Efecto columna corta

¿Qué es el efecto columna corta?

Durante terremotos pasados, los edificios de estructura de concreto reforzado (concreto armado) que tienen columnas de diferentes alturas dentro de un piso, sufrieron más daños en las columnas más cortas en comparación con las columnas más altas en el mismo piso.

columna corta

En la imagen se muestra 2 ejemplos de edificios con columnas cortas:

  • Edificio en un terreno inclinado.
  • Edificio con un entrepiso

El mal comportamiento de las columnas cortas se debe al hecho de que en un sismo, una columna alta y una columna corta de la misma sección transversal se mueven horizontalmente en la misma cantidad de «△».

columna corta

Sin embargo, la columna corta es más rígida en comparación con la columna alta y atrae una fuerza sísmica mayor. La rigidez de una columna significa resistencia a la deformación: cuanto mayor es la rigidez, mayor es la fuerza requerida para deformarla.

Si una columna corta no está diseñada adecuadamente para fuerza tan grande, puede sufrir daños significativos durante un terremoto. Este comportamiento se llama «efecto de columna corta».

El daño en estas columnas cortas es a menudo en forma de grietas en forma de «X»; este tipo de daño de las columnas se debe a falla por cortante.

Comportamiento de la columna corta

Muchas situaciones con efecto de columna corta surgen en los edificios. Cuando un edificio descansa sobre un terreno inclinado (ver figura 1a), durante la sacudida del terremoto, todas las columnas se mueven horizontalmente en la misma cantidad junto con la losa del piso en un nivel particular (esto se llama acción de diafragma rígido). Si existen columnas cortas y altas dentro del mismo piso, entonces las columnas cortas atraen una fuerza símica varias veces mayor y sufren más daños en comparación con las más altas.

El efecto de columna corta también ocurre en columnas que soportan entrepisos o losas de entrepisos que se agregan entre dos pisos regulares (ver figura 1b).

columna corta

Hay otra situación especial en los edificios cuando se produce el efecto de columna corta, como en el siguiente ejemplo: Considere una pared (albañilería) de altura parcial construida para encajar una ventana sobre la altura restante. Las columnas adyacentes se comportan como columnas cortas debido a la presencia de estos muros. En muchos casos, otras columnas en el mismo piso son de altura regular, ya que no hay paredes contiguas a ellas.

Cuando la losa del piso se mueve horizontalmente durante un sismo, los extremos superiores de estas columnas sufren el mismo desplazamiento (Figura 3). Sin embargo, las paredes rígidas restringen el movimiento horizontal de la parte inferior de una columna corta, y se deforma en la cantidad total sobre la altura corta adyacente a la abertura de la ventana.

columna corta

Por otro lado, las columnas regulares se deforman sobre la altura completa. Dado que la altura efectiva sobre la que una columna corta puede doblarse libremente es pequeña, ofrece más resistencia al movimiento horizontal y, por lo tanto, atrae una fuerza mayor en comparación con la columna normal.

Como resultado, la columna corta sufre más daño. La figura 4 muestra el agrietamiento en X en una columna adyacente a los muros de altura parcial.

columna corta

Si quieres saber sobre más fallas que ocurren en columnas, te invito a que leas el post en donde hablo sobre ello.


¿Cómo soluciono el efecto columna corta?

En edificios nuevos, el efecto de columna corta debe evitarse en la medida de lo posible durante el diseño arquitectónico. Cuando no es posible evitar columnas cortas, este efecto debe abordarse en el diseño estructural. Según el estándar indio IS: 13920 – 1993 (Especializado sobre este efecto) menciona que para detalles dúctiles de estructuras de concreto armado requiere que se proporcione un refuerzo de confinamiento especial sobre la altura completa.

Este refuerzo de confinamiento especial (lazos cerrados estrechamente espaciados) deben extenderse mas allá de la columna corta hacia las columnas verticalmente arriba y abajo por una cierta distancia como se muestra en la siguiente figura que detalla este tipo de refuerzo:

columna corta

En edificios existentes con columnas cortas, se pueden emplear diferentes soluciones de reacondicionamiento para evitar daños en futuros terremotos. Donde hay paredes de altura parcial, la solución más simple es cerrar las aberturas construyendo una pared de altura completa; esto eliminará el efecto de columna corta. Si eso no es posible, las columnas cortas deben reforzarse utilizado una de las técnicas de reacondicionamiento bien establecidas. Esta solución debe ser diseñada por un ingeniero estructural calificado con la experiencia necesaria.

Créditos: Earthquake Tip


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