Physical Sciences">
Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

Diseño Del Refuerzo CFRP

Descargar como xlsx, pdf o txt
Descargar como xlsx, pdf o txt
Está en la página 1de 15

Inicial (S/C

Momento S/C = 500 S/C = 1000 S/C = 1500


= 200
flector Kg/m2 Kg/m2 Kg/m2
Kg/m2)
Debido a la
carga 18248.06 18248.06 18248.06 18248.06
muerta
Debido a la
7656.83 19150.31 38311.6 57467.4
carga viva

Momento
por
25904.89 37398.37 56559.66 75715.46
Servicio
(CM + CV)

Momento
Amplificad
38563.895 58102.811 90677.004 123241.864
o (1.4CM +
1.7CV)
REFORZAMIENTO POR FLEXIÓN DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO CON LÁMINAS
CFRP PARA SOBRECARGA 500 Kg/m²

Longitud de la viga L = 1.45 m


h Ancho de la viga b = 150 mm
Peralte de la viga h = 200 mm
Asf Peralte efectivo d = 185 mm
f'c = 57.534 N/mm²
L fy = 411.879 N/mm²
Acero de Refuerzo: 2 φ 1/4 " a= 3.556 mm
As = 63.339 mm² Mn = 4.780 KN-m
φMn = 4.302 KN-m
A. Datos obtenidos del Análisis Estructural: 200 K/M2 500 K7M2

Momento Flector cargas existentes cargas esperadas


Momento debido a la Carga Muerta MDL 1.790 KN-m 1.790 KN-m
Momento debido a la Carga Viva MLL 0.751 KN-m 1.879 KN-m
Momento por Servicio (MDL + MLL) 2.541 KN-m 3.669 KN-m
Momento Amplificado (1.40MDL + 1.70MLL) 3.783 KN-m 5.700 KN-m

B. Propiedades del Sistema de Reforzamiento FRP indicados por el proveedor

Espesor por lámina, tf 0.165 mm


Resistencia última a la tensión, ffu* 3800 N/mm²
Deformación de rotura, εfu* 0.0167
Módulo de Elasticidad de las láminas FRP, Ef 227000 N/mm²

C. Diseño del Refuerzo CFRP según ACI 440.2R-08

1. Cálculo de las propiedades de diseño del sistema CFRP

𝑓_𝑓𝑢=𝐶_𝐸 𝑓_𝑓𝑢^∗ (Ec. 9-3. ACI 440.2R-08)

𝜀_𝑓𝑢=𝐶_𝐸 𝜀_𝑓𝑢^∗ (Ec. 9-4. ACI 440.2R-08)

donde:
ffu: Resistencia a la tracción máxima de diseño del CFRP
εfu: Deformación de rotura de diseño del CFRP
CE: Factor de Reducción por Medio Ambiente, según la tabla 9.1 del ACI 440.2R-08:
Para exposiciones en interiores: CE = 0.95 (Para Fibra de Carbono)

ffu = 3610 N/mm² εfu = 0.015865

2. Propiedades de los materiales

2.1. Módulo de Elasticidad del Concreto Ec:


𝐸_𝐶=4700√(𝑓^′ 𝑐) Ec = 35649.94 MPa
2.2. Módulo de Elasticidad del Acero Es:
Es = 200000 MPa

2.3. Área del refuerzo Af: 𝐴_𝑓=𝑛∗𝑡_𝑓∗𝑤_𝑓 n =1 (# láminas)


tf = 0.165 mm (espesor de la lámina)
Af = 8.25 mm² wf = 50 mm (ancho de la lámina)

3. Determinación de la Deformación Unitaria existente en la fibra inferior εbi

𝜀_𝑏𝑖=(𝑀_𝐷𝐿 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑))/(𝐼_𝑐𝑟 𝐸_𝑐 ) donde:


MDL = 1.790 KN-m
df = 200 mm
𝑘=√((𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 )^2+2(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ) )−(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ) d = 185 mm
Ec = 35649.94 MPa
ρs = 0.00228247146
k = 0.1477
〖 "mm" 〗 ^"4"
Icr = 09.85E+06
𝐼_𝑐𝑟=(𝑏 〖 (𝑘𝑑) 〗 ^3)/3+𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ∗𝐴𝑠∗ 〖 (𝑑−𝑘𝑑) 〗 ^2

εbi = 0.000880

4. Determinación de la Deformación Unitaria de Diseño del sistema CFRP

𝜀_𝑗𝑑=0.41√((𝑓^′ 𝑐)/(𝑛𝐸_𝑓 𝑡_𝑓 ))≤0.9𝜀_𝑓𝑢


(Ec. 10-2. ACI 440.2R-08)

εjd = 0.01607 ≤ 0.0143 mejorar

5. Estimación de "c", la profundidad del eje neutro.

c = 15.32 mm (Empezamos asumiendo que c = 0.20d, luego


se mejora este valor)

6. Determinación de la deformación unitaria efectiva en el reforzamiento CFRP


𝜀_𝑓𝑒=0.003((𝑑_𝑓−𝑐)/𝑐)−𝜀_𝑏𝑖 ≤ 𝜀_𝑗𝑑

εfe = 0.03528 ≤ 0.01607


(Ec. 10-3. ACI 440.2R-08) El CFRP controla la falla

entonces: εfe = 0.01607


𝜀_𝑐= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) (𝑐/(𝑑_𝑓−𝑐))
εc = 0.00141

7. Cálculo de la deformación unitaria en el refuerzo de acero existente

𝜀_𝑠= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) ((𝑑−𝑐)/(𝑑_𝑓−𝑐))


𝜀_𝑠= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) ((𝑑−𝑐)/(𝑑_𝑓−𝑐))
(Ec. 10-10. ACI 440.2R-08)
εs = 0.01557
8. Cálculo del esfuerzo en el acero de refuerzo y en el CFRP

𝑓_𝑠=𝐸_𝑠 𝜀_𝑠 ≤ 𝑓_𝑦 (Ec. 10-11. ACI 440.2R-08) 3114 MPa ≤ 412 MPa

entonces: fs = 412 MPa

𝑓_𝑓𝑒=𝐸_𝑓 𝜀_𝑓𝑒 (Ec. 10-9. ACI 440.2R-08) ffe = 3648 MPa

9. Cálculo de la fuerza interna resultante y revisión del equilibrio

〖𝜀′〗 _𝑐=(1.7 〖𝑓′〗 _𝑐)/𝐸_𝑐


ε'c = 0.002744

𝛼_1=(3 〖𝜀′〗 _𝑐 𝜀_𝑐−𝜀_𝑐^2)/( 〖 3𝛽_1 𝜀′ 〗 _𝑐^2 )


α1 = 0.606

𝛽_1=(4 〖𝜀′〗 _𝑐−𝜀_𝑐)/(6 〖𝜀′〗 _𝑐− 〖 2𝜀 〗 _𝑐 )


β1 = 0.701

𝑐=(𝐴_𝑠 𝑓_𝑠+𝐴_𝑓 𝑓_𝑓𝑒)/(𝛼_1 〖𝑓′〗 _𝑐 𝛽_1 𝑏)


(Ec. 10-12. ACI 440.2R-08) c = 15.32 mm

10. Cálculo de los momentos resistentes del acero y del FRP

𝑀_𝑛𝑠=𝐴_𝑠 𝑓_𝑠 (𝑑−(𝛽_1 𝑐)/2)


Mns = 4.686 KN-m

𝑀_𝑛𝑓=𝐴_𝑓 𝑓_𝑓𝑒 (𝑑_𝑓−(𝛽_1 𝑐)/2)


Mnf = 5.857 KN-m

11. Cálculo del momento resistente por flexión de la sección

〖𝜑𝑀〗 _𝑛=𝜑[𝑀_𝑛𝑠 〖 +Ψ_𝑓 𝑀 〗 _𝑛𝑓 ] ψf = 0.85


φ = 0.9 (10-5. ACI 440.2R-08)
(Ec. 10-13. ACI 440.2R-08) φMn = 8.698 KN-m

〖𝜑𝑀〗 _𝑛≥𝑀_𝑢 8.698 KN-m ≥ 5.700 KN-m


(Ec. 10-1. ACI 440.2R-08)
Cumple con los requisitos de resistencia

12. Chequeo del esfuerzo de servicio en los refuerzos de acero y CFRP


𝑘=√((𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 )^2+2(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 (𝑑_𝑓/𝑑)) )−(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 )
donde:

ρs = 0.002282
ρf = 0.000297
Ec = 35649.94 MPa
Es = 200000 MPa
Ef = 227000 MPa k = 0.1583
𝑀_𝑠+𝜀_𝑏𝑖 𝐴_𝑓 𝐸_𝑓 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑/3)](𝑑−𝑘𝑑) 𝐸_𝑠)/(𝐴_𝑠 𝐸_𝑠 (𝑑−𝑘𝑑/3)(𝑑−𝑘𝑑)+𝐴_𝑓 𝐸_𝑓 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑/3)(𝑑_𝑓−𝑘𝑑) )

(Ec. 10-14. ACI 440.2R-08)

𝑓_(𝑠,𝑠)≤0.80𝑓_𝑦 (Ec. 10-6. ACI 440.2R-08)

fs,s = 305.097 MPa ≤ 329.503 MPa

Se encuentra dentro del límite

13. Chequeo del límite de rotura de fluencia por servicio del CFRP

𝑓_(𝑓,𝑠)=𝑓_(𝑠,𝑠) (𝐸_𝑓/𝐸_𝑠 )((𝑑_𝑓−𝑘𝑑)/(𝑑−𝑘𝑑))−𝜀_𝑏𝑖 𝐸_𝑓


ff,s = 179.91 MPa

(Ec. 10-15. ACI 440.2R-08)

Esfuerzo sostenido y cíclico por cargas de servicio recomendado: 0.55 ffu (Para Fibra de Carbono
Tabla 10-1 ACI 440.2R)

𝑓_(𝑓,𝑠)≤0.55𝑓_𝑓𝑢 ff,s = 179.91 MPa ≤ 1985.50 MPa


(Ec. 10-8. ACI 440.2R-08)
El esfuerzo está dentro del límite recomendado

14. Refuerzo CFRP a colocar

Se colocará 1 lámina de refuerzo CFRP con un ancho igual a: 5.00 cm


y un espesor de: 0.165 mm
REFORZAMIENTO POR FLEXIÓN DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO CON LÁMINAS
CFRP PARA SOBRECARGA 1000 Kg/m²

Longitud de la viga L = 1.45 m


h Ancho de la viga b = 150 mm
Peralte de la viga h = 200 mm
Asf Peralte efectivo d = 185 mm
f'c = 57.534 N/mm²
L fy = 411.879 N/mm²
Acero de Refuerzo: 2 φ 1/4 " a= 3.556 mm
As = 63.339 mm² Mn = 4.780 KN-m
φMn = 4.302 KN-m
A. Datos obtenidos del Análisis Estructural:

Momento Flector cargas existentes cargas esperadas


Momento debido a la Carga Muerta MDL 1.790 KN-m 1.790 KN-m
Momento debido a la Carga Viva MLL 0.751 KN-m 3.758 KN-m
Momento por Servicio (MDL + MLL) 2.541 KN-m 5.549 KN-m
Momento Amplificado (1.40MDL + 1.70MLL) 3.783 KN-m 8.895 KN-m

B. Propiedades del Sistema de Reforzamiento FRP indicados por el proveedor

Espesor por lámina, tf 0.165 mm


Resistencia última a la tensión, ffu* 3800 N/mm²
Deformación de rotura, εfu* 0.0167
Módulo de Elasticidad de las láminas FRP, Ef 227000 N/mm²

C. Diseño del Refuerzo CFRP según ACI 440.2R-08

1. Cálculo de las propiedades de diseño del sistema CFRP

𝑓_𝑓𝑢=𝐶_𝐸 𝑓_𝑓𝑢^∗ (Ec. 9-3. ACI 440.2R-08)

𝜀_𝑓𝑢=𝐶_𝐸 𝜀_𝑓𝑢^∗ (Ec. 9-4. ACI 440.2R-08)

donde:
ffu: Resistencia a la tracción máxima de diseño del CFRP
εfu: Deformación de rotura de diseño del CFRP
CE: Factor de Reducción por Medio Ambiente, según la tabla 9.1 del ACI 440.2R-08:
Para exposiciones en interiores: CE = 0.95 (Para Fibra de Carbono)

ffu = 3610 N/mm² εfu = 0.015865

2. Propiedades de los materiales

2.1. Módulo de Elasticidad del Concreto Ec:


𝐸_𝐶=4700√(𝑓^′ 𝑐) Ec = 35649.94 MPa
2.2. Módulo de Elasticidad del Acero Es:
Es = 200000 MPa

2.3. Área del refuerzo Af: 𝐴_𝑓=𝑛∗𝑡_𝑓∗𝑤_𝑓 n =1 (# láminas)


tf = 0.165 mm (espesor de la lámina)
Af = 16.50 mm² wf = 100 mm (ancho de la lámina)

3. Determinación de la Deformación Unitaria existente en la fibra inferior εbi

𝜀_𝑏𝑖=(𝑀_𝐷𝐿 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑))/(𝐼_𝑐𝑟 𝐸_𝑐 ) donde:


MDL = 1.790 KN-m
df = 200 mm
𝑘=√((𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 )^2+2(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ) )−(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ) d = 185 mm
Ec = 35649.94 MPa
ρs = 0.002282471
k = 0.1477
〖 "mm" 〗 ^"4"
Icr = 09.85E+06
𝐼_𝑐𝑟=(𝑏 〖 (𝑘𝑑) 〗 ^3)/3+𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ∗𝐴𝑠∗ 〖 (𝑑−𝑘𝑑) 〗 ^2

εbi = 0.000880

4. Determinación de la Deformación Unitaria de Diseño del sistema CFRP

𝜀_𝑗𝑑=0.41√((𝑓^′ 𝑐)/(𝑛𝐸_𝑓 𝑡_𝑓 ))≤0.9𝜀_𝑓𝑢


(Ec. 10-2. ACI 440.2R-08)

εjd = 0.01607 ≤ 0.0143 mejorar

5. Estimación de "c", la profundidad del eje neutro.

c = 19.37 mm (Empezamos asumiendo que c = 0.20d, luego


se mejora este valor)

6. Determinación de la deformación unitaria efectiva en el reforzamiento CFRP


𝜀_𝑓𝑒=0.003((𝑑_𝑓−𝑐)/𝑐)−𝜀_𝑏𝑖 ≤ 𝜀_𝑗𝑑

εfe = 0.02710 ≤ 0.01607


(Ec. 10-3. ACI 440.2R-08) El CFRP controla la falla

entonces: εfe = 0.01607


𝜀_𝑐= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) (𝑐/(𝑑_𝑓−𝑐))
εc = 0.00182

7. Cálculo de la deformación unitaria en el refuerzo de acero existente

𝜀_𝑠= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) ((𝑑−𝑐)/(𝑑_𝑓−𝑐))


𝜀_𝑠= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) ((𝑑−𝑐)/(𝑑_𝑓−𝑐))
(Ec. 10-10. ACI 440.2R-08)
εs = 0.01554
8. Cálculo del esfuerzo en el acero de refuerzo y en el CFRP

𝑓_𝑠=𝐸_𝑠 𝜀_𝑠 ≤ 𝑓_𝑦 (Ec. 10-11. ACI 440.2R-08) 3108 MPa ≤ 412 MPa

entonces: fs = 412 MPa

𝑓_𝑓𝑒=𝐸_𝑓 𝜀_𝑓𝑒 (Ec. 10-9. ACI 440.2R-08) ffe = 3648 MPa

9. Cálculo de la fuerza interna resultante y revisión del equilibrio

〖𝜀′〗 _𝑐=(1.7 〖𝑓′〗 _𝑐)/𝐸_𝑐


ε'c = 0.002744

𝛼_1=(3 〖𝜀′〗 _𝑐 𝜀_𝑐−𝜀_𝑐^2)/( 〖 3𝛽_1 𝜀′ 〗 _𝑐^2 )


α1 = 0.723

𝛽_1=(4 〖𝜀′〗 _𝑐−𝜀_𝑐)/(6 〖𝜀′〗 _𝑐− 〖 2𝜀 〗 _𝑐 )


β1 = 0.714

𝑐=(𝐴_𝑠 𝑓_𝑠+𝐴_𝑓 𝑓_𝑓𝑒)/(𝛼_1 〖𝑓′〗 _𝑐 𝛽_1 𝑏)


(Ec. 10-12. ACI 440.2R-08) c = 19.37 mm

10. Cálculo de los momentos resistentes del acero y del FRP

𝑀_𝑛𝑠=𝐴_𝑠 𝑓_𝑠 (𝑑−(𝛽_1 𝑐)/2)


Mns = 4.646 KN-m

𝑀_𝑛𝑓=𝐴_𝑓 𝑓_𝑓𝑒 (𝑑_𝑓−(𝛽_1 𝑐)/2)


Mnf = 11.621 KN-m

11. Cálculo del momento resistente por flexión de la sección

〖𝜑𝑀〗 _𝑛=𝜑[𝑀_𝑛𝑠 〖 +Ψ_𝑓 𝑀 〗 _𝑛𝑓 ] ψf = 0.85


φ = 0.9 (10-5. ACI 440.2R-08)
(Ec. 10-13. ACI 440.2R-08) φMn = 13.072 KN-m

〖𝜑𝑀〗 _𝑛≥𝑀_𝑢 13.072 KN-m ≥ 8.895 KN-m


(Ec. 10-1. ACI 440.2R-08)
Cumple con los requisitos de resistencia

12. Chequeo del esfuerzo de servicio en los refuerzos de acero y CFRP


𝑘=√((𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 )^2+2(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 (𝑑_𝑓/𝑑)) )−(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 )
donde:

ρs = 0.002282
ρf = 0.000595
Ec = 35649.94 MPa
Es = 200000 MPa
Ef = 227000 MPa k = 0.1680
𝑀_𝑠+𝜀_𝑏𝑖 𝐴_𝑓 𝐸_𝑓 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑/3)](𝑑−𝑘𝑑) 𝐸_𝑠)/(𝐴_𝑠 𝐸_𝑠 (𝑑−𝑘𝑑/3)(𝑑−𝑘𝑑)+𝐴_𝑓 𝐸_𝑓 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑/3)(𝑑_𝑓−𝑘𝑑) )

(Ec. 10-14. ACI 440.2R-08)

𝑓_(𝑠,𝑠)≤0.80𝑓_𝑦 (Ec. 10-6. ACI 440.2R-08)

fs,s = 412.691 MPa ≤ 329.503 MPa

Mejorar

13. Chequeo del límite de rotura de fluencia por servicio del CFRP

𝑓_(𝑓,𝑠)=𝑓_(𝑠,𝑠) (𝐸_𝑓/𝐸_𝑠 )((𝑑_𝑓−𝑘𝑑)/(𝑑−𝑘𝑑))−𝜀_𝑏𝑖 𝐸_𝑓


ff,s = 314.32 MPa

(Ec. 10-15. ACI 440.2R-08)

Esfuerzo sostenido y cíclico por cargas de servicio recomendado: 0.55 ffu (Para Fibra de Carbono
Tabla 10-1 ACI 440.2R)

𝑓_(𝑓,𝑠)≤0.55𝑓_𝑓𝑢 ff,s = 314.32 MPa ≤ 1985.50 MPa


(Ec. 10-8. ACI 440.2R-08)
El esfuerzo está dentro del límite recomendado

14. Refuerzo CFRP a colocar

Se colocará 1 lámina de refuerzo CFRP con un ancho igual a: 10.00 cm


y un espesor de: 0.165 mm
REFORZAMIENTO POR FLEXIÓN DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO CON LÁMINAS
CFRP PARA SOBRECARGA 1500 Kg/m²

Longitud de la viga L = 1.45 m


h Ancho de la viga b = 150 mm
Peralte de la viga h = 200 mm
Asf Peralte efectivo d = 185 mm
f'c = 57.534 N/mm²
L fy = 411.879 N/mm²
Acero de Refuerzo: 2 φ 1/4 " a= 3.556 mm
As = 63.339 mm² Mn = 4.780 KN-m
φMn = 4.302 KN-m
A. Datos obtenidos del Análisis Estructural:

Momento Flector cargas existentes cargas esperadas


Momento debido a la Carga Muerta MDL 1.790 KN-m 1.913 KN-m
Momento debido a la Carga Viva MLL 0.751 KN-m 5.638 KN-m
Momento por Servicio (MDL + MLL) 2.541 KN-m 7.550 KN-m
Momento Amplificado (1.40MDL + 1.70MLL) 3.783 KN-m 12.261 KN-m

B. Propiedades del Sistema de Reforzamiento FRP indicados por el proveedor

Espesor por lámina, tf 0.165 mm


Resistencia última a la tensión, ffu* 3800 N/mm²
Deformación de rotura, εfu* 0.0167
Módulo de Elasticidad de las láminas FRP, Ef 227000 N/mm²

C. Diseño del Refuerzo CFRP según ACI 440.2R-08

1. Cálculo de las propiedades de diseño del sistema CFRP

𝑓_𝑓𝑢=𝐶_𝐸 𝑓_𝑓𝑢^∗ (Ec. 9-3. ACI 440.2R-08)

𝜀_𝑓𝑢=𝐶_𝐸 𝜀_𝑓𝑢^∗ (Ec. 9-4. ACI 440.2R-08)

donde:
ffu: Resistencia a la tracción máxima de diseño del CFRP
εfu: Deformación de rotura de diseño del CFRP
CE: Factor de Reducción por Medio Ambiente, según la tabla 9.1 del ACI 440.2R-08:
Para exposiciones en interiores: CE = 0.95 (Para Fibra de Carbono)

ffu = 3610 N/mm² εfu = 0.015865

2. Propiedades de los materiales


2.1. Módulo de Elasticidad del Concreto Ec:
𝐸_𝐶=4700√(𝑓^′ 𝑐) Ec = 35649.94 MPa

2.2. Módulo de Elasticidad del Acero Es:


Es = 200000 MPa

2.3. Área del refuerzo Af: 𝐴_𝑓=𝑛∗𝑡_𝑓∗𝑤_𝑓 n =1 (# láminas)


tf = 0.165 mm (espesor de la lámina)
Af = 24.75 mm² wf = 150 mm (ancho de la lámina)

3. Determinación de la Deformación Unitaria existente en la fibra inferior ε bi

𝜀_𝑏𝑖=(𝑀_𝐷𝐿 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑))/(𝐼_𝑐𝑟 𝐸_𝑐 ) donde:


MDL = 1.790 KN-m
df = 200 mm
𝑘=√((𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 )^2+2(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ) )−(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ) d = 185 mm
Ec = 35649.94 MPa
ρs = 0.002282471
k = 0.1477
〖 "mm" 〗 ^"4"
Icr = 09.85E+06
𝐼_𝑐𝑟=(𝑏 〖 (𝑘𝑑) 〗 ^3)/3+𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 ∗𝐴𝑠∗ 〖 (𝑑−𝑘𝑑) 〗 ^2

εbi = 0.000880

4. Determinación de la Deformación Unitaria de Diseño del sistema CFRP

𝜀_𝑗𝑑=0.41√((𝑓^′ 𝑐)/(𝑛𝐸_𝑓 𝑡_𝑓 ))≤0.9𝜀_𝑓𝑢


(Ec. 10-2. ACI 440.2R-08)

εjd = 0.01607 ≤ 0.0143 mejorar

5. Estimación de "c", la profundidad del eje neutro.

c = 22.96 mm (Empezamos asumiendo que c = 0.20d, luego


se mejora este valor)

6. Determinación de la deformación unitaria efectiva en el reforzamiento CFRP


𝜀_𝑓𝑒=0.003((𝑑_𝑓−𝑐)/𝑐)−𝜀_𝑏𝑖 ≤ 𝜀_𝑗𝑑

εfe = 0.02225 ≤ 0.01607


(Ec. 10-3. ACI 440.2R-08) El CFRP controla la falla

entonces: εfe = 0.01607


𝜀_𝑐= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) (𝑐/(𝑑_𝑓−𝑐))
εc = 0.00220
7. Cálculo de la deformación unitaria en el refuerzo de acero existente

𝜀_𝑠= 〖 (𝜀 〗 _𝑓𝑒+𝜀_𝑏𝑖) ((𝑑−𝑐)/(𝑑_𝑓−𝑐))


(Ec. 10-10. ACI 440.2R-08)
εs = 0.01551

8. Cálculo del esfuerzo en el acero de refuerzo y en el CFRP

𝑓_𝑠=𝐸_𝑠 𝜀_𝑠 ≤ 𝑓_𝑦 (Ec. 10-11. ACI 440.2R-08) 3103 MPa ≤ 412 MPa

entonces: fs = 412 MPa

𝑓_𝑓𝑒=𝐸_𝑓 𝜀_𝑓𝑒 (Ec. 10-9. ACI 440.2R-08) ffe = 3648 MPa

9. Cálculo de la fuerza interna resultante y revisión del equilibrio

〖𝜀′〗 _𝑐=(1.7 〖𝑓′〗 _𝑐)/𝐸_𝑐


ε'c = 0.002744

𝛼_1=(3 〖𝜀′〗 _𝑐 𝜀_𝑐−𝜀_𝑐^2)/( 〖 3𝛽_1 𝜀′ 〗 _𝑐^2 )


α1 = 0.807

𝛽_1=(4 〖𝜀′〗 _𝑐−𝜀_𝑐)/(6 〖𝜀′〗 _𝑐− 〖 2𝜀 〗 _𝑐 )


β1 = 0.727

𝑐=(𝐴_𝑠 𝑓_𝑠+𝐴_𝑓 𝑓_𝑓𝑒)/(𝛼_1 〖𝑓′〗 _𝑐 𝛽_1 𝑏)


(Ec. 10-12. ACI 440.2R-08) c = 22.96 mm

10. Cálculo de los momentos resistentes del acero y del FRP

𝑀_𝑛𝑠=𝐴_𝑠 𝑓_𝑠 (𝑑−(𝛽_1 𝑐)/2)


Mns = 4.608 KN-m

𝑀_𝑛𝑓=𝐴_𝑓 𝑓_𝑓𝑒 (𝑑_𝑓−(𝛽_1 𝑐)/2)


Mnf = 17.302 KN-m

11. Cálculo del momento resistente por flexión de la sección

〖𝜑𝑀〗 _𝑛=𝜑[𝑀_𝑛𝑠 〖 +Ψ_𝑓 𝑀 〗 _𝑛𝑓 ] ψf = 0.85


φ = 0.9 (10-5. ACI 440.2R-08)
(Ec. 10-13. ACI 440.2R-08) φMn = 17.384 KN-m

〖𝜑𝑀〗 _𝑛≥𝑀_𝑢
〖𝜑𝑀〗 _𝑛≥𝑀_𝑢 17.384 KN-m ≥ 12.261 KN-m
(Ec. 10-1. ACI 440.2R-08)
Cumple con los requisitos de resistencia

12. Chequeo del esfuerzo de servicio en los refuerzos de acero y CFRP


𝑘=√((𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 )^2+2(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 (𝑑_𝑓/𝑑)) )−(𝜌_𝑠 𝐸_𝑠/𝐸_𝑐 +𝜌_𝑓 𝐸_𝑓/𝐸_𝑐 )

donde:

ρs = 0.002282
ρf = 0.000892
Ec = 35649.94 MPa
Es = 200000 MPa
Ef = 227000 MPa k = 0.1770
𝑀_𝑠+𝜀_𝑏𝑖 𝐴_𝑓 𝐸_𝑓 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑/3)](𝑑−𝑘𝑑) 𝐸_𝑠)/(𝐴_𝑠 𝐸_𝑠 (𝑑−𝑘𝑑/3)(𝑑−𝑘𝑑)+𝐴_𝑓 𝐸_𝑓 (𝑑_𝑓−𝑘𝑑/3)(𝑑_𝑓−𝑘𝑑) )

(Ec. 10-14. ACI 440.2R-08)

𝑓_(𝑠,𝑠)≤0.80𝑓_𝑦 (Ec. 10-6. ACI 440.2R-08)

fs,s = 503.222 MPa ≤ 329.503 MPa

Mejorar

13. Chequeo del límite de rotura de fluencia por servicio del CFRP

𝑓_(𝑓,𝑠)=𝑓_(𝑠,𝑠) (𝐸_𝑓/𝐸_𝑠 )((𝑑_𝑓−𝑘𝑑)/(𝑑−𝑘𝑑))−𝜀_𝑏𝑖 𝐸_𝑓


ff,s = 427.70 MPa

(Ec. 10-15. ACI 440.2R-08)

Esfuerzo sostenido y cíclico por cargas de servicio recomendado: 0.55 ffu (Para Fibra de Carbono
Tabla 10-1 ACI 440.2R)

𝑓_(𝑓,𝑠)≤0.55𝑓_𝑓𝑢 ff,s = 427.70 MPa ≤ 1985.50 MPa


(Ec. 10-8. ACI 440.2R-08)
El esfuerzo está dentro del límite recomendado

14. Refuerzo CFRP a colocar

Se colocará 1 lámina de refuerzo CFRP con un ancho igual a: 15.00 cm


y un espesor de: 0.165 mm

También podría gustarte