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16 jul 2016

EFECTO PIE DE ELEFANTE EN ESTRUCTURAS

¿Tras un terremoto a qué se conoce como efecto pie de elefante en estructuras?

En primer lugar realizaremos una contextualización hacia los fallos en infraestructuras debidos a terremotos. Se denomina fallo de una estructura a la superación de un estado de carga llamado Estado Límite Último (ELU) que tiene lugar durante una situación persistente, transitoria o accidental. Cuando una estructura sobrepasa su ELU se pone en riesgo la integridad estructural de la edificación y la seguridad de las personas y elementos contenidos en su interior.

EFECTO PIE DE ELEFANTE EN ESTRUCTURAS

Columna de hormigón armado

Las causas más comunes en este tipo de fallos  asociadas a terremotos son:

  • Discontinuidades entre la unión viga del muro y columna del techo, por la disposición de espacios vacíos, ventanas, ventilación… Esta falta de elementos estructurales hace que durante el suceso de terremoto, esta franja sea más frágil frente a cortante y flexión, produciéndose movimientos excesivos que deterioran la viga.
  • Mala conexión entre elementos estructurales.
  • Diseño inadecuado en fase de proyecto, por desconocimiento de las características sísmicas de la zona.
  • Roce entre elementos contiguos.
  • Desprotección de la armadura de acero.

(ver artículo “¿Están preparados nuestros edificios para un terremoto?” de Javier Luque)

A continuación nos centraremos en la problemática que presentan las columnas de hormigón armado.

En la imagen de cabecera podemos observar una columna de hormigón armado que, a simple vista, podría decirse que no presenta fallos de diseño evidentes,al tener una base firme para su apoyo, un recubrimiento (distancia entre la superficie exterior de la armadura incluyendo cercos y estribos y la superficie más cercana del hormigón) que no deja vista la armadura, buena conexión con la viga del techo y elementos para evitar posibles afecciones de agua que puedan deteriorar al estructura, como son las conducciones de agua.

No obstante, al iniciarse un terremoto, este buen diseño puede no ser eficiente. En nuestro caso hablaremos de un efecto que recibe el singular nombre de “pie de elefante en estructuras”.

Los terremotos afectan a la estructura debido a las ondas sísmicas longitudinales que se trasmiten a través del suelo desde el terreno a la vivienda. Estas ondas hacen que vibren los edificios sometiéndolos a esfuerzos de flexión y cortante por causa principalmente de su conformación como violentas fuerzas horizontales debidas a las aceleraciones sísmicas.

El movimiento o vibración dependerá de la magnitud del terremoto así como de la distancia hasta el hipocentro (punto del interior de la corteza terrestre donde se genera el sismo) puesto que, cuanto más cercano sea a la superficie, mayor será su efecto destructivo.

Durante el suceso de terremoto tienen lugar la confluencia de dos movimientos, por un lado el movimiento lateral y por otro lado el movimiento vertical. El movimiento lateral u horizontal es el principal causante de los fallos debidos a flexión, siendo el movimiento vertical el causante del fallo denominado “pie de elefante en estructuras”. Este fallo tiene lugar debido a la baja resistencia de la columna frente a cortante, debido a los excesivos movimientos para los que no estaba prevista la estructura.

En la siguiente imagen podemos observar este efecto “pie de elefante en estructuras” y entender el porqué de su peculiar nombre:

 

EFECTO PIE DE ELEFANTE EN ESTRUCTURAS

EFECTO PIE DE ELEFANTE EN ESTRUCTURAS

Durante el terremoto los movimientos verticales hacen que las barras de las armaduras se ensanchen y compriman siguiendo la trayectoria de los movimientos verticales, hasta que llega un momento en el que ceden.

En este momento, la resistencia del hormigón que recubre la armadura es sobrepasada por el efecto del movimiento vertical, dejando desprotegida la armadura y acompañando la misma al movimiento de retroceso vertical, quedando dispuesto como se muestra en la imagen.

Esta disposición doblada tiene lugar debida al enorme peso que debe de soportar la columna durante el movimiento de retroceso vertical, de forma que el acero no es capaz de aguantarlo al quedar privado de la protección que le confiere el hormigón trabajando en compresión y adopta la configuración deformada.

A partir de este momento, la columna se considera como un elemento frágil donde en posteriores movimientos se puede producir la focalización del sismo generando mayores daños como la rotura de la columna y el desplome de la estructura que ésta soportaba.

Se denomina efecto “pie de elefante en estructuras” debido a su disposición final semejante a la pata de este animal.

pie de elefante en estructuras

PIE DE ELEFANTE

 

pie de elefante en estructuras

EFECTO PIE DE ELEFANTE EN ESTRUCTURAS

 

Cierto es que hay que tener algo de imaginación pero, si se supone que podemos ver un centauro lanzando una flecha con un arco mirando una decena de estrellas de la constelación de sagitario, podremos ver las similitudes en el ensanchamiento de la cabeza de nuestra columna y el pie de paquidermo. Ayuda imaginar la columna al revés.

 

Autor: JUAN CARLOS CRUZ PEREZ

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