Principios y requisitos generales para flexión y carga axial: ¿cuáles son los criterios de diseño que establece el numeral 10.3 de la Norma E.060?
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Fernando Supo Ramos
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10.3.1 El diseño de las secciones transversales sometidas a flexión, carga axial, o a la combinación de ambas (flexo-compresión) debe basarse en el equilibrio¹ y la compatibilidad de deformaciones², utilizando las hipótesis de 10.2.
10.3.2 La condición de falla balanceada³ se produce en una sección transversal cuando el refuerzo en tracción alcanza la deformación unitaria correspondiente a fy⁴ al mismo tiempo que el concreto en compresión alcanza su deformación unitaria máxima utilizable εcu = 0,003⁵. Este criterio es general y se aplica a secciones de cualquier forma, sin acero de compresión o con él.
10.3.3 Se permite el uso de refuerzo de compresión⁶ en conjunto con refuerzo adicional de tracción para incrementar la resistencia de elementos sometidos a flexión.
10.3.4 En elementos no preesforzados sujetos a flexión o flexocompresión, en los cuales ϕPn < 0,1 f'c Ag⁷, el refuerzo de acero en tracción no deberá exceder de 0,75 Asb⁸, donde Asb es la cantidad de acero en tracción que produce la falla balanceada en la sección, definida en 10.3.2.
En elementos con refuerzo en compresión, la porción de Asb equilibrada por dicho refuerzo no deberá reducirse mediante el factor 0,75 estipulado en el párrafo anterior.
Notas
¹ Equilibrio: Las fuerzas internas de compresión y tracción deben equilibrar las cargas aplicadas y los momentos actuantes.
² Compatibilidad de deformaciones: Se asume que las deformaciones del concreto y del acero son compatibles, es decir, ambos materiales deforman de manera coherente debido a la adherencia entre ellos.
³ Falla balanceada: Estado límite en el que el acero de tracción fluye exactamente cuando el concreto alcanza su deformación máxima de compresión.
⁴ fy: Es el esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo.
⁵ εcu = 0,003: Deformación unitaria máxima del concreto en compresión adoptada por la Norma para el diseño por resistencia.
⁶ Refuerzo de compresión: Barras colocadas en la zona comprimida para aumentar la capacidad resistente y mejorar el comportamiento estructural.
⁷ ϕPn < 0,1 f'c Ag: Corresponde a elementos donde la carga axial es reducida respecto de la capacidad de la sección, predominando el comportamiento por flexión.
⁸ 0,75 Asb: Limita la cuantía máxima de acero en tracción para garantizar una falla dúctil y evitar un comportamiento frágil por aplastamiento prematuro del concreto.
Ejemplo práctico
Se diseña una viga de concreto armado sometida principalmente a flexión.
El ingeniero analiza la sección utilizando las hipótesis del numeral 10.2, verificando el equilibrio y la compatibilidad de deformaciones.
Calcula la cuantía balanceada Asb y obtiene 20 cm².
Como el elemento cumple la condición ϕPn < 0,1 f'c Ag, el máximo acero en tracción permitido será:
As,máx = 0,75 × 20 = 15 cm²
Si el diseño requiere 17 cm², deberá modificarse la sección o incorporar refuerzo de compresión para cumplir con los requisitos de la Norma y asegurar un comportamiento dúctil.