Torsión Tempo

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LA TORSIÓN Las estructuras de concreto están sometidas comúnmente a momentos flectores, a fuerzas cortantes, a fuerzas axiales, a menudo asociadas, también, pueden actuar fuerzas torsionales, es decir, aquellas que tienden a retorcer el elemento con respecto a su eje longitudinal. Estas fuerzas torsionales rara vez actúan solas, casi siempre están acompañadas por momentos flectores, por cortantes transversales y algunas veces por fuerzas axiales. La torsión en las estructuras de concreto armado se debe, a menudo, a la continuidad entre sus miembros; hasta hace relativamente poco tiempo se omitía en las consideraciones de diseño, considerándola como un efecto secundario, sin embargo, con el mejoramiento de los métodos de análisis y diseño (método de diseño a la resistencia última) que permiten un factor de seguridad global menor, conduciendo a elementos con dimensiones menores, es necesario considerar los efectos de la torsión en los diseños. Las recomendaciones de diseño, hasta el momento, se basan fundamentalmente en evidencia experimental. Existen dos tipos de torsión, torsión primaria y torsión secundaria cada una con características diferentes, por ello, al considerar los efectos de la torsión es importante diferenciar el tipo al que pertenece y diseñar de acuerdo a ello. .

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LA TORSIÓN

Las estructuras de concreto están sometidas comúnmente a momentos flectores, a fuerzas cortantes, a fuerzas axiales, a menudo asociadas, también, pueden actuar fuerzas torsionales, es decir, aquellas que tienden a retorcer el elemento con respecto a su eje longitudinal. Estas fuerzas torsionales rara vez actúan solas, casi siempre están acompañadas por momentos flectores, por cortantes transversales y algunas veces por fuerzas axiales. La torsión en las estructuras de concreto armado se debe, a menudo, a la continuidad entre sus miembros; hasta hace relativamente poco tiempo se omitía en las consideraciones de diseño, considerándola como un efecto secundario, sin embargo, con el mejoramiento de los métodos de análisis y diseño (método de diseño a la resistencia última) que permiten un factor de seguridad global menor, conduciendo a elementos con dimensiones menores, es necesario considerar los efectos de la torsión en los diseños. Las recomendaciones de diseño, hasta el momento, se basan fundamentalmente en evidencia experimental. Existen dos tipos de torsión, torsión primaria y torsión secundaria cada una con características diferentes, por ello, al considerar los efectos de la torsión es importante diferenciar el tipo al que pertenece y diseñar de acuerdo a ello.

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Los esfuerzos cortantes por torsión crecen de la sección hacia las caras exteriores

La capacidad resistente a la torsión de la sección depende primordialmtente de la magnitud de la dimensión mas corta de b

Los cortantes máximos se producen en la parte central de las caras de mayor longitud.

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TORSIÓN PRIMARIA.- (torsión de equilibrio).- Se denomina torsión primaria a aquella que se presenta cuando la carga externa solo puede ser resistida por torsión para mantener el equilibrio estático. En estos casos la torsión necesaria para mantener el equilibrio estático puede determinarse en forma única. Se trata fundamentalmente de un problema de resistencia debido a que si no se puede proporcionar resistencia torsional ocurre el colapso de la estructura ó de alguno de sus componentes.

En la figura (a), las cargas aplicadas en la superficie de la losa producen momentos torsionales Mt que actúan a lo largo de la longitud de la viga de soporte. Estos se equilibran mediante el momento torsor resistente “T” que se genera en las columnas. Sin estos momentos de torsión “T” que equilibran, la estructura entraría en colapso.

TORSIÓN SECUNDARIA (torsión de continuidad ó de compatibilidad).- Este tipo de torsión se origina como acción secundaria de los requerimientos de continuidad en las estructuras estáticamente indeterminadas, es decir de la compatibilidad de deformaciones entre partes adyacentes de una estructura, en este caso, los momentos torsionales no pueden determinarse únicamente con base en el equilibrio estático. El descuidar dicha continuidad en el diseño puede conducir "solamente" a grietas de ancho excesivo; aunque no acarree necesariamente el colapso de la estructura.

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SISTEMAS ESTRUCTURALES CON EFECTOS IMPORTANTES DE TORSION La torsión, en las estructuras de concreto, ocurre junto con otras fuerzas : flexión, cortante y axiales, simultáneamente.

Los ejemplos que se mencionan tienen como única finalidad ilustrar la forma en que se presentan los momentos torsionantes en ciertos elementos estructurales

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TORSION EN ELEMENTOS DE CONCRETO SIMPLE En la figura siguiente se muestra una porción de un elemento prismático sometido a momentos torsores "T" iguales y opuestos en sus extremos. Si el material es elástico los esfuerzos cortantes por torsión se distribuyen sobre la sección transversal tal como se muestra; los mayores esfuerzos se presentan en la mitad de las caras más anchas y son iguales a : donde : yxT2maxατ= τmax = esfuerzo máximo de cortante por torsión α = factor de forma (aproximadamente 0.25, para secciones rectangulares) x = lado corto del rectángulo. Y = lado largo del rectángulo. Si el material es inelástico la distribución de esfuerzos es similar y se señala con líneas punteadas en el gráfico. El valor máximo lo da la misma ecuación, excepto que el valor α es mayor.

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Cuando los esfuerzos de tracción diagonal exceden la resistencia a la tracción del concreto, se forma una grieta y ésta se propaga inmediatamente a través de la viga. La grieta de tensión se forma prácticamente a 45°, es decir, en dirección perpendicular a la de los esfuerzos de tensión diagonal; ocurren luego las grietas en las otras caras, completando una superficie de fractura completa a través de la viga, que produce la falla del elemento.

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Si el esfuerzo de tensión diagonal excede la resistencia a tensión del concreto

entonces se forman grietas que se propagan

El valor del momento torsor que forma la grieta se le llama torque de

agrietamiento(Tcr)

El esfuerzo de torsión cerca del centro de una viga maciza es pequeño

entonces para el análisis se supone que las vigas huecas tienen igual

resistencia que las vigas macizas con las mismas dimensiones

Travez principales de puentes

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CONSTRUCCIONES FRENTE A EFECTOS DE TORSIÓN

Falla por torsión más otras deficiencias de edificio en Kobe, Japón, 1995 [EERI, 1998]

Falla por torsión más otras deficiencias de edificio en Kobe, Japón, 1995 [EERI, 1998]

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Falla torsional y consecuente inclinación de edificio en Taiwán, 1999 [Taiwan Collection, 2000].

Terremoto de 1971 en San Fernando, California. Estas columnas soportaban un puente, el daño que se presentó se debió a torsión ( rotación horizontal ) en las columnas. La torsión se traduce en fuerzas cortantes que actúan sobre el zuncho (refuerzo lateral en espiral). El zuncho era varilla #4 (13 mm de diámetro), las vueltas del zuncho estaban 30.5 cm de separadas, es una distancia muy grande por lo que la fuerza cortante supero la resistencia del zuncho y no

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fue capaz de confinar el concreto de la columna. Zunchos con un espaciamiento menor proporcionan una capacidad mayor a fuerza cortante.

Hotel Terminal, ciudad de Guatemala, sismo de 1976. El edificio sufrió torsión debido a la excentricidad entre el centro de rigidecez y el centro de gravedad, provocando fuerzas cortantes muy grandes en las columnas. Estas fuerzas rebasaron la capacidad del refuerzo lateral de las columnas (estribos), los estribos se encontraban muy separados verticalmente.