrimiento queda definido
por la tabla. 7.7.2, lo cual el recubrimiento lo tomamos como 30 mm = 3 cm.
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2- PREDIMENSIONADO
Las dimensiones adoptadas corresponden a los elementos a los cuales está vinculada la ménsula
(columna-viga) las cuales serían 40cm de nervio, 45cm saliente y 40cm de alto. Dicha geometría
corresponde a un prisma rectangular como se muestra en la imagen 2.1.
Imagen 2.1: Dimensiones de la ménsula.
Para poder aplicar las especificaciones de los artículos 11.9.3 y 11.9.4 del CIRSOC 201 se debe
cumplir las siguientes dos condiciones:
3- ANÁLISIS DE CARGAS
La solicitación que nos determinará las condiciones de diseño será el corte. Por ese motivo, se
analizaron varias situaciones y se eligió aquella que resulte en el máximo valor de corte sobre la
ménsula.
- Análisis en el plano de la viga puente
En este plano se analizará el corte que produce sobre la ménsula el peso propio de la viga puente,
el cual es una carga muerta o permanente. El esquema es el siguiente:
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- Análisis en el plano de la viga de hormigón
En este caso se analizó la reacción en el apoyo central de un tren de vigas de dos tramos, ya que
está disposición es la que da valores más críticos:
- Carga móvil del puente grúa
Para la homologación de equipos de puentes grúa por normas IRAM, el mismo se debe probar
con una carga de izaje de un 10% más que la carga nominal del equipo. Esta diferencia está
comprendida dentro del coeficiente de mayoración de sobrecargas.
Esta sobrecarga o carga viva la consideramos, para los cálculos, como aplicada sobre los
extremos del puente grúa, es decir, directamente sobre la ménsula, lo que define una situación
crítica. Dicha carga es de 15tn, es decir, 147KN.
- Esfuerzos horizontales
La aceleración que produce el movimiento del carro sobre la viga del puente grúa somete a la
ménsula a esfuerzos horizontales, normales a su cara frontal. Este esfuerzo se calcula como:
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Una vez obtenidas todos los valores de esfuerzos, se pasa a mayorar cada carga con su
correspondiente coeficiente de mayoración. El polinomio queda definido de la siguiente manera
para la fuerza vertical:
Y para la horizontal:
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- Resistencia Nominal al corte
Para evitar la falla por biela comprimida en ménsulas con hormigones de densidad normal, la
resistencia al corte nominal debe ser menor que:
Realizando una comparación del corte máximo y el obtenido por cálculo, encontramos que el
valor de corte para evitar la falla por biela comprimida es el doble al que se encuentra sometido
la ménsula, por lo tanto no hace falta redimensionar el elemento.
4- CALCULO DE ARMADURAS
Existen dos mecanismos resistentes para la ménsula:
- Modelo resistencia 1:
Este mecanismo se produce cuando la viga del puente grúa se sitúa exactamente sobre la
ménsula
Modelo resistencia 2:
En este modelo se produce cuando la carga de la viga puente esta desfasada de la ménsula, la carga se transmite en toda la superficie de unión entre la ménsula y la viga de hormigón. Se
recomiendo descomponer la acción en el baricentro de la superficie por dos componentes, una en
la parte superior con 0,5 de la carga Vu y otra en la parte inferior colgando de 0,6 de Vu, esto es
debido a que no se sabe con certeza los valores de tensiones que tomaran la armaduras dispuesta
tanto en la parte superior como inferior.
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La armadura final se determinara realizando una envolvente entre estos dos modelos resistentes.
4.1- Armadura por corte por fricción.
Un tipo de falla puede ocurrir cuando se
produzca un deslizamiento y por
consiguiente una superficie de rotura sobre
la cara de la columna, haciendo que la
ménsula se desprenda completamente. Para
evitar esto se debe colocar estribos
perpendiculares a la superficie de la
columna de manera que “cosan” a la
ménsula. El CIROC establece la siguiente
expresión para su cálculo:
El coeficiente se extrae de la siguiente tabla, considerando que el vertido y moldeado de los
elementos (ménsula-columna) será en conjunto.
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4.2-Armadura de flexión.
Otra falla se produce por la figuración en la parte superior, intercepción entre columna y ménsula
debido a la flexión inducida por la carga vertical. Este apartado se debe tener cuidado en el
análisis para los mecanismos, ya que en el primer caso la acción horizontal se transmite en la
cara superior de la ménsula dando un menor brazo de palanca, en comparación con la situación
en que este mismo esfuerzo se transmite por medio del apeo de la viga carrilera.
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Este momento para el mecanismo 1 se calcula con la siguiente expresión:
Luego con este valor se calcula la armadura para el par momento representado en la siguiente
imagen al igual que se realizaba para vigas:
Para el mecanismo 2:
Este mecanismo posee 2 tipos de armadura a flexión. Una igual al caso anterior pero con una
carga de 0,5 aplicada en la parte superior, esto se calcula de la misma manera:
⁄
La otra es una carga que cuelga de la ménsula. Esta se resuelve con una armadura de suspensión,
siendo la carga soportada 0,6 de Vu. En la siguiente imagen se representa el diagrama de cuerpo
libre y el valor de tensión que debe soportar la barra.
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Por medio de la siguiente expresión se obtiene su sección:
4.3- Armadura por esfuerzo axial.
El último tipo de falla corresponde al caso en que se produce una tracción de la ménsula, esto puede
ser debido a fenómenos de dilatación o por el bamboleo del puente grúa. Esta es absorbida por
medio de la colocación de estribos perpendiculares a la superficie de la columna. Se calculan por
medio de la siguiente expresión:
4.4- Resultados.
Todos los valores calculados para los 3 casos y los 2 mecanismos de falla se resumen en las siguientes tablas:
Mecanismo N° 1
Mecanismo N° 2
4.5- Armadura Principal.
El CIRSOC establece la siguiente expresión para calcular la armadura principal, la cual considera la
predominación de los mecanismos de corte o de flexión ante una eventual falla.
Avf An Af
[cm2] [cm2] [cm2]
5,96 2,74 8,93
Avf An Af Afα
[cm2] [cm2] [cm2] [cm2]
5,96 2,74 5,64 7,86
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Luego el corte se determina en base a por medio de la siguiente expresión establecida en el
reglamento:
Mecanismo N° 1
Predomina la ecuación del caso A para armadura principal.
Mecanismo N° 2
Predomina la ecuación del caso A para armadura principal.
Con estos valores se debe hacer una envolvente y adoptar las secciones mayores entre ambos casos
las cuales cubren todas las situaciones.
4.6-Armadura principal.
Se adoptó
4.7- Armadura de estribos.
Se adoptó 3 estribos cerrados de 2 ramas cada uno de
4.8- Armadura de suspensión.
Se adoptó
4.9- Verificación de armadura mínima.
Asc Ah
[cm2] [cm2]
11,66 4,46
Asc Ah
[cm2] [cm2]
8,38 2,82
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El CIRSOC establece valores mínimos de cuantía para evitar la falla súbita en ménsulas.
Los valores de cuantía se expresan en la siguiente tabla.
ACLARACIONES Y OBSERVACIONES
Las barras de flexión y de suspensión están electrosoldadas a las barras longitudinales de la
viga que descarga sobre la ménsula, por lo que las mismas son ADN 420 S.
5- CONCLUSIÓN
La ménsula, en comparación con una viga en voladizo tradicional la cual presenta los mecanismos
de falla de rotura por flexión y corte, posee múltiples mecanismos de rotura, que deben ser
estudiados independientemente en profundidad, para luego analizar las combinaciones de casos que
tengan una posibilidad de suceder de manera simultanea para dimensionar el elemento y obtener las
secciones de acero ante todas estas. Caso que no ocurre con la viga esbelta que posee una
metodología aproximadamente lineal de resolución.
ρ ρ min ρ ρ min
0,008 0,003 0,006 0,003
Mecanismo N° 1 Mecanismo N° 2
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6
10 mm 6 35
35
20 mm 60
20 mm 97
10
Planilla de doblado de hierro
dbLargo
corte
Cantidades
TotalesLong Total ObservacionesFormas [cm]
70
70
70
2,22 m 3 6,66 m
1,30 m 4 5,20 m
1,07 m 3 3,21 m
Barra de armaduraØ20 ADN 420 S
Barra de armaduraØ10 ADN 420
Barra de armaduraØ20 ADN 420 S
Barra de armaduraØ20 ADN 420 S
Barra de armaduraØ10 ADN 420
Ménsula rectangularMénsula rectangular H°A°
Barra de armaduraØ20 ADN 420 S
0.97
0.10
0.65
0.5
6
0.06
0.06
0.08
0.03
0.10
0.1
3
0.32
0.40
0.4
00.0
6
Plano
5 3D con hierros
Tabla de Hierros
Diámetro debarra Cantidad
Longitud totalde barra
10 mm 3 6.63 m
20 mm 7 8.44 m
Total general 10 15.07 m
1 : 20Plano
3 Vista Frontal
1 : 20Plano
1 Vista Lateral
Detalle de las armaduras de la ménsula
1 : 20Plano
2 Vista Lateral Acotada
1 : 20Plano
4 Vista Frontal Acotada