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CURIOSIDADES DE ING. CIVIL

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  • El Efecto de Columna Corta en las Escuelas

    Sin lugar a dudas que uno de los problemas fundamentales que poseen una gran cantidad

    de escuelas en Repblica Dominicana y Latinoamericana en sentido general en el diseo

    estructural, es el denominadoefecto de Columna Corta, el cual es el problema que se

    presenta en el elemento estructural cuando la interaccintabique-columna no fue considerado

    en su diseo y por ende la columna recibe una mayor carga horizontal y durante una fuerza

    ssmica esta la absorbe y falla por cortante.

    Como se muestra en la imagen siguiente, la columna esta sujeta a las ventanas y all se produce

    este fallo estructural.

    En un

    90% y cuidado si mas de las construccin de escuelas en Repblica Dominicana y los

    pases Latinoamericanos, tienden a tener esta falla estructural y se han puesto en evidencia

    en los diferentes sismos ocurridos en los ltimos aos y el colapso de las mismas.

    Una mayor rigidez lateral de una columna implica mayor resistencia a la deformacin, por

    tanto mientras mayor es la rigidez, mayor ser la fuerza necesaria para deformarla. Si una

    columna corta no est diseada adecuadamente para resistir esta fuerza, va a sufrir dao

    durante el evento telrico. A este comportamiento se le ha llamado Efecto de Columna Corta.

  • El dao en este tipo de elemento se presenta a menudo en una grieta en forma de X, como lo

    muestra la figura siguiente, debido a fuerzas bi-dimensionales ocasionando fallas en cortante.

    Dentro de los motivos fundamentales para que el diseo de una escuela quede con esos

    fallos de Columna Corta, estn para ganar una mejor iluminacin y ventilacion en las

    aulas, como tambin una mejor iluminacin, esto a su vez no garantiza que la estructura

    quede intacta durante la ocurrencia de un sismo de cierta magnitud considerable, ya que al fallar

    las columnas tiene una gran posibilidad de colapsar.

    El efecto de columna corta se conoce tambin como columna cautiva y se presenta por tres

    razones principales,la primera a causa del confinamiento de parte de la columna por muros

    no estructurales como la mampostera; la segunda debido a acoplamientos de

    elementos estructurales o no estructurales en medio de la columna, como las vigas y

    losas de los descansos de escaleras; y la tercera por la ubicacin de los edificios en

    terrenos inclinados.

    En la actualidad, se puede apreciar tanto en edificios, como en las escuelas que se han

    construido en los ltimos aos una mejora en este sistema, en donde se coloca una lnea de

    block, para separar la Columna con la ventana, as se puede tener un elemento estructural

    trabajando acorde a como fue diseado en los clculos.

  • Gracias a Dios que con los diferentes concursos que se han venido realizado en el pas, para

    construir nuevas escuelas y reconstruir las ya construidas, los ingenieros encargados de las

    mismas tendr la tarea de arreglar ese fallo estructural y as tener una estructura que pueda

    soportar y quedar intacta despus de la ocurrencia de un sismo de una considerable magnitud.

    A continuacin les dejamos algunas imgenes de diversas edificaciones con este fallo

    estructural de Columna Corta:

  • PATRONES A EVITAR PARA UN ADECUADO DISENO SISMORRESISTENTE(I): COLUMNA CORTA

    El Estado del Arte de la Ingeniera Sismo resistente se ha enriquecido sobremanera de la

    observacin de las Patologas estudiadas posteriormente a los eventos ssmicos,

    especialmente en los ltimos anos. Se ha logrado entender que muchas tradiciones en el uso

  • de ciertas practicas en zonas donde no existe amenaza ssmica no pueden ser trasladadas

    a zonas con riesgo ssmico. Esto as porque en las zonas sin riesgo ssmico la estructura

    trabajara por gravedad con fuerzas verticales mientras que en las zonas de riesgo ssmico la

    estructura debe estar preparada para poder deformarse lateralmente (y verticalmente) debido

    a las oscilaciones de la excitacin ssmica.

    Lo anterior le confiere una importancia vital a la capacidad de deformacin lateral a las

    edificaciones en zonas ssmicas.

    Si recuerdan los artculos escritos los das 19 y 23 de Agosto: Idealizacin desde el punto. y

    Oscilaciones Armnicas, teora e historia, vern que toda estructura sometida a una oscilacin

    tiene un periodo T de oscilacin, una frecuencia de oscilacin (inversa al periodo, f=1/T) as

    como K, su rigidez, que tambin llamamos constante de resorte.

    K representa la capacidad del sistema de oponerse al movimiento o deformacin. Sabemos

    que para una columna dependiendo de las condiciones de apoyo Ki = nE.I/L.

    Ya con esta pequea introduccin introduciremos el tema a tratar que ser el de Columna

    Corta:

    Podemos llamar Columna Corta a aquella que por su tamao relativo a las dems del

    sistema al que pertenece o relativo a su diseo, en el cual fue diseada con una longitud, pero

    ya construida trabajara como ms corta, por lo cual tendr mayor rigidez relativa que la que

    fue diseada, podr demandar mayores fuerzas, pero sin poder responder satisfactoriamente,

    por no haber sido diseadas para esas demandas (Definicin JRC).

    En el primer caso de la definicin veamos dos columnas de diferentes longitudes unidas al

    mismo Diafragma. Este ltimo al moverse aplicara el mismo desplazamiento a las dos

    columnas, pero, la de menor longitud tiene mayor rigidez y se opone ms al movimiento que

    la mas, pero en su diseo no se tom en cuenta esto. Por tal razn fallara.

  • Cola Corta colapsada por aplastamiento

    El segundo caso de la definicin es el tpico de apartamentos y escuelas porticados que se les

    aade un muro debajo de las ventanas, entre columnas, rellenando el espacio, es decir

    pegado a las columnas. Cuando la estructura es excitada por un sismo el muro empotra la

    parte de la columna a la que est conectado y la columna queda libre solo por encima del

    alfeizar lo que ocasiona que cuando el Diafragma le transfiere desplazamiento se crea una

    distorsin angular ya que el muro es ms rgido y la columna fallara por cortante al ser

    golpeada en la zona del alfeizar. Luego del movimiento de la columna esta quedara

    degradada en su rigidez y las cargas verticales quedaran excntricas y harn fallar por

    aplastamiento la columna.

    Veamos varios ejemplos para una mejor y ms profunda comprensin:

    En la grfica tenemos dos columnas iguales de seccin y longitud. Cuando el Diafragma

    recibe la excitacin lateral se desplaza horizontalmente y empuja las dos columnas que se

    desplazaran igual.

  • Recordemos que de la Fsica, F=K.x x =F/K como K= nEI/L (Para simplificar tomaremos

    n=1).

    x = F.L/E.I como F,E e I son Iguales nos queda x=L, o sea que el desplazamiento aumentara

    en proporcin a la longitud.

    Si ahora tomamos una de las columnas y la enterramos, una parte de su longitud que est

    enterrada funcionara como empotramiento y entonces la longitud de la columna ser una

    fraccin de la original. Si enterramos la partes nos quedara una longitud de columna de .L

    por lo que la nueva rigidez ser K=nEI/(0.25L) = 64EI/L. Esto ltimo significa que la rigidez

    aumenta 64 veces para la misma seccin de columna al ser enterrada veces su longitud.

    Creo que con este ejemplo quedara claro el concepto de Columna Corta. Sin embargo

    mostraremos otro ejemplo para que quede claro como la diferencia de rigidez afecta

    el desplazamiento.

  • Tomemos las mismas columnas con la misma longitud pero ahora una tendr seccin de

    1.00x1.00 m2 y la otra 0.50x0.50 m2.

    La inercia de la primera ser: 1x1/12 = 0.0833 m4

    La inercia de la segunda ser: 0.50x0.50/12 = 0.0052 m4

    Si dividimos la mayor inercia entre la menor veremos que la inercia de la mayor es 2E4 =

    2x2x2x2 = 16 veces o 0.0833/0.0052 = 16.

    Como las longitudes son iguales las cambiaran igual.

    Que son las juntas de concreto y para sirven?

    QU son las juntas? El concreto (hormign) se expande y se contrae con los cambios de humedad y de

    temperatura. La tendencia ge- neral es a contraerse y esto causa el agrietamiento a edad

    temprana. Las grietas irregulares son feas y difciles de manejar, pero generalmente no

  • afectan la integridad del concreto. Las juntas son simplemente grietas planificadas

    previamente. Las juntas en las losas de concreto pueden ser creadas mediante moldes,

    herramientas, aserrado y con la colocacin de formadores de juntas.

    Algunas formas de juntas son:

    1. Juntas de contraccin que pretenden crear planos dbiles en el concreto y regular

    la ubicacin de grietas que se formarn como resultado de cambios dimensionales.

    2. Juntas de aislamiento o expansin que separan o aslan las losas de otras partes

    de la estructura, tales como paredes, cimientos, o columnas, as como las vas de

    acceso y los patios, de las aceras, las losas de garaje, las escaleras, luminarias y otros

    puntos de restriccin. Ellas permiten los movimientos independientes verticales y

    horizontales entre las partes adjuntas de la estructura y ayudan a minimizar las grietas

    cuando estos movimientos son restringidos.

    3. Juntas de construccin Son superficies donde se encuentran dos vaciados

    (vertidos) sucesivos de concreto. Ellas se realizan por lo general al final del da de

    trabajo, pero pueden ser requeridas cuando el vaciado del concreto es paralizado por

    un tiempo mayor que el tiempo de fraguado inicial del