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fallas estructurales cuando fuerzas horizontales actuan sobre la estructura
Tipo: Apuntes
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Integrantes: CERDAN MEDINA JEAN PIERRE CATEDRA: Ing. ALAN YORDAN VALDIVIESO VELARDE CURSO: INGENIERIA SISMICA Trujillo – Perú 2018
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.
La solución de los problemas técnicos complejos que se pueden presentar durante la ejecución o durante la vida útil de las obras civiles (fallas estructurales), así como los estudios de evaluación y/o rehabilitación de las estructuras requieren del apoyo de especialistas en el campo de la ingeniería estructural Muchas de estas se han producido por sobresfuerzos de flexo-tracción en las vigas, sobredimensionamiento de las columnas, asentamientos o fallas por cortes. Por otro lado, el agrietamiento en conexiones y elementos inferiores, se han producido por efectos de fatiga sobre la estructura. En este trabajo se muestran ejemplos en escenarios distintos de los tipos de fallas ocurridos en la vida útil de la estructura.
1. ¿Qué es una estructura? Son conjuntos de elementos colocados de tal forma que permanecen sin deformarse ni desplomarse soportando las fuerzas o pesos para los que han sido proyectadas; las Sostiene a un edificio, lo fija al suelo y hace que las cargas se transmitan a éste lo que hace resistente a una edificación ante 2. ¿Qué es una falla estructural? Es una limitación donde la construcción no puede desempeñarse para lo que fue su intención original, no necesariamente significa 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 3.2. Colapso progresivo Es un efecto domino donde colapsa una parte de la estructura a consecuencia de que las fuerzas se re direccionan hacia otras partes 3.3. Falla funcional Es cuando no se puede continuar el uso normal de la estructura debido a deformaciones excesivas pueden causar el abandono de la estructura sin prever una forma de colapso. 4. Tipos de fallas estructurales 4.1. Falla por deformación elástica excesiva La falla por deformación elástica tiene que ver con el funcionamiento de la estructura, que la estructura sea muy rígida presenta un problema al igual que sea muy flexible, ya que su comportamiento no será el óptimo en ninguna de estas circunstancias o por un factor externo. Por Ejemplo, en el temor de muchos a cruzar puentes colgantes que oscilan considerablemente, o a caminar sobre redes o placas muy delgadas. También puede ocasionar problemas constructivos como rotura de vidrios, grietas en los cielos rasos y desajustes de puertas y ventanas. 4.2. Falla por deformación permanente Es en la que se presenta cuando el material se ha sometido a un esfuerzo superior a su límite elástico. Ocurre en las estructuras propias de la Ingeniería civil, haciendo necesaria su reparación.
7. ¿Qué es lo que falla es un sistema estructural? En cualquier situación sobre fallas estructurales no siempre se debe considerar la estructura sino también otros subsistemas que en conjunto conforman un sistema estructural. esto incluye. ▪ La estructura: cuando las construcciones están en mal estado. ▪ Los cambios en las condiciones estructurales: cuando una estructura falla quiere decir que ha experimentado cambios en sus condiciones durante su vida, quizás produciendo cambios en la rigidez o en la resistencia. Dichos cambios ocurren debido a problemas de construcción que introducen errores o desviaciones con respecto a la forma o a las condiciones de diseño ▪ Las cargas: una estructura falló bajo condiciones severas de carga, como vientos fuertes, movimientos sísmicos, inundación. Pero debido a que las estructuras se diseñan para resistir esas acciones ambientales, ellas no deberían ser la única causa de una falla. ▪ La localización: Él es lugar donde se localiza una estructura. Dicho sitio puede ser vulnerable, como en suelo blando o encima de una colina. No sirve de mucho decir que el viento fue el factor mayor que llevó al colapso de una estructura durante un huracán o tormenta de viento. 8. Otro tipo de fallas estructurales 8.1. Fatiga El fenómeno de fatiga es considerado responsable aproximadamente de más del 90% de las fallas por rotura de uniones soldadas y precede muchas veces a la fractura rápida. Una discontinuidad que actúa como concentrador de tensiones puede iniciar bajo cargas cíclicas una fisura por fatiga que puede propagarse lentamente hasta alcanzar un tamaño crítico a partir del cual crece de manera rápida pudiendo conducir al colapso casi instantáneo de la estructura afectada. 8.2. Creep y creep-fatiga Las deformaciones elásticas y plásticas que sufre un material se suelen idealizar asumiendo que las mismas se producen de manera instantánea al aplicarse la fuerza que las origina. La deformación que puede desarrollarse posteriormente en algunas situaciones y que progresa en general con el tiempo, se conoce con el nombre de creep. 8.3. Fractura rápida Se puede definir la fractura como la culminación del proceso de deformación plástica. En general se manifiesta como la separación o fragmentación de un cuerpo sólido en dos o más partes bajo la acción de un estado de cargas. 8.4. Fallas sísmicas Hay muchas razones por las cuales los edificios experimentan fallas estructurales. Algunas de estas fallas pueden evitarse, mientras que otras están fuera del control del constructor. Muchas
veces la causa de una falla estructural no puede determinarse hasta que no se realiza una investigación exhaustiva. La causa puede entonces ser evitada en las construcciones futuras. 8.5. Mal diseño Una de las causas más comunes de la falla estructural es un mal diseño. Esto significa que alguien cometió un error de cálculo al diseñar el edificio, los datos fueron imprecisos, se utilizaron los materiales incorrectos o alguien ignoró el modo en el cual el estrés impulsivo afecta la construcción. Los ingenieros son los responsables de este tipo de fallas ya que son los que crean y diseñan los planos. 8.6. Cargas extraordinarias Los edificios están diseñados para soportar condiciones específicas. Cuando se exceden estas condiciones, pueden ocurrir fallas estructurales. La causa principal de falla estructural son las cargas extraordinarias debido a las condiciones climáticas o a otros fenómenos naturales. Algunos ejemplos de cargas extraordinarias incluyen la fuerza de los vientos huracanados, los terremotos, y la acumulación de hielo y nieve. Los edificios que están construidos en áreas que son propensas a sufrir estos problemas están diseñados para soportar estas fuerzas y se construyen de manera muy sólida. Sin embargo, algunos tipos de cargas extraordinarias no pueden anticiparse y suceden fallas estructurales. 8.7. Malos cimientos La estructura puede estar diseñada y construida de manera adecuada, pero si está sobre cimientos malos, pueden ocurrir fallas. Uno de los ejemplos más conocidos de un edificio con malos cimientos es la Torre Inclinada de Pisa. Los malos cimientos causan que un edificio se hunda o incline mientras la tierra se desplaza debajo de él. Este desplazamiento altera la distribución del edificio de modo que la construcción y el diseño cambian, sin cumplir con las especificaciones necesarias.
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) 1.5. Corte “El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como son columnas y muros. Las fuerzas de inercia, cuya variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide, mismas que deben ser resistidas en cada nivel por el conjunto de dichos elementos verticales”. (Apache Tomcat®) 1.6. Viento Dependiendo de la fuerza con la que el viento golpee una edificación, esta pude sufrir daños parciales o totales. Entre los principales efectos que produce el viento en una estructura tenemos:
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) 2.2. 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 mal 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, subbase 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) 2.3. 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.
Los tipos de fallas son múltiples y su ocurrencia depende de muchas variables o factores que lo ocasionan, desde el mal diseño hasta la realización de las estructuras con malos materiales, es importante seguir y regirnos al Reglamento Nacional de Edificaciones actualizado, cumplir sus normas, realizarlas a consciencia para el buen desempeño de la vida útil de la edificación. El análisis de las estructuras es importante para que la construcción se mantenga en pie para la que fue diseñada, soportando cargas internas o externas y/o factores Medio Ambientales que pueden afectarla, pueden sufrir daños estructurales, pero minimizar el número de pérdidas humanas es importante. Un buen diseño, una buena ejecución y un buen profesional conlleva a una buena edificación. VI. REFERENCIAS
Figura 1 En la siguiente imagen podemos observar un ejemplo de falla por asentamiento, ya que el terreno tendió a Dilatarse en una de las esquinas de la construcción, generalmente estas fallas se dan por itinerancia en sismo ya que las ondas superficiales se desplazan con mayor intensidad en suelos blandos, mal compactados o sin compactar
Podemos Visualizar las Fallas por corte de las columnas cortas en el colegio Santa Monica FIGURA 5
En la siguiente columna podemos observar que existe demasiada luz libre entre las columnas, independientemente de las dimensiones que estas representan donde ha sufrido una falla por corte de una columna corta, en Northridge FIGURA 6 Las columnas cortas se presentan cuando la estructura está sometida a fuerzas horizontales a la luz libre de la columna, es decir es la distancia libre vertical entre vigas o losas que son soportadas por dicha columna. esta separación se ve disminuida por un elemento generalmente no estructural como pueden ser las ventanas la cual limita la capacidad de la columna de deformarse libremente en el sentido lateral.
