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EJERCICIOS DE ANALISIS ESTRUCTURAL
Tipo: Diapositivas
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¡No te pierdas las partes importantes!
I. INTRODUCCION La estructura de un cuerpo es el conjunto de piezas que lo forman, y que tienen como misión sustentar, proteger y dar consistencia al resto. Las estructuras deben soportar fuerzas como su propio peso, otros pesos (cargas), fuerzas de inercia (al acelerar o frenar), la fuerza del viento, del agua etc. sin romperse ni deformarse excesivamente. En el presente trabajo analizaremos el comportamiento de las estructuras en diferentes circunstancias que pueden verse sometidas y a la vez explicar las fallas que resultaran de los cambios que pueden presentar. II. OBJETIVOS
Buscar 12 fallas estructurales. Analizar las causas y efectos de fallas estructurales en estructuras tales como muros, columnas, vigas y techos.
Conocer los tipos de fallas estructurales en edificaciones, puentes y caminos.
III. ANTECEDENTES La resolución de problemas técnicos complejos (errores estructurales) que puedan presentarse durante la ejecución de los movimientos de tierra o durante su vida útil, así como evaluaciones estructurales y/o estudios de rehabilitación, requiere del apoyo de expertos en proyectos estructurales. Muchos de ellos son causados por tensión de flexión en vigas, columnas de gran tamaño, hundimiento o daños por corte. Por otro lado, las fisuras en las juntas y elementos inferiores se producen por el efecto de fatiga de la estructura. Este artículo proporciona ejemplos de varios escenarios que pueden ocurrir durante la vida útil de una estructura. IV. MARCO TEORICO
Son conjuntos de elementos dispuestos de tal forma que mantienen su forma o colapsan y soportan la fuerza o el peso para el que están diseñados; Apoya el edificio, lo ancla al suelo y hace que la carga se transfiera, lo que hace que el edificio sea duradero.
2. ¿QUÉ ES UNA FALLA ESTRUCTURAL? Es una limitación donde el edificio no puede funcionar de acuerdo con su propósito original, no significa necesariamente el colapso total de la estructura. 3. ¿CUÁLES SON LAS FORMAS MÁS COMUNES DE FALLA? 3.1.Colapso: Es cuando la estructura se rompe por partes , porque sus resistencias internas no están disponibles
4.4.Falla por separación total Desde el punto de vista de la seguridad, la falla más importante es el desprendimiento o colapso total de la estructura. Cuando esto sucede, causa un daño económico significativo e incluso la pérdida de vidas. Por eso se permite solo en el laboratorio, porque conocer el comportamiento de las estructuras hasta la falla afecta la formulación de estándares de diseño. Es claro que un material o estructura que se rompe repentina o explosivamente requiere un mayor margen de seguridad que si el tipo de falla permite una acción correctiva oportuna.
5. ¿QUÉ ES UN ANÁLISIS DE FALLA? El análisis de fallas es un estudio que explica las causas de las fallas. 6. ¿CUÁLES SON LOS PRINCIPALES CONCEPTOS INVOLUCRADOS EN UN ANÁLISIS DE FALLA? 6.1.Mecanismo de falla Son el resultado de los hechos ocurridos que provocaron el derrumbe de la estructura. Las imágenes generalmente se toman secuencialmente. Por ejemplo: "El viento provocó esfuerzos de compresión muy altos en la zona N y esto provocó un hinchamiento local de la estructura en esa parte. 6.2.Fuentes de las causas de falla S on cuando las estructuras no se construyen a sí mismas, apuntando a una acción humana donde parte del diseño, construcción, mantenimiento u operación fue deficiente de modo que permitió que ocurriera un modo de falla. Es decir, una falla debido a una falencia en la construcción: “El espesor de la loza fue especificado correctamente en los documentos de diseño, pero no fue construido de acuerdo con las especificaciones” 6.3.Responsable de una falla A lguien tomó algunas decisiones equivocadas durante alguna etapa, o tiene responsabilidades en este caso. Este tema es ahora parte del sistema legal y les
concierne a los ingenieros forenses. Por ejemplo: “La empresa constructora decidió disminuir el espesor debido a que suponía que eso no iba a afectar las rigideces”.
7. ¿QUÉ ES LO QUE FALLA ES UN SISTEMA ESTRUCTURAL? En todas las situaciones de defectos estructurales, no siempre se debe considerar la estructura, sino también los otros subsistemas que juntos forman el sistema estructural. Contiene: Estructura: Cuando las edificaciones se encuentran en mal estado. Cambios en las condiciones estructurales: La falla de una estructura significa que ha habido cambios en sus condiciones durante su vida útil que pueden causar cambios en la rigidez o la durabilidad. Dichos cambios se deben a problemas de construcción que provocan errores o desviaciones de las condiciones de forma o diseño. Cargas: La estructura se rompió bajo condiciones severas de carga como viento fuerte, movimientos sísmicos, inundaciones. Sin embargo, dado que las estructuras están diseñadas para resistir estos efectos ambientales, no deberían ser la única causa de falla. Ubicación: Aquí es donde se ubica la estructura. Tal lugar puede ser vulnerable, por ejemplo, en terreno blando o en la cima de una colina. No es mucho decir que el viento fue el principal factor que provocó el colapso de la estructura durante un huracán o tormenta de viento. 8. OTRO TIPO DE FALLAS ESTRUCTURALES 8.1.Fatiga La fatiga causa alrededor del 90% de las fallas de las uniones soldadas y, a menudo, precede a la fractura rápida. Una discontinuidad que actúa como concentrador de esfuerzos puede iniciar una fisura por fatiga bajo cargas cíclicas, que puede progresar lentamente hasta alcanzar un tamaño crítico, a partir del cual crece rápidamente y puede provocar el colapso casi inmediato de la estructura afectada.
fuerzas y son muy resistentes. Sin embargo, algunas cargas excepcionales no pueden predecirse y ocurrirán fallas en el diseño. 8.7.Malos cimientos Una estructura puede diseñarse y construirse adecuadamente, pero si tiene una mala base, puede fallar. Uno de los ejemplos más famosos de un edificio con una mala base es la Torre Inclinada de Pisa. Los malos cimientos hacen que el edificio se hunda o se incline cuando se mueve el suelo. Esta transición cambia el diseño del edificio de modo que la estructura y el diseño cambian sin cumplir con las especificaciones requeridas.
1.1.Asimetría E s la falta de excentricidad entre el centro de masa y la rigidez lo que provoca mayores concentraciones de tensión en los elementos estructurales. “Cuando en un edificio continuo sus dimensiones cambian en planta o tienen por ejemplo forma de “L”, “T” o “U”, las concentraciones de fuerza suelen ocurrir cuando cambia la sección transversal de las superficies. Por eso se recomienda segmentar los edificios y colocar juntas que permitan que los bloques se muevan de manera independiente durante un sismo, también es importante que cuando las dimensiones cambien, sea de manera gradual, no repentina (Astorga et al., 2009). En estos casos, lo ideal sería separar las partes de la estructura entre sí, dejándolas juntas, para que las fuerzas provocadas por el sismo puedan moverse libremente y no provoquen el llamado “impacto”. “Si el centro de masas de la estructura no está en el mismo punto que el centro de rigidez, se producen efectos de torsión, donde el edificio tiende a girar con respecto a su centro de rigidez, provocando un aumento excesivo de las fuerzas laterales”. (Astorga et al., 2009) 1.2.Junta pobre Todas las estructuras adyacentes requieren separación o separación para permitir que los elementos estructurales se expandan como resultado de la temperatura o el
movimiento del edificio inducido por terremotos, y deben ser independientes entre sí. Todas las estructuras deben tener suficiente espacio de los edificios adyacentes porque durante un terremoto, todos vibran de manera diferente y esto puede llevar a chocar entre sí". (Astorga et al., 2009 1.3.Columna corta Cuando a una columna se le adhiere un muro este restringe su movimiento normal ante un evento sísmico, lo que ocasiona que la parte libre de la columna se vuelva frágil y en consecuencia da deformaciones o daños graves al elemento. “Columna corta es aquella que está parcialmente arriostrada por algún elemento rígido, o cuando su resistencia es inferior a la resistencia de las vigas que se apoyan en ella”. (Astorga, y otros, 2009) “Las columnas cortas se originan cuando algún elemento, comúnmente las paredes, se encuentran adosadas a las columnas, restringiéndolas hasta dónde llega la altura de las paredes”. (Astorga, y otros, 2009) 1.4.Esbeltez Los elementos estructurales esbeltos y sometidos a compresión mayormente fallan por pandeo y no por resistencia. “El factor de esbeltez depende de la longitud libre de pandeo del elemento. Esta longitud está regida por el tipo de unión de los extremos del elemento a analizar. Elementos sin restricción a rotación se pandean en toda su longitud por lo tanto su longitud libre es igual a su longitud real. Elementos en voladizos tendrán una longitud efectiva de sufrir pandeo igual al doble de un elemento simplemente apoyado y elementos con arriostramiento total en sus extremos tendrán una longitud efectiva menor que la propia del elemento”. (Escuela de Ingeniería de Antioquia)
2.1.Sismo 2.1.1. Desplazamientos “La subestimación de los desplazamientos por sismo basados en un cálculo por teoría elástica, usando la rigidez de las secciones brutas y valores de fuerzas laterales podría tener la consecuencia directa de que las longitudinales de los bancos de asiento resulten muy cortas o que la separación lateral entre estructuras adyacentes no sea la adecuada”. (LANAMME) 2.1.2. Fallas en las uniones “Las juntas viga-columna en pilas pueden ser vulnerables a falla por cortante. La transferencia de fuerzas en los miembros a través de las conexiones resulta en fuerzas horizontales y verticales de corte en el nudo, que puede ser varias veces más grandes que los cortantes en los propios miembros conectados”. (LANAMME) 2.1.3. Falla en las fundaciones “Esto puede deberse a que no se desarrollan las fuerzas máximas permitidas debido a una falla prematura en la columna por flexión o cortante, o debido a un efecto de volcamiento de la placa que evita fuerzas sísmicas excesivas. Otro motivo es que simplemente sea difícil accesar a ellas luego de un sismo para evaluar el daño producido”. (LANAMME) 2.1.4. Grietas y fisuras Estas fallas se pueden presentar por incremento de las cargas, el uso de materiales de mala calidad, inestabilidad elástica o pandeo, hormigón mal vibrado y curado, hormigonado durante temperaturas ambiente extremas, deslizamiento del terreno, fallas en las cimentaciones, temperaturas extremas o enraizamiento de árboles y arbustos. “Grietas se presentan solo en pavimentos flexibles y son aquellas que están interconectadas que forman una serie de pequeños bloques en el pavimento, semejando a la piel de cocodrilo. La causa usual es la deflexión de la carpeta provocada por cargas excesivas sobre una base, sub- base o subrasante inestable, la cual puede deberse a que dichos materiales se encuentren saturados o sean de espesor insuficiente para soportar las cargas”. (Biblioteca Digital)
“Fisuras son fallas en pavimentos rígidos con orientación predominantemente perpendicular al eje del pavimento, sus causas posibles son fisuracion temprana por aserrado tardío, por fatiga, por perdida de soporte o por reflexión de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes”. (Biblioteca Digital) 2.1.5. Corte La resistencia a cortante de la sección de una columna de concreto resulta de la combinación de varios mecanismos, como transferencia del córtate por compresión del concreto, el efecto de traba entre los agregados y la acción de arco sostenida por las cargas axiales. En general, la falla por cortante es frágil e implica una degradación muy rápida de la resistencia, por lo que deformaciones inelásticas por cortante no son apropiadas para garantizar una respuesta dúctil de la estructura ante el sismo. 2.1.6. Torsión Pueden ocurrir problemas con el comportamiento estructural si se utilizan niveles bajos para calcular los valores de resistencia sísmica lateral. Se ha observado que la respuesta elástica supera en ocasiones el cien por cien del peso de la estructura cuando el esfuerzo de diseño suele definirse muy por debajo de ese tamaño. Cuando se utiliza el análisis elástico, esta desviación no es tan severa debido al análisis conservador de este método. El diseño de flexión de la columna, pero la falta de detalles de los miembros para proporcionar suficiente flexibilidad puede ser un riesgo significativo. La distribución del acero de refuerzo en el elemento es muy importante para satisfacer adecuadamente la demanda sísmica, si el refuerzo longitudinal de la columna se traslapa inmediatamente por encima de la cimentación y además se utiliza un traslape insuficiente, el refuerzo no podrá desarrollarse por sí mismo. resistencia Para que una estructura resista terremotos severos, debe ser capaz de desarrollar suficiente ductilidad, es decir, la capacidad de cambiar su forma durante varios ciclos de corte muchas veces el corte de fluencia sin una pérdida notable de resistencia.
V. DIÁGNOSTICO DE FALLAS ESTRUCTURALES
De acuerdo con el modo de construcción los expertos pueden evaluar:
Insuficiente lubricación: Si las superficies no están adecuadamente lubricadas, la fricción aumentará y podría generarse adherencia. Desgaste o deformación: El desgaste excesivo o la deformación de las superficies pueden provocar puntos de contacto anormales y generar adherencia. Diseño inadecuado: Un diseño deficiente de los componentes o sistemas puede llevar a problemas de adherencia. SOLUCIÓN:
Realizamos una inspección a la columna en la cual observamos un agrietamiento con una longitud aproximadamente de 60cm. ¿CÓMO SE ORIGINO? La falla por adherencia en una columna puede originarse por diferentes factores.
