Debido a las relaciones de dimensiones, las condiciones de borde y la forma en que las fuerzas de corte son aplicadas en los tabiques bajos, los mecanismos convencionales de resistencia al corte aplicables a vigas y tabiques esbeltos no lo son para el caso de tabiques bajos. En particular, un porcentaje significativo del corte introducido en la parte superior del tabique es transmitido en forma directa a las fundaciones por compresión diagonal.
(a) Falla de Tracción Diagonal: si la armadura horizontal de corte es insuficiente, se puede desarrollar un plano de falla diagonal que va de esquina a esquina, como muestra la Fig. 55(a). La resistencia a tracción diagonal de los tabiques bajos es muy sensible a la forma en que la fuerza es introducida en el borde superior, por lo que es necesario tener en cuenta las diferentes situaciones que se pueden presentar.
Fig. 55 Modos de Fallas de Corte en Tabiques Bajos
La falla por tracción diagonal se puede desarrollar también en un plano con mayor ángulo, como muestra la Fig. 55(b). Si se dispone de un camino de fuerzas para transmitir la fuerza de corte al resto de la estructura, la fisura diagonal que se genere podría no ser causal de falla del tabique.
El uso de una viga en el borde superior es un ejemplo de distribución de esfuerzos. Es evidente que existen formas de redistribuir las fuerzas de corte a lo largo de la sección superior para minimizar los efectos de las tracciones diagonales y mejorar las maneras de que las fuerzas lleguen a las fundaciones.
(b) Falla de Compresión Diagonal: cuando existe una adecuada cantidad de armadura horizontal pero la tensión de corte promedio en el tabique es elevada, el hormigón puede desintegrarse por una fuerte compresión diagonal. Esta situación no es rara en secciones de tabiques con alas, ver esquema en Fig. 49(c), las cuales pueden tener grandes resistencias por flexión. Las siguientes fotos de Fig. 56 y 57 muestran fallas por desintegración del hormigón por compresión, y corresponden a edificios muy dañados en la ciudad de Christchurch durante el terremoto de Febrero de 2011.
Fig. 56(a)
(a)Edificio Park Terrace; (b) tabique dañado dentro del Park Terrace, ChCh, NZ, 2011.
Fig. 56(b) (a)Edificio Pacific Brands; (b) tabique dañado del Pacific Brands
Cuando se aplican fuerzas cíclicas reversibles de forma que se generan dos series de fisuras diagonales inclinadas, como se muestra en la Fig. 55(d), las fallas por diagonal de compresión pueden ocurrir a acciones de corte aún menores. Las deformaciones de tracción transversal y las fisuras que se intersectan en forma diagonal, que se abren y cierran en forma cíclica, reducen en forma considerable la resistencia a compresión del hormigón. Frecuentemente, la desintegración del hormigón se expande por toda la longitud del tabique. La Fig.57 muestra el caso de un tabique dañado por el terremoto de Febrero 2010 en Chile.
Fig. 57
(a)Edificio Toledo, Viña del mar
(b) tabique dañado y
apuntalado del edificio Toledo.
Las fallas por compresión diagonal resultan en pérdidas dramáticas e irrecuperables de resistencia y deben ser evitadas si se pretende un comportamiento dúctil. Por ello, las normas imponen limitaciones a las máximas tensiones de corte que se puedan generar por el desarrollo de la capacidad a flexión del tabique, a los efectos de asegurar que no se producirán fallas de corte por compresión que limiten la respuesta dúctil.
(c) El fenómeno de Corte por Deslizamiento: cuando se limita las demandas de tensión de corte y se provee de adecuada armadura horizontal, se pueden evitar las fallas de compresión y de tracción diagonal. En consecuencia, se espera que el mecanismo de disipación de energía por deformación inelástica provenga de la fluencia de la armadura vertical por flexión. Sin embargo, luego de unos pocos ciclos de reversión de desplazamientos que hayan provocado fluencia significativa en la armadura de flexión, se pueden producir deslizamientos en la base del tabique a lo largo de las fisuras horizontales que se inducen por la concentración de las deformaciones de las barras verticales. Esto genera, tal cual se esquematiza en la Fig. 49(e) una transmisión de fuerzas por corte por deslizamiento casi horizontal. Tales desplazamientos por deslizamientos son responsables de una pérdida significativa de rigidez, aún para valores relativamente bajos de carga. En consecuencia, resulta muy reducida la capacidad de disipación de energía.
Fig. 58 Desarrollo del Mecanismo de Corte por Fricción
Este mecanismo se ilustra con mayor detalle en la Fig. 58. En el primer ciclo que implique gran fluencia por flexión, la mayor parte de la fuerza de corte que sobrelleva el tabique se debe transmitir a la fundación a través de la zona de compresión por flexión, Fig. 58(a). Debido a que el hormigón en dicha zona aún no se ha fisurado, los desplazamientos horizontales a lo largo de la base del tabique son insignificantes.
Sin embargo, luego de reversión de desplazamientos, esa zona desarrollará fisuras mientras que en el sector opuesto las barras que habían sobrellevado grandes deformaciones de tracción son sometidas a fuerzas de compresión. Se necesita que el momento en la base alcance un nivel suficiente como para que las barras verticales, ahora comprimidas, entren en fluencia y pueda el hormigón transmitir compresión en esa zona. Hasta entonces, se ha formado una fisura prácticamente continua en la base del tabique, tal cual esquematiza la Fig. 58(b). La fuerza de corte para ese estado es transmitida fundamentalmente por acción de dovela de la armadura vertical.
Debido a que este mecanismo es relativamente flexible, se espera que en este estado se desarrollen importantes grandes desplazamientos por corte en la base. Este deslizamiento, Fig. 58(c), sólo será detenido cuando al producirse la fluencia de las barras verticales comprimidas, se puedan cerrar las fisuras en la zona de compresión, permitiendo que las tensiones de compresión por flexión sean nuevamente absorbidas fundamentalmente por el hormigón en compresión. Debido a los desplazamientos de corte por deslizamiento que se produjeron durantes las reversiones, la transmisión de compresión es el resultado de un apoyo muy irregular a lo largo de las superficies fisuradas. Esto conlleva a una simultánea reducción rigidez y resistencia del mecanismo de interacción entre agregados que provee el mecanismo de corte por fricción.
Si las reversiones de desplazamiento prosiguen, se espera que los mecanismos de corte por fricción se sigan deteriorando a lo largo del plano de deslizamiento. Además, debido a la degradación del mecanismo de transferencia por adherencia a largo de las barras verticales y el efecto de Bauschinger, también resulta fuertemente reducido el mecanismo de corte por acción de dovela. Eventualmente, el principal modo de transferencia de corte a lo largo de la base será por doblado abrupto y recto (kinking) de las barras, del modo que se esquematiza en Fig. 59(c), a diferencia de los modos de flexión y de corte.
Fig. 59 Diferentes mecanismos de transferencia de dovela de la armadura vertical
Esto lleva a modo de resistencia como muestra la Fig. 55(e), y que se muestra en la foto de la Fig. 60 que corresponde a la etapa final de un ensayo de un tabique bajo con falla por deslizamiento.
Fig. 60
Falla de un Tabique Bajo por Corte por Deslizamiento.
5.3.2 CONTROL DEL CORTE POR DESLIZAMIENTO 5.3.2.1 INTRODUCCIÓN.
En el caso de tabiques bajos con la tendencia a la formación potencial de una fisura continua, la cual es probable que se inicie a lo largo de la junta de construcción, es necesario asegurar no solamente el corte sino también la transferencia efectiva del momento flector en la base. En consecuencia, la transferencia del corte en el plano crítico de deslizamiento debe ser restringido a la armadura vertical y a la zona de compresión del hormigón por flexión.
A través de ensayos, Ref.[18], ha quedado demostrado el efecto negativo de exceso de deslizamientos por corte y el marcado mejoramiento en la respuesta cuando se utilizan algunas barras diagonales para cruzar las fisuras y planos de deslizamiento que incrementan la resistencia al corte por deslizamiento.
Fig. 61 Respuesta Histerética de Tabiques Bajos con Alas Controlados por Deslizamiento en la Base.
En la Fig. 61 se comparan las respuestas de dos tabiques bajos con hw/lw=1700/3000=0.57. Sólo una parte del ciclo histerético, casi simétrico se muestra. La Fig. 61(a) corresponde a tabique con armadura convencional. Se observa la dramática pérdida de resistencia, en particular en los segundos ciclos de carga para iguales niveles de ductilidad.
Este tabique falló en corte por deslizamiento, con el alma eventualmente cortando el ala, como se muestra en la Fig. 60. La Fig. 61(b) muestra la respuesta sólo en términos de deslizamiento. Al comparar las Figs. 61(a) y (b) se ve que para una ductilidad de de desplazamiento cercana a =6, aproximadamente el 75 % del desplazamiento total fue debido a deslizamiento a lo largo de la base. A partir de =4, la rigidez del tabique es insignificante cuando la carga se revierte.
La Fig. 61(c) muestra la mejor respuesta para un tabique idéntico en el cual se le ha colocado armadura diagonal, como la que se indica en la Fig. 62(a), para resistir solamente el 30 % del corte total. Se nota que para una =4, probable límite superior para el cual dicho tabique sería diseñado, le corresponde un desplazamiento lateral de un 0.7% de la altura del piso. La disipación de energía fue aproximadamente más del 70 % que la que podría disipar el tabique sin armadura diagonal.
5.3.2.2 DEMANDA DE DUCTILIDAD.
Los ensayos han demostrado [1] que mientras las fisuras permanezcan pequeñas, asociadas a un comportamiento elástico de las armaduras, la resistencia a las transferencias de corte,
primariamente por la interacción de agregados, excede las capacidades de diagonal de tracción o compresión del elemento. Por lo tanto, el corte por deslizamiento no es el factor de control para el diseño en tabiques que responden en forma elástica. Sin embargo, cuando en un terremoto las fisuras de flexión por la fluencia de las armaduras comienzan, la transferencia de corte está restringida principalmente a las zonas de compresión que se alternan con la reversión de desplazamientos. Ese mecanismo se vuelve cada vez más flexible con la reducción del área de contacto y con la desintegración del hormigón en la zona de contacto, lo que limita el factor de fricción. Esto se incrementa con las demandas de desplazamientos inelásticos que se le impongan al tabique. En consecuencia, la necesidad del control del deslizamiento se incrementa con el crecimiento de las demandas de ductilidad.
En función de la sobrerresistencia por flexión con relación a la resistencia requerida para resistencia elástica, dada por la ecuación ya vista:
E w o w o M M , , (21)
Paulay ha relacionado la resistencia a flexión de tabiques bajos tal cual fueron construidos con el grado o relación de deterioro de resistencia:
0 . 1 / 2 . 2 6 . 1 o,w d R (57)
Esta ecuación cuantifica el efecto de la demanda de ductilidad solamente sobre la necesidad de tomar medidas para mejorar la efectividad de los mecanismos de resistencia de corte por deslizamiento para elevar la potencial capacidad de disipación de energía.
Por ejemplo, para un tabique con sólo un 40 % de sobrerresistencia, diseñado para ductilidad 3.5, resulta en una relación Rd=1.6-2.2x1.4/3.5=0.72, lo cual sugiere que se necesita un considerable aumento de la capacidad de corte por deslizamiento, más allá de los provistos por la armadura vertical: se necesita armadura diagonal. Por el contrario, si o =1.8, y =2.5, el factor resulta ahora Rd=1.6-2.2x1.8/2.5=0.02. Esto implica que no hay problemas en el tabique bajo si se utiliza armadura convencional.
5.4 REQUERIMIENTOS PARA TABIQUES SISMO RESISTENTES POCO ESBELTOS.