FALLAS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES Las estructuras tienden a fallar de diferentes maneras de acuerdo a la carga, o la situación en que dicho elemento se encuentra. Al mome moment nto o en que que hay hay una una cond condic ició ión n no dese desead ada a que que hace hace que que un elemento estructural no desempeñe una función para la cual existe, se le llama falla.
A. Modo Modo de fall falla: a: Cuando un elemento estructural falla, este adopta una conguración geométrica, a eso se llama modo de falla. B. Crit Criter erio ios s de falla falla:: Estos permiten predecir el modo de falla. e!emos estar conscientes de que la falla estructural que existe puede signicar la falla del sistema al que pertenece este elemento. Ahora descri!iremos los modos modos de falla m"s frecuent frecuentes, es, estos estos son plasticida plasticidad, d, fractura fractura,, fatiga, fatiga, despla#amientos, creep y corrosión. Plasticidad: $e mani manie est sta a con con defo deforrmaci macion ones es en la for forma del del elemen elemento to.. En una plasti plasticid cidad ad local, local, se hace hace una redis redistri tri!uc !ución ión de cargas a #onas con menores tensiones. Los mater teriale iales s d%ct d%ctil iles es son capa capace ces s de desa desarrrolla llar gra grande ndes deformaciones. La plasti plasticid cidad ad &uye &uye por por una parte parte consi consider dera!l a!le e del eleme elemento nto.. Los Los facto factore res s que in&uye in&uyen n princi principal palme mente nte son son los proce procesos sos de carg carga a y descarga, estados multiaxiales y las altas temperaturas.
Fractura: Cuando un material se rompe, antes de tener deformaciones grandes, se llama fractura. Esta falla se origina por defectos locales en el material a ni'el microestructural. microestructural. La fractura se puede propagar de manera continuada. El modo de falla es una separación de la estructura en partes. Los factores principales que in&uyen para ocasionar una fractura son las !a(as temperaturas, cargas din"micas, y depende tam!ién de la ha!ilidad que tiene el material para a!sor!er energ)a. energ)a.
Fatiga: $e maniesta por medio de una fractura progresi'a. La causa son son esta estado dos s tens tensio iona nale les s o c)cl c)clico icos. s. *n&u *n&uye yen n la conc concen entr trac ació ión n de tensiones, cam!ios a!ruptos de sección, suras, entre otras.
Desla!a"ie#tos: El orige origen n es la es!el es!elte# te# del o!(eto o!(eto estructu estructura ral. l. $e da en difer diferent entes es modos+ . espla#a espla#amient mientos os grandes grandes con con equili!rio equili!rio esta!le esta!le.. -. ande andeo o /equ /equil ili!r i!rio io ines inesta ta!l !le0 e0,, fall falla a en la form forma a estr estruc uctu tura ral. l. 1o se consideran dentro las fallas por modos de pandeo, los dominados por la geometr)a y no por el material. 2. 3i!racio 3i!raciones+ nes+ por consecu consecuencia encias s de ruido, golpes golpes entre partes partes que se mue'en, grandes despla#amientos transitorios. 4. 5odelos+ 5odelos+ constitu constituti'as ti'as el"stica el"sticas, s, cinem"ticas cinem"ticas no lineales. lineales. 6. 7educción ión de despla# la#amien ientos+ modicación de la forma, redimensionar secciones. 1o in&uye tanto cam!iar el material. Los factores que in&uyen principalmente son las relaciones geométricas.
Las consecuencias inseguridad del usuario.
pueden
ser+
pro!lemas
operati'os,
colapso,
Cree: $e maniesta por medio de despla#amientos diferidos en tiempo. El origen, en metales y cer"micos ocurre una difusión de 'acancias, con cam!io de forma en los granos. esli#amiento de granos, formación de ca'idades a lo largo de los !ordes de granos. La causa para dicha falla son tensiones actuando durante tiempos largos. *n&uyen factores como la temperatura, pro!lemas de material.
Corrosi$#: $e maniesta como la perdida de material en el espesor de un elemento y la reducción de dimensiones de una sección. $e origina por una acción qu)mica o am!iental. *n&uye la agresi'idad del medio.
C. Fallas e# estructuras de co#creto refor!ado % "a"oster&a Las fallas que en el concreto refor#ado se presentan, suelen de!erse a+ 8 9na inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos de!ido a la escase# de elementos estructurales como columnas o muros. 8 :randes esfuer#os de cortante y tensión diagonal en columnas o en 'igas. 8 ;alla por adherencia del !loque de unión en las conexiones 'iga8columna de!ida al desli#amiento de las 'arillas ancladas, o a falla de cortante. 8 :randes esfuer#os en muros de cortante, sin o con a!erturas, solos o acoplados. 8 3i!ración torsional de!ida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigide#. 8 un#onamiento de la losa de edicios construidos a !ase de losas planas 8 3ariación !rusca de la rigide# a lo alto del edicio 8 :olpeteo entre edicios 8 Amplicación de los despla#amientos en la c%spide de los edicios. 8 :randes esfuer#os de cortante en columnas acortadas por el efecto restricti'o al despla#amiento causado por elementos no estructurales. •
Falla or i#adecuada resiste#cia al corta#te de los e#treisos de!ido a la escase# de elementos estructurales como columnas o muros. Esta falla es el colapso de los edicios, y se de!e a la poca resistencia a carga lateral de los elementos 'erticales de soporte como son columnas y muros. Las fuer#as de inercia, donde la 'ariación de la !ase hasta la c%spide del edicio es progresi'amente creciente, generan fuer#as cortantes decrecientes desde la !ase hasta la c%spide. Esta falla es generalmente la causante del colapso de edicios en sismos.
Falla or gra#des esfuer!os de corta#te % te#si$# diago#al e# colu"#as o e# 'igas: En caso de un sismo es muy importante que las construcciones tengan la capacidad de deformación suciente para soportar de manera adecuada la solicitación s)smica sin desmeritar su
resistencia. Cuando la respuesta s)smica del edicio es d%ctil, es que se presentan deformaciones grandes en compresión, estas de!idas a efectos com!inados de fuer#a axial y momento &ector.
Falla or ad(ere#cia del )lo*ue de u#i$# e# las co#e+io#es 'iga,colu"#a de)ida al desli!a"ie#to de las 'arillas a#cladaso a falla de corta#te: 5uchas 'eces ocurre que en las conexiones entre los distintos elementos estructurales, concentraciones ele'adas, as) como comple(as esfuer#os.
se presenten condiciones de
Estos conducen a distintos casos de falla especialmente entre uniones de muros y losas de estructuras a !ase de paneles, entre 'igas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, tam!ién en las uniones de columnas con cimentaciones.
Falla frgil e# "uros de corta#te- co# o si# a)erturas- %a sea acolados o solos: Los muros de cortante son para resistir principalmente esfuer#os producto de fuer#as hori#ontales de sismos. Ante un sismo, y por esta ra#ón las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso, por cortante hori#ontal o 'ertical y por 'uelco. 3i!ración torsional de!ida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigide#. Cuando en la distri!ución de los elementos estructurales resistentes de un edicio hay asimetr)a, causa una 'i!ración torsional ante la acción s)smica y genera fuer#as ele'adas en elementos de la periferia del edicio. Esta 'i!ración se da cuando el centro de masa del edicio no coincide con su centro de rigide#. or esta acción el edicio tiende a girar respecto a su rigide#, lo que causa grandes incrementos en las fuer#as laterales, que act%an so!re los elementos perimetrales de soporte de manera proporcional a sus distancias al centro de proporción.
Falla or u#!o#a"ie#to de la losa de edi/cios co#struidos a )ase de losas la#as: Esta es una falla de conexión que se presenta en edicios de losas planas y se de!e a una falla de pun#onamiento producida por esfuer#os ele'ados cortantes. En esta falla los sistemas de piso quedan sin apoyo dando lugar a un colapso total de los mismos, manteniéndose de pie solo las columnas.
Falla or 'ariaci$# )rusca de la rigide! a lo alto del edi/cio: :eneralmente las plantas !a(as en los edicios se construyen de(ando el mayor espacio posi!le, y los ni'eles superiores se construyen mediante marco8muro, este en la mayor)a de los casos queda connado por el marco proporcion"ndole a los pisos superiores mayor rigide# que la de la planta !a(a. :racias a esta situación se conduce a una concentración de daños en la planta dé!il /planta !a(a0, la cual tiene una rigide# mucho menor en comparación con la de los pisos superiores. Falla or goleteo e#tre edi/cios: En caso de sismo, la cercan)a entre edicios y el mo'imiento diferente entre cada uno de ellos puede causar se'eros daños. Esto se agra'a cuando los edicios cercanos no est"n a la misma altura. •
Falla or a"li/caci$# de los desla!a"ie#tos e# la c0side de los edi/cios: Al propagarse las 'i!raciones inducidas por un sismo,
desde la !ase hasta la c%spide de los edicios, se presentan amplicaciones de la 'i!ración a lo largo de su altura, que se acent%an en sus ni'eles superiores, principalmente en edicios altos, lo que conduce a una ele'ada concentración de acciones internas que pro'ocan el colapso de una parte del edicio de determinada altura •
Falla or gra#des esfuer!os de corta#te e# colu"#as acortadas or el efecto restricti'o al desla!a"ie#to causado or ele"e#tos #o estructurales: La interacción entre elementos no estructurales, tales como muros di'isorios de mamposter)a, y las columnas de marcos de concreto pro'oca concentraciones de fuer#a cortante en los extremos li!res de las columnas, estas que tienden a fallar por cortante.
D.
CAUSAS 1UE 2ENERAN EL FALLO DE ESTRUCTURAS
.8Efecto de columna corta+ 9na columna que 'a de entrepiso a entrepiso pero al ados"rsele un pequeño e
-.8 Connamiento /Estri!os o aros0 deciente en columnas+ Esto ocurre generalmente cerca de la unión con la 'iga por lo que se pierde el recu!rimiento empu(ado por el acero longitudinal que se arquea o pandea hacia afuera.
2.85ala conexión entre elementos estructurales. Como e(emplo tenemos los 'uelcos que han ocurrido por mala conexión entre ca!e#ales de pilotes y pilotes, tam!ién entre losas sin 'igas y columnas.
4.8:olpeteo entre edicios de!ido a que no se tomó en cuenta los posi!les despla#amientos de cada cual durante el sismo para ale(arlos en la construcción.
6.8 Aparición de efectos torsionantes en los entrepisos de!ido a que se ideali#o como diafragma r)gido /que solo se mue'e en traslación0 pero que se manifestó con efectos torsionales. Esto ocurre muy a menudo y es que a la mayor)a de los estructuralistas no se les enseno que es un diafragma r)gido y cuando se con'ierte en &exi!le. La mayor)a cree que es por el espesor de la losa o por la forma, aunque in&uye. or esa ra#ón es importante sa!er e'aluar la forma de los entrepisos y sus
E. PRE3ENC45N 6 REPARAC45N DE LOS DA7OS: Este tipo de patolog)as se pueden e'itar reali#ando un !uen c"lculo y posteriormente un !uen diseño y e'itando errores en e(ecución. 9na elección adecuada del tipo de estructura y cimentación y un correcto planteamiento reduce la aparición de los daños. Algunos puntos a tomar en cuenta tanto en fase de diseño como en la de e(ecución ser)an+ 8 E'itar la coexistencia de diferentes tipolog)as de cimentación o el apoyo de la misma en diferentes estratos, para e'itar asientos diferenciales que har)an tra!a(ar a determinados elementos de forma diferente para la que ha sido diseñada /e(emplo, pilar a tracción0 y, como consecuencia, producir deformaciones no pre'istas. 8 E'itar los pilares apeados as) como las 'igas sometidas a torsión /e'itar los !rochales y las luces grandes de 'iguetas, de esta forma se e'itan momentos torsores mayores en las 'igas0. 8=ender a la uniformidad y homogeneidad de distri!ución estructural. 8 En 'oladi#os durante la e(ecución del encofrado hay que tener en cuenta la
contra&echa y retirar los puntales pasados -> d)as, para e'itar &echas instant"neas y diferidas mayores. 8 Los cercos o estri!os de acero para la torsión de!er"n calcularse independientemente a los de cortante. $i una 'iga necesita cercos soldados para a!sor!er la torsión y se quiere e'itar la soldadura, se pueden duplicar ramas.
F.REPARAC45N rincipalmente consiste en el refuer#o o aumento de las dimensiones de la pie#a de cimentación o estructura afectada. En general los refuer#os se suelen reali#ar con hormigón o mortero, estructura met"lica o resinas, aunque tam!ién existen otros métodos. Actualmente se est"n empleando como sustitución a las técnicas de refuer#o empleadas tradicionalmente, otros procedimientos considerados no tradicionales o inno'adores. Los refuer#os de!en incluir un an"lisis de+ . Los apeos y cim!rados que hay que introducir. -. =ratamiento adecuado de las supercies en contacto. 2. Estudio de los nudos, transmisión de esfuer#os y 'ia!ilidad de la e(ecución.
