Método directo de diseño en rotura de elementos membrana de hormigón armado (2014)

espanolEn este articulo se presenta un metodo directo para el diseno de elementos membrana de hormigon armado con armaduras ortogonales. El metodo esta formulado de una manera general y permite la consideracion de cualquier combinacion de tensiones de calculo. La metodologia de diseno es directa dado que no requiere de iteraciones numericas, ademas de ser simple y facil de utilizar en la practica. El metodo propuesto esta basado en un modelo de comportamiento en rotura desarrollado por los propios autores en el que se tienen en cuenta los modos de fallo mas comunes que se desarrollan en elementos membrana de hormigon armado. Concretamente se consideran los siguientes dos modos: rotura del hormigon por excesivas compresiones con fisuracion diagonal previa y rotura del hormigon en un estado biaxial de compresiones. Ademas, es posible conocer en cualquier situacion de rotura las tensiones medias del hormigon y de las armaduras. Se delimitan una serie de zonas de dimensionamiento en funcion del nivel de tensiones aplicado en el elemento membrana. En cada una de estas zonas se intenta disenar para que en situacion de rotura al menos alguna de las armaduras se encuentre plastificada y proporcionar ductilidad al elemento en la rotura y, ademas, disenar con la minima cantidad de armadura posible. El procedimiento de diseno para cada zona en particular se presenta de manera detallada y se indica de una manera clara la delimitacion de cada zona de dimensionamiento, el criterio de dimensionamiento empleado en cada zona, y la manera de evaluar las armaduras necesarias por calculo. El metodo de diseno propuesto ha sido validado numericamente por medio de la ecuacion constitutiva bidimensional del Modified Compression Field Theroy a partir del programa informatica Membrane-2000. Finalmente, con el fin de demostrar la simplicidad del metodo propuesto se presentan unos casos practicos de diseno que comprenden diferentes zonas de dimensionamiento. Es por ello, que el metodo de diseno propuesto puede ser una herramienta util para el proyectista tanto para calculos simples hechos a mano como para su implementacion en las subrutinas de diseno de elementos membrana de los paquetes de software estructural. EnglishIn this paper a direct method for the design at failure of reinforced concrete membrane elements with orthogonal reinforcement is presented. The method is formulated in a general way and takes into account any combination of normal and shear stresses. The design methodology is straightforward since it does not require numerical iterations. Moreover, this method is simple and easy to use in practice. The proposed method is based on a previous model developed by the authors, which takes into account the most common failure modes that are developed in concrete membrane elements. This model considers the following two modes of failure: concrete crushing with diagonal cracking, and concrete crushing in a biaxial compression state. Furthermore, it is possible to know in any failure situation the average concrete and steel stresses. A number of design regions are set depending on the design stresses applied in the membrane element. In each of these regions it is intended to design at failure with at least the reinforcement yielded in one direction, and thus providing ductility. Moreover, it is intended to design with the minimum amount of reinforcement possible. The design procedure for each particular region is presented in detail. It is shown how to select the region given the design stresses, how to take the design criterion in each region, and how to evaluate the required amount of reinforcement. The proposed design method has been numerically validated by means of the Modified Compression Field Theory 2D material model thorough the use of Membrane-2000 computer program. Finally, in order to demonstrate the simplicity of the proposed method several examples corresponding to different design region are presented. Therefore, the proposed design method can be a useful tool for handmade simple calculations as for its implementation in structural software packages dealing with the design of reinforced concrete membrane elements.