El ACI 318-19 incluye tanto actualizaciones y nuevas disposiciones para corte en una dirección, corte en dos direcciones, capacidad de deformación en muros, diseño sísmico, shotcrete, fundaciones profundas, post-tensado, prefabricados, durabilidad, hormigón ligero y más.
Por Dr. Jack P. Moehle*
Es un hecho conocido que las prácticas en la construcción están cambiando de manera veloz. El código ACI 318-19: “Requisitos para la Construcción con Hormigón Armado”, lanzado recientemente por el American Concrete Institute, responde a muchos de estos cambios. Enfocándose en temas como la seguridad, la economía y la sustentabilidad, el ACI 318-19 incorpora muchas de las nuevas tecnologías, productos y métodos que se han transformado en práctica común en los años recientes.
Diseño sísmico
Las nuevas disposiciones incrementan los requisitos de diseño al corte en muros tomando en cuenta el efecto de la sobreresistencia a la flexión del muro y el efecto de los modos superiores en la respuesta dinámica – el resultado, en muchos casos, es un aumento sustancial en las fuerzas de diseño al corte para algunos muros. Las mayores fuerzas de corte reflejarán mejor las fuerzas de corte más elevadas que se han visto en edificios diseñados usando métodos de análisis dinámicos no lineales.
Se han incorporado también otros cambios al Código basados tanto en ensayos de laboratorio como en la observación del comportamiento de muros estructurales durante eventos sísmicos. Por ejemplo, para mejorar el confinamiento del hormigón y el soporte de barras longitudinales, el ACI 318-19 limita la relación de aspecto de estribos en elementos de borde y requiere que todas las trabas tengan ganchos sísmicos en ambos extremos. Para evitar fracturas frágiles en muros poco reforzados, el Código también requiere que algunos muros satisfagan requisitos mínimos de refuerzo longitudinal.
Los nuevos estándares ACI (la serie ACI 550) reflejan los cambios hechos a la edición 2016 del ASCE 7, que incorporaron nuevas disposiciones que establecieron aumentos importantes en las fuerzas de diseño sísmico para diafragmas prefabricados, particularmente en las conexiones entre elementos prefabricados. Los documentos y estándares de la serie ACI 550 están referenciados en el nuevo código ACI 318-19.
El ACI 318-19 intenta eliminar la información contradictoria entre el ACI 318, ASCE 7 e IBC en relación al diseño de fundaciones profundas para estructuras sismo resistentes, con el objetivo de tener todas las disposiciones relativas al hormigón relacionadas con diseño sísmico y detallamiento para fundaciones profundas contenidas en el ACI 318.
Entre otros cambios, se incorporaron nuevas disposiciones para las pilas de hormigón prefabricado; además, se incorporan ahora limitaciones de cargas axiales para fundaciones profundas; y se añadieron requisitos de diseño por resistencia consistentes con ACI 543. Este cambio en el código permitirá a los diseñadores de fundaciones profundas utilizar tanto el tradicional diseño por tensiones admisibles que ha estado presente en los códigos generales de construcción por años o el método de diseño por resistencia, usando factores de reducción de la resistencia consistentes con el resto del ACI 318-19.
Nudos Viga – Columna
El ACI 318-19 incorpora disposiciones de diseño al corte y de detallamiento del refuerzo para nudos viga – columna para marcos en Categoría de Diseño Sísmico A, Marcos Ordinarios, Marcos Intermedios, y marcos que no forman parte del sistema resistente a fuerza sísmica pertenecientes a Categorías de Diseño Sísmico B, C, D, E y F. También, las disposiciones existentes para el diseño de Marcos Especiales fueron expandidas para incluir la resistencia al corte de nudos del último piso.
El capítulo 15 requiere ahora tener en consideración la presencia de momentos de apertura y cierre en los nudos de esquina. Esto incluye la transferencia de momentos por una sección diagonal a través de una junta de esquina, la cual es particularmente crítica donde el nudo conecta con un elemento en voladizo para el que no es posible la redistribución de momentos.
Verificación del diseño utilizando un análisis tiempo historia no lineal
El uso de los métodos de análisis dinámicos no lineales para el diseño de edificios anti-sísmicos ha aumentado recientemente, en especial, para el diseño de edificios de gran altura. Para responder a este cambio en la práctica del diseño, el ACI 318-19 incluye disposiciones para la aplicación de estos métodos en edificaciones de hormigón. Las disposiciones están pensadas para ser completamente compatibles con el capítulo 16 del ASCE 7-16, que contiene requisitos respecto a peligro sísmico, selección de registros de movimiento sísmico de suelo, combinaciones de carga y revisiones por pares independientes.
Refuerzo de alta resistencia
Los actuales códigos de construcción de Estados Unidos limitan la resistencia de las barras de acero basándose en investigaciones que tienen décadas de antigüedad, siendo de Grado 60 la mayor parte del refuerzo utilizado para la construcción con hormigón en EE.UU. No obstante, ahora los productores pueden fabricar una barra con cerca del doble de resistencia de lo que se hacía décadas atrás. El ACI 318-19 permite el uso de refuerzo Grado 100 para resistir momentos y fuerzas axiales que provienen de combinaciones de cargas gravitacionales y de viento. El uso de un refuerzo de alto grado levantó preocupación sobre la serviciabilidad (fisuración y deflexiones), las que fueron abordadas a través de una serie de cambios al refuerzo mínimo en losas y vigas, momento efectivo de inercia y requisitos para el cálculo de la deflexión en losas en dos direcciones.
Las preocupaciones respecto a la resistencia y ductilidad fueron abordadas al introducir nuevos requisitos para las propiedades mecánicas de la barras de refuerzo; ajustando el método para calcular el factor de reducción de resistencia para momento, momento y carga axial combinados; revisando las disposiciones para la longitud de desarrollo, y limitando el valor de fy que puede ser utilizado para calcular la resistencia axial máxima en compresión, Pn,max de columnas. Es probable que el refuerzo Grado 100 sea utilizado, mayoritariamente, en barras verticales de muro y columnas, aunque también podría usarse en sistemas de piso con alta carga.
Amplia y nueva investigación financiada por Pankow Foundation, ACI Foundation y otros ha demostrado comportamiento aceptable de los elementos de sistemas sismo resistentes especiales reforzados con barras ASTM A706 Grado 80 y con el equivalente al refuerzo A706 Grado 100. Reconociendo esto, ACI 318-19 ahora permite marcos de momento especiales con refuerzo A706 Grado 80 y muros estructurales especiales con refuerzo A706 Grado 80 y con el equivalente al A706 Grado 100. Las disposiciones permiten el uso de grados más altos para resistir momentos, fuerzas axiales y cortes. Para acomodar estos altos grados, se añadieron restricciones en espaciado de estribos, dimensiones de nudos viga – columna y ubicaciones para los empalmes de traslapo, las que contribuirán a un comportamiento más confiable de los sistemas estructurales especiales.
Losas gruesas y vigas altas
Dado que se están diseñando estructuras más grandes que incluyen losas gruesas y otros elementos de gran tamaño para soportar pisos superiores, se han añadido actualizaciones a las disposiciones de corte. Las secciones de ACI 318-19 referidas a corte en una dirección y corte en dos direcciones (corte por punzonamiento) consolidan lo que antes estaba bajo un amplio abanico de ecuaciones. Además, proveen un método para incluir el efecto del tamaño en el diseño al corte para evitar situaciones donde el aumento del tamaño de un elemento puede reducir la resistencia unitaria al corte de una sección. Las nuevas ecuaciones de corte también permiten al ingeniero diseñador tomar en consideración el efecto de la cuantía de refuerzo.
Materiales y tecnología
El shotcrete, un método para colocar hormigón a través de la proyección de éste a una alta velocidad, no estaba explícitamente discutido en las versiones anteriores del ACI 318. Sin embargo, ahora está específicamente incluido en esta nueva edición. Se espera que esta unificación clarifique tanto el proceso de diseño como los requisitos de construcción para el uso de shotcrete.
Las actualizaciones al post-tensado incluyen aclaraciones sobre los requisitos de construcción incluyendo pérdida de pretensado, uso de un nuevo documento de referencia para determinar las pérdidas de pretensado, limitaciones de espacio para refuerzo estriado y adherido y varias aclaraciones sobre requisitos para el refuerzo de zonas de anclaje.
Los anclajes de hormigón del tipo tornillo post instalados se utilizan cada vez más y por ello este tipo de anclajes son reconocidos en el ACI 318-19. El documento también añade previsiones para pernos de corte que contienen un elemento de acero soldado a una placa base. Los pernos de corte son utilizados comúnmente en la base de columnas para transferir grandes fuerzas de corte a través de un apoyo hasta un elemento de fundación.
Se han realizado numerosos cambios en las secciones de durabilidad del hormigón, incluyendo requisitos adicionales para las clases de exposición a sulfato y hormigón expuesto al agua. Las disposiciones para el hormigón liviano que se encuentran en el Código recibieron numerosos cambios y aclaraciones basadas en el nuevo método para la determinación del factor de modificación para hormigón liviano. El nuevo método calcula el factor de modificación basado en las proporciones de mezcla de hormigón.
También se realizaron actualizaciones para la metodología “Strut and Tie”, STM en sus siglas en inglés, que incluyeron la remoción del Código de puntales con forma de botella y la inclusión de requisitos mínimos de refuerzo en STM. Otras mejoras en STM incluyeron nodos con barras curvas y nudos de esquina.
Facilidad de uso
Mientras que los cambios organizacionales fueron mínimos, algunas nuevas características de formato del ACI 318-19 mejoran la usabilidad del documento. Se incluyeron ilustraciones a todo color y tridimensionales, lo que mejoró la claridad del Código. Se aumentó el índice y se añadieron enlaces interactivos en la versión online del documento, en un esfuerzo por ayudar a los usuarios para encontrar de forma más rápida las disposiciones.
El Capítulo 26, “Documentos de Construcción e Inspección”, ha visto actualizaciones significativas respecto al 318-14. Los requisitos para inspección se unificaron en este capítulo, incluyendo los requisitos de reubicación para inspección de anclaje del Capítulo 17. Este capítulo ahora reconoce que los proyectos pueden tener roles para muchos ingenieros diseñadores y entrega un marco de acción para su coordinación en el trabajo. Como los hormigones de alta resistencia se han desarrollado con el tiempo, el uso de una definición estándar para módulos de elasticidad puede que no sea adecuado para ciertos proyectos. Por ello, la definición para módulos de elasticidad fue actualizada utilizando data de documentos externos y buenas prácticas. Para ciertos materiales que se están transformando en comunes dentro de la industria (tales como cementos alternativos, hormigón triturado o agregados reciclados), el Capítulo 26 del ACI 318-19 describe las precauciones que deben tener los diseñadores que quieran utilizarlos.
El ACI 318-19 también identifica los programas de certificación para inspectores/instaladores y lista los requisitos de certificación. Al declarar los requisitos de certificación directamente en el Código, los ingenieros pueden acceder a la información de manera más fácil y rápida.
Los formatos digitales e impreso del código ACI 318-19 están disponibles en “concrete.org”. Las ediciones están disponibles en unidades pulgada-libra y SI. El ACI 318-19 también se encuentra disponible para los suscriptores a la versión online del ACI Collection of Concrete Codes, Specifications and Practices. Adicionalmente, el Instituto está realizando seminarios públicos e internos para presentar a los usuarios el ACI 318-19. Visita concrete.org para saber las ubicaciones de estos seminarios y conocer más de estas actividades.
