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Comportamiento sismico de conexiones vigacolumna en estructuras de hormigon

Gracias a Tomas Ariel Mejía por colaborarnos esta información…

Los edificios aporticados de hormigón armado que presentan un buen desempeño sísmico, se caracterizan por tener la capacidad de evitar el desarrollo inesperado de un mecanismo de colapso durante un movimiento sísmico severo y al mismo tiempo por absorber la energía sísmica a través de las deformaciones inelásticas.

El comportamiento de las conexiones viga-columna, tiene una incidencia directa sobre la respuesta total y la estabilidad de los edificios aporticados de hormigón armado. Así pues, una pérdida sustancial de rigidez y resistencia en esta conexión, puede generar un mecanismo de colapso local o incluso global. Por lo tanto, los principios básicos requeridos para el diseño deben ser los siguientes:
1) prevenir un fallo frágil en las conexiones,
2) mantener la integridad de las conexiones de tal forma, que las columnas y las vigas conectadas, puedan desarrollar su capacidad última y que al mismo tiempo, las columnas preserven su capacidad de transmitir cargas axiales, y 3)reducir la degradación de la rigidez de las conexiones minimizando el agrietamiento y previniendo la pérdida de adherencia entre el hormigón y el refuerzo longitudinal de las vigas y las columnas (Pantelides et al., 2002). Durante los últimos 20 años, se han realizado varios estudios sobre el comportamiento sísmico de las conexiones viga-columna, a partir de los cuales, éstas han sido reconocidas como zonas críticas en los pórticos de hormigón armado diseñados para resistir la acción de un sismo severo.

La mayoría de estos estudios, se han centrado en la mejora del desempeño de estas conexiones, a través de nuevos conceptos de diseño, y en el uso de acero de refuerzo transversal (estribos) en las conexiones. Como una consecuencia de los momentos cíclicos reversibles que actúan en las regiones de las vigas y las columnas cercanas al nudo , las conexiones experimentan 5 fuerzas cortantes horizontales y verticales, cuya magnitud, generalmente, es mucho mayor que las que se producen en las vigas o en las columnas. Por lo tanto, si la conexión no está diseñada para resistir estas fuerzas, se produce el fallo por cortante.

Por otra parte, los momentos reversibles que sufre el nudo, producen estados sucesivos de compresión y de tracción en el acero de refuerzo de las vigas, que inducen un gradiente de fuerzas, asociado a grandes esfuerzos de adherencia. El nudo debe estar diseñado de tal forma que el hormigón y el acero resistan estos esfuerzos, de lo contrario, se pueden producir deslizamientos del refuerzo, fallo por adherencia, que generan una disminución en la capacidad a conexión y un aumento de las distorsiones

Muchos de los daños severos y/o colapsos observados en edificios de hormigón armado durante sismos severos, tales como por ejemplo: Asnam (1980), México (1985), San Salvador (1986) y Loma Prieta (1989), entre otros, fueron producidos por el fallo de las conexiones viga-columna (Paulay y Priestley, 1992). Las primeras investigaciones sobre el comportamiento de las conexiones viga columna, se realizaron, con poca coordinación, entre los investigadores de diferentes países, y permitió el desarrollo de recomendaciones de diseño en algunos de ellos, pero con ciertos criterios conductivos y sin consenso mundial.

Sin embargo, el traba jo experimental coordinado por investigadores de los Estados Unidos, Nueva Zelanda, Japón y China (Adriono y Park, 1987; Kitayama et al., 1986; Kitayama et al., 1987; Kurose, 1987; Park y Hopkins, 1989; Suzuki et al., 1984), sirvió para identificar y resolver estos con ictos. A partir de estas investigaciones, surgieron las primeras recomendaciones del comité ACI-ASCE 352 (1976) en los Estados Unidos, el código neozelandés NZS 3101 (1982) y el código del Instituto de Arquitectura de Japón (1988).

Park y Paulay (1992) y Paulay et al. (1978), proponen los siguientes criterios para un desempeño adecuado de las conexiones en estructuras dúctiles diseñadas para resistir la acción sísmica, con especial énfasis en las acciones del refuerzo:
1. La resistencia del nudo debe ser mayor que la resistencia máxima de las columnas y que las vigas que llegan a él. La capacidad a cortante de la conexión debe asegurar la influencia en conexión de las vigas y columnas que llegan a ella, antes de alcanzar el fallo por cortante.
2. La capacidad de la columna no debe verse comprometida por la posible degra dación dentro del nudo.
3. Durante sismos moderados, la respuesta de los nudos debe estar preferible mente dentro del rango elástico.
4. Las deformaciones de los nudos, no deben contribuir al aumento excesivo de las derivas entrepiso.
5. Los traslapos del refuerzo deben detallarse lo más alejados posibles del nudo. El refuerzo longitudinal de las vigas no debe terminar dentro del nudo sin un ancla je adecuado. El detallamiento del refuerzo transversal debe realizarse de tal manera que evite el pandeo del refuerzo longitudinal de las vigas.
6. El detallamiento del nudo debe realizarse de tal manera que facilite el ensambla je del refuerzo y la colocación del hormigón. En estudios de vulnerabilidad sísmica, es común encontrar estructuras con muy ba ja ductilidad y, por lo tanto, con una capacidad de disipación de energía mínima.

Adicionalmente, un gran porcentaje de las estructuras existentes en centros urbanos, carecen de cualquier tipo de consideración de diseño sismorresistente, es decir, que sólo fueron diseñadas para resistir cargas gravitatorias y, por lo tanto, son muy vulnerables frente a la acción sísmica. A continuación, se describe el comportamiento de las conexiones viga-columna tanto interiores como exteriores de edificios de hormigón armado po co dúctiles. Se consideran dos casos:
1) conexiones con refuerzo continuo  y
2) conexiones con refuerzo discontinuo.

Bibliografía


Referencias, créditos & citaciones APA:
Portal de arquitectura Arqhys.com. Equipo de redacción profesional. (2012, 12). Comportamiento sismico de conexiones vigacolumna en estructuras de hormigon. Escrito por: Arqhys Arquitectura. Obtenido en fecha , desde el sitio web: https://www.arqhys.com/arquitectura/comportamiento-sismico-hormigon.html.

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