Diseño a La Rotura

DISEÑO A LA ROTURA En la actualidad existen. Básicamente, dos métodos de diseño en concreto armado: diseño elástico o por cargas de servicio y diseño a la rotura o por resistencia última. El diseño a la rotura se fundamenta en la predicción de la carga que ocasiona la falla del elemento en estudio y analiza el modo del colapso del mismo. Este método toma en consideración del comportamiento inelástico del acero y el concreto y por lo tanto. Se estima mejor la capacidad de carga de la pieza. Algunas de las ventajas de este procedimiento son. 

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El diseño por rotura permite controlar el modo de falla de una estructura compleja considerando la resistencia última de las diversas partes del sistema. Algunos elementos se diseñan con menor margen de seguridad que otros para inducir su falla primero. Permite obtener un diseño más eficiente, considerando la distribución de esfuerzos que se presentan del rango elástico. Este método no utiliza el módulo de elasticidad del concreto. El método de diseño a la rotura permite evaluar la ductilidad de la estructura.

Factores de carga Los factores de carga tiene el propósito de dar seguridad adecuada contra un aumento en las cargas de servicio más allá de las especificaciones en el diseño, para que sea sumamente improbable la falla. Los factores de carga también ayudan a asegurar que las deformaciones bajo cargas de servicio no sean excesivas. El código ACI recomienda que la resistencia requerida U para resistir las cargas sean: a) Para combinaciones de carga muerta y carga viva

Donde D es el valor de la carga muerta y L el valor de la carga viva b) Para combinaciones de carga muerta, carga viva y carga accidental

Donde W es el valor de la carga de viento y E el de la carga de sismo. cuando la carga viva sea favorable, se deberá revisar las combinaciones de carga muerta y carga accidental con los siguiente s factores de carga.

Factores de reducción de capacidad Los factores de reducción de capacidad Φ, toman en cuenta las inexactitudes en los cálculos y fluctuaciones en la resistencia del material, en la mano de obra y en las dimensiones. En

las vigas se considera el más alto valor de Φ  debido a que se están diseñadas para fallar por flexión de manera dúctil con fluencia del acero tracción. Para flexión: Φ = 0.90 Para cortante: Φ= 0.85 Para flexo-compresión: Φ= 0.75 (columnas zunchadas) Φ= 0.75 (columnas estribadas)

Estado de rotura Al continuar incrementando las cargas, las grietas y el eje neutro continúan progresando hacia arriba, pero la relación de esfuerzos ya no es lineal, y finalmente se produce la falla del elemento. Esta puede producirse de tres manera: 1) FALLA POR FLUENCIA DEL ACERO (FALLA DÚCTIL)  En este estado el acero fluye y exhibe una falla dúctil.  El acero entra en fluencia antes que el concreto alcance la deformación máxima.  Se aprecia grandes deflexiones y fisuras entes del colapso la cual alerta del inminente.

2) FALLA POR APLASTAMIENTO DEL CONCRETO (FALLA FRAGIL)  

Se presentan en vigas con gran cantidad de acero (sobre - reforzada) o con cantidad moderada de acero, pero con alto esfuerzo de fluencia. El concreto alcanza la máxima deformación (EU=0.003) y el acero permanece aún elástico (ES≤EY) es decir sin haber llegado a la fluencia.

3) FALLA BALANCEADA Un estado idealizado en el que la falla se produce simultáneamente por aplastamiento del concreto y el acero esta justamente iniciando la fluencia.

Criterios de diseño a la rotura Consideraciones generales Al haber estudiado y analizado los tres casos en que la viga de concreto armado pueda fallar, vimos que depende directamente de la cantidad de acero que pueden presentar, o lo que es lo mismo dependen de su cuantía.