Una de las causas más comunes de daños catastróficos en edificaciones ante acciones sísmicas es el “Efecto de Columna Corta”. Se presenta cuando se restringe parcialmente el desplazamiento lateral de la columna, generalmente mediante paredes de mampostería con ventanas, lo cual concentra en la porción libre tensiones cortantes sustancialmente más altas que las correspondientes la misma columna si estuviese libre en toda su altura.
El efecto de columna corta es nocivo, no sólo ante solicitaciones de origen sísmico, sino ante cualquier acción que implique desplazamiento horizontal relativo entre la base y el tope de la columna, tal como en el caso de dilataciones térmicas o movimiento de fundaciones. Para algunas configuraciones estructurales, se puede presentar inclusive ante dilataciones muy pequeñas relacionadas a variaciones en la temperatura ambiente.
El verdadero problema no es que la columna sea corta, sino que no haya sido considerada así en el análisis y diseño de la estructura, al menospreciar la influencia de los componentes no estructurales.
Para evitar que se presente el Efecto de Columna Corta, o se separan convenientemente los componentes no estructurales que puedan inducirlo, o se incorporan dichos componentes en el análisis y diseño como parte del sistema estructural.
En los edificios de concreto armado la tabiquería puede estar presente en una gran gama de configuraciones, formando parte del cerramiento exterior o divisiones en el espacio interior. A menos que se tomen previsiones especiales, todas las paredes enmarcadas por la estructura, influyen de alguna forma en los mecanismos resistentes a acciones laterales.
En algunos casos, la presencia de tabiquería puede alterar notablemente la distribución de deformaciones y tensiones en los miembros del marco; si ésta no es considerada adecuadamente, la respuesta de la estructura distará significativamente de lo previsto en el modelo.
Es particularmente importante el caso en que la tabiquería no abarca toda la altura de las columnas sino que deja una porción libre, lo cual es muy común ante la presencia de ventanas. En estos casos, el desplazamiento horizontal relativo entre la base y el tope de la columna (deriva) se concentra sólo en su porción libre, lo que genera tensiones sustancialmente más altas que las correspondientes a la misma columna, pero libre en toda su altura. Esta situación, conocida como el “efecto de columna corta" es una de las causas más comunes de ruina en caso de sismos, pero también puede presentarse ante cualquier otra acción que induzca deriva en la columna.
Esta Figura muestra el Efecto de Columna Corta que se presentó por la presencia de un muro de concreto reforzado en uno de sus ejes estructurales, lo que provocó la falla de todas las columnas de ese eje.
El Efecto de Columna Corta trae como consecuencia una modificación local de la distribución de tensiones y deformaciones del miembro estructural afectado.Sin embargo, cuando se considera el carácter sistémico de la edificación, se puede indicar que el efecto de columna corta nunca se presenta aisladamente, ni se limita a los miembros estructurales directamente afectados, sino que va acompañado de una modificación global de la distribución de tensiones y deformaciones de los distintos componentes de la edificación.
En general, cualquier restricción de las deformaciones de un estructura, sea parcial o total, modificará la rigidez en el sector afectado y se alterarán las propiedades dinámicas que rigen la respuesta ante acciones sísmicas.
Es una de las causas más comunes de daños catastróficos en edificaciones afectadas por sismos. Sin embargo, también puede presentarse ante cualquier acción que induzca una deriva en la columna, tales como dilataciones térmicas o movimiento de fundaciones, entre otros. Para algunas configuraciones estructurales, se puede presentar inclusive ante dilataciones muy pequeñas, relacionadas a variaciones en la temperatura ambiente.
Conclusiones y recomendaciones:
✔Consiste en la restricción parcial del desplazamiento lateral del fuste de una columna, que obliga a concentrar toda la demanda de deformaciones y tensiones en su porción libre.
✔ Es una de las causas más comunes de daños catastróficos en caso de sismos. Puede también presentarse ante cualquier acción que induzca una deriva en la columna.
✔ Se puede generar con derivas muy bajas, tal como dilataciones térmicas diferenciales durante incendios o inclusive las originadas por cambios en la temperatura ambiente.
✔ Modifica localmente las propiedades mecánico-resistentes y las tensiones en la columna afectada: aumenta el cortante; traslada la máxima flexión hacia la zona central de la columna, generalmente menos confinada; disminuye su ductilidad y lo más crítico, incrementa sustancialmente su rigidez, por lo que alcanza su máxima capacidad a derivas mucho más bajas que si estuviese libre en toda su altura.
✔ Su severidad radica, no sólo en la repercusión sobre el miembro afectado, sino más bien en los efectos globales sobre el sistema estructural. Al ser las “columnas cortas” mucho más rígidas, éstas absorben prácticamente todo el cortante que impone el diafragma mientras que el resto de las columnas prácticamente no reacciona hasta que las primeras fallan prematuramente y degradan su resistencia y rigidez, lo que inicia mecanismos de reacción en cadena.
✔ Puede estar condicionado de origen, debido a la configuración arquitectónica o estructural, en cuyo caso es generalmente evidente. Pero también, menos evidente, puede ser inducido luego de la rotura parcial de paredes u otros componentes no estructurales.
✔ La mejor solución es evitarlo, separando convenientemente la columna de otros componentes que puedan restringir su libre deformación.
✔ La otra vía de solución es incorporar los componentes no estructurales en el análisis y diseño, ya que el verdadero problema no radica en que las columnas sean “cortas”, sino que dicha condición no haya sido prevista en el proyecto.
✔ Finalmente, sólo si se consideran condiciones realistas en los modelos, se podrán diseñar adecuadamente los distintos componentes de la edificación. En este sentido, las normas nacionales e internacionales advierten la importancia de considerar la influencia de los componentes no estructurales y verificar la compatibilidad de deformaciones, no sólo para el caso de la “columna corta”, sino para el desempeño general del sistema estructural y el resto de los componentes de la edificación.
