Una de las fallas mas difíciles de descifrar cuando modelamos una estructura de hormigón con el SAP y usamos el reglamento ACI318-14 es esta:
O/S #45 Shear stress due to shear force and torsion together exceeds maximum allowed
Traducida seria: O/S = Over/Stress; Sobre/Estres seria literal, pero se refiere a que el elemento esta sobre-exigido porque "el esfuerzo de corte debido a la fuerza de corte y torsión combinadas exceden el máximo permitido".
Antes que nada debemos entender que aunque estamos acostumbrados visualmente a asimilar un mensaje en rojo como una falla, esto no siempre representa el colapso del elemento o de la estructura que estamos diseñando, el mensaje lo indica, debemos entender que se tiene un elemento cuyas tensiones superan un valor máximo establecido en el reglamento.
Para darle solución a la verificación de una estructura con este mensaje, recomendamos seguir estos 4 pasos que conducen a la solución.
1.- Definir las características geométricas de la sección que estamos analizando: esto es obtener del modelo la torsión ultima, definir el área gruesa, perímetro del área gruesa, perímetro encerrado por el eje del acero mas externo usado para torsión (estribos) así como el área encerrada por este perímetro y de ultimo en este paso, determinar la resistencia a corte del hormigón.
Fig. 1.- Variables a considerar en el análisis de torsión por compatibilidad
2.- Verificar la necesidad de agregar acero longitudinal para torsión así como el chequeo de las dimensiones de la sección: El reglamento ACI318 en su artículo 22.7.1.1 establece que es necesario verificar que la torsión ultima no supere el umbral de torsión definido como φTth, y en caso de que el valor de Tu (Torsión última) sea menor que dicho umbral, se pueden despreciar los efectos por torsión.
Asumiendo que nuestra sección de hormigón tenga valores que superen este umbral de torsión, debemos verificar que las dimensiones de la sección cumplan con la siguiente expresión
Ecuación 22.7.7.1 (a) - ACI318-14
Si el dimensionamiento del elemento de hormigón cumple con dicha expresión, debemos evaluar si su funcionamiento estructural dentro del modelo que estamos analizando tiene posibilidad de redistribución de momentos, esto es evaluar si estamos frente a un diseño de torsión por compatibilidad.
Básicamente se trata de evaluar si la resistencia a torsión del elemento es necesaria para mantener la estructura en pie:
Fig 2.- Diagrama de tensiones S23 (corte) sistema sin redundancia torsional
O si se trata de una estructura en donde los momentos torsores se producen para mantener la condición de compatibilidad de deformaciones entre miembros adyacentes
Fig 3.- Diagrama de tensiones S23 (corte) sistema con redundancia torsional
En el primer caso (Fig. 2), se debe diseñar con la torsión ultima Tu, ya que es necesario resistir dicha torsión para mantener el equilibrio y que el voladizo no colapse, mientras que en el segundo caso (Fig. 3), el sistema estructural del entrepiso tiene posibilidad de redistribuir momentos.
Fig 4.- Conformación de una losa nervada en 1 sentido
Para describirlo mas claramente, asumamos que estamos frente a una situación de colapso (falla súbita) de uno o de un grupo de elementos, supongamos que la viga secundaria se quiebra en sus extremos, la misma deja de transmitir carga a las vigas de carga pero queda suspendida de la estructura conectada por los nervios y la misma loseta de piso, esta pierde su capacidad de carga, se convierte en un peso para los nervios, estos aumentan los momentos y demás tensiones en sus extremos, es decir la estructura no colapsa porque hay redundancia torsional.
Fig 5.- Conformación de un portico 3D
Otra posibilidad es que uno o un grupo de nervios se quiebre igualmente en sus extremos, la situación sería la misma, estos dejan de transmitir tensiones de manera directa a las vigas de carga principales, ahora las cargas deben viajar a través de la viga secundaria que percibe un incremento de carga proveniente de los elementos desconectados y en consecuencia esta transmite mas carga a las vigas de carga laterales, redistribuyendo las tensiones y momentos, de nuevo la estructura no colapsa porque hay redundancia torsional.
Siguiendo este mismo razonamiento podemos analizar cualitativamente por partes cualquier estructura para determinar su grado de redundancia torsional y así poder aplicar lo que establece el reglamento ACI318 donde la torsión ultima Tu puede reducirse hasta el limite conocido como momento de agrietamiento por torsión φTcr.
CONTINUA.