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• Jasmir Ponce

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ASIGNATURA: CONCRETO ARMADO I

TEMA: FALLAS EN COLUMNAS

THEME: FAULTS IN COLUMNS

AUTORES: DIONICIO PONCE JAZMIR

DIRECCIÓN ELECTRÓNICA: [email protected]

CHIMBOTE-2017

1. INDICE 2.

Introducción .................................................................................................................. 3

3.

Objetivos ........................................................................................................................ 3 3.1. Objetivo general .............................................................................................................. 3 3.2. Objetivos especificos ....................................................................................................... 3

4.

Bases teóricas ................................................................................................................ 4

Fallas en columnas...................................................................................................................... 4 Falla frágil de cortante y tensión diagonal .................................................................................. 4 Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a falla de cortante. ....................................................... 6 Falla en columnas de pisos superiores por la amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios. .............................................................................................................. 7 Falla frágil de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento acusado por elementos no estructurales ...................................................................................... 7 Fallas Por Torsión ....................................................................................................................... 9 Fallas Por Compresión................................................................................................................ 9 Fallas Por Rigidez Del Apoyo .................................................................................................. 10 Fallas Por Falta De Refuerzo En El Borde ............................................................................... 11 Fallas Por Aplastamiento Local ................................................................................................ 11 Falla por inestabilidad o pandeo ............................................................................................... 12 La falla flexo-compresión ......................................................................................................... 13 Falla por cortante en columnas de concreto.............................................................................. 13 Falla por Pérdida de recubrimiento en columnas...................................................................... 14 Falla por Columna corta ........................................................................................................... 15 5.

Conclusiones ................................................................................................................ 16

6.

Referencias bibliográficas ......................................................................................... 16

2. Introducción Esta investigación nos ayudara a saber que fallas puede producir las columnas dependiendo en como sea su diseño y cuál será su función ya que como ingenieros civiles tenes que saber que fallas producirá una edificación y cuanto dañara sus estructural durante un sismo. La columna es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación. Es utilizado ampliamente en arquitectura por la libertad que proporciona para distribuir espacios al tiempo que cumple con la función de soportar el peso de la construcción; es un elemento fundamental en el esquema de una estructura y la adecuada selección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en su capacidad de carga. Los edificios construidos con estructuras de hormigón armado, a diferencia de otros, metálicos o de madreas, tienen la particularidad que todos sus componentes deben ser moldeados en matrices y hormas que en el lenguaje de la construcción se llaman enconfrados.

Se presentan varios casos donde se ilustra este fenómeno y la repercusión que puede tener, no sólo en el miembro donde ocurre, sino en la globalidad de la estructura. Igualmente se presentan opciones de solución.

3. Objetivos 3.1. Objetivo general 

Conocer la fallas en columnas de concreto armado

3.2. Objetivos especificos 

Conocer las bases teóricas.



Conocer los tipos de fallas en columnas.



Identificar las causas de los tipos de fallas en columnas.

4. Bases teóricas 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.

Figura 1: Efecto combinado de carga axial y momento flexionante sobre columna sin y con esfuerzo transversal.

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.

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.

Figura 2: Falla por tensión diagonal en columnas con estribos

Figura 3: Falla por tensión diagonal en columna zunchada 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.

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.

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.

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:



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.

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.

Falla por inestabilidad o pandeo Falla por inestabilidad o pandeo que puede tener lugar en el caso de elementos estructurales esbeltos sometidos a compresión. En estos casos, en el elemento puede aparecer una flexion lateral que puede llegar a ser grande y hacer fallar al elemento

La aparición de dicha flexión lateral, su rápido crecimiento y la pérdida total de la estabilidad del elemento y el consiguiente colapso de la estructura, constituyen el estudio de pandeo. Ejemplos de elementos estructurales donde puede aparecer el pandeo:

La falla flexo-compresión El flexo-compresión en columnas se presenta como producto de la combinación de momentos flexionantes y carga axial de compresión a lo largo de su vida útil, que se incrementan cuando sucede un sismo

La falla se presenta por el aplastamiento del concreto; a veces también se manifiesta con la fluencia a compresión y eventualmente el pandeo de las barras longitudinales, lo cual constituye una falla relativamente frágil y súbita, similar a la falla por compresión pura. Aunque la falla de la columna se presente por el aplastamiento del concreto y con fluencia del acero de refuerzo en tensión, se manifestará también deformación axial de la columna, lo que repercute en incremento de esfuerzos en todos los demás elementos de la estructura. Falla por cortante en columnas de concreto El daño por cortante es considerado más peligroso ya que es denominado como “tipo frágil” y sus consecuencias tienden a resultar aún más destructivas y catastróficas

La falla por cortante se presenta cuando las fuerzas cortantes son mayores que la resistencia proporcionada, conjuntamente, por el concreto y por el acero de refuerzo lateral (transversal, generalmente denominado como estribos o anillos). Los procedimientos de diseño promueven un mecanismo de falla del sistema en donde se forme el mecanismo resistente por flexión. Falla por Pérdida de recubrimiento en columnas Ya sea por compresión pura o por compresión y flexión, cuando el elemento llega a su capacidad de compresión lo primero que ocurre es el desconchamiento del recubrimiento que se desprende y deja expuesto el acero y el núcleo de concreto de la columna; así se reduce el área de concreto de esta y, por lo mismo, también se ve reducida su capacidad de resistencia.

Este es un aviso del daño severo de la columna, tras el cual puede suceder el colapso incluso con una réplica menor de un sismo. Sin embargo, si las columnas están bien diseñadas y reforzadas, con poca separación de estribos y acero distribuido uniformemente, pueden tener todavía capacidad de carga a pesar del daño.

Falla por Columna corta Podemos llamar Columna Corta a aquella que por su tamaño relativo a las demás del sistema al que pertenece o relativo a su diseño, Una de las causas más comunes de daños catastróficos en edificaciones ante acciones sísmicas es el “Efecto de Columna Corta”. Se presenta cuando se restringe parcialmente el desplazamiento lateral de la columna, generalmente mediante paredes de mampostería con ventanas, lo cual concentra en la porción libre tensiones cortantes sustancialmente más altas que las correspondientes la misma columna si estuviese libre en toda su altura. El efecto de columna corta es nocivo, no sólo ante solicitaciones de origen sísmico, sino ante cualquier acción que implique desplazamiento horizontal relativo entre la base y el tope de la columna, tal como en el caso de dilataciones térmicas o movimiento de fundaciones. Para algunas configuraciones estructurales, se puede presentar inclusive ante dilataciones muy pequeñas relacionadas a variaciones en la temperatura ambiente.

5. Conclusiones De acuerdo a lo investigado llegamos a la conclusión que existen diferentes tipos de fallas en las columnas ya que se diseñó de diferentes tipos de métodos se está trabajando en su diseño estructural y cual sea la finalidad. De acuerdo con lo ya mencionado sabemos que una columna está sometida a compresión y que es lo suficientemente fuerte y a la vez flexible para soportar las cargas, también que existen diferentes tipos de columnas que se adaptan a las necesidades que se requieran y que se clasifican de acuerdo a sus cualidades. Consiste en la restricción parcial del desplazamiento lateral del fuste de una columna, que obliga a concentrar toda la demanda de deformaciones y tensiones en su porción libre. Modifica localmente las propiedades mecánico-resistentes y las tensiones en la columna afectada: aumenta el cortante; traslada la máxima flexión hacia la zona central de la columna, generalmente menos confinada; disminuye su ductilidad y lo más crítico, incrementa sustancialmente su rigidez, por lo que alcanza su máxima capacidad a derivas mucho más bajas que si estuviese libre en toda su altura. 6. Referencias bibliográficas

(1) Quinteros Ale. Fallas en columnas. Slideshare [seriada en línea] 2010 Diciembre 06 [citado

2017

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06].

Disponible

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file:///C:/Users/ADMIN/Downloads/columnastiposyclasificacin2170520000544.pdf

(2). Gonzales Flor. Diseño a Cortante en Vigas de Concreto Armado. Slideshare [seriada en línea] 2014 Marzo 05 [citado 2017 Diciembre 06]. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/210800301/DISENO-A-CORTANTE-DE-VIGASDE-CONCRETO-ARMADO (3). Baca W. Diseño de cortantes en Vigas. Academia.edu [seriada en línea] 2008 Octubre

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