Se puede definir al colapso progresivo como la propagación de una falla local inicial, de elemento a elemento, resultando eventualmente en el colapso de una estructura completa o una gran parte de ésta (ASCE 7-10). Algunos autores han indicado que la resistencia al colapso progresivo es la capacidad de una estructura de acomodarse (adecuarse) con solo fallas locales, a la remoción teórica de cualquier elemento estructural individual que la constituye.

La falla de una columna en una estructura de una, dos, tres o hasta incluso cuatro columnas puede generar un colapso general. De manera similar, la falla de un elemento portante importante en el piso inferior de una estructura de dos o tres pisos puede causar el colapso general de toda la estructura (Proyecto de Reglamento CIRSOC 101-22).

En este marco, se distinguen situaciones donde el daño logra mantenerse limitado, por ejemplo, cuando, tras la pérdida de una o más columnas vecinas, la afectación queda contenida en los tramos y niveles adyacentes, o cuando la falla de una porción de un muro portante sólo compromete un sector acotado de una estructura en altura. La diferencia entre un daño local controlado y un colapso en cadena remite, en buena medida, a la capacidad de la estructura de encontrar caminos alternativos para conducir las cargas.

Esa capacidad se expresa en el concepto de redundancia estructural: la posibilidad de transferir solicitaciones mediante rutas diversas desde el punto de aplicación hasta los elementos resistentes. El/la Proyectista debe reconocer y evaluar explícitamente esos caminos de carga.

El análisis frente a colapso progresivo se centra en el comportamiento del sistema ante la pérdida de un elemento vertical (Figura 1), columna o tabique, sin ponderar el evento disparador, por considerarse de muy baja probabilidad y de naturaleza incierta.

En consecuencia, el enfoque parte de una hipótesis operativa: el evento ya ocurrió y produjo una falla local de un componente portante. Entre las causas posibles de daño local se encuentran sobrecargas no previstas, uso inadecuado de locales, cargas anormales como explosiones (no originadas por atentados), choque o impacto vehicular sobre una columna (Figura 1), asentamientos diferenciales excesivos entre columnas, defectos de diseño o en la ejecución, deterioro (por ejemplo, por corrosión) de las armaduras u otros elementos componentes, entre otros.

En los Comentarios al Art. 1.4 del Proyecto de Reglamento CIRSOC 101-22 se anexa una serie de directrices para la provisión de integridad estructural general. Habitualmente, las uniones entre componentes estructurales deben ser dúctiles y ofrecer cierta capacidad para soportar deformaciones relativamente grandes y absorber energía bajo el efecto de condiciones anormales.

Según el sistema adoptado, esto puede lograrse de múltiples maneras; de hecho, detalles compatibles con demandas moderadas de viento y, especialmente, con acciones sísmicas, suelen aportar niveles de ductilidad capaces de favorecer la redistribución de esfuerzos. El objetivo es que, ante daño severo en tabiques, vigas, columnas o losas, la estructura sea capaz de redireccionar las cargas sin pérdida abrupta de la capacidad portante.

En esa línea, ASCE 7-10 plantea estrategias como configuraciones en planta favorables, vínculos integrados entre elementos principales, adecuación de direcciones de trabajo de losas, particiones con capacidad resistente, evaluación de la acción de catenaria, sistemas redundantes y detallado dúctil, incluyendo refuerzos adicionales para inversiones de cargas o solicitaciones excepcionales.

Para el diseño y armado se emplean los criterios establecidos por la norma de aplicación que establezca el Comitente. Debe tenerse presente el no combinar especificaciones de distintas normas para una estructura dada porque puede conducir a errores graves. Lo que sí es factible es el dimensionado por una norma y la verificación por otra.

Deben evaluarse los efectos de segundo orden en elementos comprimidos y tener precaución con los detalles de armado que resultan fundamentales para asegurar que la estructura pueda ser correctamente hormigonada y funcionar adecuadamente. Adicionalmente, se debe tener en cuenta la esbeltez y dimensiones mínimas indicadas por las reglamentaciones vigentes para los elementos de soporte, especialmente para aquellos que puedan sufrir potenciales impactos en espacios de cocheras de planta baja de edificios de altura (Figura 2).

En función de las condiciones del medio debe analizarse la fisuración para los elementos sometidos principalmente a flexión o tracción, particularmente en aquellas estructuras donde prevalezca el peso propio y verificar si las deformaciones son compatibles con las condiciones de uso.

Asimismo, se debe considerar que en general dichos programas no evalúan efectos localizados tales como: introducción de cargas puntuales, apeos, armado de nudos, zonas con orificios en losas, entre otros. En ocasiones presentan esquemas detallados de armaduras que, en afán de su optimización, generan dificultades con las longitudes de anclaje necesarias y requeridas, las cuales permiten un trabajo pleno de las armaduras.

Debe evaluarse si la etapa constructiva puede ocasionar solicitaciones más desfavorables respecto de las derivadas de la situación final de servicio, en tales casos, el proyecto debe incluir las indicaciones al respecto de la forma de llevar adelante la construcción.

Las omisiones en estos aspectos conforman una fuente frecuente de origen de patologías en las estructuras de los edificios. Un ejemplo de ello se verifica en el colapso progresivo, tanto vertical como horizontal, del Skyline Plaza Apartments, suceso ocurrido en 1973 en los Estados Unidos. El hecho sucedió durante la construcción del piso 24º y se produjo sobre el nivel 23º por punzonamiento ante una remoción prematura del encofrado.

Para el análisis específico de colapso progresivo, usualmente no se consideran acciones sísmicas ni explosiones asociadas a atentados. El evento puede ocurrir durante la construcción o en la vida útil. Dado que no es práctico predecir ubicación y magnitud de eventos extremos con hipótesis tradicionales, el enfoque contemporáneo busca minimizar la extensión del daño, sin prometer la eliminación total del riesgo.

La falla local de una columna o tabique es el escenario más relevante para la integridad global, y el objetivo es impedir que esa pérdida active un mecanismo de colapso en cadena, habilitando rutas alternativas de carga. En términos de criterios de proyecto, se recomienda evitar, en lo posible, apeos de columnas sobre vigas, y en configuraciones regulares se considera deseable disponer más de tres columnas por eje para aumentar la redundancia.

En el detallado, se destacan medidas como el uso de estribos cerrados con gancho a 135°, su densificación en zonas de nudos y la continuidad mínima de armaduras superiores e inferiores en vigas, entendidas como condiciones necesarias, aunque no suficientes. En general, el diseño sismorresistente tiende a mejorar la resistencia frente al colapso progresivo por la ductilidad y continuidad que exige.

Ante la pérdida de una columna, es frecuente observar incrementos relevantes del esfuerzo axial en columnas vecinas. Si éstas fueron diseñadas con adecuada capacidad, el incremento puede ser absorbido por márgenes de seguridad, evitando el colapso inmediato. Esto refuerza la necesidad de sobrerresistencia en columnas de esquina y en las primeras aledañas.

Se remarca la conveniencia de diseñar empalmes de columnas en condición de tracción, asegurar armaduras mínimas continuas conforme al Reglamento CIRSOC 201 y confinar adecuadamente con estribos cerrados. No obstante, el comportamiento de vigas suele ser más crítico, aún con armados favorables, por lo que resulta indispensable estudiar mecanismos alternativos de transmisión de cargas, incluyendo la participación de losas con armadura adicional capaz de activar tales mecanismos. En materia normativa, los principales desarrollos históricos se asociaron a edificios gubernamentales de los Estados Unidos, como UFC 4-023-03 para edificios del Departamento de Defensa y las guías GSA para edificios federales.

En el ámbito local, el Proyecto de Reglamento CIRSOC 201-25 incorpora el concepto de integridad estructural como la capacidad de redistribuir esfuerzos y mantener estabilidad mediante resistencia, redundancia, ductilidad y detallado de armaduras ante daños localizados u ocurrencia de sobreesfuerzos. Para losas unidireccionales ejecutadas in situ se requiere brindar continuidad, como mínimo, a una fracción de la armadura positiva máxima y asegurar anclajes que desarrollen la fluencia en apoyos no continuos; los empalmes exigidos deben responder a tipologías específicas, como mecánicos, soldados o yuxtapuestos Clase B, y ubicarse preferentemente cerca de los apoyos.

Para losas bidireccionales se establecen requisitos de continuidad o empalmes a tracción en la franja de columnas y el pasaje de barras inferiores a través de la región de armado longitudinal de columnas, con anclajes adecuados en apoyos exteriores, en particular en entrepisos sin vigas.

En cuanto a las vigas, la experiencia indica que, si se daña un apoyo y la armadura superior continua no está confinada por estribos, puede desprenderse del hormigón y no activar la acción de catenaria necesaria para “puentear” el apoyo perdido. Ese mecanismo puede lograrse asegurando continuidad de parte de la armadura inferior y un detallado que permita su desarrollo.

Cuando existen cambios de altura en apoyos, el anclaje y desarrollo completo de armaduras entre elementos se vuelve decisivo. El Proyecto de Reglamento CIRSOC 201-25 prescribe continuidad mínima de armaduras a tracción para momentos positivos y negativos según la ubicación de la viga, exige que las armaduras destinadas a integridad permanezcan confinadas por estribos cerrados a lo largo del vano libre y que atraviesen la región circunscrita por la armadura longitudinal de la columna, asegurando anclajes los cuales desarrollen la fluencia en apoyos no continuos. También se pautan ubicaciones preferentes de empalmes: para armadura de momento positivo, en o cerca del apoyo; para momento negativo, hacia la mitad de la luz. Aun así, se advierte que, ante la falla de una columna interna, el diagrama de momentos puede invertir su signo y adoptar valores positivos mayores sobre el apoyo, lo que sugiere evitar el corte de barras inferiores sobre columnas y, en cambio, propiciar continuidad de armadura inferior en la zona de apoyo con empalmes desfasados hacia el vano.

Sobre la estructura se ejerce un conjunto de acciones externas como cargas derivadas del peso propio y las sobrecargas, el viento, sismo, asentamientos de apoyos, variaciones de temperatura, etc., y la estructura como respuesta a las mismas presenta deformaciones, fisuración, solicitaciones internas y eventualmente, daños. La respuesta de la estructura debe mantenerse dentro de ciertos límites de tal forma de no afectar su funcionamiento ni su seguridad frente a la falla. Un determinado elemento estructural para cumplir con la finalidad para la cual ha sido proyectado, deberá verificar los estados límites capaces de ocasionar la puesta fuera de servicio del mismo. Resulta factible clasificar los estados límites en tres grupos:

– Estados Límites Últimos (ELU).
– Estados Límites de Servicio (ELS).
– Estados Límites de Durabilidad (ELD).

Dentro del primer grupo se encuentran, entre otros:

– La pérdida de equilibrio estático de la estructura.
– La rotura de la sección (flexión, corte, torsión, compresión, tracción, entre otros).
– Inestabilidad local de algún elemento comprimido (pandeo).
– Rotura por punzonado.
– Fallas de adherencia en anclajes, empalmes, entre otros.

Como Estados Límites de Servicio se pueden mencionar a modo de ejemplo:

– Fisuración excesiva.
– Deformaciones excesivas.
– Vibraciones excesivas o perceptibles para sus ocupantes.
– Asentamientos totales y diferenciales en fundaciones.

Respecto del Estado Límite de Durabilidad, es importante remarcar:

– Recubrimientos mínimos.
– Tipo y contenido mínimo de cemento.
– Resistencias mínimas del hormigón.
– Otras.

A los Estados últimos mencionados es necesario incorporar los siguientes requisitos mínimos:

– Resistencia al fuego.
– Sostenibilidad.
– Integridad estructural.

Al dimensionar una estructura, el criterio será obtener en lo posible, fallas que “preavisen”, o sea roturas dúctiles, que son aquellas precedidas de una serie de fenómenos responsables de alertar (fisuración, deformaciones, entre otros) y conducir a la falla o puesta fuera de servicio gradual. Esto es deseable, dado que permite adoptar medidas correctivas antes de llegar a una situación de colapso, la que independientemente de las pérdidas económicas, puede implicar la pérdida de vidas. Se debe destacar finalmente que no cualquier combinación de hormigón y acero define en sí un elemento de hormigón armado.

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