ARTICULACIONES PLASTICAS COLUMNA FUERTE VIGA DEBIL
Columna Fuerte-Viga Débil Es requisito en las construcciones de estructuras sismos resistentes de concreto armado, para evitar que una estructura falle o colapse por inestabilidad estructural. Evitando también las fallas por adherencia y corte, existen dos criterios de diseño para calcular de CF-VD (columna fuerte viga débil).
La primera corresponde a la suma de los momentos nominales de las columnas en un nudo que debe ser mayor de 6/5 de la suma de los momentos nominales de las vigas, esto para proveer de mayor resistencia a flexión en las columnas que en las vigas que forman el nudo. La segunda es por diseño de nudos, los criterios para estos diseños son:
La resistencia de la unión debe ser igual o mayor que que la máxima demanda que corresponda a la formación del mecanismo de colapso del marco, eso eliminara la necesidad de reparar una región inaccesible y que sufre deterioros de resistencia y rigidez considerables si se somete a acciones cíclicas en el intervalo inelástico. La resistencia de la columna no debe afectarse por una posible degradación de resistencia de la unión Ante sismos moderados las uniones deben corresponder en el intervalo elástico contribu ir significativamente al Las deformaciones de la unión no deben contribuir desplazamiento de entre piso El esfuerzo en la unión necesaria para garantizar un comportamiento satisfactorio, no debe dificultar la construcción, una unión típica conecta elementos provenientes de tres direcciones, se debe evitar la interferencia de las varillas que vienen de todas las direcciones. Comportamiento esperado La respuesta de la unión está controlada por mecanismos de corte y adherencia que tienen un comportamiento histertico pobre, no es posible considerar a la unión
como una fuente importante de disipación de energía, por tanto la unión debe experimentar bajos niveles de agrietamiento y plastificación, la unión debe detallarse de manera que sus deformaciones no contribuyan significativamente a la distorsión del entrepiso, uniones bien diseñadas contribuyen en un 20% a la distorsión total. Factores importantes a considerar
Cortante Anclaje de refuerzo Transmisión de carga axial
Tipos de Uniones
Configuración Geométrica De acuerdo al tipo de anclaje de las varillas de las vigas, las uniones pueden clasificarse en interiores y en exteriores, atendiendo a la configuración de los elementos adyacentes.
Unión Interior viga columna
Unión exterior viga columna
Intervalo de comportamiento Es preferible diseñar las uniones para que permanezcan en el intervalo elástico, es muy posible que ocurran deformaciones inelásticas en ella si los elementos adyacentes, vigas o columnas se deforman plásticamente, en este caso las deformaciones inelásticas a lo largo de las varillas penetran la junta, esta unión será del tipo inelástico, también es posible diseñar un marco de manera que se articulen las vigas lejos de la unión, unión elástica.
La finalidad de esta metodología de CF-VD es de diseñar las columnas con mayor capacidad de resistencia y de disipación de energía que las vigas, debido que ante una acción sísmica los mecanismos cinemáticos que se formen sean los más deseables, estos son los que en los cuales las rotulas plásticas se forman en las vigas y no en las columnas.
Fuerza y torsión en unión viga columna.
En estructuras de edificios a porticados es requisito que los miembros horizontales fallen antes que los verticales, permitiendo de esa manera el retraso del colapso total de una estructura. Las vigas y las losas generalmente no fallan aún después de un daño severo en aquellos lugares que se hayan formado las articulaciones plásticas, en cambio las columnas colapsan rápidamente bajo su carga vertical, cuando haya ocurrido aplastamiento del concreto. Esto conduce a que las vigas peraltadas sobre columnas ligeras, no son apropiadas en regiones sísmicas.
ARTICULACIONES PLASTICAS Estado plástico que alcanzan todas las fibras de un elemento estructural al producirse una articulación en la sección transversal del mismo.
Una articulación plástica es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica de la conexión de una columna, de manera rígida. En la teoría estructural, la viga de ingeniería o articulación plástica se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión de plástico. Comportamiento plástico En el análisis de los miembros sometidos a flexión, se supone que una transición abrupta de elástico con el comportamiento ideal de plástico, se produce a un cierto valor del momento, conocido como el momento plástico (Mp). El comportamiento entre los miembros del PAI y Mp se considera elástico. Cuando se alcanza el Mp, una articulación plástica se forma en el miembro, en contraste con una fricción de la bisagra que permite la rotación libre y ocurre en el momento plástico Mp de forma constante. Las bisagras de plástico se extienden en los tramos cortos de las vigas, pero los análisis detallados han demostrado que es que necesario considerar que las vigas rígidas cuentan con unas bisagras con plasticidad limitada en los puntos. Mediante la inserción de una rótula plástica en un límite de carga y una viga estáticamente determinada, un mecanismo cinemático permite un desplazamiento sin límites que se pueden formar en el sistema, esto es conocido como el mecanismo de colapso. Para cada grado de indeterminación estática de la viga.
Los elementos viga-columna se pueden orientar arbitrariamente en el plano X-Y, y poseen rigidez axial y flexional, se pueden tomar en cuenta las deformaciones por cortante y los efectos de conexiones con extremo excéntrico (nudo rígido). La fluencia puede ocurrir solamente en rótulas plásticas concentradas en los extremos del elemento. El endurecimiento por deformación se aproxima por la suposición de que el elemento consta de dos componentes una elastoplástico y otro elástico en paralelo, las rótulas en la Componente elastoplástico fluyen bajo momento constante, pero, el momento en el componente elástico puede continuar incrementándose.
Conclusión Las articulaciones plásticas se deberán de diseñar siempre para vigas no para columnas, La formulación del criterio Columna Fuerte - Viga Débil, parte del principio de que la formación de las rótulas plásticas debe ser considerada en las vigas y no en las columnas. Por ello es que esta verificación se realiza de la siguiente manera:
La sumatoria de los momentos entrantes a un nodo, provenientes de las columnas, evaluados en la cara del nodo, debe ser mayor o igual a 6/5 veces la sumatoria de los momentos resistentes nominales a flexión de las vigas (es decir, sin ser afectadas por el factor de sobrerresistencia 1,25), evaluado en la cara del nodo. Con las bases fundamentales de diseño se pueden contemplar el efecto de las articulaciones en vigas, a modo de que estas fallen antes que la columna, porque supondría un colapso total en caso contrario.
