Este documento describe el comportamiento de las uniones entre vigas y columnas en estructuras de hormigón armado y cómo su deficiente diseño puede conducir al colapso durante sismos. Explica que el uso de láminas de fibra de carbono y el reemplazo de concreto dañado pueden fortalecer estas uniones y mejorar su capacidad para disipar energía sísmica. Finalmente, presenta gráficos que muestran cómo muestras reparadas con estos métodos experimentaron menos desplazamiento durante pruebas de carga lateral c

1. ENSAYO CORTO DINAMICA ESTRUCTURAL
COMPORTAMIENTO DE LA UNIONES ENTRE VIGAS Y COLUMNAS
PRESENTADO POR:
JOSE DANIEL MUÑOZ JARAMILLO
PRESENTADO A:
ARABELLA ZAPATA ESCOBAR
POLITECNICO COLOMBIANO JAIME IZASA CADAVID
MEDELLIN 2017

2. La manera de cómo se comportan los edificios de hormigón y muchas fallas estructurales se
pueden dar por falta de acero entre las uniones de viga columna, lo que aumenta la
probabilidad de daño ante sismo de los edificios.
El diseño de las conexiones viga- columna es considerado el aspecto más crítico dentro del
diseño de un edificio de hormigón armado situado en zonas de alto riesgo sísmico, sobre todo
en aquellas estructuras que carecen elementos horizontales que actúen distribuyendo las
fuerzas laterales entre elementos resistentes verticales o que amarre los muros de la estructura
de manera que actúen como un conjunto u elementos similares capaces de disipar la fuerza
sísmica.
En las estructuras aporticadas de concreto reforzado los nudos viga – columna deben
garantizar el buen funcionamiento ante las solicitaciones a las que sean sometidas. Deben
asegurar la continuidad de la estructura, lo que se traduce fundamentalmente en estar
capacitados para resistir esfuerzos de la gravedad de un viento o sismo y de cualquier otra
cosa y transmitir estas mismas fuerzas adecuadamente de la losa a las vigas, de vigas a
columnas, y de columnas hasta la infraestructura o sistema de fundación.
La ocurrencia de sismos recientes evidenció que muchas de las estructuras que colapsaron
durante estos eventos lo hicieron por problemas constructivos o por deficiencias en el
detallado de los nodos viga-columna.
El deterioro de la rigidez en los nodos viga–columna conducen a grandes desplazamientos en
la estructura, impiden que se desarrollen mecanismos de disipación de energía, poniendo en
peligro la integridad de la misma. En estructuras no colapsadas pero que presentaban fallas en
los nodos, éstas son muy difíciles de reparar, lo que en la práctica podría considerarse
equivalente al colapso.
Análisis dinámico no lineal de deformación viga-Columna en parámetros no lineales
Se llevaron a cabo varios ensayos del comportamiento de una viga-estructura con diferentes
parámetros iniciales. La siguiente figura muestra las historias de tiempo del desplazamiento
transversal y el momento de flexión en el Punto medio de la columna-viga y se presentan
para varios valores del coeficiente de amortiguación. Que descansa sobre un tipo Pasternak
Viscoelástico

3. Grafica 1: variación de coeficiente de amortiguación
Láminas de CFRP y reemplazo de concreto
Si bien las estructuras no están diseñadas para que cuando llegue un sismo estas no les
ocurran ningún daño. Entonces se busca a través de reforzar y reemplazar material obtener
una estructura hasta con mejor comportamiento que el inicial. Lo cual ha sido probado en
laboratorios, la siguiente imagen (1) muestra un ejemplo de los detalles de una unión viga
columna.
En varios ensayos según (JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS © ASCE / JULY
2013) se tomó un espécimen y se sometió a carga lateral cíclica para simular un daño
esperado de un terremoto severo, luego de esto se reparó con epoxi y con láminas CFRP. Y
se volvió a someter al mismo ensayo. Arrojando resultados que efectivamente son
reparaciones que ayudan a mitigar daños en las estructuras. La siguiente imagen ilustra la
forma de la reparación de uniones.
Imagen 1: reparación de unión viga-columna

4. Las tres siguientes imágenes nos muestran la respuesta de los especímenes, en el eje y el
desplazamiento y en el eje x el lapso de tiempo trascurrido
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1. Historial del tiempo de desplazamiento para el espécimen reparado as-built
2. Historial del tiempo de desplazamiento para la muestra de control construida
3. Historial de tiempos de desplazamiento para el diseño de muestras basadas en ACI
Se observa muy poco desplazamiento y tiempo trascurrido para 2 lo que nos lleva a hacer la
interpretación de que tarda menos tiempo en fallas aunque presente pequeñas deformaciones
Para el 3. Se presenta un tiempo largo y unas deformaciones grandes.
La eficacia y cantidad de capaz de CFRP están directamente relacionadas y son una
alternativa muy útil y confiable al momento de repotenciar uniones viga columnas, ya sean
afectadas por un sismo o que se les quiera mejorar su capacidad.
El coeficiente de amortiguación es de suma importancia para las columnas de viga En las
fundaciones viscoelásticas porque reduce la vibración Amplitud y las consecuencias de la
respuesta dinámica
Referencias
Nonlinear Dynamic Analysis of Shear Deformable Beam-Columns on Nonlinear Three-
Parameter Viscoelastic Foundation. II: Applications and Validation (2013 American Society
of Civil Engineers)
seismic strengthening of severely damaged beam-column rc joints using cfrp
10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000549 © 2013 American Society of Civil Engineers