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estructuracion y cargas
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FALLA DE EDIFICIOS A BASE DE LAS LOSAS PLANAS POR PUNZONAMIENTO DE LA LOSA
¿Qué es el punzonamiento de losas?
Se dice que una placa punzona cuando se produce una rotura de la misma alrededor
del soporte en el que se apoya de forma tronco-piramidal o tronco-cónica, según el
soporte sea rectangular o circular.
Este fenómeno (Fig. 1) se produce por agotamiento a tracción del concreto, debido a
las tensiones tangenciales generadas a lo largo de la 'superficie crítica', por las cargas
transmitidas por la placa al soporte.
También se puede producir por la actuación localizada de una carga concentrada
sobre una superficie reducida o por un pilar o columna apeado que arranque de la
propia losa, aunque en estos casos la rotura o el ángulo de inclinación de los planos
de rotura serían inversos (Fig. 2).
En las fallas por punzonamiento, la losa falla en torno a la carga o reacción
concentrada. La sección crítica se extiende alrededor de la carga concentrada o de
la columna (o capitel). La falla ocurre describiendo un cono truncado o pirámide
(formados por la grieta crítica a tensión diagonal alrededor de la carga concentrada o
del apoyo.
Una falla por punzonamíento puede traer consecuencias desastrosas, como el
derrumbe total de una constuccion. La falla por cortante de una conexión losa-columna
puede causar el colapso progresivo de una parte o del total de la estructura Es clara,
entonces, la necesidad de tomar precauciones para evitar una falla frágil de este tipo.
Fig. 1 Fig. 2
Losas Planas.
Una losa plana, es una losa de concreto reforzada en dos direcciones de manera que
trasmita su carga directamente sobre las columnas en que se apoya, generalmente sin
la ayuda de vigas y trabes. Este tipo de losa se refuerza con varillas en dos
direcciones y puede tener un peralte uniforme o se puede engrosar en un área
simétrica más o menos cuadrada llamada ábaco, alrededor de la columna. En pisos de
este tipo se puede aumentar el tamaño de las columnas cerca de su extremo superior
formándoles una cabeza acampanada llamada capitel.
Los pisos de la losa plana c/ capiteles son económicos en cuanto al uso de materiales
y proporciona una construcción rígida; generalmente estas losas se utilizan en la
construcción de edificios industriales con cargas vivas muy grandes. Pueden ser
macizas, o aligeradas por algún medio (bloques de material ligero, alvéolos formados
por moldes removibles, etc.), Según la magnitud de la carga por transmitir, la losa
puede apoyarse directamente sobre las columnas o a través de ábacos, capiteles o
una combinación de ambos.
Falla de un edificio a base de losas planas por punzonamiento de losa
Características:
Estas losas pueden mantenerse directamente sobre las columnas.
Estas losas en su forma tradicional no poseen resistencia suficiente para
irrumpir dentro del rango inelástico de comportamiento de los materiales.
Estas no son ajustadas para zonas de alto riesgo sísmico. Ahora bien, si se
desea mejorar la resistencia de las losas al punzonamiento y la integración de
estas losas planas con las columnas se recomienda la utilización de los
capiteles y ábacos.
Esquema de una losa plana con ábaco, capitel y soporte o columna
Construcción de una losa plana en dos direcciones sin vigas
Resistencia al cortante en losas planas
El cortante puede ser crítico en losas sobre las que se aplican cargas concentradas.
Este es el caso de la transferencia de fuerzas de la losa a columnas en losas planas
(con o sin capiteles o ábacos), de columnas a zapatas, o cuando las cargas son
rodantes. En muchos casos los esfuerzos por corte controlan el diseño. Este es el
caso particular en losas planas para las que la dimensión de la columna (o capitel) y el
espesor de la losa dependen de la magnitud de la fuerza cortante por ser transmitida.
El peso de una losa de concreto soportado por una columna genera una tensión de
punzonamiento en la propia losa. Si este esfuerzo es suficiente y no se ha previsto una
protección adicional, puede hacer que el pilar vaya “penetrando” en la losa. Este
mismo esfuerzo de punzonamiento se produce en la base sobre la que descansa la
columna.
Mecanismo de Falla y Modelo
Al aplicarse una carga, las primeras fisuras en formarse son leves fisuras
circunferenciales alrededor de la columna debido a momentos negativos en dirección
radial. Luego desde la columna se extienden las fisuras radiales, debidas a los
momentos negativos en la dirección circunferencial. El momento en la dirección radial
decrece
rápidamente al alejarse de la columna por lo
cual sería necesario un incremento significativo de la carga para que se formen fisuras
circunferenciales a una cierta distancia alejada de la columna.
Rotura por punzonamiento Cono de Punzonamiento
Las fisuras diagonales de tracción se desarrollan cerca de la altura media y son por
consiguientes más similares a un entramado de fisuras por corte que a fisuras por
flexión-corte.
La rigidez de la losa alrededor de la región fisurada tiende a controlar la abertura de
las fisuras diagonales preservando así la transferencia del esfuerzo de corte
correspondiente a la trabazón del agregado para grandes cargas.
La falla por punzonado puede ocurrir eventualmente, acompañada de la falla por
fluencia de la armadura de flexión.
La rigidez de la losa que rodea la región de falla restringe la deformación de la unión
losa-columna en el plano paralelo a la losa. Esta restricción a la deformación genera
esfuerzos de compresión que incrementan la capacidad al corte y flexional en la zona
crítica, pero esto también reduce la ductilidad del modo de falla.
En este caso ocurre una falla dúctil, es decir con grandes deformaciones plásticas.
Cuando la cuantía es grande, se puede producir una falla frágil o quebradiza (falla por
punzonado). Podría presentarse conjuntamente a una falla por fluencia de la
armadura. En este caso las deformaciones son pequeñas y mayormente elásticas.
Mapa de Fisuracion
Agrietamiento debido a la carga axial
Bibliografía:
Menétrey Ph. Synthesis of punching failure in reinforced concrete. Cement &
Concrete Composites 24 (2002): 497-507.
Manuel Muñoz Hidalgo (1994). “Diagnosis y causas en patología de la
edificación” Edit. Autor-Editor. Sevilla, España. 520pp
J. Calavera (2005) “Patología de estructuras de hormigón armado y
pretensado.
Segunda Edición.
Edit. Itemac
Agrietamiento de la capa de compresión y perímetro de falla por punzonamiento
Grietas por cortante