La ductilidad para el diseño sísmico es importante para edificios, estructuras y materiales de construcción. Discutir la ductilidad y su importancia en el diseño. Para comprender la importancia de la ductilidad en el desempeño de la construcción, es esencial saber qué es la ductilidad. La ductilidad se define comúnmente en la ciencia de la ingeniería de materiales como la relación entre la deformación última de un material y su deformación elástica. En una visión más amplia, la ductilidad debe entenderse como la capacidad de una estructura para sufrir grandes deformaciones sin colapsar. El detallado estructural que permite que la estructura adquiera mayor ductilidad además del aporte de ductilidad del material, siguiendo disposiciones especiales recomendadas por el Código, se denomina refinamiento dúctil o refinamiento dúctil. Cuando una estructura está sujeta a fuerzas dinámicas (consideradas demandas sísmicas), la estructura ya no puede permanecer elástica y el daño ocurre en la siguiente etapa. Puede sufrir una fase plástica, fractura o daño, lo que resulta en una pérdida significativa de rigidez y un gran aumento de la deformación incluso con cargas pequeñas. Los ingenieros deben anticipar estas situaciones y asegurarse de que el diseño pueda soportar estas cargas sin deformaciones o colapsos significativos. Para lograr este objetivo, se debe incorporar o aumentar la ductilidad del edificio.
Tabla de contenido
Ductilidad de los materiales estructurales.
Ductilidad de la mampostería de ladrillo.
Uno de los materiales más utilizados en la construcción es la mampostería a base de ladrillos de barro cocido y mortero de cemento. En zonas con terreno llano se utiliza mortero de barro en lugar de mortero de cemento por dificultades de recursos. Teniendo en cuenta sus propiedades estructurales, puede sufrir una mayor compresión, pero es más débil en tensión, como se muestra en la figura a continuación.
Figura 1.Mampostería resistente a la compresión y débil a la tensión
La compresión aquí significa forzar los bordes de la pared para que se unan, lo cual es fácilmente resistido por el trabajo de mampostería. Sin embargo, la mampostería no está en buenas condiciones cuando está en tensión, es decir, cuando hay una fuerza de tracción sobre los elementos de la mampostería.
ductilidad del concreto
El hormigón es otro material que ha sido muy utilizado en la construcción durante los últimos 40 años. Como sabemos la composición es cemento, árido y agua. Aquí los agregados son más finos y más gruesos, todos mezclados con las proporciones apropiadas de agua.Nuevamente, el concreto es fuerte en compresión pero débil en tensión. El hormigón tiene mayor resistencia a la compresión que la mampostería, pero es débil frente a la fuerza de tracción. La resistencia del concreto depende del porcentaje de agua, pero un porcentaje de agua alto o bajo afecta la formulación del concreto y afecta su resistencia. Sin embargo, la mampostería de hormigón y ladrillo se considera más frágil y se romperá repentinamente.
Ductilidad de la barra de refuerzo
Uno de los materiales más fuertes utilizados en la construcción, el acero se utiliza en edificios de hormigón y mampostería en forma de barras de refuerzo. Están disponibles en el mercado en varios diámetros. Las barras con un diámetro de 6 mm a 40 mm se utilizan principalmente para refuerzo. La implementación del refuerzo de acero se debe a las propiedades del acero. Esto significa que sobresale tanto en compresión como en tensión. Y, sobre todo, el acero es un material dúctil. Esta propiedad ayudó al uso del acero de construcción para aumentar la ductilidad de los edificios. Esto del elemento estructural le ayuda a soportar tramos más largos sin derrumbarse.
Ductilidad del hormigón armado.
Luego está el hormigón que se utiliza en los edificios junto con el hormigón armado. Por lo tanto, RCC forma un material compuesto. La colocación de las armaduras es tal que, bajo la acción de la carga final, el acero debe alcanzar su máxima resistencia a tracción antes de que el hormigón alcance su máxima resistencia a compresión. La falla dúctil se espera intencionalmente en ciertas estructuras. Pero esto no significa que el refuerzo de acero adicional funcione bien. Demasiada barra de refuerzo se considera perjudicial.
La necesidad del refuerzo dúctil en las estructuras de edificación
Se requiere refuerzo dúctil si la estructura puede permanecer elástica bajo la acción del mayor terremoto esperado en la región respectiva. Sin embargo, el aumento de las propiedades elásticas bajo demanda ha demostrado ser un método de construcción antieconómico, incluso si no es adecuado para producir ideas de diseño arquitectónicamente viables.tener Economía y seguridad de la estructura del edificio. Bajo movimientos sísmicos inesperados, el método elegido es que la estructura sufra deformación durante el daño, de modo que la estructura se deforme ya sea por plasticidad, fractura, aplastamiento, etc., manteniendo su resistencia para soportar cargas verticales. Por ejemplo, Columnas que necesitan ser diseñadas para ductilidadEste método consiste en añadir refuerzo al hormigón para evitar el pandeo longitudinal de las barras de refuerzo. Esto permite que la columna continúe soportando cargas verticales incluso si la columna experimenta grietas, desprendimiento del hormigón o fluencia de las barras de refuerzo. Esta colocación hace que el material sea compatible. por lo tanto, rigidez Se reducen los valores de fuerza para estructuras y componentes relacionados. Es decir, se producirían mayores fuerzas internas y un cortante total en la base si la estructura hubiera permanecido elástica.aquí cortante total del fondo Puede describirse como la suma de las fuerzas cortantes internas de todos los elementos estructurales que soportan cargas verticales. Por lo tanto, construir ductilidad en el material permite que la estructura falle y reduce las fuerzas internas.Esta disposición se basa en la respuesta dinámica
factor de corrección o factor de ductilidad, proporcionada por los códigos de construcción en todo el mundo. El módulo de ductilidad depende del sistema estructural lateral implementado. Los coeficientes de ductilidad son altos en sistemas que deben sufrir grandes deformaciones sin colapsar cuando se produce un daño. Por lo tanto, para sistemas estructurales que deben sufrir solo pequeñas deformaciones antes de colapsar, solo se obtienen pequeños coeficientes de ductilidad.
Concepto de diseño por capacidad para aumentar la ductilidad de las estructuras
Los criterios descritos anteriormente se definen como métodos de diseño por capacidad, el fenómeno de la incorporación dúctil en elementos de construcción. Esto tiene en cuenta la cuestión de determinar los mecanismos de falla de los miembros. La idea es obligar al miembro a fallar de manera dúctil aumentando la capacidad del miembro en otros posibles modos de falla. Considere dos barras de la misma longitud y área de sección transversal. Aquí, uno de ellos forma un material dúctil y el otro un material quebradizo. Como se muestra en la Figura 2, tirar de cualquiera de los lados de estas dos barras hará que las barras se rompan bajo cargas extremas. Se observa que los materiales dúctiles se estiran más y los materiales quebradizos se rompen después de un pequeño estiramiento. Por tanto, entre los materiales utilizados, el acero es más dúctil que el hormigón quebradizo.
Figura 2: Materiales dúctiles versus materiales frágiles
Concepto de diseño de cadena dúctil para construcción con diseño de capacidad. Si tira de un lado de una cadena frágil, se romperá repentinamente. En la cadena, el eslabón más débil se rompe primero. Se puede obtener más estiramiento y ductilidad haciendo que los eslabones más débiles sean eslabones dúctiles. Los edificios implementan el mismo concepto en forma de cadenas dúctiles. Las fuerzas de inercia de un terremoto se transfieren del piso a las vigas y luego a las columnas. La falla de la columna afecta la estabilidad del edificio más que la falla de la viga. Por lo tanto, es muy importante hacer que las vigas sean enlaces dúctiles más débiles que las columnas. Este método de diseño se denomina concepto de viga débil de columna fuerte.
Figura 3.Cadena dúctil en concepto de diseño de capacidad