Universidad Catlica Andrs Bello. Unidad de Postgrado. Especialidad en Ingeniera Estructural. Concreto Reforzado. Ing. Miguel Sambrano.

CUESTIONARIO I

1. Qu es una articulacin plstica? Cmo se desarrolla? Cul es su importancia en las estructuras de Concreto Reforzado? Una articulacin plstica es una rtula perfecta, debida a la plastificacin localizada del material y donde la seccin gira libremente alrededor de su eje neutro, en el sentido aplicado. Es un proceso paulatino de plastificacin que sufren las secciones transversales, provocando la localizacin de una zona de fluencia en el elemento estructural flexado en el cual, sin aumento ulterior del momento plstico aplicado, las fibras longitudinales pueden alargarse o acortarse indefinidamente provocando la rotacin de una parte de la seccin con respecto a la otra alrededor del eje neutro. Las articulaciones plsticas disipan energa de la estructura, por lo tanto habr una redistribucin de esfuerzos en ella, limitando las fuerzas que actan en la estructura. 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 (o mejor podra decirse a los miembros de 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. Park y Paulay sealan que y corresponde al valor cuando se alcanza por primera vez la cedencia en la primera excursin de la carga al intervalo posterior al elstico (pg. 570).

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 reesfuerzo ceder (formando las articulaciones plsticas), 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. 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 se comporten o presenten caractersticas tales como:

- El acero se comportar de manera no lineal, ceder, comportndose de manera dctil (si y solo s, se han diseado de manera dctil los elementos).

- Ahora bien, 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 (como un acorden) de manera que ocasionar deterioro en la rigidez del elemento. Tambin puede producirse un deterioro en la resistencia a la compresin del concreto, debido principalmente a la posibilidad de que deje de existir un contacto pleno entre las caras de las grietas.

- 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.

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 reesfuerzo totalmente inadecuadas particularmente en el acero transversal (pues es este quien resiste al corte), 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 y confinar el ncleo de concreto en la columna (Rodrguez, Pg. 44)

6. Cmo se define el diseo por capacidad de estructuras resistentes 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 reesfuerzo 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 reesfuerzo, entre otras son aquellos tpicos a tener en cuenta para satisfacer los requerimientos deseados.