O/S #45 TORSION + CORTE - SAP2000

Una de las fallas más difíciles de interpretar cuando modelamos una estructura de hormigón en SAP2000 bajo el reglamento ACI 318-14 es el mensaje:

O/S #45 Shear stress due to shear force and torsion together exceeds maximum allowed

Traducido sería: O/S = Over/Stress = Sobre-esfuerzo, y significa que el elemento está sobre-exigido porque el esfuerzo de corte debido a la fuerza cortante y a la torsión combinadas excede el máximo permitido por el reglamento.

Lo primero que debemos aclarar es que ver un mensaje en rojo no implica necesariamente que el elemento vaya a colapsar ni que la estructura esté perdida. El programa nos advierte que, en esa sección, las tensiones combinadas corte + torsión superan un límite normativo, y nuestra tarea es verificar, interpretar y corregir.

Antes de avanzar debemos evaluar si su funcionamiento estructural dentro del modelo que estamos analizando tiene posibilidad de redistribución de momentos, esto es evaluar si estamos frente a un diseño de torsión por compatibilidad.

Básicamente se trata de evaluar si la resistencia a torsión del elemento es necesaria para mantener la estructura en pie:

Fig. 1.- Diagrama de tensiones S23 (corte) sistema sin redundancia torsional

O si se trata de una estructura en donde los momentos torsores se producen para mantener la condición de compatibilidad de deformaciones entre miembros adyacentes

Fig. 2.- Diagrama de tensiones S23 (corte) sistema con redundancia torsional

En el primer caso (Fig. 1), se debe diseñar con la torsión ultima Tu​, ya que es necesario resistir dicha torsión para mantener el equilibrio y que el voladizo no colapse, mientras que en el segundo caso (Fig. 2), el sistema estructural del entrepiso tiene posibilidad de redistribuir momentos.

Fig. 3.- Conformación de una losa nervada en 1 sentido

Para describirlo mas claramente, asumamos que estamos frente a una situación de colapso (falla súbita) de uno o de un grupo de elementos, supongamos que la viga secundaria se quiebra en sus extremos, la misma deja de transmitir carga a las vigas de carga pero queda suspendida de la estructura conectada por los nervios y la misma loseta de piso, esta pierde su capacidad de carga, se convierte en un peso para los nervios, estos aumentan los momentos y demás tensiones en sus extremos, es decir la estructura no colapsa porque hay redundancia torsional.

Fig. 4.- Conformación de un portico 3D

Otra posibilidad es que uno o un grupo de nervios se quiebre igualmente en sus extremos, la situación sería la misma, estos dejan de transmitir tensiones de manera directa a las vigas de carga principales, ahora las cargas deben viajar a través de la viga secundaria que percibe un incremento de carga proveniente de los elementos desconectados y en consecuencia esta transmite más carga a las vigas de carga laterales, redistribuyendo las tensiones y momentos, de nuevo la estructura no colapsa porque hay redundancia torsional.

Siguiendo este mismo razonamiento podemos analizar cualitativamente por partes cualquier estructura para determinar su grado de redundancia torsional y así poder aplicar lo que establece el reglamento ACI318 donde la torsión ultima Tu​ puede reducirse hasta el limite conocido como momento de agrietamiento por torsión ϕTcr

Cómo resolver exactamente el O/S # 45

A.- Cuando ignorar la torsión - Umbral y Fisuración

• Si Tu ≤ ϕTth​ → despreciar torsión.

• Si Tu > ϕTth​ → diseñar por torsión (y seguir con B–D).

• Con redundancia torsional (compatibilidad) se puede reducir el Tu​ de diseño hacia ϕTcr, siempre respetando los límites de sección.

  
  

B. Límite combinado corte + torsión (origen del O/S # 45)

La verificación implementada por el software puede escribirse como:

El incumplimiento de esa expresión es lo que arroja el mensaje de falla.

Cómo lograr que cumpla:

1. Bajar demandas Vu,Tu​: favorecer la compatibilidad (redistribución), liberar torsión en apoyos, usar G, J  fisurado (p.ej. 5–20 % del J elástico) donde corresponda.

2. Subir capacidad geométrica: incrementar bw​, d; maximizar Ao​ y ph colocando el estribo exterior cerca del perímetro (respetando recubrimientos).

3. Mejorar material: mayor f'c eleva el tope del lado derecho de la ecuación.

   
   

Advertencia clave: agregar más estribos no modifica directamente la desigualdad combinada; si esta no cumple, el O/S # 45 persiste. El acero a torsión se dimensiona después de lograr que la interacción entre al dominio.

C. Dimensionado del acero a torsión (cuando aplica)

Con la interacción ya cumplida:

• Usual θ=45° (permitido 30°–60°).

• Espaciamiento máximo: s ≤ ph/8​  y  s ≤ 300 mm.

• Detalle: estribos cerrados con ganchos de 135°, barras de esquina continuas, y distribución del Aℓ en el perímetro.

D. Buenas prácticas SAP2000

• Diseño con ACI 318‑14 activado y materiales correctos.

• Definir estribos cerrados (no “U” sueltas) y recubrimientos realistas (impactan Ao​).

• En T‑vigas, el núcleo torsional no incluye la losa: colocar acero en el alma.

• Si la torsión es de compatibilidad, liberar torsión en marcos/elementos pertinentes o reducir GJ antes de recalcular.