TORSIÓN EN VIGAS DE CONCRETO REFORZADO. La torsión ocurre en construcciones monolíticas de concreto principalmente donde la carga actua 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. Originan el desarollo de importantes grietas más allá de los límites permisibles de servicio, a menos que se proporcione refuerzo especial por torsión. En vigas reales de borde en un sistema estructural, el grado de daño debido a la torsión no es por lo general tan crítico, sin embargo, siempre se deberá evitar la pérdida de la integridad debido al peligro de la torsión realizando un diseño adecuado del refuerzo necesario por torsión. Esta práctica tiene como objetivo observar el tipo de falla que se presenta en una viga de concreto simple, y en una viga de concreto reforzado, sujetas a momento de torsión. Analizar A nalizar la contribución del refuerzo en la resistencia a la torsión. Figura 6. Figura 6. Ensaye de torsión en elementos de concreto
La acción de un momento alrededor del eje longitudinal de un miembro produce en él torsión. En una estructura, la torsión se presenta por la excentricidad de las cargas que actúan en el elemento o
por compatibilidad de deformaciones de miembros monolíticos. Torsión primaria Llamada también «torsión de equilibrio » o «torsión estáticamente determinada deter minada ». Se presenta cuando la carga externa no tiene más alternativa que ser resistida por torsión. Un caso típíco es la
losa en voladizo de la figura 1. Las cargas soportadas por la losa producen momentos torsionales MI. que actúan a lo largo de la longitud de la viga de apoyo; éstos se equilibran mediante el momento torsor resistente Tquese desarrolla en las columnas. Sin estos momentos de torsión, la estructura entrará en colapso. En este caso, la viga se debe diseñar para resistir el momento tarsionante externo total. Debido a la losa en voladizos, no existe redistribuciónde la torsión. Torsión secundaria Se denomina también «torsión por compatibilidad » o «torsión estáticamente indeterminada». Se presenta a partir de las exigencias de continuidad, es decir, de la compatibilidad de deformaciones entre elementos adyacentes de una estructura (ver figura 2). En este caso, los momentos torsionales no pueden determinarse únicamente con base en el equilibrio estático. En el evento de no considerar la continuidad en el diseño, a menudo se presentará un agrietamiento excesivo, pero no se llegará a la falla de la estructura. Cuando las viguetas o losas macizas son monolíticas con las vigas extremas
o terminales de un panel, presentan momentos flectores. Debido a la continuidad con la viga y la rigidez que estas vigas tienen al giro se produce torsión.
2. METODOS DE DISEÑO PARA TORSIÓN Normalmente, la torsión va acompañada por flexión y cortante. La capacidad del concreto simple para resistir torsión cuando se presenta en combinación con otras cargas puede, en varios casos, ser menor que cuando resiste
únicamente los mismos momentos
torsionales externos. Así, se deberá proporcionar refuerzo por torsión. La inclusión del refuerzo longitudinal y transversal para resistir parte de los momentos torsionales introduce un nuevo elemento en el conjunto de fuerzas y momentos en la sección. Si: Tn = Resistencia nominal total a la torsión requerida de la sección incluyendo el refuerzo. Tc = Resistencia nominal a la torsión del concreto simple. Ts = Resistencia a la torsión del refuerzo.
De donde: Tn = Tc + Ts o bien: Ts = Tn - Tc A fin de estudiar la contribución de las varillas longitudinales y transversales para poder evaluar T" se deberá analizar el sistema de fuerzas que actúan en las secciones transversales alabeadas del elemento estructural en el estado límite de falla. En la actualidad se aceptan básicamente dos teorías: a) Teoria de la flexión asimétrica, la cual se basa en la aproximación de la distribución plana de deformaciones de las secciones transversales sujetas a flexión y torsión. Fue desarrollada por Lessig, con contribuciones posteriores de Collins, Zia, Gesund, Mattock y Elfgren, pero fue T. Hsu quien hizo la mayor contribución experimental en el desarrollo de la teoría de la flexión asimétrica. Esta teoría sentó las bases para el diseño a torsión de las normas del ACI 318-71 hasta el ACI 318-89 Y del Código Colombiano de Construcciones Sismo-Resistentes. Por tratarse de una teoría ampliaIngeniería &
DISEÑO PARA TORSIÓN El diseño para torsión debe realizarse de acuerdo con 11.6.
11.6.1 Casos en los cuales puede ignorarse la torsión
Los momentos torsores que no exceden de aproximadamente la cuarta parte del momento torsor de agrietamiento, Tcr , no producen una reducción significativa en la resistencia a flexión ni en la resistencia al cortante, por lo que pueden ser ignorados. En consecuencia se permite despreciar los efectos de la torsión si el momento torsor amplificado Tu es menor que:
en elementos no preesforzados: (b) en elementos preesforzados:
(c) Para elementos no preesforzados sometidos a tracción axial o fuerzas de compresión:
Nu es positivo para cargas de compresión y negativo para tracción. En elementos construidos monolíticamente con una losa, el ancho sobresaliente del ala usado para calcular Acp y Pcp debe cumplir con 13.2.5 (ver figura 11.6.1). Para una sección hueca, se debe usar Ag en lugar de Acp en 11.6.1 y los límites externos de la sección deben cumplir con 13.2.5. 2 0,083 1 0,33
11.6.1.1 Para los elementos aislados con alas y para elementos construidos monolíticamente con una losa, el ancho sobresaliente del ala utilizado para calcular Acp y Pcp debe cumplir con 13.2.5 (ver figura 11.6.1), excepto que las alas sobresalientes pueden despreciarse cuando el parámetro calculado para una viga con alas es menor al calculado para la misma viga ignorando las alas. 2 / APcp cp
11.6.2 Cálculo del momento torsor amplificado (torsión de equilibrio y torsión de compatibilidad) 11.6.2.1 Si el momento torsor amplificado Tu (figura 11.6.2.1) en un elemento es indispensable para mantener el equilibrio del sistema (torsión de equilibrio) y su valor excede el valor dado en 11.6.1 a), b) ó c), el elemento debe ser diseñado para soportar el íntegro de Tu de acuerdo con 11.6.3 a 11.6.6.
