Fallas Por Corte Y Flexion

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL EN LOS MUROS

Básicamente los muros sujetos a carga sísmica en su plano muestran dos tipos principales de falla: flexión y corte.

Debe entenderse que la falla principal es aquella donde se acumulan las mayores grietas, originando una fuerte degradación tanto de la resistencia como de la rigidez.

En una falla por flexión es posible que previamente se hayan formado

pequeñas fisuras diagonales por corte (controladas por el refuerzo

horizontal), pero las grietas principales se encuentran localizadas en la

parte inferior del muro, y la degradación de la resistencia se produce

generalmente por los siguientes efectos:

1) La trituración de los talones flexo comprimidos.

2) El deslizamiento a través de la base del muro.

3) La rotura del refuerzo vertical por tracción, pandeo o cizalle. Ver las Figs. 3.13

En una falla por corte es posible que primero se originen fisuras por

flexión (incluso el refuerzo vertical puede entrar en fluencia) degradando

la rigidez, pero no la capacidad de carga. Luego se producen las grietas

diagonales y a partir de ese instante, el muro se desplaza manteniendo su capacidad de carga (la curva cortante-desplazamiento se vuelve plana);

posteriormente, se trituran la región central de la albañilería (Fig. 3.15) y

los extremos del muro, produciéndose finalmente una severa

degradación de resistencia.

La capacidad resistente a flexión está proporcionada por: el refuerzo

vertical existente en el muro (incluyendo parte del refuerzo del muro

ortogonal); el peralte y refuerzo de las vigas de borde (coplanares y

ortogonales al plano del muro en análisis); y, la magnitud de la carga

vertical actuante sobre el muro (incluyendo la carga tributaria del muro

transversal).

En tanto que la resistencia al corte (en el caso de los muros reforzados)

está proporcionada por la resistencia de la albañilería en sí, con una baja

influencia del refuerzo horizontal.

Respecto a la influencia del refuerzo horizontal sobre la

resistencia a fuerza cortante, los ensayos han demostrado que

mientras se emplee cuantías mínimas (usualmente acero liso

embutido en las juntas). Este refuerzo mejora la ductilidad del

muro más no su resistencia; a no ser que se utilice refuerzo

corrugado con cuantías muy elevadas (por encima de 0.0025),

como si fuese una placa de concreto armado.

Mientras que la resistencia al corte se predice usando fórmulas

experimentales,existen maneras teóricas de evaluar la capacidad de

flexión.

Las razones que podrían explicar el predominio de la falla por corte sobre la de flexión son:

1. La deformación por fuerza cortante predomina sobre la de flexión, ya

que los muros son de baja altura y el momento de inercia de su sección

transversal es elevado; más aún, cuando los muros son confinados, la

sección de concreto debe transformarse en área equivalente de

albañilería, incrementándose sustancialmente el momento de inercia.

En otras palabras, la deformación que prevalece en el primer entrepiso es

la de distorsión angular por fuerza cortante con baja curvatura por flexión,

con lo cual la deformación axial del refuerzo vertical es pequeña (como

una biela que rota en torno a su base sin alargarse).

La distorsión angular (δ = desplazamiento lateral relativo nivel a nivel

entre la altura del entrepiso) es la que origina esfuerzos principales de

tracción diagonal en la albañilería, dando origen a las grietas diagonales

(Fig. 3.19).

Al respecto, los experimentos muestran que el agrietamiento diagonal

ocurre al alcanzarse una pequeña distorsión, aproximadamente del orden

de 1/800 (incluyendo los desplazamientos por flexión y corte),

independientemente del tipo de albañilería empleada.

2. Si se agrega el efecto de los muros transversales (incluyendo su carga

tributaria Pt, Fig. 3.20), al flectarse el muro debería levantar al muro

perpendicular, lo que es muy difícil de lograr; esto disminuye aún más las

deformaciones por flexión.

3. El momento flector basal, asociado al análisis sísmico estático usual, se

ve reducido por efectos de: la rotación de la cimentación, los modos altos

de vibrar y por la interacción losa-muro. Por este motivo, los diseños

convencionales muestran una sobrecapacidad de flexión; más aún, si se

agrega el hecho de que el refuerzo producido en el Perú presenta un

escalón de fluencia reducido, incurriendo rápidamente en la zona de

endurecimiento (fs. máx. = 1.5 fy).

4. El edificio de albañilería es un conjunto mixto de masas repartidas

(muros) y concentradas (techos); a su vez, es un sistema muy rígido (tipo

cajón), por lo que las aceleraciones de los niveles son parecidas a las del

suelo.

Este hecho indicaría que para el caso de las edificaciones de albañilería,

debería más bien de adoptarse una distribución de fuerzas de inercia del

tipo uniforme y no la triangular dispuesta por la Norma (Fig. 3.21), con lo

que el momento basal disminuye más (aparte de los efectos indicados en

el párrafo anterior).

5. El caso de los edificios de albañilería compuestos por muchos muros es

distinto al de los edificios elevados de concreto armado con pocas placas,

donde los efectos de flexión son importantes, y en donde es posible

concentrar refuerzo horizontal corrugado que incremente la capacidad de

corte por encima de la de flexión.

En el caso de los edificios de albañilería armada, la concentración del

refuerzo horizontal podría lograrse colocándolo no sobre las juntas, sino

en las hendiduras (canales) de la unidad, cosa que no es posible realizar

con las unidades que actualmente se fabrican en nuestro medio.

6. En el caso de los muros confinados, el refuerzo vertical colocado en las

columnas crea una especie de tirante interno que en conjunto con la carga

lateral, hacen trabajar a la albañilería a compresión diagonal,

induciéndoles tracciones principales ortogonales a la diagonal

comprimida. Esta es una de las razones por la que se recomienda repartir

el refuerzo vertical en los muros armados. Ver la Fig. 3.22.

En los ejemplos que siguen, se expondrán, con fotos y gráficos ilustrativos, dichos casos y se proporcionaran las soluciones de reparación y reforzamiento. Se ha organizado esta presentación de modo de mostrar tanto los casos de danos más graves y amenazantes para la vida, la salud y el valor de las pérdidas materiales, como aquellos casos menos trascendentes.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL EN LAS VIGAS

La falla puede ocurrir en las vigas debido a una de varias causas, de las cuales se ofrece una lista a continuación. Aunque estos modos de falla se exponen primariamente con referencia a las vigas de material dúctil, en sus aspectos generales son aplicables a cualquier material.

1. La viga puede fallar por cedencia de las fibras extremas. Cuando el punto de cedencia es alcanzado en las fibras extremas, las deflexión de la viga aumenta más rápidamente con respecto a un incremento de carga; y si la viga tiene una sección gruesa y fuerte o está firmemente empotrada de tal modo que no pueda torcerse o flambearse, la falla se verifica con un pandeo gradual que finalmente se torna tan grande que la utilidad de la viga como miembro sustentante queda destruida,

2. En una viga de largo claro, las fibras en compresión actúan de

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