Tipos de fallas de elementos sometidos a flexion pura

Dedicatoria y agradecimientos

A Dios, por brindarnos la dicha de la salud y bienestar físico y espiritual.

A nuestros padres, como agradecimiento a su esfuerzo, amor y apoyo incondicional, durante nuestra formación tanto personal como profesional.

A nuestros docentes, por brindarnos su guía y sabiduría en el desarrollo de este trabajo.

Contenido

Comportamiento de una viga de concreto armado sometida a flexión...5

Tipos de falla de los elementos sometidos a flexión...5

Tipos de fallas de elementos sometidos a flexión pura...6

Falla por tensión:...6

Falla por compresión:...9

Falla balanceada:...12

Conclusiones...13

Bibliografía...14

Introducción

En el presente trabajo se desarrollarán los principios básicos del

comportamiento de los elementos de concreto armado sometidos a

flexión. Es imprescindible comprender claramente este fenómeno para

luego deducir las expresiones a usar tanto en el análisis como en el

diseño. El análisis implica fundamentalmente la determinación del

momento resistente de una sección completamente definida. El diseño

es el proceso contrario: dimensionar una sección capaz de resistir el

momento aplicado. Si bien es cierto ambos usan los mismos criterios, los

procedimientos a seguir son diferentes y serán expuestos por

Objetivos

Objetivos Generales

 Identificar los tipos de fallas por flexión pura.

Objetivos Específicos

 Definir el tipo de falla por tensión en elementos causados por flexión pura.

 Definir el tipo de falla por comprensión en elementos causados por flexión pura.

 Definir el tipo de falla balanceada en elementos causados por flexión pura.

Flexión Pura

Comportamiento de una viga de concreto armado sometida a flexión

La viga mostrada en la figura a, es de sección rectangular, simplemente apoyada y cuenta con refuerzo en la zona inferior. Está sometida a la acción de dos cargas concentradas iguales las cuales generan el diagrama de momento flector presentado en la figura b. A lo largo de todo el elemento, la fibra superior está comprimida y la inferior, traccionada.

Tipos de falla de los elementos sometidos a flexión

Los elementos sometidos a flexión casi siempre fallan por compresión del concreto, sin embargo el concreto puede fallar antes o después que el acero fluya. La naturaleza de la falla es determinada por la cuantía de refuerzo y es de tres tipos:

1. FALLA POR TENSIÓN 2. FALLA POR COMPRESIÓN 3. FALLA BALANCEADA

Tipos de fallas de elementos sometidos a flexión

pura

Falla por tensión:

Se conoce como falla dúctil y sucede cuando el acero en tracción a llegado primero a su estado de fluencia antes que el concreto inicie su aplastamiento en el extremo comprimido. Se aprecian grandes deflexiones y fisuras antes del colapso lo cual alerta a los usuarios acerca del peligro inminente. Estas secciones son llamadas también sub-reforzadas o bajo armadas.

Para poder entender mecanismo de falla de un elemento de concreto con refuerzo de tensión, en la figura se muestra la gráfica carga de flexión de un elemento con un porcentaje de acero usual en la práctica. Al empezar a cargar el comportamiento de la pieza es esencialmente elástico y toda la sección contribuye a resistir el momento exterior. Cuando la tensión en la fibra más esforzada de alguna sección excede la resistencia del concreto a tensión, empiezan a aparecer grietas. A medida que se incrementa la carga, estas grietas aumentan en número, en longitud y en abertura. Se puede observar muy claramente la zona de la pieza sujeta a tensión, en la que se presentan las grieta y la zona sujeta a compresión.

Una concentración de tensiones (también llamado concentrador de

tensión) es una localización dentro de un sólido elástico donde el campo de

tensiones se concentra. Un objeto es más resistente cuando la fuerza se distribuye uniformemente sobre su área, de tal manera que una reducción del área efectiva, por ejemplo causada por una fisura, conduce un aumento de las tensiones cerca del límite de dicho defecto (respecto a la situación en que dicho defecto no existiera). Un material puede fallar por propagación de grieta cuando una concentración de tensiones excede el límite del material a pesar de que la tensión media esté por debajo de límite resistente. La resistencia real en fractura de un material siempre es más baja que el valor teórico precisamente porque la mayor parte de elementos resistentes contienen pequeñas fisuras o impurezas que crean un concentrador de tensiones. Las fisuras de fatiga siempre empiezan como concentradores de tensiones, así pues eliminar dichos defectos incrementa la resistencia frente a fatiga.

Se lo conoce como falla FRAGIL, sucede si primeramente se inicia el aplastamiento del concreto antes que el inicio de la fluencia del acero en tracción, es decir cuando en la falla εs <εy. Estas secciones son llamadas

sobre reforzados.

La resistencia de una sección sobre – reforzada es mayor que la de otra sub.-reforzada de dimensiones similares. Sin embargo la primera no tiene comportamiento dúctil y el tipo de colapso no es conveniente. En el diseño se evita este tipo de falla.

RESISTENCIA A LA COMPRESION

La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en megapascales (MPa) en unidades SI. Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto residencial hasta 28 MPa y más para estructuras comerciales. Para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más.

¿Por qué se determina la resistencia a la compresión?

• Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, ƒ´c, del proyecto.

• Los resultados de las pruebas de resistencia a partir de cilindros moldeados se pueden utilizar para fines de control de calidad, aceptación del concreto o para estimar la resistencia del concreto en estructuras, para programar las operaciones de construcción, tales como remoción de cimbras o para evaluar la conveniencia de curado y protección suministrada a la estructura. Los cilindros sometidos a ensayo de aceptación y control de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos descritos en probetas curadas de manera estándar según la norma ASTM C31 “Práctica estándar para elaborar y curar cilindros de ensaye de concreto en campo”. Para estimar la resistencia del concreto in situ, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de curado en campo. Las probetas cilíndricas se someten a ensayo de acuerdo a ASTM C39, “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”.

• Un resultado de prueba es el promedio de, por lo menos, dos pruebas de resistencia curadas de manera estándar o convencional elaboradas con la misma muestra de concreto y sometidas a ensaye a la misma edad. En la mayoría de los casos, los requerimientos de resistencia para el concreto se realizan a la edad de 28 días.

Falla balanceada:

Se produce cuando el concreto alcanza la deformación unitaria ultima de 0.003 simultáneamente al inicio de la fluencia del acero, o sea cuando en la falla εs=

εy.

Para cada sección existe una cuantía única de acero que ocasiona una falla balanceada la que se denomina cuantía balanceada o básica. Si la sección contiene mayor cantidad de refuerzo fallará por compresión y si contiene menor cantidad la falla será por tracción. Por seguridad.

En la figura a, se muestra la distribución de deformaciones para cada uno de los tres tipos de falla y en la figura b, el diagrama momento versus curvatura para cada caso. En este último se puede apreciar la ductibilidad que desarrollan las secciones sub-reforzadas y la mayor capacidad resistente de las secciones sobre-reforzadas.

Figura a:

Figura b:

Conclusiones

 La falla por tensión sucede cuando el acero en tracción a llegado primero a su estado de fluencia antes que el concreto inicie su aplastamiento en el extremo comprimido.

 La falla por compresión sucede si primeramente se inicia el

aplastamiento del concreto antes que el inicio de la fluencia del acero en tracción, es decir cuando en la falla εs <εy.

 La falla balanceada se produce cuando el concreto alcanza la deformación unitaria ultima de 0.003 simultáneamente al inicio de la fluencia del acero, o sea cuando en la falla εs= εy.

 Los elementos sometidos a flexión casi siempre fallan por compresión del concreto, sin embargo el concreto puede fallar antes o después que el acero fluya, la naturaleza de la falla es determinada por la cuantía de refuerzo y da lugar a estos tres tipos de fallas.

Bibliografía

 ORTEGA GARCIA, Juan. “Concreto armado I”

 NILSON, Arthur H. “Diseño de estructuras de concreto”

 R. PARK & T. PAULAY. “Estructuras de Concreto Reforzado”

 E. NAWY. “Concreto reforzado un Enfoque Básico”