He mencionado en pasados post acerca de la importancia de que una estructura sea dúctil, ¿pero que es exactamente eso? Tratare de explicarlo de manera breve pero concisa en este post.
Piensa en una barra de silicona, sabemos que estas barras son flexibles y se pueden doblar de manera sencilla sin que estas se rompan en el proceso. Lo anterior se puede expresar, desde la mecánica de materiales, de la siguiente manera. La barra de silicona, al ser sometida a grandes esfuerzos de flexión (al ser doblada), puede alcanzar grandes deformaciones antes de llegar al punto de falla (se puede doblar mucho antes de partirse en dos). Por lo anterior, se puede decir que la silicona es un material dúctil.
Un ejemplo opuesto al anterior puede ser el de un bastón de madera, el cual, al intentar doblarlo tan solo un poco, este empieza a fracturarse y posteriormente se rompe. A este tipo de materiales se les denomina como frágiles.
Habiendo explicado el concepto de ductilidad, ¿cómo se vería esto reflejado en una estructura?
Al igual que con la silicona, toda estructura deberá ser lo suficientemente dúctil, es decir, deberá ser capaz de soportar grandes fuerzas y grandes deformaciones antes de poder "fallar" o colapsar. Ahora ahondaremos un poco en algunos aspectos mencionados.
con grandes fuerzas, nos estamos refiriendo a todas las solicitaciones que afecten a la estructura durante su tiempo de vida útil, estas fuerzas son los pesos de los elementos estructurales (vigas columnas, muros, etc.) y no estructurales (muros, particiones, ventanas, etc.), cargas de uso (habitantes o usuarios de la estructura), y cargas laterales (viento, sismo, empujes de tierras, etc.). La acción combinada de estas cargas llevara a la estructura a la necesidad de resistir condiciones extremas para evitar que colapse.
Con grandes deformaciones, nos referimos realmente a las deformaciones plásticas del acero y no al desplazamiento de la estructura, que deberá ser controlado con el chequeo de la deriva. Al recibir la combinación de las fuerzas mencionadas en el párrafo anterior, el acero (ya sea estructural o de refuerzo dependiendo del tipo de estructura) absorberá gran parte de estas fuerzas, en forma de energía, y, al igual que con la silicona, empezara a deformarse cada vez más hasta alcanzar un punto en donde, si bien no falla o se rompe el acero, se habrá deformado tanto que no podrá alcanzar su estado original. En la mecánica de materiales, a esto se le conoce como estado plástico, es decir, un estado en donde un material alcanzo deformaciones permanentes sin fallar.
En una edificación, los puntos en donde se concentra las mayores cantidades de fuerzas suelen ser los nodos viga-columna, por tanto, es en estos nodos donde el acero alcanzara un estado plástico, y es en este momento donde se genera lo que se conoce como rotulas plásticas. Para evitar un colapso y asegurar que la estructura siga en pie mientras está sujeta a la combinación de fuerzas contempladas en el diseño, el ingeniero estructural debe garantizar que, en los nodos viga-columna, la columna sea por lo menos 20% más resistente que la viga a esfuerzos de flexión. de esta manera aseguramos que las rotulas plásticas se formen primero en las vigas. esta verificación se le conoce como columna fuerte - viga débil.
A modo de resumen, decimos que una estructura es dúctil cuando, al estar sujeta a una combinación máxima de fuerzas durante su vida útil, sera capaz de resistirlas y podrá formar articulaciones plásticas en las vigas, garantizando la disipación de la energía proveniente de dicha combinación, y evitando el colapso de la estructura.
Comments