TIPOS DE FALLAS EN COLUMNAS. Falla frágil de cortante y tensión diagonal

Transcripción

1 TIPOS DE FALLAS EN COLUMNAS El entendimiento del comportamiento sísmico de las estructuras, así como de los esfuerzos que soportan en las diferentes condiciones de cargas y apoyo, ha requerido de la identificación de las características que han conducido a las fallas, o bien, a un buen comportamiento estructural, y también, del análisis de los tipos de daños y de sus causas. Por lo general, estas fallas pueden deberse a: Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de columnas y muros. Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o vigas Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna y por deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante. Grandes esfuerzos en muros de corte, sin o con aberturas, solos o acoplados. Falla frágil de cortante y tensión diagonal Es muy importante que las edificaciones cuenten con una capacidad de deformación suficiente para soportar adecuadamente la solicitación sísmica sin desmeritar, obviamente, su resistencia. Cuando la respuesta sísmica de la edificación es dúctil, se presentan elevadas deformaciones en compresión debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento flector. Con sólo colocar refuerzos transversales estrechamente separados y bien detallados en la región de la rótula plástica potencial, puede evitarse que el concreto se astille seguido del pandeo por inestabilidad del refuerzo a compresión. Esto implica el detallado de las secciones para evitar una falla frágil y proporcionar suficiente ductilidad.

2 Este tipo de falla se origina debido a la gran concentración de refuerzos que se producen precisamente en los extremos de las columnas por las elevadas acciones internas como son una carga axial, fuerza cortante y momento flector, causadas por las fuerzas sísmicas. Muchas estructuras se han colapsado como resultado de un inadecuado confinamiento del núcleo de concreto en columnas. El mismo tipo de falla puede presentarse también en secciones intermedias y superiores de las columnas. El confinamiento del núcleo de concreto evita también la falla por tensión diagonal producida por fuerza cortante. Este tipo de falla está caracterizado por la formación de grietas inclinadas. Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a falla de cortante. Con frecuencia, las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de refuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.

3 La falla de una conexión viga-columna debida a la escasez del anclaje del refuerzo de la columna en su unión con el sistema. Falla en columnas de pisos superiores por la amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios. Al propagarse las vibraciones inducidas por el sismo desde la base hasta la cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores, principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada concentración de acciones de acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio a partir de determinada altura.

4 Falla frágil de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento acusado por elementos no estructurales La intersección entre elementos no estructurales, tales como muros divisorios de mampostería, y las columnas de marcos de concreto, provoca concentraciones de fuerza cortante en los extremos libres de las columnas, mismas que tienden a fallar frágilmente por cortante. Esto conduce a que la porción libre de la columna adquiera mucha mayor rigidez en comparación de las demás columnas del mismo piso, que no están confinadas ni restringidas, en ninguno de sus lados, por elementos no estructurales, generándose así elevados esfuerzos de corte en la columna corta dando lugar a consecuencias desastrosas. Ante la insuficiente ductilidad de la columna acortada, la falla se genera por tensión diagonal producida por elevados esfuerzos cortantes y es más frágil respecto a la de las columnas no restringidas parcialmente debido a que se longitud deformable es mucho menor. Esta situación puede evitarse si se deja suficiente separación entre la columna y el muro de relleno para que así ésta se deforme libremente durante la solicitación sísmica.

5 Fallas Por Torsión Las fisuras por torsión también son oblicuas pero continuas y en espiral. Atraviesan completamente la sección de los miembros afectados. Fallas Por Compresión Si se rebasa la capacidad resistente del elemento en compresión, entonces ocurre una fisuración que es paralela a la dirección de carga del elemento. Cuando el patrón de fisuración es oblicuo, puede estar indicando que el hormigón está seco. Causas Baja resistencia del hormigón a compresión Diseño insuficiente:

6 Tensiones principales de compresión superan la resistencia del hormigón. Fallas Por Rigidez Del Apoyo Ocurre cuando la conexión entre el elemento que se apoya y el elemento de apoyo no tiene una transición adecuada mediante el uso de amortiguamiento como un cojín de neopreno. La fractura ocurre como consecuencia de los movimientos y esfuerzos horizontales que experimenta la zona de apoyo por los ciclos de dilatación y contracción térmica; y/o por la rotación que experimenta el elemento apoyado induciendo un sobre-esfuerzo local de compresión. Causas Diseño o construcción inadecuados Falla de anclajes y/o de armaduras transversales. Fallas Por Falta De Refuerzo En El Borde Ocurre cuando el borde del extremo de una viga que se apoya sufre esfuerzos de compresión y/o tracción locales y no se ha reforzado suficientemente. Cuando el refuerzo principal está compuesto por varillas de gran diámetro que al ser dobladas requieren de un amplio radio de doblado que no se cumple.

7 Fallas Por Aplastamiento Local Tienen su origen en la alta concentración de cargas que a veces se dan en las zonas de apoyo de elementos simplemente apoyados o en las zonas de anclaje de torones y cables. Cuando el aplastamiento se da por una carga concentrada, el patrón de falla se localiza directamente debajo de ésta y tiende a dividir la sección de hormigón localmente. Causas Sobrecargas no previstas. Armaduras transversales insuficientes. Baja calidad del hormigón. BIBLIOGRAFÍA Estructuras de Refuerzo, Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada. Venezuela 2010 Link de consulta: