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UNIVERSIDAD PERUANA UNION FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA E.P. DE INGENIERIA CIVIL
RESISTENCIA DE MATERIALES I
Monografía Torsión
PRESENTADO POR: Yurema Lizbeth Geraldine Hancco Chambi Ivon Sanca Graviel
DOCENTE: Ing. Chahuares Paucar Leonel
CICLO: V
GRUPO: A
JULIACA – 17 de mayo de 2016
1. INTRODUCCION Muchas veces se ha tenido tenido problemas ocasionados ocasionados por altas concentraciones concentraciones de la masa en algún nivel determinado del edificio que se puede deber a la disposición en él de elementos pesados, tales como equipos, tanques, bodegas, archivos, etc. El problema es mayor en la medida en que dicho nivel pesado se ubica a mayor altura, debido a que las aceleraciones sísmicas de respuesta aumentan también hacia arriba, con lo cual se tiene una mayor fuerza sísmica de respuesta allí y por ende una mayor posibilidad del derrumbamiento de la estructura. El efecto de torsión se presenta en una sección transversal de un elemento estructural cuando la recta de acción de la carga contenida en el plano de dicha sección no pasa por el centro de gravedad . La torsión como esfuerzo, en el caso más general, se presenta en las estructuras combinado con alguno, e inclusive en determinadas circunstancias, con todos los restantes esfuerzos característicos caract erísticos (momento flector (Mf), corte (Q), y axil (N); y por otra parte, no se presenta con tanta t anta frecuencia como co mo estos últimos, pero cuando existe debe ser tenido en cuenta en el diseño. Los efectos de torcion en una estructura se dan por sobre carga que se ejerce y por los movimientos sísmicos que se dan , estos pueden ser en forma paralela o perpendicular a la estructura es por eso que se dan normas para que se pueda regir en ellas y asi evitar perdidas Por ese motivo motivo se hace los análisis estructurales en edificio para que asi debieran cumplir los tres principios fundamentales de la mecánica de materiales, que son: resistencia, rigidez y estabilidad, Por tal motivo motivo invito invito a anlizar anlizar este trabajo trabajo par asi obtener mas conocimiento
INDICE
I.
II.
OBJETIVOS ....................................................................................................................4 1.1
Objetivo general ......................................................................................................4
1.2
Objetivos específicos ..............................................................................................4
MARCO TEORICO ......................................................................................................... 4 2.1
HIPOTESIS FUNDAMENTALES ...........................................................................4
2.2
TORSION ................................................................................................................5
2.3
DEDUCCION DE FORMULAS ..............................................................................6
2.4
Torsión en tubos ...................................................................................................10
III. CONCLUSIONES ..............................................................¡Error! Marcador no definido. IV. BIBLIOGRAFIA ..................................................................¡Error! Marcador no definido.
I. OBJETIVOS
1.1
Objetivo general
-
Conocer el efecto de la torsión dentro de los elementos estructurales, y
su aplicación mediante un ejemplo básico. 1.2
II.
Objetivos específicos
-
Conocer los elementos de la torsión, sea el ángulo de torsión.
-
Conocer de que trata el momento polar de inercia.
-
Las hipótesis fundamentales que se plantean mediante la torsión.
MARCO TEORICO 2.1 HIPOTESIS FUNDAMENTALES
En el desarrollo de la teoría de Torsión, se aplica una serie de suposiciones que permite simplificar el problema en gran medida, logrando obtener soluciones analíticas simples, las hipótesis utilizadas se mencionan a continuación:
Las secciones circulares permanecen circulares después de la torsión.
Las secciones planas permanecen planas y no se alabean.
El eje macizo se encuentra sometido a pares de torsión perpendiculares al eje.
Los esfuerzos no sobrepasan el límite de proporcionalidad.
En árboles circulares, el esfuerzo no se distribuye de forma uniforme en una sección.
Cuando existe torsión sobre un elemento, provoca un cambio de forma, pero no de longitud. Este cambio de forma se cuantifica mediante el ángulo gama, o ángulo de distorsión.
El ángulo de distorsión, depende del momento torsor aplicado, la geometría del eje circular (la longitud de la barra y el momento polar de inercia de la sección transversal de la misma) y del material del cual sea elaborado (módulo de rigidez cortante)
2.2 TORSION La torsión, es un tipo de esfuerzo que no se distribuye uniformemente dentro de la sección y que hace que el objeto tienda a retorcerse o a producir un gir o en su eje longitudinal (Pytel- Singer, Resistencia de materiales, p. 60).
Fig. 1: Torsión de un objeto. El procedimiento general que siguen todos los casos en los que el esfuerzo no de distribuye uniformemente se resumen en los siguientes pasos: 1.
Del examen de las deformaciones elásticas que se producen en un
determinado tipo de carga y las aplicaciones de la ley Hooke, se determinan unas relaciones entre los esfuerzos en distintos puntos de la sección de manera que sean compatibles con la deformación y que se denominan ecuaciones de compatibilidad. 2.
Aplicando las ecuaciones de equilibrio en el diagrama de sólido aislado se
determinan otras relaciones que se deducen de la consideración del equilibrio entre fuerzas exteriores aplicada y las fuerzas interiores resistentes en la sección de exploración. Estas ecuaciones de denominan ecuaciones de equilibrio. 3.
Se debe verificar que la solución de las ecuaciones es satisfactoria a las
condiciones de carga en la superficie del cuerpo. Para la deducción de fórmulas en el estudio de la torsión, nos basamos en las siguientes hipótesis:
Las secciones circulares permanecen circulares después de la torsión.
Las secciones planas permanecen planas y no se alabean.
El
eje
macizo
se
perpendiculares al eje.
encuentra
sometido
a
pares
de
torsión
Los esfuerzos no sobrepasan el límite de proporcionalidad.
2.3 DEDUCCION DE FORMULAS El momento polar de inercia, es una cantidad utilizada para predecir en el objeto habilidad para resistir la torsión, en los objetos (o segmentos de los objetos) con un invariante circular de sección transversal y sin deformaciones importantes o
fuera del plano de deformaciones su simbología es .
Fig. 2: Momentos polares de inercia Eje macizo: Eje hueco:
= = 3 = 4 4 = 3 4 4
Cuando existe torsión sobre un elemento, provoca un cambio de forma, pero no de longitud. Este cambio de forma se cuantifica mediante el ángulo teta, o ángulo de distorsión (Apuntes de resistencia de materiales aplicada, p. 1).
Fig. 3: Cambio de forma en un objeto. El ángulo de distorsión, depende del momento torsor aplicado, la geometría del eje circular (la longitud de la barra y el momento polar de inercia de la sección trasversal de la misma) y del material del cual sea elaborado (módul o de rigidez cortante).
Fig. 5: Deformación de un elemento circular Consideremos una barra recta, de sección circular, empotrada en un extremo, y que en el otro se le aplique un par de fuerzas que tienda a hacerla girar alrededor de su eje longitudinal. Como consecuencia de este giro la barra experimenta una deformación, llamada torsión, que se evidencia en el hecho de que una línea cualquiera que siga la dirección de una generatriz de la barra gira un pequeño ángulo con respecto al extremo empotrado. El momento del par de fuerzas aplicado se conoce como momento torsor. Tan pronto se aplica el momento torsionante, y el ángulo total de torsión
de
uno a otro extremo aumenta si el momento de torsión aumenta. Si se considera una fibra a una distancia ρ del eje del árbol, la fibra girará un ángulo
θ,
considerando
las
suposiciones
fundamentales
anteriormente, se produce una deformación tangencial DE.
= = Haciendo las mismas consideraciones se obtiene la distorsión:
expuestas
= = A continuación se aplica la ley de Hooke, para esfuerzos cortantes:
==( ) A esta ecuación se la denomina ecuación de compatibilidad, ya que los esfuerzos expresados por ella son compatibles con las deformaciones elásticas. La expresión anterior se suele conocer como la ecuación de compatibilidad, ya que los esfuerzos expresados son compatibles con las deformaciones elásticas. Un elemento diferencial de área de la sección MN, presenta una fuerza resistente dada por:
=
Para que se cumplan las condiciones de equilibrio estático, se llega a l a siguiente relación:
== = Sustituyendo por su valor en la ecuación de compatibilidad:
= ∫ = J, tenemos que: =
Como el momento de inercia polar es
También se puede escribir esto de forma:
=
=
radianes T= N.m L= m J= m4 G= N/m2
El esfuerzo cortante se logra obtener remplazando G/ L por su equivalente T/J.
=
Al sustituir por el radio del árbol tenemos:
á= Estas ecuaciones son válidas para secciones macizas y huecas en las que tenemos: Eje macizo:
á= = 16
Eje hueco:
á= − = 16 −
Como la aplicación de los arboles es transmitir potencia está dada por la ecuación:
℘= Donde
=2 es una constante angular. ℘=2
El momento torsionante transmitido está dado por:
℘ = 2
℘
= Watts (1W= 1N. m/s) f= rev / s T= N. m
2.4
Torsión en tubos
Además de los árboles de transmisión que están sujetos a torsión al transmitir potencia, existen elementos estructurales frecuentemente sometidos a torsión. La pared puede ser de espesor uniforme o variable. La distribución de las tensiones de cortadura por torsión sobre una extensión de pared relativamente reducida, está mucho más próxima a la uniformidad que lo está en el caso del árbol macizo. Si el espesor de la pared es pequeño en comparación con las demás dimensiones del cilindro y no hay esquinas pronunciadas u otros cambios bruscos en su contorno, que puedan dar lugar a concentración de tensiones, la teoría da unos resultados que pueden considerarse coincidentes con los obtenidos experimentalmente. La sección de un cilindro de pared delgada está sometida a un momento de torsión Mt.
Las resultantes de estos esfuerzos cortantes longitudinales son:
1 = 1 ∗ ∆
Y
= ∗ ∆
En donde q se suele llamar flujo de cortante.
1 ∗∆= ∗ ∆ 1 = La igualdad de los valores del flujo cortante en dos lugares arbitrariamente escogidos prueba que debe ser constate en todo el perímetro del tubo.
que actúa en una longitud , contribuye al par resistente con un momento diferencial con respecto a un determinado La fuerza tangencial
centro. El momento torsionante es independiente del centro de momentos que se considere, igualando T a la suma de los momentos diferenciales.
= Donde
es el doble del área del triángulo rayado cuya base es y cuya altura
es el radio r. Puesto que q es constante, el valor de la integral es q veces el área encerrada por la línea media de la pared del tubo:
=2 Es esfuerzo cortante medio, en cualquier punto de espesor t, viene dado por:
= = 2 III.
NORMAS SISMORRESISTENTES NORMA NSR-10 las normas sismo resistentes presentan requisitos mínimos que, en alguna medida, garantizan que se cumpla el fin primordial de salvaguardar las vidas humanas ante la ocurrencia de un sismo fuerte. no obstante, la defensa de la propiedad es un resultado indirecto de la aplicación de los normas, pues al defender las vidas humanas, se obtiene una protección de la propiedad, como un subproducto de la defensa de la vida.
Norma peruana de diseño sismorresistente NTE E.030 se hace esta nueva norma por el sismo en nazca, manteniendo el nivel de fuerzas, pero obteniéndose desplazamientos 2.5 veces mayores que los obtenidos con la antigua norma.
Norma NTE.060 :
es por un tanto menos el 80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos que cumplan los requisitos para el concreto armado. en caso se tengan muros estructurales, estos deberán diseñarse para resistir una fracción de la acción sísmica total de acuerdo con su rigidez.
Principios del diseño sismorresistente (2003) (ISO 3010)
la estructura no debería colapsar, ni causar graves daños a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. (estado último).
la estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables (estado de servicio).
norma e.070 albañilería: sismo moderado es aquel con fuerzas iguales a la mitad del sismo severo
NCSE- 02( NORMA ESAPÑOLA) Esta norma nos dice .Esta norma nos dice si la aceleración sísmica es igual o mayor que 0.04g deberán tenerse en cuenta los posibles efectos del sismo en terrenos potencialmente inestables . En caso de sea de aplicación esta norma no se utilizara estructuras de manoposterias en seco, de adobe o de tapial. Si la aceleración sísmica es igual o mayor a 0.08g e inferior a0.12g, las edificaciones de la fábrica de ladrillos de bloques de mortero. 3.6. Generalidades
Estas Especificaciones corresponden a la vivienda supuestamente ubica en nueva
calle Mz D Lte 6 que con los planos anexados, establecen las condiciones y forma en que se llevará a cabo Las presentes Especificaciones Técnicas tienen por finalidad complementar los lineamientos establecidos en los planos, detallando los parámetros generales a seguir durante el proceso constructivo del proyecto. Son de carácter general y donde sus términos no lo precisen, el Parte complementaria de estas Especificaciones son los Planos que son compatibilizados con las Normas y Reglamentos vigentes establecidas por:
- Normas españolas - Manual de Normas de ASTM. - Norma técnica Peruana - Plan de gestión de riesgo con el Ministerio de viviendas Todos los trabajos sin excepción se desenvolverán dentro de las mejores prácticas constructivas a fin de asegurar su correcta ejecución, estando sujetos a la aprobación y plena satisfacción del propietario. Los costos para el suministro e instalación de los servicios básicos de agua, desagüe, electricidad, serán asumidos por el Ejecutor. El consumo de los servicios básicos durante el desarrollo de la obra serán también asumidas por el Ejecutor, hasta la recepción de la obra. Estas tienen carácter general y donde sus términos no lo precisen ni los planos lo determinen, el Supervisor tiene autoridad en la obra respecto a los procedimientos, calidad de los materiales y método de trabajo.
Todos los trabajos sin excepción se desenvolverán dentro de las mejores prácticas constructivas a fin de asegurar su correcta ejecución y estarán sujetos a la aprobación y plena satisfacción del Supervisor. Este documento se hace según los siguientes criterios: El nivel estratigráfico y las distintas variaciones del mismo, de acuerdo a una
focalización geográfica determinada, sugiere técnicas variadas en cuanto al tratamiento. El clima y las variaciones atmosféricas que inciden notablemente en el
comportamiento de los materiales, encausados a un tratamiento especial en cuanto al proceso constructivo y dosificaciones. Asimismo, las observaciones y experiencias obtenidas “insitu”,
en el
transcurso de la obra debidamente implementada complementará el presente documento, previamente avalados por el Ministerio de Educación. Los materiales a usarse deben ser nuevos, de reconocida calidad, de primer
uso y de utilización actual en el mercado nacional o internacional. Los materiales deben ser guardados en la obra en forma adecuada, siguiendo
las indicaciones dadas por el fabricante o manuales de las instalaciones. -
En las zapatas se harán la excavación hasta 1.00 m según la norma e. 030 que se refiere a las excavaciones practicadas para alojar las cimentaciones, de acuerdo a lo indicado en los planos, con el fin de obtener un grado de empotramiento y fijación adecuados, para las construcciones que descansarán sobre ellas.
-
Para vaciado Se preparará una mezcla de concreto ciclópeo que constituirá la base de sustentación de los muros y que servirá para transmitir al terreno el peso propio del mismo. Su sección será la
indicada en los planos. De acuerdo a la proporción de los materiales indicada la mezcla equivale a un concreto de f’c = 175 Kg/cm2. Y utilizando el cemento Pórtland Tipo I(por ser de uso general y apto para cualquier construcción) según la norma ASTM C-150 y los agregados tamizados según Norma E-060 - Normas Peruanas E-060, las del Reglamento Nacional de Construcciones son las encargadas para el concreto de columnas vigas zapatas
IV.
RECOMENDACIONES Se recomienda seguir las normas para evitar perdida alguna Se recomienda no tener sobre cargas en las azoteas par así evitar los torsores Las zapatas deben de ser estables para así cuando venga un sismo esta no
pueda balancear en exceso. Se recomienda que las alturas de las estructuras dependen de a que serán
destinadas para así no poder tener un presupuesto. Obtener materiales de perfecta condición de buena fuente para evitar
perdida alguna No subestimar los climas y suelos en donde a de construirse
V.
CONCLUSIONES
Se concluye son una satisfacción porque se aprendió mas sobre al carrera en la que nos formamos y como estudiantes que somos hemos dado un paso más sobre nuestra carrera. Se mostró que muchas veces se ve construir caprichosamente estructuras sin medir las consecuencias o de percatarse de si podrá soportar las cargas, y a consecuencia de esto se sufre pérdidas de vidas humanas como pérdidas materiales. En el trabajo realizado y según la teoría y norma española la vivienda tiene una estructura simétrica no dificultosa pero si resistente y buenos distancias entre paredes para el buen desplazamiento y así no sea un obstáculo ante cualquier situación de desastre. Las zapatas según la Normas ASTM-A 615, A 616, A 617 de concreto 175kg7cm2 y de acero 4200kg/m2 concuerdan y a partir de esta zapata que será trenzada y profundidades de 0.90 casi igualando a las de un colegio que son normadas desde ministerio quienes ya nos dan estructuras según las normas ya mencionadas. Al estar las zapatas bien echas cuando ocurra un movimiento estas serán soportes ya que tienen una buena altura de soporte la cual sujetar de manera estática y los movimientos serán leves, lo que nos dará más seguridad, ya que se sabe que en caso de sismos los movimiento telúricos vienen paralelas o perpendiculares a las estructuras, al igual que los vientos chocan con la estructuran con gran fuerza. Según La comisión y gestión y riesgo formada ante la prevención del fenómeno del niño con junto al Ministerio de vivienda construcción y saneamiento, en la norma E-030 que los diseños de las estructuras deben de ser ante sismos y de simetría exacta para así evitar algunos percances como se muestra en nuestro plano y sin esquinas adentradas como lo explica la norma mencionada. Sin más que mencionar que todo lo que se hace en la construcción se base normas para así evitar pérdidas y lamentos como se ve en el CD anexado y tener obras de larga duración.
VI.
REFERENCIAS
metodología de proyectos sismoresistentes de edificios basada en el balance eneretico
https://books.google.com.pe/books?id=g0nUazZ4Y5IC&pg=PA5&lpg=PA5&dq=es tructuras+sismorresistentes+scielo&source=bl&ots=9OcpR6F5Ar&sig=8EGtlD68o mtkimBoiSeSD00Gyc&hl=es&sa=X&ved=0CEEQ6AEwBWoVChMImq33jN36yAI VRjomCh3urg2o#v=onepage&q=estructuras%20sismorresistentes%20scielo&f=fal se seminario de promoción de la normatividad para el diseño y construcción de edificaciones seguras comisión de gention de riesgo ante el fenómeno del niño Las normas aplicables en el desarrollo de vivienda de interés social file:///C:/Users/HOME/Downloads/GUIA_3_VIS.PDF Riesgo sismico de edificios file:///C:/Users/HOME/Downloads/2013-08-2-2001-3-Jornadas-Ibero-AM-MT-DQriesgo-sismico.pdf cambio de la norma E. 030 http://www.ciptrujillo.org/img_eventos/pdf/SEMANA%20CAPITULO%20CIVILE S/2014%20CIPTrujillo-NormaE030.pdf Antecedentes de las normas sismorresistentes en el Perú http://www.epivial.com/descargas/asocem/Normatividad%20Sismo%20resistente% 20en%20el%20Peru.pdf
VII.
ANEXOS
2. OBJETIVOS Objetivos generales Realizar un plano Conocer el tema de torsión, sobre sismoresistencia
Objetivos Específicos Conocer las normas sismoresistntes Realizar la maqueta con función a las normas
3. MARCO TEORICO: La Torsión se refiere a la deformación que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par a mas fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario). La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven. 3.1. Esfuerzo en estructuras Los elementos de una estructura deben de aguantar, además de su propio peso, otras fuerzas y cargas exteriores que actúan sobre ellos. Esto ocasiona la aparición de diferentes tipos de esfuerzos en los elementos estructurales, esfuerzos que estudiamos a continuación:
Tracción : Decimos que un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a est irarlo. Los tensores son elementos resistentes que aguantan muy bien este tipo de e sfuerzos.
Figura 01 tracción
Compresión : Un cuerpo se encuentra sometido a compresión si las fuerzas aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo. Los pilares y columnas son ejemplo de elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión. Cuando se somete a compresión una pieza de gran longitud en relación a su sección, se arquea recibiendo este fenómeno el nombre de pandeo.
Figura 02 compresión del material
Flexión :Un elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre el cargas que tiendan a doblarlo. Ha este tipo de esfuerzo se ven sometidas las vigas de una estructura
Figura0 3 flexión en viga.
Torsión
:Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que
tienden a retorcerlo. Es el caso del esfuerzo que sufre una llave al girarla dentro de la cerradura.
Figura 04 torsion
Cortadura :Es el esfuerzo al que está sometida a una pieza cuando las fuerzas aplicadas tienden a cortarla o desgarrarla. El ejemplo más claro de cortadura lo representa la acción de cortar con unas tijeras.
Figura 05 resistencia a la cortadura
3.2. LA TORSIÓN Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras do s, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él. Se caracteriza por dos fenómenos:
Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal.
Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.
La torsión se presenta generalmente en aquellas estructuras donde se empotran tales como:
Losas en voladizo
Estructuras continuas
Vigas curvas
Ante la presencia de una flexión biaxial donde actúan cargas fuera del eje longitudinal de simetría, etc.
CARGA FUERA DEL EJE DE
VIGA EN
Figura 06 torcion en vigas empotradas
Es común que ante la presencia de acciones horrisonantes se combinen fuerzas flexionantes, cortantes y carga axial, que producen torsiones primarias y secundarias. Para su estudio, consideramos una viga empotrada en un extremo como la siguiente figura:
Figura 07 momentos torsionales aplicados
En la figura se observa que ante la aplicación del momento torsional, la sección gira sobre su centro de gravedad donde su valor es nulo en los vértices y máximo en el centro de sus lados
mayores.
Daño sísmico estructural El daño sísmico estructural es el que sufren las vigas, las columnas, las losas o las cimentaciones durante un sismo. Es decir, es el deterioro de aquellos elementos o componentes que forman parte del sistema resistente o estructural de la edificación. El nivel de daño estructural que sufrirá una edificación depende tanto del comportamiento global como del comportamiento local de la estructura. Está relacionado con los tipos y la calidad de los materiales que se utilizan, sus características, su configuración, el esquema resistente y con las cargas que actúan. Algunos problemas en el diseño de edificios tienen que ver con la configuración geométrica y estructural, esta última se refiere al tipo, disposición, fragmentación, resistencia y geometría de la edificación. Es decir, si el edificio se aleja de formas y esquemas estructurales simples hace que estas tengan un comportamiento inestable ante sismos. Además, resultan ser estructuras difíciles de modelar en la etapa de diseño y muchas veces presentan dificultades de construcción.
3.3.Principios de la sismo resistencia 3.3.1 Forma regular La geometría de la edificación debe ser sencilla en planta y en elevación. Las formas complejas, irregulares o asimétricas causan un mal comportamiento cuando la edificación es sacudida por un sismo. Una geometría irregular favorece que la estruct ura sufra torsión
o que intente girar en forma desordenada. La falta de uniformidad facilita que en algunas esquinas se presenten intensas concentraciones de fuerza, que pueden ser difíciles de resistir.
3.3.2. Bajo peso Cuanto más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un terremoto. Grandes masas o pesos se mueven con mayor severidad al ser sacudidas por un sismo y, por lo tanto, la exigencia de la fuerza actuante será mayor sobre los componentes de la edificación. Cuando la cubierta de una edificación es muy pesada, por ejemplo, ésta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos tensiones muy severas en los elementos sobre los cuales está soportada.
3.3.3. Mayor rigidez Es deseable que la estructura se deforme poco cuando se mueve ante la acción de un sismo. Una estructura flexible o poco sólida al deformarse exageradamente favorece que se presenten daños en paredes o divisiones no est ructurales, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles que no soportan mayores distorsiones
3.3.4. Buena estabilidad Las edificaciones deben ser firmes y conservar el equilibrio cuando son sometidas a las
vibraciones
de
un
terremoto.
Estructuras poco sólidas e inestables se pueden volcar o deslizar en caso de una cimentación deficiente. La falta de estabilidad y rigidez favorece que edificaciones vecinas se golpeen en forma perjudicial si no existe una suficiente separación entre ellas.
3.3.5. Suelo firme y buena cimentación La
cimentación
debe
ser
competente
para
trasmitir
con
seguridad el peso de la edificación al suelo. También, es deseable que el material del
suelo
sea
duro
y
resistente.
Los
suelos blandos amplifican las ondas sísmicas y facilitan asentamientos nocivos en la cimentación que pueden afectar la estructura y facilitar el daño en caso de sismo.
3.3.6. Estructura apropiada Para que una edificación soporte un terremoto su estructura debe ser sólida, simétrica, uniforme, continua o bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, de su rigidez, falta de continuidad, una configuración estructural desordenada o voladizos excesivos facilitan la concentración de fuerzas nocivas, torsiones y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación.
3.3.7. Materiales competentes Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad de la estructura para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga a la edificación cuando se sacude. Materiales frágiles, poco resistentes, con discontinuidades se rompen fácilmente ante la acción de un terremoto. Muros o paredes de tapia de tierra o adobe, de ladrillo o bloque sin refuerzo, sin vigas y columnas, son muy peligrosos.
3.3.8. Capacidad de disipar energía Una estructura debe ser capaz de soportar deformaciones en sus componentes sin que se dañen gravemente o se degrade su resistencia. Cuando una estructura no es dúctil y tenaz se rompe fácilmente al iniciarse su deformación por la acción sísmica. Al degradarse su rigidez y resistencia pierde su estabilidad y puede colapsar súbitamente.
3.3.9. Fijación de acabados e instalaciones Los componentes no estructurales como tabiques divisorios, acabados arquitectónicos, fachadas, ventanas, e instalaciones deben estar bien adheridos o conectados y no deben interaccionar con la estructura. Si no están bien conectados se desprenderán fácilmente en caso de un sismo
3.4.Efectos de torsión 4. Altas concentraciones de masa en niveles superiores Las fuerzas sísmicas son proporcionales a la masa, entonces si en un piso superior se concentran elementos como tanques de almacenamiento de agua, equipos, bodegas o archivos, las fuerzas sísmicas aumentan en ese nivel. Lo recomendable es colocar estos elementos pesados en el sótano o en sitios aledaños a la estructura principal.
.
Figura 08 masa superadas en lo superior
5. Columnas débiles Las fuerzas sísmicas se distr ibuyen proporcionalmente a la rigidez y resistencia de los elementos estructurales verticales. Entonces, si la rigidez de las columnas o paredes que soportan la estructura sufre un cambio brusco ya sea por confinamiento de las paredes hasta cierta altura de los marcos, por desniveles del terreno, por nivel intermedio entre dos pisos, se concentrarán los esfuerzos y se acumulará energía en el piso más débil, dado que el nivel donde se interrumpen los elementos verticales es más flexible que los demás, lo que permite que se produzca un problema de estabil idad.
Figura 09 columnas debiles
Menor resistencia de columnas que vigas
Si las columnas tienen menor resistencia que las vigas, las primeras fallarán primero lo que provoca que la estructura se vuelva un mecanismo y esta colapse. La falla puede ser reparada si se da en las vigas.
Figura 10 menor resistencia de columnas
Figura 6. Efecto de una menor resistencia en columnas que en las vigas.
Pisos blandos o suaves
Son pisos donde los elementos estructurales vertica les son interrumpidos, para ofrecer más espacio en ese piso o por razones arquitectónicas, generalmente en los niveles de acceso. Esto produce un debilitamiento de la rigidez de los elementos verticales en ese piso.
Figura 11 Piso blando por interrupción de elemntos
Falta de confinamiento del concreto en columnas
Se produce cuando se utilizan pocos o ningún aro de confinamiento del concreto, por lo que el núcleo de los elementos sometidos a flexocompresión falla en forma explosiva.
Figura 12 esquema de fallas por falta de confinamiento del concreto
Falta de redundancia
Se debe buscar que la resistencia a fuerzas sísmicas dependa de varios elementos, puesto que si se cuenta con pocos elementos resistentes (falta de redundancia), la falla de uno de ellos provocará el colapso total o parcial de la estructura.
Figura 13 falta de redundancia
Flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso
La flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso produce deformaciones laterales no uniformes, que son perjudiciales para los elementos no estructurales adosados al diafragma. Son debidas a una relación muy grande largo/ancho (mayor que 5), y a aberturas creadas en el diafragma para efectos de iluminación, ventilación, que impiden que este funcione como un cuerpo rígido.
Figura 14 flexibilidad excesiva
Simetría
Con el término simetría describimos una propiedad geométrica de la configuración del edificio. Un edificio es simétrico respecto a dos ejes en planta si su geometría es idéntica en cualquiera de los lados de los ejes. Este edificio será perfecta mente simétrico. La simetría puede existir respecto a un eje solamente.
También existe simetría en
elevación, aunque es más significativa desde el punto de vista dinámico la simetría en planta. La simetría en altura no es perfecta por que todo edificio tiene un extremo fijo al terreno y libre el otro.
Figura 15simetria con dos ejes
La falta de simetría tiende a producir excentricidad entre el centro de masa y el centro de rigidez, y por lo tanto provocará torsión en planta. A medida que más simétrico es el edificio, disminuyen el riesgo de concentración de esfuerzos, el momento torsor en planta y el comportamiento de la estructura es más predecible. La asimetría tiende a concentrar esfuerzos, el ejemplo más común es el caso de las esquinas interiores. Aunque un edificio simétrico puede tener esquinas interiores como es el caso de las plantas en cruz. En este caso la planta del edificio es simétrica pero no es una planta regular. Existe simetría estructural si el centro de masa y el centro de rigidez coinciden en la planta. La simetría es conveniente también a la forma del edificio sino también a la distribución de la estructura. La experiencia de edificios con daños severos en ter remotos mostró casos en que la asimetría estructural fue la causa del daño severo o el colapso de la estructura.
Figura 16 Galería de la Escuela Normal de Caucete,
Los núcleos de las circulaciones verticales, pueden producir también asimetrías si su ubicación o solución constructiva genera elementos estructurales rígidos en la distribución estructural.
