15 Torsión 15.1 INTRODUCCIÓN El proyectista promedio probablemente no se preocupa mucho por la torsión. Piensa casi exclusivamente en fuerzas axiales, fuerzas cortantes y momentos Àexionantes y sin embargo, la mayoría de las estructuras de concreto reforzado están sujetas hasta cierto grado a la torsión. Hasta hace pocos años, los factores de seguridad requeridos por los códigos para el diseño de miembros de concreto reforzado por cortante y momento, eran tan grandes, que los efectos de la torsión podían casi siempre despreciarse con certidumbre, excepto en casos extremos. Actualmente, los factores de seguridad son menores que antes y los miembros son de menor tamaño, por lo que la torsión se ha vuelto un problema más común. En muchas estructuras sí se presenta una torsión apreciable, como en las trabes principales de los puentes, que son torcidas por las vigas transversales y por las losas. Se presenta en los edi¿cios donde el borde de una losa de piso y sus vigas están soportados por una viga de fachada, a su vez soportada por las columnas exteriores. Este caso se ilustra en la ¿gura 15.1, donde las vigas de piso tienden a torcer lateralmente la viga de fachada. Los terremotos pueden producir fuerzas de torsión peligrosas en todos los edi¿cios. Esto es especialmente cierto en estructuras asimétricas en las cuales los centros de masa y de rigidez no coinciden. Otros casos en que la torsión puede ser particularmente importante ocurren en las trabes de puentes curvos, en las escaleras espirales, en las trabes de terrazas y en donde se aplican "excéntricamente" grandes cargas a las vigas. La ¿gura 15.2 muestra un caso de aplicación "excéntrica" con esfuerzos resultantes de torsión muy grandes. Debe ser claro que si el miembro de soporte tiene capacidad de giro, los esfuerzos resultantes de torsión serán muy pequeños. Sin embargo, si el miembro está restringido, los esfuerzos de torsión serán muy grandes. Cuando un miembro de concreto simple está sometido a torsión pura, se agrietará y fallará a lo largo de líneas espirales a 45° debido a la tensión diagonal que corresponde a los esfuerzos de torsión. Una demostración muy efectiva de este tipo de falla se tiene al torcer un trozo de gis en sus manos hasta que se rompe. Aunque los esfuerzos de tensión diagonal producidos por la torsión son muy similares a los producidos por el cortante, los primeros se presentan en todas las caras de un miembro. Como resultado, se suman en un lado a los esfuerzos causados por el cortante y se restan en el otro.1 En años recientes se ha tenido más reportes de fallas estructurales atribuidas a la torsión. Como resultado, se ha dedicado una gran cantidad de investigación a este tema, con lo que se ha mejorado mucho la noción del comportamiento de los miembros estructurales sometidos a torsión. Con base en tan extenso trabajo experimental, el código ACI incluye requisitos muy especí¿cos para el diseño de miembros de concreto reforzado sometidos a torsión o a torsión combinada con cortante y Àexión. Se debe tener en cuenta que las fuerzas cortantes y de torsión máximas pueden presentarse en las zonas en que los momentos Àexionantes son pequeños. En tales casos, puede ser de particular importancia la interacción del cortante con la torsión en lo que respecta al diseño.
1 White, R.N., Gergely, P. y Sexsmith, R.G., 1974, Structural Engineering, vol. 3 (Nueva York: John Wiley & Sons), págs. 423424.
462
Cap_15_McCormac-Brown.indd 462
5/24/11 9:52 AM