Universidad Catlica Andrs Bello

Universidad Catlica Andrs Bello. Unidad de Postgrado.Especialidad en Ingeniera Estructural. Concreto Reforzado.Ing. Miguelangel Meza

CUESTIONARIO I

1. Qu efecto producen las cargas alternantes en las estructuras de Concreto Reforzado? Explique.

Las estructuras sometidas a cargas alternantes presentan varias caractersticas importantes de mencionar. Las cargas alternantes producen inversiones de esfuerzos, aumentos de momentos y fuerzas cortantes. Tambin, ocurre una reduccin apreciable de la rigidez, presentndose una mayor deformacin a flexin, adems de producir un aumento en el perodo de vibracin de la estructura. Todo esto ocasiona que los elementos de concreto armado o presenten caractersticas tales como:

- El acero se comportar de manera no lineal, ceder, comportndose de manera dctil

- En el concreto se producirn grietas debido a la alternancia del movimiento de la estructura sujeta a carga ssmica. Ests grietas se abrirn y cerrarn de manera que ocasionar deterioro en la rigidez del elemento.

- El movimiento cclico deteriora tambin una propiedad importantsima en el concreto armado, como lo es la adherencia entre sus componentes principales, el acero y el concreto.

- Se presentan incrementos de las fuerzas cortantes en las zonas de fluencia.

2. Cmo se define la ductilidad de una estructura? Cul es su relacin con el factor de reduccin de respuesta R?

La ductilidad es una propiedad que se le da a la estructura por medio del Diseo de la misma. Se requiere que la estructura al ser sometida a fuerzas ssmicas, por ejemplo, se comporte de manera segura, no falle de una manera sbita (falla frgil) sino ms bien que sea capaz de sufrir deformaciones considerables pero sin prdida de su capacidad portante, as se podrn tomar medidas, salvando vidas y asegurando estructuras que estn circundantes. Se espera que un elemento diseado de manera dctil pueda disipar la energa absorbida cuando es sometida a un sismo, pueda redistribuir momentos y as evitar el desplome de la estructura.

Una forma de medir la ductilidad de una estructura es con el factor de ductilidad que viene dado por la expresin: (=/y) este factor resulta de dividir las ordenadas de la respuesta elstica entre la respuesta inelstica para un mismo perodo estructural

Se requiere aplicar un mtodo basado en espectros de diseo en el proceso de anlisis ssmico de estructuras. Por tal motivo las fuerzas aplicadas en el anlisis se calculan mediante espectros elsticos de diseo con ordenadas reducidas mediante factores dependientes del perodo estructural y de su capacidad de disipar energa, traducida en el factor de ductilidad , asociado a tipologas estructurales y a niveles de diseo capaces de garantizar disipacin. La relacin que existe para reducir esa respuesta es mediante el factor de Reduccin de respuesta y viene dado por R=1/.

3. Cmo se define la ductilidad en las secciones de Concreto Armado?

Por lo expuesto en la respuesta anterior, se sabe que por medio del diseo, se hace a un elemento dctil. Se espera que una estructura de concreto armado tenga un comportamiento no lineal pero que no pierda sbitamente su resistencia. Por tal motivo un elemento de concreto armado se disea de manera dctil, o sea, el acero de refuerzo ceder, que a su vez es un mecanismo de disipacin de energa, y se espera adems que el concreto pueda conservar su capacidad portante en dichas zonas.

4.- Haga la siguiente comparacin razonada: Falla frgil vs falla dctil. Explique e ilustre con ejemplos.

Materiales Dctiles: materiales dctiles son aquellos que pueden deformarse considerablemente antes de llegar a rotura. Para este tipo de materiales existen dos teoras, la teora de la mximatensin cortantey la teora de la mxima energa de distorsin.

Materiales Frgiles: Se dice que un material es frgil cuando es muy poca la deformacin que presentan antes de romperse. Para este tipo de materiales existen dos teoras, la teora del mximo esfuerzo normal y el criterio de falla de Mohr.

Durante el terremoto de Cariaco, 1997, se observaron vigas desprendidas de las columnas.

Falla tpica de columna corta.

La superficie de fractura... En una fractura dctil la superficie fracturada se ver adelgazada, deformada y bajo el microscopio se observarn caractersticas alteradas del material en incluso algunos picos.

La fractura frgil lucir sin deformacin alguna y las propiedades del material lucirn idnticas, solamente se observar una superficie plana

Dctil es cuando tu material fluye o se "estira" antes de romperse, de manera paulatina, falla frgil es cuando el material sufre fractura debido a su poco lmite de fluencia, es decir la falla ocurre de manera sbita.

Esta fractura ocurre bajo una intensa deformacin plstica.

Fractura dctil

La fractura dctil comienza con la formacin de un cuello y la formacin de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de lamuestray se propaga hacia la superficie endireccinperpendicular a la tensin aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su direccin a 45 con respecto al eje de tensin y resulta una fractura de cono y embudo.

La fractura frgil tiene lugar sin una apreciable deformacin y debido a una rpida propagacin de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalogrficos especficos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensin aplicada.

Fractura dctil, Fractura moderadamente dctil, Fractura frgil sin deformacin plstica

5. Cul es la importancia del acero transversal en las columnas, cuando estn sometidas a cargas alternantes o cclicas?

Una de las causas ms frecuentes de colapso de los edificios es la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales que soportan la estructura cuando es sujeta a la accin de un sismo. Existe un flujo de fuerzas de inercia desde las partes superiores de la estructura hacia la cimentacin, generando fuerzas cortantes crecientes hacia los pisos inferiores de la estructura las cuales deben ser resistidas principalmente por las columnas. Un requisito bsico para una adecuada resistencia a sismo es la existencia de un rea transversal de columnas suficiente para resistir dichas cortantes. En las respuestas anteriores he planteado la importancia de la capacidad de deformacin o ductilidad de los elementos. El detallado del acero y su cuanta para evitar una falla frgil y proporcionar capacidad de deformacin es un aspecto bsico en el diseo. Columnas con una cuanta y distribucin de refuerzo totalmente inadecuadas particularmente en el acero transversal, sumadas a cargas axiales altas, ocasionar la falla del elementos, haciendo que el acero longitudinal se pandee. En contraposicin, cuantas grandes de acero transversal harn que el elemento se comporte de manera dctil bajo la accin de cargas ssmicas, soportando la alternancia de las fuerzas.

6.- Qu caractersticas se han observado en los edificios de concreto reforzado daados por terremotos que puedan estar vinculadas con un comportamiento no dctil de los mismos? Explique cada una.

Dentro de ciertos lmites de flexibilidad y en funcin de la accin ssmica, cuanto ms dctil sea el sistema estructural ms se podrn reducir las cargas ssmicas y, por ello, su costo ser menor, a pesar de que los detalles para lograr una estructura de hormign armado dctil tambin incrementan el costo. Un fallo frgil sumamente comn en estructuras de hormign armado es el fallo por cortante. Un ejemplo claro del mismo es el ocasionado en columnas y vigas de poca longitud debido al incremento del cortante producto de la mayor rigidez del elemento en comparacin a otros similares de mayor longitud. En consecuencia, el empleo de vigas y columnas cortas debe evitarse en lo posible y, en todo caso, proporcionar un anlisis y posterior diseo especiales que aseguren que, en caso de fallar, el modo de fallo sea dctil. Por ejemplo, una alternativa para asegurar el fallo dctil de una viga es reducir su refuerzo longitudinal de manera que falle por flexin y no por cortante.Estos fallos son de un tipo muy comn, ya que se pueden originar incluso involuntariamente debido a los elementos estructurales mejor dicho, a los "elementos no intencionalmente estructurales". Por ejemplo, una solucin tpica en locales de aulas es rellenar parte del prtico con mampostera y dejar la parte superior de las columnas libre para iluminacin y ventilacin, originndose de esta manera columnas no intencionalmente cortas. Otro fallo frgil muy comn se debe a una falta de detalles adecuados en las conexiones entre elementos. 7.- Cmo se puede garantizar un comportamiento adecuado del sistema resistente a sismos?

Se espera que una estructura pueda resistir la accin ssmica de manera tal que, en lo posible, la misma estructura pueda ser til luego del sismo, sino por lo menos que pueda soportar la accin ssmica sin desplomarse y as poder salvar las vidas de las personas que estn dentro. Obviamente que es imposible predecir con exactitud los efectos que puede ocasionar un sismo sobre una estructura, pero si es posible disear la estructura asignando propiedades de resistencia y ductilidad de manera tal de esperar de ella una respuesta favorable.

En el diseo por capacidad de estructuras resistentes a sismo, lo ms importante es darle a la estructura mecanismos de falla que disipen energa. Un detallado adecuado del acero de refuerzo es importante para asegurar un comportamiento dctil de la estructura. El ingeniero debe tambin adicionar resistencia a otros elementos del mecanismo resistente a sismo para asegurar la disipacin de energa segn el diseo. En las vigas, por ejemplo, debe protegerse al elemento contra posibles fallas a cortante bajo las acciones ssmicas. Las columnas tienen su caso especial en consideracin, principalmente porque se deben evitar las articulaciones plsticas en stas, pues los mecanismos de falla en columnas cuando se presentan las rtulas plsticas generan problemas de desalineamiento permanente de la construccin, problemas de inestabilidad en planta y que ponen en peligro la capacidad de transmisin de cargas.

En general, cuando se disea por capacidad, se asegura un buen comportamiento de la estructura bajo la accin de las cargas ssmicas. Para ello, se dan a la estructura caractersticas especiales de manera de satisfacer las demandas impuestas por las acciones ssmicas, las inversiones de esfuerzo, los mecanismos de disipacin de energa, el detallado de refuerzo, entre otras son aquellos tpicos a tener en cuenta para satisfacer los requerimientos deseados.