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• Jose Alejandro Jiraya Senin BanKai

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FALLAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO- ESTADOS LIMITES Una falla estructural se refiere a un colapso en el cual la estructura se rompe en pedazos. Sin embargo, en la mayoría de los casos el término incluye otras condiciones aparte del colapso, que pueden ser no tan drásticas y aun así llevar a pérdidas grandes. El enfoque del método de los Estados Limites, E.L, sustituyó, después de la Segunda Guerra, al método “clásico” de las tensiones admisibles usado hasta entonces, propio de un primer estadio en el desarrollo de la propia ingeniería.

Cuando hablamos de Estados Límites, distinguimos dos grandes familias: 

Los E.L.U



Los E.L.S

Los E.L.U, Estados Límites Últimos, son aquellos que de ser rebasados ponen en peligro la estructura volviéndola insegura. Para ello lo que se hace es utilizar coeficientes de seguridad, por dos vías diferentes. Una vía es sobre las cargas que actuarán sobre la estructura, aumentándolas, esto es mayorándolas, por un coeficiente multiplicador. Esto implica que, cuando “calculamos” una estructura, precisamente para hacerla “más segura”, no consideramos las acciones que realmente actuarán, sino que aplicamos unas acciones mayores (fictícias), es decir multiplicadas por un cierto coeficiente de seguridad, que a su vez será variable en función de su naturaleza.

Cuanto más improbable es que ocurra, menor será el valor del coeficiente de seguridad, y también este coeficiente será mayor o menor, en función de la certeza estadística que tengamos al evaluar su magnitud. Si bien es difícil por ejemplo, saber cuándo lloverá, nevará o hará viento, si sabemos que serán magnitudes variables en el tiempo y en intensidad, de ahí que podamos estimar como más impreciso su valor que frente a cargas muy definidas como la presión de agua en un depósito de 2 metros de altura. Una vez lleno el agua rebosará y por tanto la máxima presión que deberá soportar es la correspondiente a una columna de agua de 2 m. de altura, sin ninguna duda.

Pero además, también introducimos un coeficiente de seguridad, esta vez de minoración sobre la propia resistencia de los materiales resistentes. De acuerdo con las características del acero, perfectamente conocidas de la rotura de probetas, podemos conocer, con mucha fiabilidad el valor de su tensión última fu,de acuerdo con su curva tensión/deformación. Pues bien, siendo éste valor fu. la máxima tensión REAL que puede soportar, cuando “calculamos” una estructura, precisamente para hacerla “más segura”, rebajamos las expectativas resistentes del material, dividiendo, esto es “minorando”, dicha resistencia por un coeficiente de seguridad, con lo cual en las estructuras “calculadas”, nuestro acero trabajará siempre por debajo de sus prestaciones reales.

Por tanto, con cargas mayores, sobre un material menos resistentes, es obvio que, operando de esta forma, siempre tendremos un margen de seguridad suficiente incluso, para situaciones no previstas, aún en los peores presagios de uso en la su vida útil. En ningún caso la estructura está en una situación comprometida pero sí que, su uso puede llegar a ser molesto.

Estados Límite Últimos Un Estado Límite Último (ELU) es un estado límite, tal que de ser rebasado la estructura completa o una parte de la misma puede colapsar al superar su capacidad resistente. En general, el que un ELU sea sobrepasado es una situación extremadamente grave, que puede provocar cuantiosos daños materiales y desgracias personales. Por esa razón, los coeficientes de seguridad usados en los cálculos relacionados con un ELU son sustancialmente mayores que en otro tipo de estados límite. cuando esos coeficientes representan factores de mayoración de acciones, o de minoración de resistencia de magnitudes que tienen un efecto desfavorable sobre la estructura. Estados Límite de Servicio Un Estado Límite de Servicio (ELS) es un tipo de estado límite que, de ser rebasado, produce una pérdida de funcionalidad o deterioro de la estructura, pero no un riesgo inminente a corto plazo. En general, los ELS se refieren a situaciones solventables, reparables o que admiten medidas paliativas o molestias no-graves a los usuarios. El que un ELS sea rebasado no reviste la misma gravedad que el que un ELU se sobrepasado. En los cálculos de comprobación de los ELS se emplean márgenes de seguridad más moderados que en los ELU. Algunos de los Estados Límites típicos son:

Estados Límite Últimos (ELU) 

ELU de agotamiento por solicitación normal (flexión, tracción, compresión)

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ELU de agotamiento por solicitación tangente (cortadura, torsión).

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ELU de inestabilidad elástica (Pandeo, etc.)

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ELU de equilibrio (vuelco y deslizamiento).

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ELU de hundimiento (en cimentaciones)

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ELU de punzonamiento (en cimentaciones y elementos bidimensionales de hormigón)

Estados Límite de Servicio (ELS) 

ELS de deformación excesiva. (deformación, desplazamiento)

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ELS de vibración excesiva. (vibraciones)

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ELS de durabilidad (oxidación, etc.)

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ELS de fisuración excesiva. (fisuración).

PANDEO El pandeo es un fenómeno llamado inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión. En ingeniería estructural el fenómeno aparece principalmente en pilares y columnas, y se traduce en la aparición de una flexión adicional en el pilar cuando se halla sometido a la acción de esfuerzos axiales de cierta importancia

Deformación de pandeo producida por la compresión de una barra La aparición de deflexión por pandeo limita severamente la resistencia en compresión de un pilar o cualquier tipo de pieza esbelta. Eventualmente, a partir de cierto valor de la carga axial de compresión, denominada carga crítica de pandeo, puede producirse una situación de inestabilidad elástica y entonces fácilmente la deformación aumentará produciendo tensiones adicionales que superarán la tensión de rotura, provocando la ruina del elemento estructural. Además del pandeo flexional ordinario existe el pandeo torsional o inestabilidad elástica provocado por un momento torsor excesivo. Existen diferentes maneras o modos de fallo por pandeo. Para un elemento estructural frecuentemente hay que verificar varios de ellos y garantizar que las cargas están lejos de las cargas críticas asociadas a cada modo o manera de pandear. Los modos típicos son:

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Pandeo flexional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión se flecta lateralmente sin giro ni cambios en su sección transversal.

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Pandeo torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión gira alrededor de su centro de corte.

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Pandeo flexo-torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión se flecta y gira simultáneamente sin cambios en su sección transversal.



Pandeo lateral-torsional. Modo de pandeo de un elemento a flexión que involucra deflexión normal al plano de flexión y, de manera simultánea, giro alrededor del centro de corte

PANDEO FLEXIONANTE Los pilares y barras comprimidas de celosías pueden presentar diversos modos de fallo en función de su esbeltez mecánica: 

Los pilares muy esbeltos suelen fallar por pandeo elástico y son sensibles tanto al pandeo local del propio pilar como al pandeo global de la estructura completa.

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En los pilares de esbeltez media las imperfecciones constructivas como las heterogeneidades son particularmente importantes pudiéndose presentar pandeo anelástico.

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Los pilares de muy baja esbeltez fallan por exceso de compresión, antes de que los efectos del pandeo resulten importantes

PANDEO LOCAL El pandeo local es el que aparece en piezas o elementos aislados o que estructuralmente pueden considerarse aislados. En este caso la magnitud de la carga crítica viene dada según el caso por la fórmula de Leonhard Euler o la de Engesser. La carga crítica de Euler depende de la longitud de la pieza, del material, de su sección transversal y de las condiciones de unión, vinculación o sujeción en los extremos.

Modelo de los distintos tipos de pandeo de Euler. Como se puede ver, según las coacciones externas de la viga, la deformación debida al pandeo será distinta

PANDEO GLOBAL En una estructura compleja formada por barras y otros elementos enlazados pueden aparecer modos de deformación en los que los desplazamientos no sean proporcionales a las cargas y la estructura puede pandear globalmente sin que ninguna de las barras o elementos estructurales alcance su propia carga de pandeo. Debido a este factor, la carga crítica global de cierto tipo de estructuras (por ejemplo en entramados de cúpulas monocapa) es mucho menor que la carga crítica (local) de cada uno de sus elementos.

PANDEO TORSIONAL En vigas de alas anchas o de escasa rigidez torsional, el pandeo flexional convencional puede ir acompañado de la aparición de una torsión de la sección, resultando un modo de fallo mixto conocido como pandeo torsional o pandeo lateral.

RESISTENCIA DE DISEÑO AL CORTANTE