Introduccin

En el presente trabajo se citan y explican

los tipos de fallas ms importantes que se

registran en estructuras de concreto

reforzado, de tal manera tener un

conocimiento ms amplio de las fallas y

como solucionarlos.

Tambin se hace mencin del anlisis en

rotura de secciones en el concreto.

Estas fallas puedes ser:

a) Inadecuada resistencia al corte de los entrepisos debido a la escasez de

elementos tales como columnas y muros.

b) Grandes esfuerzos de cortante y tensin diagonal en columnas y vigas.

c) Fallas por adherencia del bloque de unin en las conexiones viga-

columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o falla de

cortante.

d) Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o

acoplados.

e) Vibracin torsional causada por la falta de coincidencia en planta del

centro de masas con el centro de rigidez.

f) Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas.

g) Variacin brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edifico.

h) Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto

restrictivo al desplazamiento causado por el elemento no estructural.

A. Falla por Inadecuada resistencia al corte de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros. El colapso de los edificios de debe generalmente a la insuficiente

resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como

son columnas y muros. Las fuerzas de inercia, cuya variacin de la base

hasta la cspide del edifico es progresivamente creciente, generan

fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cspide, mismas

que debes ser resistidas en cada nivel por el conjunto de dichos de dichos

elementos verticales.

De esta forma es necesaria un rea transversal de muros y columnas

suficientes para resistir adecuadamente las fuerzas cortantes inducidas

por el mismo.

B. Falla frgil de cortante y tensin diagonal en columnas y vigas Es muy importante que las edificaciones cuenten con una capacidad de

deformacin suficiente para soportar adecuadamente la solicitacin

ssmica, cuando la respuesta ssmica de la edificacin es dctil, se

presentan elevadas deformaciones en compresin debida a efectos

combinados de la fuerza axial y momento flector.

C. Fallas por adherencia del bloque de unin en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o falla de cortante. Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos

estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas

condiciones de esfuerzos, mismos que han conducido a distintos y

numerosas fallas especialmente en las uniones entre muro y losas de

estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de

marcos.

D. Falla frgil en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados. En los proyectos estructurales, los muros de cortante son destinados a

resistir principalmente los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales

ssmicas. Las fallas que suelen presentarse son en unin con los sistemas

de piso, por cortante horizontal o vertical.

E. Vibracin torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez. La asimetra en la distribucin en planta de los elementos estructurales

resistentes de un edificio causa una vibracin torsional ante la accin

ssmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del

edificio.

La vibracin torsional ocurre cuando el centro de masa de un edificio no

coincide con su centro de rigidez. Ante esta accin el edificio tiende a girar

respecto a su centro de rigidez, lo que causa grandes incrementos en las

fuerzas laterales que actan sobre los elementos perimetrales de soporte

de manera proporcional a sus distancias al centro de rotacin.

F. Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas. Esta falla se debe al punzonamiento producida por los elevados

esfuerzos cortantes. En este tipo de falla, los sistemas de piso quedan

sin apoyo dando lugar a un colapso total de los mismos mantenindose

de pie solo las columnas

G. Falla por Variacin brusca de la rigidez a lo largo de la altura del

edificio. Con frecuencia las plantas bajas de los edificios se construyen dejando el

mayor espacio posible para permitir el paso o estacionamiento vehicular,

mientras que los niveles superiores se construyen mediante sistemas de

marco-muro, estando este ultimo la mayora de las veces confinado por el

marco proporcionndoles a los pisos superiores un mayor rigidez que la

de la planta baja.

Esta situacin conduce a una concentracin de daos en la llamada planta

dbil del edificio, la cual posee una rigidez mucho menor en comparacin

con la de los pisos superiores.

H. Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por el elemento no estructural. La interaccin entre elementos no estructurales, tales como muros

divisorios de mampostera, y las columnas de marco de concreto,

provoca concentraciones de fuerza cortante en los extremos libres de

columnas, mismas que tienden a fallar frgilmente por cortante.

Anlisis en Rotura de Secciones Hormign Para el clculo en rotura de secciones sometidas a flexo-compresin se utilizan

diagramas que tratan de reproducir el comportamiento tensin-deformacin

experimentalmente observado, como la parbola-rectngulo, birrectangular u

otros. No obstante, a veces es muy til sustituir el diagrama tensin-deformacin

del hormign por un bloque de tensiones de forma que la resultante de tensiones

y el punto de paso de sta coincidan con las del diagrama sustituido. Este es el

caso del bloque rectangular equivalente que se describe a continuacin.

Bloque rectangular equivalente El bloque rectangular est definido por dos parmetros: 1 y 1 tal como se

indica en la figura. El valor de 1 es la relacin entre la tensin en el bloque

rectangular equivalente y la resistencia del hormign fc en probeta normalizada;

y 1 es la razn entre la profundidad del bloque y la profundidad del eje neutro

x.

Diagrama parbola rectngulo

Para un hormign de 30 MPa de resistencia a compresin simple a los 28 das

el diagrama parbola-rectngulo en rotura podra esquematizarse como:

Compatibilidad de deformaciones

Se admite la hiptesis de que la deformacin de las armaduras es igual a la del

hormign que las rodea.

Esta suposicin implica que las deformaciones longitudinales de todas las

fibras de la seccin, sean de hormign, sean del composite, son proporcionales

a la distancia al plano neutro, y que su ley de variacin es lineal. Esta hiptesis

de linealidad y el conocimiento de las deformaciones de dos fibras, permite

conocer las deformaciones de todas ellas.

Comparacin de ambos diagramas Para el modelo de anlisis en rotura frente a solicitaciones normales que aqu

se utiliza el diagrama parbola rectngulo. No obstante, aun sabiendo que

este es el que mejor reproduce el comportamiento del hormign en rotura, se

va a comparar los resultados obtenidos de analizar una seccin en estas

condiciones considerando ambos diagramas:

Considrese una seccin rectangular de 0,30 metros de ancho por 0,50 metros

de altura con las siguientes caractersticas de los materiales:

Se consideran los valores de los coeficientes parciales de seguridad

correspondientes a un nivel de control normal.

Se pretende calcular el momento ltimo de la seccin suponiendo que trabaja a

flexin simple bajo dos hiptesis de armado y comparar los resultados

obtenidos con los dos diagramas:

1. Slo armadura de traccin As = 1885 (620).

2. La misma armadura de traccin ms 316 en compresin.

A la vista de los resultados, ambos mtodos ofrecen valores similares del

momento de agotamiento. Las diferencias entre ambos son de un 1,9% sin

armadura de compresin y un 3,5% con el refuerzo a compresin; luego,

parece que ambos mtodos conducen a resultados muy similares con la

salvedad de que el diagrama parbola rectngulo reproduce de forma ms

fidedigna la realidad. Dando peso a este hecho y de que se trata de un anlisis

numrico fibra a fibra en soporte informtico parece lgico emplear el diagrama

parbola rectngulo.

Aceros activos y pasivos

Acero activo

Para modelar el comportamiento tenso - deformacional del acero activo se ha

utilizado la misma ecuacin constitutiva que en servicio. Para tener en cuenta

los criterios de seguridad que dictan los cdigos para el clculo en estado lmite

ltimo, se deducir el diagrama del acero activo en agotamiento mediante una

afinidad oblicua, paralela a la recta de Hooke, de razn 1/s; donde s es el

coeficiente de minoracin de la resistencia mxima del acero.

De este modo se tiene un diagrama tal que as:

Acero pasivo y estructural Para estos se modela su comportamiento tenso - deformacional mediante tres

rectas. Una de ellas con pendiente igual al mdulo elstico del material, Es y

Ea segn sea pasivo o estructural, y otras dos horizontales de valor constante

fyd y fad para reproducir el lmite fluencia de cada material sin considerar el

posible endurecimiento de los mismos.

Se presenta un posible diagrama para un acero pasivo de armar tipo B-500SD.

Para obtener el mismo diagrama para un acero estructural basta con cambiar el

lmite de fluencia f y el mdulo de elasticidad E:

Anlisis en rotura frente a solicitaciones normales

Seccin resistente de hormign Para la obtencin de la capacidad resistente de una seccin o la verificacin

frente a un conjunto de esfuerzos de una seccin parcial o total de hormign se

debe considerar sus anchos eficaces en fase de construccin o de servicio

analizada. De este modo, en el momento de introducir la seccin de clculo en

el programa debern deducirse los anchos eficaces segn el cdigo que se

est empleando.

Seccin resistente de acero estructural En secciones formadas ntegramente o parcialmente por acero estructural y,

adems, existan zonas comprimidas potencialmente inestables deber

aplicarles los correspondientes coeficientes de reduccin del ancho del ala, o

del alma si procede, para tener en cuenta los posibles fenmenos de

abolladura local de la pieza.

Deformaciones mximas. Diagrama de interaccin El motor de clculo presentado para el anlisis seccional se ha empleado

tambin para la construccin de diagramas de interaccin teniendo en cuenta

los coeficientes de minoracin de las resistencias y las leyes constitutivas de

los materiales para realizar la comprobacin de los estados lmite ltimo frente

a solicitaciones normales. Para ello, es necesaria la definicin de pivotes de

agotamiento acordes con la RPX-95 ms una serie de criterios propios que a

continuacin se exponen. Los pivotes se definen con las siguientes

condiciones:

Hormign en compresin. Deformacin 2 mxima -0.0035 de la tabla en

flexin y del -0.002 para la tabla en compresin pura. El hormign en traccin

sin armadura no se define en la RPX-95 ni en la actual instruccin EHE por lo

que se adopta un valor de 0.01.

Acero estructural en compresin con problemas de potencial abolladura

Deformacin mxima 1.2y y -0.01 en caso contrario.

Acero estructural en traccin. Se acepta una deformacin mxima de 5y.

Acero pasivo y activo. Al encontrarse embebidos en el hormign, son

limitativos a traccin adoptndose 0.01 como deformacin mxima.

En cualquier caso, los valores de las deformaciones antes mostrados podran

cambiarse para estudiar el comportamiento del diagrama en estudios

paramtricos posteriores.

Capacidad resistente de la seccin

De todos los puntos del diagrama de interaccin, como se ha comentado, slo

interesa el que corresponde a una fuerza axial nula y flexin positiva. Se

discretizan la seccin metlica y la losa de compresin en 50 particiones cada

una para poder integrar las tensiones, y de este modo, obtener los esfuerzos

axil y flector en cada elemento diferencial. Segn los anlisis realizados por el

programa con los modelos implementados y ya expuestos se tiene que:

La fibra neutra est situada en la seccin parcial de hormign lo que implica

que parte de sta permanece fisurada en rotura.

Ntese que la rotura de la seccin se da por la deformacin excesiva de la fibra

inferior de la seccin parcial metlica, que est totalmente traccionada en el

plano de agotamiento:

a,mx = 5*ak = 5*fak/Ea = 5*355/210.000 = 8,45 mm/m

Anlisis en rotura de soportes de alta resistencia Para hormigones de baja y media resistencia, HC fck < 60 MPa, la capacidad

ltima de un soporte de hormign armado sometido a flexo compresin

puede obtenerse, con razonable aproximacin, mediante el uso de diagramas

de interaccin.

En caso de compresin simple, la incertidumbre en el punto de aplicacin de la

carga o las imperfecciones geomtricas se aconseja considerar una

excentricidad mnima.

Anlisis en rotura frente a cortante

Secciones de hormign convencional Para el clculo del cortante de agotamiento en secciones de hormign armado

o pretensado con fck,28 inferiores a los 50 MPa y las posteriores

comprobaciones se utilizan las consideraciones y metodologa presentada en la

EHE, que coincide en todos sus puntos con el EC-2 por lo que no procede

presentar las ecuaciones en este trabajo.

Secciones de hormign de alta resistencia En la comprobacin y dimensionamiento de piezas sometidas a esfuerzo

cortante con hormign debe considerarse que la alta resistencia de la matriz y

la interfaz entre la matriz y los ridos puede dar lugar a fisuras con escaso

engranamiento entre sus caras, disminuyendo, por tanto, el trmino Vcu

correspondiente a la contribucin del hormign a la resistencia a cortante.