TORSION EN COLUMNAS La torsión ha sido causa de importantes daños de edificios sometidos a sismos intensos, que van desde la distorsión a veces visible de la estructura (y por tanto su pérdida de imagen y confiabilidad) hasta el colapso estructural. La torsión se produce por la excentricidad existente entre el centro de masa y el centro de rigidez. Algunos de los casos que pueden dar lugar a dicha situación en planta son: · Posición de elementos rígidos de manera asimétrica con respecto al centro de gravedad del piso. · Colocación de grandes masas en forma asimétrica con respecto a la rigidez. · Combinación de las dos situaciones anteriores. Debe tenerse presente que los muros divisorios y de fachada que se encuentren adosados a la estructura vertical tienen generalmente una gran rigidez y, por lo tanto, habitualmente participan estructuralmente en la respuesta al sismo y pueden ser causantes de torsión, como en el caso corriente de los edificios de esquina. Cuantitativamente, puede considerarse que una excentricidad entre el centro de la masa y de rigidez es grande cuando supera el 10% de la dimensión en planta bajo análisis. En un caso así deben tomarse medidas correctivas en el planteamiento estructural del edificio. Si se contempla además la situación en altura, el panorama de la torsión puede complicarse aún más cuando hay irregularidades verticales, como los escalonamientos. En efecto, la parte superior del edificio transmite a la inferior un cortante excéntrico, lo cual provoca torsión del nivel de transición hacia abajo, independientemente de la simetría o asimetría estructural de los pisos superiores e inferiores. Como todos los problemas de configuración, el de la torsión debe ser enfrentado desde la etapa de diseño espacial y de forma de la edificación. Los correctivos necesarios para el problema de la torsión pueden resumirse en general en los siguientes puntos: · Las torsiones deben ser consideradas inevitables, debido a la naturaleza del fenómeno y a las características de la estructura. Por esta razón, se sugiere proveer a los edificios de rigidez, mediante la cual se busca reducir la posibilidad de giro en planta. · A efectos del control de la torsión, debe estudiarse con cuidado el planteamiento de la estructura en planta y en altura, así como la presencia y la necesidad de aislamiento de los muros divisorios no estructurales que puedan intervenir estructuralmente en el momento de un sismo. Finalmente, el objetivo debe ser proveer a la estructura con la mayor simetría posible de la rigidez con respecto a la masa. EXCENTRICIDAD La asimetría en la distribución en plata de los elementos estructurales resistentes de un edificio causa una vibración torsional ante la acción sísmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del edificio. La vibración torsional ocurre cuando el centro de masa de un edificio no coincide con su centro de rigidez. Ante esta acción el edificio tiende a girar respecto a su centro de rigidez, lo que causa grandes incrementos en las fuerzas laterales que actúan sobre los elementos perimetrales de soporte de manera proporcional a sus distancias al centro de ubicación. Por ejemplo en esta planta se observa un bloque de concreto asimétrico, que está cerca a las columnas dando lugar a una concentración de elementos rígidos y a una consecuente asimetría en planta, situación que fue responsable de la falla en torsión de la columna ante la acción sísmica. Para ello debemos saber lo siguiente: Centro de masa: El centro de masa de un sistema discreto o continuo es el punto geométrico que dinámicamente se comporta como si en él estuviera aplicada la resultante de las fuerzas externas al sistema. Centro de rigidez: Es el punto con respecto al cual el edificio se mueve desplazándose como un todo, es el punto donde se pueden considerar concentradas las rigideces de todos los pórticos. Si el edificio presenta rotaciones estas serán con respecto a este punto. TORSION EN VIGAS La torsión ocurre en construcciones monolíticas de concreto principalmente donde la carga actúa a una distancia del eje longitudinal del miembro estructural. Algunos ejemplos de elementos estructurales sujetos a momentos torsionantes son: una viga de extremo en un tablero de piso, una viga de borde cargada en un extremo, vigas perimetrales que circundan una abertura de piso o una escalera helicoidal. Algunas veces estos momentos causan esfuerzos cortantes excesivos. DISEÑO DE TORSION EN VIGAS La fuerza de torsión tiende a retorcer el elemento El momento torsor normalmente actúa en combinación con momentos flectores, cortantes y fuerzas axiales. En el diseño elástico usado anteriormente las secciones de la tenían dimensiones más grandes que diseñando por rotura. Antes el momento torsión era considerado como efecto secundario y era absorbido por el factor de seguridad, ahora debido a mayor estudio yanálisis se ha logrado diseñar por rotura logrando dimensiones m áspequeñas en la viga, por lo tanto ya es necesario considerar la torsión. La torsión se presenta en puentes curvos, vigas cargadas excéntricamente, escaleras helicoidales, etc. TORSION PRIMARIA La torsión primaria, algunas veces llamada torsión de equilibrio o torsión estáticamente determinada, se presenta cuando la carga externa no tiene otra alternativa que ser resistida por torsión. En estos casos, la torsión necesaria para mantener el equilibrio estático puede determinarse en forma única. Un ejemplo es la losa en voladizo de la figura. Las cargas aplicadas en la superficie de la losa producen unos momentos de torsión que actúan a lo largo de la longitud de la viga de soporte. Éstos se equilibran mediante el momento torsor resistente T que se genera en las columnas. Sin estos momentos de torsión, la estructura colapsaría. Solo hay una trayectoria a lo largo de la cual el momento torsiónante puede ser transmitido a los soportes. No hay una redistribución de fuerzas internas, ni disminución de momento debido al giro del elemento. Debe diseñarse para torsión requerida por equilibrio estático. TORSION SECUNDARIA: La torsión secundaria también llamada torsión por compatibilidad o torsión estáticamente indeterminada, se genera a partir de los requisitos de continuidad, es decir, de la compatibilidad de deformaciones entre partes adyacentes de una estructura. En este caso, los momentos de torsión no pueden determinarse únicamente con base en el equilibrio estático. Si no se considera la continuidad en el diseño se presentará probablemente un gran agrietamiento, pero por lo general no se producirá colapso. Generalmente existe la posibilidad de una redistribución interna de fuerzas y de un equilibrio alterno de fuerzas. Un ejemplo de torsión secundaria se presenta en la viga de borde que sostiene una losa monolítica de concreto como aparece en la figura 15.4b. La torsión puede reducirse si parte de la estructura se agrieta, cede o gira bajo la torsión. Hay una redistribución de fuerzas internas en la estructura. El agrietamiento produce redistribución, entonces el código ACI permite reducir el momento máximo, los momentos y cortantes de la losa sostenida se deberán ajustar a esta variación. En vigas T monolíticas se permite utilizar una parte del ancho de la losa como si fuera parte de la viga que resiste a torsión. Si la viga de borde es rígida a la torsión y está reforzada adecuadamente, y si las columnas pueden suministrar el momento torsor resistente T que se necesita, entonces los momentos en la losa serán aproximadamente los de un apoyo exterior rígido, como se ilustra en la figura c. • En cambio, si la viga tiene una rigidez baja a la torsión y está reforzada en forma inapropiada para efectos de torsión, se presentará agrietamiento, que reducirá aún más la rigidez de torsión, y los momentos en la losa se aproximarán a los de un borde articulado, como se ilustra en la figura d.
