Dimensionamiento sísmico por capacidad – Eurocódigo 8
Como es ampliamente reconocido, el Eurocódigo 8 establece criterios rigurosos para asegurar la ductilidad de los elementos sísmicos primarios en estructuras sujetas a requisitos de Ductilidad Media (DCM) o Alta (DCH).
Este artículo se centra, en particular, en la necesidad de evitar roturas frágiles en las zonas de plastificación. Con este fin, se analiza la cuestión específica de la correcta consideración del parámetro lcl (longitud libre efectiva) en el Dimensionamiento por Capacidad aplicado a las vigas.
Evitar Modos de Rotura Frágiles
Para garantizar el comportamiento adecuado de las vigas, es esencial que la disipación de energía sísmica ocurra por flexión y no por cortante, tal como exige el EC8.
- Plastificación por Flexión: Este comportamiento es un modo de rotura progresivo y dúctil, en el que la estructura puede soportar grandes deformaciones antes de colapsar.
- Rotura por Cortante: En cambio, la rotura por esfuerzo cortante representa un modo de fallo frágil y repentino que debe evitarse a toda costa, ya que pone en riesgo la capacidad de disipación de energía y la previsibilidad del comportamiento estructural.
Dimensionamiento por Capacidad – Exigencias del EC8
En el caso de las vigas sismorresistentes primarias, el Eurocódigo 8 obliga a dimensionar los esfuerzos cortantes según un criterio de capacidad. Para ello:
- El esfuerzo cortante de dimensionamiento (VEd) se calcula con base en la suma de los momentos de plastificación de las secciones de las vigas (Mrd), dividida por la longitud libre efectiva entre apoyos (lcl), más el esfuerzo cortante correspondiente a la combinación casi permanente.
Esta relación se presenta en la fórmula:
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Donde Ved representa el esfuerzo cortante de dimensionamiento (424,706 kN en el ejemplo), en contraste con el valor de cálculo instalado (145,754 kN).
Importancia del Parámetro lcl (Longitud Libre Efectiva)
El parámetro lcl, definido como la distancia libre efectiva entre las caras de los pilares, desempeña un papel decisivo en el dimensionamiento sísmico:
Un vano menor (lcl) genera mayores esfuerzos cortantes para la misma capacidad a flexión (Mrd). mientras que un vano mayor reduce los esfuerzos cortantes.
Correção de lcl na Modelação com SAP2000
En el modelado estructural con software como SAP2000, los elementos de barra (vigas y pilares) suelen representarse mediante sus ejes geométricos. Si no se tienen en cuenta los ajustes necesarios, se pueden producir discrepancias en los cálculos, ya que el vano real lcl se mide entre las caras de los pilares, no entre sus ejes.
Solución con End Length Offsets
SAP2000 cuenta con la herramienta End Length Offsets, que ajusta automáticamente los extremos de las vigas y pilares para alinear los ejes modelados con la posición real de las caras de los pilares. Tal corrección es esencial para obtener resultados precisos en el dimensionamiento sísmico. En el caso de ETABS, esta propiedad está activada por defecto para pilares y vigas.
Control de las Armaduras de Flexión – Cálculo del Mrd
En el cálculo de los momentos resistentes en las vigas, las armaduras longitudinales en los extremos pueden determinarse de dos maneras, tanto en SAP2000 como en ETABS:
- Dimensionamiento Automático: El software calcula automáticamente las armaduras longitudinales basándose en los esfuerzos provenientes del análisis estructural, cumpliendo los requisitos de seguridad y ductilidad.
- Definición Manual por parte del Usuario: En caso de sobredimensionamiento potencial, el usuario debe introducir esa información en el programa a través de “Reinforcement Overrides for Ductile Beams”. En tal caso, el valor del momento resistente será el máximo entre el calculado para la armadura especificada y el correspondiente a la armadura dimensionada automáticamente. Así, el cortante por capacidad se calculará para la situación más desfavorable, es decir, la máxima resistencia a flexión.
A continuación, se resumen algunos de los requisitos de ductilidad impuestos a pilares y vigas, respectivamente.
Pilares
Vigas
Se recomienda consultar el siguiente artículo de CSI España para conocer todas las verificaciones de ductilidad del Eurocódigo 8 que los programas SAP2000, ETABS y VIS realizan automáticamente.
