Límite de la deformación unitaria del refuerzo en vigas

[Panxo]

Buen día a todos en la comunidad.

Tengo una consulta respecto a lo que dice el código ACI 318-14 acerca de la deformación límite para refuerzo en vigas no preesforzadas. Citando a la norma, dice lo siguiente:

9.3.3 Límite de la deformación unitaria del refuerzo en vigas no preesforzadas
9.3.3.1 Para vigas no preesforzadas, con "Pu<0.10 f'c Ag et" debe ser al menos 0.004.

En el comentario de este apartado dice:

R9.3.3.1 El efecto de esta limitación es restringir la cuantía de refuerzo en vigas no preesforzadas para mitigar el comportamiento frágil a flexión en caso de ocurrir una sobrecarga. Esta limitación no aplica a vigas preesforzadas.

Mi consulta es sobre ¿Cómo interpretar este inciso de la norma?  ¿Sugiere limitar la cuantía balanceada con una deformación mínima de 0.004 o no tiene que ver con este apartado? Aunque una deformación unitaria de 0.004 para un acero grado 60 ya está por encima de su rango elástico.

Si lo estoy interpretando de muy mala manera sepan disculparme al respecto pero si no logro encajar una interpretación para este inciso que se encuentra en el capítulo de vigas, si entiendo la relación que explican para columnas en este tema: https://www.cingcivil.com/Comunidad/index.php?topic=7031.0 pero para vigas sigo considerando que limitar la deformación a e = Fy/E es lo más lógico.

[Vlacev TE]

En el ACI 318-2014, sección 21.2.2 (en versiones anteriores sección 10.3.4) se dan los límites para diseñar elementos de concreto armado tomando en cuenta la deformación unitaria del concreto a compresión (igual a 0.003), en resumen:

- Elementos controlados por compresión (falla dúctil), la deformación unitaria del acero deberá ser menor a 0.002 (deformación de fluencia del acero).
- Elementos controlados por tensión (falla frágil), la deformación unitaria del acero deberá ser mayor a 0.005.
- Entre 0.002 y 0.005, para la deformación unitaria del acero, se tiene la zona de transición.

Las vigas deben de tener un diseño controlado por tensión, las columnas pueden cubrir todo el rango de comportamiento (pero por lo general estarán controlados por compresión). La falla dúctil o por fluencia se da paulatinamente a medida que el elemento empieza a plastificar (endurecimiento por deformación, ductilidad, etc.), pero una falla frágil es explosiva y se da repentinamente; por tanto, la necesidad de que las rótulas plásticas se formen antes en las vigas que en las columnas (además de otros factores adicionales) nos dan un margen de seguridad ante el colapso por inestabilidad global.

¿Qué sucede en elementos que estén en la zona de transición?, el ACI 318 sección 9.3.3.1 (antes sección 10.3.5) indica que en elementos que trabajen a flexión (vigas) y elementos con cargas axiales pequeñas (por ejemplo, elementos inclinados o columnas que empiecen a comportarse como vigas), el límite para la deformación unitaria del acero sea de 0.004. Si tú diseñas las vigas para que estén controladas por tensión, siempre estarás cumpliendo con el 0.004, ya que tu límite es 0.005.

[Panxo]

Con una consulta para aclarar lo que me indicas, cuanto indicas :

- Elementos controlados por compresión (falla dúctil), la deformación unitaria del concreto deberá ser menor a 0.002 (deformación de fluencia del acero).
- Elementos controlados por tensión (falla frágil), la deformación unitaria del concreto deberá ser mayor a 0.005.
- Entre 0.002 y 0.005, para la deformación unitaria del acero, se tiene la zona de transición.

¿En los primeras dos líneas te refieres a la deformación unitaria del acero y o del concreto?

Ahora sobre la interpretación, lo que entiendo es lo siguiente: Al tratarse de elementos controlados por tensión (Vigas), podemos considerar para la cuantía balanceada una deformación unitaria máxima del concreto de 0.003 y una deformación unitaria del acero que vaya del rango de 0.004 a 0.005 ¿Es correcta esta interpretación?

Si mi interpretación anterior es correcta, ¿El uso de la ecuación ety (deformación unitaria a tracción) = fy/Es solo aplicaría para zonas controladas por compresión? (ACI 318-14 21.2.2.1 Comentario)

[Vlacev TE]

Ya corregí los términos de mi primer mensaje, y creo que queda claro lo que se plantea. La cuantía balanceada es cuando el concreto alcanza 0.003 y el acero (Grado 60) 0.002. La deformación unitaria es igual al esfuerzo en el acero sobre el módulo de elasticidad del mismo, pero el límite del esfuerzo es su esfuerzo de fluencia (fy), no se pueden tener esfuerzos mayores que fy.

[Panxo]

Ya me queda más claro, ya que me resultaba un poco complicado la comprensión de este incíso. Considero que los límites de deformación de 0.002 a 0.005 obedecen a la deformación plástica producida por encima del límite proporcional elástico según la curva esfuerzo deformación del acero y no a un incremento en los esfuerzos fy.