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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA Ingeniería Civil

TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES Albañilería Estructural Alumnas: Castillo Castillo Liz Espinoza Eusebio Tatiana

Docente: Luz Alvarez

INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha]

Las estructuras tienden a fallar de diferentes maneras de acuerdo a la carga, o la situación en que dicho elemento se encuentra. Al momento en que hay una condición no deseada que hace que un elemento estructural no desempeñe una función para la cual existe, se le llama falla. Mecanismo de falla: Cuando un elemento estructural falla, ocurre un proceso o secuencia. Puede haber un mecanismo de falla o varios que se acoplan. Modo de falla: Cuando un elemento estructural falla, este adopta una configuración geométrica, a eso se llama modo de falla. Parámetro crítico: Son indicadores como la tensión, deformación, desplazamiento, carga, numero de ciclos de carga, energía, los cuales se usan para definir la falla. Criterios de falla: Estos permiten predecir el modo de falla. Debemos estar consientes de que la falla estructural que existe puede significar la falla del sistema al que pertenece este elemento. Modos de falla Ahora describiremos los modos de falla más frecuentes, estos son plasticidad, fractura, fatiga, desplazamientos, creep y corrosión. 1. Plasticidad: Se manifiesta con deformaciones en la forma del elemento. En una plasticidad local, se hace una redistribución de cargas a zonas con menores tensiones. Los materiales ductiles son capaces de desarrollar grandes deformaciones. TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] La plasticidad fluye por una parte considerable del elemento. Los factores que influyen principalmente son los procesos de carga y descarga, estados multiaxiales y las altas temperaturas. 2. 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 nivel 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 influyen para ocasionar una fractura son las bajas temperaturas, cargas dinámicas, y depende también de la habilidad que tiene el material para absorber energía. 3. Fatiga: Se manifiesta por medio de una fractura progresiva. La causa son estados tensionales o cíclicos. Influyen la concentración de tensiones, cambios abruptos de sección, fisuras, entre otras. 4. Desplazamientos: El origen es la esbeltez del objeto estructural. Se da en diferentes modos: 1. Desplazamientos grandes con equilibrio estable. 2. Pandeo (equilibrio inestable), falla en la forma estructural. No se consideran dentro las fallas por modos de pandeo, los dominados por la geometría y no por el material. 3. Vibraciones: por consecuencias de ruido, golpes entre partes que se mueven, grandes desplazamientos transitorios. 4. Modelos: constitutivas elásticas, cinematicas no lineales. 5. Reducción de desplazamientos: modificación de la forma, redimensionar secciones. No influye tanto cambiar el material. Los factores que influyen principalmente son las relaciones geométricas. Las consecuencias pueden ser: problemas operativos, colapso, inseguridad del usuario. TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] 5. Creep: Se manifiesta por medio de desplazamientos diferidos en tiempo. El origen, en metales y cerámicos ocurre una difusión de vacancias, con cambio de forma en los granos. Deslizamiento de granos, formación de cavidades a lo largo de los bordes de granos. La causa para dicha falla son tensiones actuando durante tiempos largos. Influyen factores como la temperatura, problemas de material. 6. Corrosión: Se manifiesta como la perdida de material en el espesor de un elemento y la reducción de dimensiones de una sección. Se origina por una acción química o ambiental. Influye la agresividad del medio. Fallas en estructuras de concreto reforzado y mampostería Las fallas que en el concreto reforzado se presentan, suelen deberse a: -

Una inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos estructurales como columnas o muros.

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Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas.

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Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante.

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Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados.

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Vibración torsional debida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez.

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Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas

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Variación brusca de la rigidez a lo alto del edificio

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Golpeteo entre edificios

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Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales.

Las fallas en las estructuras pueden deberse a: 1. Falla por inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos estructurales como columnas o muros. Esta falla es el colapso de los edificios, y se debe a la poca resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como son columnas y muros. Las fuerzas de inercia, donde la variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide. Esta falla es generalmente la causante del colapso de edificios en sismos. 2. Falla por grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas. En caso de un sismo es muy importante que las construcciones tengan la capacidad de deformación suficiente para soportar de manera adecuada la solicitación sísmica sin desmeritar su resistencia. Cuando la respuesta sísmica del edificio es dúctil, es que se presentan deformaciones grandes en compresión, estas debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento flector. 3. Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante. Muchas veces ocurre que en las conexiones entre los distintos elementos estructurales, se presenten concentraciones elevadas, así como complejas condiciones de esfuerzos. Estos conducen a distintos casos de falla especialmente entre uniones de muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, también en las uniones de columnas con cimentaciones. TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] 4. Falla frágil en muros de cortante, con o sin aberturas, ya sea acoplados o solos. Los muros de cortante son para resistir principalmente esfuerzos producto de fuerzas horizontales de sismos. Ante un sismo, y por esta razón las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso, por cortante horizontal o vertical y por vuelco. 5. Vibración torsional debida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez. Cuando en la distribución de los elementos estructurales resistentes de un edificio hay asimetría, causa una vibración torsional ante la acción sísmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del edificio. Esta vibración se da cuando el centro de masa del edificio no coincide con su centro de rigidez. Por esta acción el edificio tiende a girar respecto a su rigidez, lo que causa grandes incrementos en las fuerzas laterales, que actúan sobre los elementos perimetrales de soporte de manera proporcional a sus distancias al centro de proporción. 6. Falla por punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas Esta es una falla de conexión que se presenta en edificios de losas planas y se debe a una falla de punzonamiento producida por esfuerzos elevados 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. 7. Falla por variación brusca de la rigidez a lo alto del edificio Generalmente las plantas bajas en los edificios se construyen dejando el mayor espacio posible, y los niveles superiores se construyen mediante marco-muro, este en la mayoría de los casos queda confinado por el marco proporcionándole a los pisos superiores mayor rigidez que la de la planta baja. Gracias a esta situación se conduce a una concentración de daños en la planta débil (planta baja), la cual tiene una rigidez mucho menor en comparación con la de los pisos superiores. 8. Falla por golpeteo entre edificios

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] En caso de sismo, la cercanía entre edificios y el movimiento diferente entre cada uno de ellos puede causar severos daños. Esto se agrava cuando los edificios cercanos no están a la misma altura. 9. Falla por amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios Al propagarse las vibraciones inducidas por un sismo, desde la base hasta la cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores, principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada concentración de acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio de determinada altura. 10. Falla por grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales La interacción entre elementos no estructurales, tales como muros divisorios de mampostería, y las columnas de marcos de concreto provoca concentraciones de fuerza cortante en los extremos libres de las columnas, estas que tienden a fallar por cortante.

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POR TRACCION Y FLEXION Por Tracción Pura Se forman a lo largo de la dirección de las barras de refuerzo principal. Son fisuras provocadas por el exceso de tracción longitudinal. Se forman planos de falla (fisuras y grietas) transversales a lo largo de la sección. Los incrementos de la tracción actuante en la sección provocan de manera súbita una grieta que afecta la unión entre el hormigón y la barra de refuerzo en una determinada zona (distancia de deslizamiento). Como consecuencia de ello, se interrumpe la transferencia de los esfuerzos actuantes por pérdida de la adherencia mecánica entre el acero y el hormigón.

Adicionalmente, la anchura de la grieta es mínima cerca de la barra de acero (pero hay fisuras y micro fisuras por el efecto de la conexión) y se incrementa a medida que se aleja de ella. Ello genera patrones de espaciamiento entre grietas. Los esfuerzos de tracción excesivos pueden darse como consecuencia de fallas de anclaje o traslapo de una o varias barras de refuerzo. Por Flexión Pura Suelen ser perpendiculares a la dirección del refuerzo longitudinal dispuesto en la dirección de la tracción principal. La existencia de armadura transversal (estribos) puede hacer que las fisuras se alineen con ella e incluso favorezcan el inicio o la TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] propagación de las mismas fisuras. Estos planos de falla por flexión son de dos tipos: Grietas de flexión que originalmente son fisuras de tracción.Grietas por tracción que emergen como una manifestación del aumento d e ladeformación. Se localizan entre las grietas de flexión y se extienden por encima de las barras de refuerzo.

Las grietas por flexión se extienden hasta el eje neutro, revelando así la posición real de este en el elemento. La anchura de las grietas indica el nivel del esfuerzo de tracción al que han sido sometidas las barras de refuerzo. Anchuras pronunciadas indican: Exceso de carga por posibles precargas o sobrecargas. Insuficiencia de refuerzo longitudinal. Causas de grietas por flexión y tracción •Sobrecargas no previstas. •Mala adherencia de las armaduras al hormigón. •Mala disposición de armaduras. •Armaduras transversales insuficientes. •Baja calidad del hormigón. Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar:

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi).c) Eventual demolición y reemplazo Por adherencia (longitudinales) Son aquellas que se forman a lo largo de la dirección de las barraslongitudinales. Se pueden inducir como consecuencia de los fenómenos de retracción o asentamiento plástico. También pueden formarse grietas longitudinales por falta de adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo. Esta situación es poco común en estructuras bien calculadas y construidas. Ocasionalmente, se presenta la falta de adherencia porque durante la construcción las varillas de acero se impregnan de aceites, bentonita o tienen óxido suelto.

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] Por Cortante Los esfuerzos cortantes y de tracción provocan fisuras oblicuas que también son transversales a la dirección del acero longitudinal principal. Aparecen inclinadas en zonas cercanas a los apoyos (cortante máxima) o bajo cargas puntuales elevadas. El ángulo entre las grietas de cortante inclinadas y el eje de la viga es de aproximadamente 45º. Las grietas de cortante siempre atraviesan todo el espesor de la viga y su anchura depende de la sección de la viga

Causas de grietas por cortante • Sobrecargas no previstas. • Mala adherencia de las armaduras al hormigón. • Mala disposición de armaduras. • Armaduras transversales insuficientes

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• Baja calidad del hormigón. Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. -Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas conepoxi). c) Eventual demolición y reemplazo Por Torsión Las fisuras por torsión también son oblicuas pero continuas y en espiral. Atraviesan completamente la sección de los miembros afectados.

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] Por Punzonamiento Es propio de losas con deformaciones impuestas locales y ocasiona fallas con geometría tronco piramidal cuya directriz es el área cargada. Se alcanza en elementos que experimentan tracciones que se originan por esfuerzos tangenciales que a su vez son motivados por una carga o una reacción localizada en un área relativamente pequeña. Es una falla de tipo frágil

Causas de grieta por punzonamiento •Concentración de tensiones. •Diseño inadecuado: armaduras y/o espesores insuficientes; no previstas.

sobrecargas

•Baja calidad del hormigón Alternativas de reparación •Inyección con epoxi. •Reducir concentración de tensiones mediante aumentos de sección del pilar y capiteles de acero y hormigón. •Traspasar carga a elementos inferiores. Por Cizalladura Se presenta en secciones compuestas de hormigón reforzado que se conforman por un elemento de hormigón prefabricado y una sobre-capa o torta de TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] hormigón vaciada “in situ”. La resistencia al esfuerzo de cizalladora debe garantizarse mediante un anclaje mecánico (varillas en forma de U invertida) o mediante un anclaje químico (puente de adherencia epóxico o acrílico) que busque la integridad estructural de los dos elementos.

•Junta de hormigonado defectuosa Alternativas de reparación •Reconstituir monolitismo: reparar •mediante inyección o mortero epóxico. •Refuerzos en nudo: •Perforaciones verticales o inclinadas. •Relleno epóxico. •Colocar insertos. Compresión Si se rebasa la capacidad resistente del elemento en compresión, entonces ocurre una fisuración que es paralela a la dirección de carga del elemento. Cuando el patrón de fisuración es oblicuo, puede estar indicando que el hormigón está seco.

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Causas de grietas por compresión • Baja resistencia del hormigón a compresión •Diseño insuficiente: Tensiones principales de compresión superan la resistencia del hormigón.

Alternativas de reparación •Analizar resistencia del hormigón y estado tensional de lasarmaduras. •Refuerzo exterior con platabandas. •Posible demolición y reemplazo Por Rigidez Del Apoyo Ocurre cuando la conexión entre el elemento que se apoya y el elemento de apoyo no tiene una transición adecuada mediante el uso de amortiguamiento como un cojín de neopreno.

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] La fractura ocurre como consecuencia de los movimientos y esfuerzos horizontales que experimenta la zona de apoyo por los ciclos de dilatación y contracción térmica; y/o por la rotación que experimenta el elemento apoyado induciendo un sobre-esfuerzo local de compresión.

Causas de grietas por rigidez de apoyo •Diseño o construcción inadecuados •Falla de anclajes y/o de armaduras transversales. Alternativas de reparación •Reconstituir monolitismo. Grieta limpia: inyectar epoxi. Junta con suciedades: picar por sectores, rellenar con mortero epoxi. •Revisar anclajes de armaduras, reforzar. •Eventual demolición. Por Falta De Refuerzo En El Borde

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INGENIERIA CIVIL [Seleccione la fecha] Ocurre cuando el borde del extremo de una viga que se apoya sufre esfuerzos de compresión y/o tracción locales y no se ha reforzado suficientemente. Cuando el refuerzo principal está compuesto por varillas de gran diámetro que al ser dobladas requieren de un amplio radio de doblado que no se cumple.

Por Aplastamiento Local Tienen su origen en la alta concentración de cargas que a veces se dan en las zonas de apoyo de elementos simplemente apoyados o en las zonas de anclaje de torones y cables. Cuando el aplastamiento se da por una carga concentrada, el patrón de falla selocaliza directamente debajo de ésta y tiende a dividir la sección de hormigónloc almente.

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Causas de grietas por aplastamiento local •Sobrecargas no previstas. •Armaduras transversales insuficientes. •Baja calidad del hormigón. Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo

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BIBLIOGRAFÍA

http://cienciaarquitectonica.wordpress.com/2011/07/14/identificacion-de-lasfallas-estructurales-mas-comunes-en-la-edificacion-actual-de-guadalajarajalisco-para-su-estudio-y-evaluacion-2/ https://es.scribd.com/doc/34936082/Fallas-Estructuras-de-Concreto

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