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