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Los modos de falla en las vigas de hormigón armado se dividen en dos tipos principales: Falla por flexión y falla por cortante Lo primero ocurre cuando la carga impuesta excede la capacidad de flexión del material de la viga, mientras que lo segundo ocurre por la falta de resistencia a cortante entre los diferentes materiales de la viga.
Estos modos de falla se clasifican además en diferentes tipos de fallas. La primera se clasifica en falla por tensión, falla por compresión y falla por equilibrio, y la falla por cortante se clasifica en falla por cortante a tensión y falla por cortante por compresión. La naturaleza y el mecanismo de estos modos de falla son diferentes.
Algunos son preferibles por diseño, otros deben evitarse para evitar un colapso grave de la estructura. Por ejemplo, los modos de falla por corte y desprendimiento del concreto no son deseables porque ocurren repentinamente sin previo aviso.
Tabla de contenido
fractura por flexión
Este modo de falla ocurre cuando la carga sobre la viga excede su capacidad de flexión. La resistencia al corte de una viga debe ser mayor que su resistencia a la flexión. De lo contrario, la falla por cortante ocurrirá antes que la falla por flexión. La falla por flexión se puede dividir en tres tipos que se describen a continuación.
1. Fallo de la tensión de flexión.
La falla por tensión de flexión comienza con la fluencia de la barra de refuerzo y el subsiguiente desconchado del concreto en el lado de compresión de la viga. Ocurre cuando el refuerzo de la viga es insuficiente. La tasa de refuerzo de la viga es menor que la tasa de refuerzo equilibrada según ACI 318-14.
Un síntoma de este tipo de falla es una fisura que se desarrolla en el lado de tensión de la viga y se extiende hacia el lado de compresión. Estas grietas son en su mayoría verticales y se ubican en el tercio medio de la viga. Una deflexión grande es otro signo de falla por tensión de flexión.
En resumen, la falla por tracción por flexión ocurre gradualmente. Es decir, falla dúctil, que es el tipo de falla deseada en el proceso de diseño de vigas.
2. Fracaso de la compresión por flexión
La falla por compresión por flexión es iniciada por el desconchado del concreto en el lado de compresión seguido por la fluencia del acero en el lado de tensión de la viga. Esto sucede cuando las vigas están demasiado rígidas. Esto significa que la tasa de refuerzo de la viga es mayor que la tasa de refuerzo equilibrada según ACI 318-14.
Este tipo de corrupción ocurre repentinamente y no proporciona ninguna advertencia. En otras palabras, es una fractura frágil. Por lo tanto, es indeseable desde el punto de vista del diseño de hormigón armado.
Este tipo de falla se puede prevenir evitando los diseños de vigas de concreto reforzado en exceso o introduciendo barras de refuerzo en el lado de compresión o aumentando la geometría de la viga para aumentar la resistencia a la compresión del concreto.
3. Fracaso equilibrado
Tipo de falla en la que el desconchado del concreto y la fluencia del acero ocurren simultáneamente. Esto ocurre cuando la cantidad de acero en la viga es igual a una relación de refuerzo equilibrada según ACI 318-14.
Modo de falla por cortante
La falla por cortante ocurre cuando la resistencia al cortante de una viga es menor que su resistencia a la flexión y la fuerza cortante excede la capacidad cortante de los diversos materiales de la viga. Una carga de corte es una fuerza que provoca una falla por deslizamiento en un material a lo largo de un plano paralelo a la dirección de la fuerza.
Este tipo de corrupción ocurre de repente y sin previo aviso. En otras palabras, es una fractura frágil. La relación efectiva entre la luz y el canto de una viga y su tamaño son parámetros importantes para determinar el tipo de falla por cortante.
La falla por cortante es un tipo de falla indeseable y comúnmente se colocan estribos en las vigas para evitar la falla por cortante. El mecanismo de falla por cortante se caracteriza por el deslizamiento de cortante a lo largo de las grietas en vigas sin refuerzo de cortante y la fluencia del estribo en vigas con refuerzo de cortante. Se clasifica en las siguientes formas.
1. Lesión por tensión oblicua
La falla por tracción diagonal comienza con el inicio de grietas verticales (grietas por flexión) en la base de la viga debido al esfuerzo de tracción por flexión. Luego, a medida que aumenta la carga sobre la viga, esta fisura crece tanto en ancho como en largo, doblándose en diagonal a medida que avanza hacia la parte superior de la viga hacia el punto de carga. Luego viene la etapa final de falla por cortante-tracción, que es la falla repentina del concreto durante el cortante.
Este modo de falla es común en vigas con poco o ningún refuerzo en el alma. La falla por tracción diagonal generalmente ocurre en vigas con una relación entre luz y canto de cortante (a/d) mayor a 2, pero también puede ocurrir con valores bajos de a/d.
2. Fallo de compresión por cortante
La falla por cortante-compresión comienza con la iniciación y propagación de grietas en la sección transversal de una viga. Estas grietas luego se propagan a través de la zona de compresión de la viga y la etapa final de falla ocurre cuando se excede la resistencia a la compresión del concreto.
La espalación del concreto ocurre en la punta de una grieta diagonal cerca del punto de carga. La figura 4 muestra el inicio de la fisura en el lugar de la falla por cortante de compresión de la viga.
La falla por compresión por cortante se asocia principalmente con el refuerzo por cortante a granel. Finalmente, las vigas con una relación luz-canto de menos de 4 pueden experimentar fallas por cortante por compresión.
3. Falla de cortante dividido (cortador verdadero)
Si la relación entre la longitud y el canto del cortante de la viga es menor que 1, se espera una falla por cortante dividido. Generalmente, este tipo de viga se denomina viga de gran altura, donde la carga se transfiere directamente a los montantes y la resistencia al corte es mucho mayor que la de las vigas de flexión ordinarias.
En algunos casos, puede ocurrir una falla para comprimir la región adyacente al soporte en lugar de una falla por corte por división.
4. Mala fijación
La falla de anclaje es la división del concreto a lo largo de la barra de refuerzo longitudinal (antes de que ocurra la falla por compresión) debido a pequeñas grietas diagonales. Ocurre cuando las barras principales no están debidamente ancladas a través de las grietas.
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